Тормозное устройство Советский патент 1992 года по МПК F16F9/02 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано преимущественно в цикловых механизмах манипуляторов промышленных роботов.

Известно тормозное устройство, содержащее цилиндр с двумя отверстиями, одно из которых дросселируещее, поршень с уплотнением, шток и упругий элемент.

Устройство является сложным, ненадежным и не обеспечивает оптимального режима торможения подвижного элемента, подлежащего позиционированию. Действительно, наличие поршня, его уплотнения и упругого элемента, выполненных раздельно и предназначенных для реализации одноце- левых характерных лишь для каждого из них функций, усложняет конструкцию. Кроме того, поршень с уплотнением совместно с рабочей поверхностью цилиндра работает в режиме трения скольжения, что снижает долговечность этой пары, повышает требования к качеству трущихся поверхностей и, следовательно, снижает надежность устройства. Причем наличие упругого элемента (пружины) постоянной жесткости не позволяет реализовать оптимальный по быстродействию закон торможения, поскольку увеличивающаяся сила упругости пружины затягивает процесс перемещения поршня при его подходе к точке позиционирования, снижая эффективность устройства.

Известна также конструкция виброизолятора, который содержит корпус в виде стакана, расположенные в нем шток и упругий элемент в виде эластичного тора, образующего со стаканом и штоком пневмокамеру, а также пружину, установленную между дном стакана и торцом штока.

В указанном виброизоляторе пневмока- мера, образованная эластичным тором, штоком и стаканом, выполняет роль дополнительного упругого элемента, параллельно соединенного с пружиной. Такое выполнение виброизолятора ставит в зависимость его жесткость от температурных условий, от геометрических размеров элементов устройства и взаимного их расположения при сборке. Кроме того, выполнение кольцевых канавок на рабочих поверхностях штока и стакана, взаимодействующих с эластичным тором, сопровождается появлением дополнительных деформаций, а следовательно, и циклических контактных напряжений в материале тора. Последнее обстоятельство приводит к быстрому износу тора, а значит и к выходу из строя устройства в целом. Далее, отсутствие элементов, ограничивающих величину рабочего хода штока и определяющих взаимное положение штока, тора

и стакана приводит к неопределенности характеристики устройства. Отмеченные особенности известного виброизолятора снижают его надежность.

Цель изобретения - повышение надежности тормозного устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что тормозное устройство, содержащее корпус в виде стакана, расположенные в нем

шток и упругий элемент в виде эластичного тора, образующего со стаканом и штоком пневмокамеру, в дне и стенке стакана выполнены соответственно дроссельное и стравливающее отверстия, у обращенного

ко дну торца штока и на внутренней поверхности стакана у его торца - кольцевые канавки, у другого торца штока - паз, внутренняя поверхность стенки стакана имеет коническую форму, сужающуюся ко

дну, тор посажен на шток с предварительным натягом, снабжено ограничительными кольцами, установленными в кольцевых канавках, а заданный рабочий ход Ц штока выбран из соотношения

dT-j lp dT-«-,

4 н т 2

где dT - диаметр радиального сечения тора. На фиг. 1 изображено тормозное устройство, продольный разрез; на фиг. 2 моментная характеристика упругого тора.

Устройство состоит из корпуса 1 в виде стакана, имеющего коническую рабочую поверхность. В стенке и дне стакана выполнены соответственно стравливающее 2 и

дроссельное3 отверстия. На внутренней рабочей поверхности стакана у его торца выполнена кольцевая канавка с установленным в ней ограничительным кольцом 4. Рабочая поверхность стакана сопряжена с эластичным тором 5, выполненным, например, полым в форме изогнутой в виде кольца винтовой пружины 6, заформо- ванной в эластомер, и посаженным с предварительным натягом на поверхность штока

7. На одном торце штока выполнен паз 8, а на другом, обращенном ко дну стакана, торце - кольцевая канавка с установленным в ней ограничительным кольцом 9.

Устройство работает следующим образом.

При рабочем ходе штока 7 тор 5 перемещается в сторону днища, перекатываясь по цилиндрической поверхности штока и конической поверхности стакана. Действительно, так как упругий тор с натягом охватывает поверхность штока и сам по наружной поверхности с натягом охватывается конической рабочей поверхностью цилиндра, то при приложении внешней силы F между поверхностями указанных элементов возникают распределенные силы трения. Эти силы, приложенные в точках касания к элементарному круговому сечению тора, образуют движущий момент, действующий на это сечение. Совокупность таких элементарных моментов образует распределенный момент, действующий на тор, и вызывает его перекатывание, которое сопровождается деформированием кольцевых волокон тора.

Совместному начальному перемеще- нию штока и тора в направлении днища стакана оказывают сопротивление только силы упругости тора, поскольку воздух, находящийся в пневмокамере, сопротивления практически не оказывает, так как стравли- вающее отверстие 2 открыто. При дальнейшем их совместном движении в полости стакана отсекается объем воздуха, который сжимается и под давлением через дроссельное отверстие 2 выталкивается в атмосферу.

При подходе штока к днищу, т.е. в его конечное положение, для предотвращения отскока в штоке выполнен стравливающий паз 8, через который сжатый воздух из пнев- мокамеры выходит в атмосферу. При этом давление разко падает и поршень опускается на дно стакана, которое является упором. Сопротивление перемещению подвижной системы в конце хода определяется силой упругости тора. Характер нелинейной зави- симости момента нагрузки М тора от угла его закручивания р0 представлен на фиг. 2. В соответствии с графиком характеристики момент сопротивления перекатыванию тора в исходном его положении равен нулю (точка О графика). Дальнейшее перекатывание характеризуется ростом момента сопротивления, однако скорость роста изменяется, достигая нулевого значения при максимуме момента сопротивления (т. А графика). Последующее увеличение углаЧ сопровождается уменьшением момента сопротивления и при достижении р0 л указанный момент равен нулю (т. В).

Рабочий ход штока заканчивается его касанием дна стакана. Этому положению

соответствует угол ро , несколько меньший л. Это связано с тем, что после окончания рабочего хода шток должен быть возвращен в начальное положение, а тормозное устройство переведено в исходное состояние.

Действительно, если уол pl несколько меньше я, то момент сопротивления пере- катыванию больше нуля и, следовательно, под его воздействием шток стремится переместиться в начальное положение, хотя численное значение этого момента Мо1 при

ро мало. Наличие ниспадающего участка характеристики АВ свидетельствует об уменьшении момента сопротивления, оказываемого упругим тором при движении штока на конечном участке его рабочего хода.

Исключение проскальзывания поверхности тора относительно штока обеспечивается предварительным натягом, с которым установлен тор на шток. Учитывая, что в процессе перекатывания тор несколько изменяет форму кругового сечения и свои размеры в целом (уменьшаются диаметры внутреннего отверстия и наружной окружности), внутренняя рабочая поверхность цилиндра выполнена конической с вершиной со стороны днища цилиндра. Таким образом, перекатывание тора при рабочем ходе штока сопровождается усилением обжатия штока тором (уменьшается диаметр внутреннего отверстия тора) и увеличением обжатия тора конической поверхностью цилиндра (уменьшается диаметр поперечного сечения конуса). Последнее обстоятельство способствует повышению надежности уплотнения поршня в стакане при его рабочем ходе, который сопровождается повышением давления воздуха. Длина свободного хода штока в тормозном устройстве определяется величиной, несколько меньшей длины полуокружности радиального сечения тора с диаметром dT, и конструктивно ограничивается кольцом 4 и дном стакана. Ограничительное кольцо 9 исключает возможность произвольного расчленения тора со штоком и изменения величины его установленного хода. Таким образом, для обеспечения функционирования тормозного устройства рабочий ход его штока ограничивается условием

.

Заявленное тормозное устройство может быть использовано в цикловых механизмах манипуляторов промышленных роботов для осуществления плавного торможения, останова и удержания выходных звеньев в заданных промежуточных точках с допустимыми позиционными и динамическими ошибками.

Формула изобретения Тормозное устройство, содержащее корпус в виде стакана, расположенные в нем шток и упругий элемент в виде эластичного тора, образующего со стаканом и штоком пневмокамеру,отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в дне и стенке стакана выполнены соответственно дроссельное и стравливающее отверстия, у обращенного к дну торца штока и на внутренней поверхности стакана у его торца - кольцевые канавки, у другого торца штока - паз, внутренняя поверхность стенки стакана имеет коническую форму, сужающуюся к дну, тор посажен на шток с предварительным натягом, устройство снабжено ограничительными кольцами, установленными в кольцевых канавках, а заданный рабочий ход Lp штока выбран из соотношения

dT4 Ь 2 где оЧ - диаметр радиального сечения тора.

Использование: машиностроение, приборостроение, преимущественно в цикловых механизмах манипуляторов промышленных роботов. Сущность изобретения: тормозное устройство содержит корJ Фм пус 1 в виде стакана, расположенные в нем шток 7 и упругий элемент 5 в виде эластичного тора, образующего со стаканом и штоком пневмокамеру. В дне и стенке стакана 1выполнены соответственно дроссельное 3 и стравливающее 2 отверстия, у обращенного к дну торца штока и на внутренней поверхности стакана у его торца - кольцевые канавки, в которых установлены соответственно ограничительные кольца 9 и 4. У другого торца штока выполнен паз 8. Внутренняя поверхность стенки корпуса 1 выполнена конической, сужающейся к дну, а тор насажен на шток с предварительным натягом. При этом заданный рабочий ход Lp штока выбран из соотношения Lp dr 2 где dr - диаметр радиального сечения тора. 2ил. (Л С VI СА) Ч) СО

О