Электромеханическая прецизионная приводная система Советский патент 1993 года по МПК F16H1/20 H02K7/10 

Изобретение касается электромеханических приводных систем.

В основе изобретения лежит задача усо- вершенствования электромеханической приводной системы таким образом, чтобы при небольшом расходе энергии получать скоростные, надежные и высокопроизводительные приводы, которые могут работать предельно точно в большом диапазоне вращающих моментов и наиболее точно на минимальных измерительных участках, причем как в режиме вращения, так и в режиме поступательного движения, а также в комбинированном режиме вращения и поступательного движения,

Данная электромеханическая прецизионная приводная система обладает благоприятным соотношением вращающего момента к объему привода. Ей присуще также следующие преимущества:

1. Небольшой объем и, следовательно, небольшой вес;

2.Большой вращающий момент при небольшом объеме привода;

3.Небольшой расход энергии;

4.Очень точная отработка положения с помощью соответствующего ответного сигнала и хорошая приемистость;

5.По сравнению с гидравлическим приводом постоянная готовность к эксплуатации;

6. Возможность подключения к компьютеру.

В качестве областей применения могут быть следующие.

Все виды клапанного регулирования, прежде всего в случаях, где необходима точная регулировка клапаном, в частности в технике химических процессов, в авиации, космонавтике, а также в ядерной технике, в прецизионных приводах общего машиностроения, например, для точного подвода заготовок при любых поступательных движениях, например, для траверсирования.

сл

с

ш

Јл

О

тшЛ

W

СА

или в станках с числовым программным управлением, в роботах и манипуляторах, а

также в важных с точки зрения надежности установках, например в приводах элементов управления реакторами и, в частности там, где требуется максимальная эксплуатационная надежность, где даже при отключении питания приводы должны функционировать бесперебойно.

На фиг.1 показан частный продольный разрез системы для режима вращения; на фиг.2 - схематическая горизонтальная проекция приводной системы; на фиг.З - продольный разрез для режима поступательного движения; на фиг.4 - частичный продольный разрез для переменного режима вращения и поступательного движения; на фиг,5 - продольный разрез для одновременного режима вращения и поступательного движения; на фиг.6 -.вид сверху основного шасси; на фиг.7 - горизонтальная проекция относящейся к фиг.6 крышки; на фиг,8 - разрез по А-А на фиг.7; на фиг.9 - частичный разрез горизонтальной проек-. ции монтажа основного шасси, крышки и корпуса; на фиг. 10- вид представленной на фиг.9 сборки с узлами двигателей, аварийным питанием и кабельной разводкой; на фиг.11 -частичная сборка основного шасси, крышки, узлов двигателей, электроники привода и электроники управления; на фиг.12 - продольный разрез представленной на фиг.З конструкции с электроникой управления и кабельной разводкой; на фиг. 13 - блок-схема.

На фиг.1 представлено устройство, предназначенное для режима вращения,

Режим вращения характеризуется тем, что все узлы двигателя и привода двигателя 1 одновременно воздействуют через свою ведущую шестерню 2 на центральную шестерню 3, которая жестко сочленена с выходным валом 4. Узлы двигателя 1 сгруппированы по кругу вокруг центральной шестерни 4, так что шестерня 2 находится в зацеплении с центральным зубчатым колесом 3, причем взаимные части круга находятся в соприкосновении друг с другом.

Это жесткое сочленение на фиг.1 достигается благодаря тому,что центральная шестерня 3 и выходной вал 4 выполнены как одно целое.

. Передача усилий на другие устройства . может осуществляться известным способом, например, с помощью проскальзывающей муфты, канавки и пружины, шпонки и тому подобное.

Выходной вал 4 установлен в крышке 5 с помощью подшипника 6, а также подшипника 7, который расположен в соединительном устройстве прибора 15. В качестве дополнительного подшипника служит опорный узел 8 с основном шасси 9. На основном шасси 9 дополнительно для каждого двигателя 1 расположены устройства аварийного питания 10, которые в случае падения напряжения, в течение определенного времени, питают энергией двигатель 1.

Крышка 5 и основное шасси 9 соедине0 ны друг с другом с помощью винтов 49 (фиг.9). Крепление узлов двигателей 1 на основном шасси 9 осуществляется с помощью консолей.

Выходной вал 4 установлен в основном

5 шасси 9 на двух осевых подшипниках 11 и 12, например на игольчатых подшипниках, крепление выходного вала 4 в основном шасси 9 осуществляется с помощь стопорной резьбовой гайки 13, Все устройство раз0 мещено в корпусе 16, который прикреплен к крышке 5 с помощью резьбового соединения.

Энергоснабжение осуществляется или с помощью кабеля 87 (фиг. 11), который ос5 нащен кабелепроводами и устройством компенсации растягивающего усилия, или через штекер и гнездо устройства 31 (фиг.З).

Двигатели 1 представляют собой слабо0 точные серводвигатели с безжелезным якорем и статором с постоянными магнитами. На фиг.2 схематически представлено круговое расположение двигателей 1 и взаимодействующих шестерен 2 с централь5 ным зубчатым колесом 3. Как и на фиг.1, часть двигателей находится на одной сторо- не основного шасси 9, а другая часть расположена симметрично по отношению к первой части, с целью экономии места на

0 другой стороне крышки 5.

Примеры исполнения показывают двойную компоновку блоков двигателей 1 на обеих сторонах основного шасси 9.

Эта частичная конструкция мультипри5 вода ведет к тому, что на центральную шестерню может передаваться большое количество небольших вращающих моментов, причем это осуществляется с помощью очень точной нарезки зубьев шестерни дви0 гателей и центральной.

С помощью фиг.З поясняется, каким образом достигается переход от принципа вращения к принципу поступательного движения.

5В отличие от принципа вращения в случае принципа поступательного движения в ступице центрального зубчатого колеса 3 расположена гайка 19 привода ходового винта с главным ходовым винтом 20. Выходной вал 4 соединен с главным ходовым винтом 20, вращение которого предотвращается вращающейся блокирующей направляющей 21. Вращающаяся блокирующая направляющая 21 жестко соединена с крышкой 5 с помощью резьбового соединения 22. Главный ходовой винт 20 установлен во вращающейся блокирующей направляющей 21 с помощью прецизионной направляющей 23. Она жестко соединена с главным ходовым винтом 20 с помощью резьбового соединения 24 или другого вида крепления.

Одновременно эта прецизионная направляющая 23 воздействует на скользящий контакт 25 линейного датчика перемещений 26. Считанное напряжение на линейном датчике перемещений 26 пропорционально перемещению ходового винта 20.

На основном шасси 9, как и на крышке 5 укреплены блоки двигателей и приводов двигателей 1 или 11, а также устройства аварийного питания 10 или 101.

Энергоснабжение блоков двигателей и аварийное питание осуществляется через штекерное соединение 31, которое расположено на корпусе 16.

Корпус 16укреплен как на соединительном устройства механизма 15 с помощью резьбового соединения 34, так и на крышке 5 с помощью резьбового соединения 17.

Сочленение с рабочими машинами осуществляется с помощью резьбового соединения 36 или через другие пригодные переходные устройства.

Положение главного ходового винта 20 может определяться, как с помощью линейного датчика пути 26, так и с помощью инкрементального датчика пути 28, находящегося на блоках двигателей или приводах двигателей 1, 11.

Датчики перемещений могут быть выполнены известным способом в виде индуктивных датчиков перемещения, в виде линейных датчиков перемещения, в виде вращающихся датчиков перемещения или в виде датчиков перемещения с приращением. Если датчики перемещения выполнены в виде потенциометров, то может сниматься напряжение, пропорциональное перемещению. В датчиках перемещения с приращением подсчитываются соответствующие перемещению импульсы и отображаются на индикаторном устройстве.

Ротационная блокировка главного ходового винта 20 естественно может осуществляться также другим подходящим способом. Так, например, можно выполнить корпус 16 телескопическим и перемещать его верхнюю часть совместно с главным ходовым винтом 20, причем стопорение относительно вращения осуществляется с помощью установочных штифтов, направляющих пальцев или подобных установоч- 5 ных средств между основным шасси 9. крышкой 5 и верхней частью корпуса 16.

Можно также применять принцип вращения и поступательного движения последовательно друг за другом, как это показано

0 на фиг.4.- ..

Этот принцип вращательно-поступа- тельного движения оснрван на том, что направляющий цилиндр ходового винта 21с предотвращающим вращение стопорным

5 устройством, во-первых, фиксируется на центральной шестерне 3 зажимным устройством 37. и во-вторых, в режиме поступательного движения фиксируется с невращающейся частью 38 привода зажимным устройством

0 39, так что вначале осуществляется вращение, а затем поступательное движение. Ротационный вращающий момент соответствует описанному ротационному принципу, так же как усилие сдвига или тянущее

5 усилие соответствует принципу поступательного движения,

При этом предпочтительным является индуктивное переключение из режима вращения в режим поступательного движения

0 и наоборот.

Путем изменения полярности источника питания постояяноготока индуктивности 40 действующий как якорь направляющий цилиндр 21 ходового винта, перемещаясь

5 вверх или вниз, запрессовывается в соответствующее зажимное устройство 37 или 39. Благодаря этому направляющий цилиндр 21 ходового винта соединяется или с вращающейся частью, т.е. с центральной

0 шестерней 3. или с неподвижной частью 38. Таким образом, возникает следующее друг за другом вращательно-поступательное движение.

Однако также возможно использовать

5 принцип вращательного движения и принцип поступательного движения одновременно, как это показано на фиг.5.

При одновременном врзщательно-по- ступательном движении главный ходовой

0 винт 20 воздействует на другой ходовой винт 43. находящийся в зацеплении с резьбой следующей гайки 44. Вращательное движение главного ходового винта 20 предотвращается вращающейся блокирующей

5 направляющей 21, так что главный ходовой винт 20 совершает поступательное движение. Благодаря тому, что другой ходовой винт 43 не соединен неподвижно с главным рабочим винтом 20, а находится в зацеплении с гайкой 44, неподвижно расположенной в корпусе, дополнительный ходовой винт 43 совершает одновременно вра- щательно-поступательное движение.

Скорость поступательного движения соответствует числу оборотов блоков двига: телей 1 и шагу гайки 19.

Поступательно-вращательное движение ходового винта 43 слагается из описанного выше движения главного ходового винта 20 и шага гайки 44,

Оба ходовых винта 20 и 43 соединены друг с другом не жестко, а с возможностью скольжения. Между ними могут быть установлены игольчатые подшипники или муфта скольжения-42, передаваемый вращающий момент который может устанавливаться попеременным. В зависимости от потребности могут применяться также другие известные муфты.

Крепление этого привода нз рабочих машинах также может осуществляться в соответствии с описанными выше принципами.

На фиг.6 представлена горизонтальная проекция основного шасси 9. Основное шасси является несущим элементом всей конструкции. В этом основном шасси 9 объединены как блоки двигателей или приво- дов двигателей 1, так и все передающие усилие элементы (шестерни 2, зубчатое ко- лесо 3, гайка 19 и выходной вал 4).

Основное шасси является единственным несущим элементом, который с помощью соединительного устройства механизма 15 может быть сочленен со все- ми рабочими машинами из различных сфер применения.

На фиг.7 представлена крышка 5 основного шасси 9. Крышка 5 оснащена сквозными отверстиями 45 для крепления на основном шасси с помощью винтов 49.

Дополнительно предусмотрены отверстия 46 с резьбой для вращающейся блоки- . рующей направляющей 21 и подшипника 6. Кроме того, крышка оснащена направляю- щими 48, для консолей крепления 14 двигателей и приводов двигателей.

Фиг.8 показывает разрез вида спереди крышки 5с подшипником б по А-А. Одновре- менно видны направляющие дл.я блоков двигателей и приводов двигателей 1,

На фиг.9 представлена горизонтальная проекция сборки основного шасси 9, крышки 5, а также корпуса 16 без блоков привода двигателей.

Крышка 5 привинчена к основному шасси 9 с помощью винтов 55, корпус 16 соответственно укреплен на крышке 5 с помощью винтов 56.

На фиг. 10 представлена вид спереди части основного шасси 9 с расположенными на консолях крепления 14 блоками двигателей и. приводов двигателей 1 и крышки 5 с расположенными на консолях 14 блоками двигателей и приводов двигателей 1.

Дополнительно на основном шасси 9 находится устройство аварийного питания 10 или устройство аварийного питания 10 на крышке 5.

Блоки двигателей и приводов двигателей 1 образуют вместе с консолями крепления 14 вставной блок, который вставляется в основное шасси и прочно привинчивается с помощью резьбового соединения 51 к основному шасси 9. Совместно с консолями крепления 14 они образует вставной блок, который устанавливается в крышке шасси 5, однако этот вставной блок закреплен с помощью резьбового соединения 51 на основном шасси.

Блоки двигателей и приводов двигателей 1, 11 присоединяются к электронике привода устройством аварийного питания 10. Ю1.

На фиг. 11 представленз горизонтальная проекция расположения всех конструктивных элементов, причем одновременно показан электронный,блок управления 85 и его подключение к штепсельному гнезду 31. На основном шасси 9 находятся расположенные на консолях крепления 14 .блоки двигателей и приводов двигателей 1, которые вместе с консолями крепления закреплены с помощью резьбовых соединений 78. Там же расположены блоки двигателей 1 со смещением на определенный угол, который определяется в соответствии с количеством блоков двигателей и приводов двигателей.

На крышке 5 расположен электронный блок привода 81 с устройством аварийного питания 10, который оснащен припаянной планкой 82. Припаянные штифты +/- и А-Е соединены электрически с штепсельным гнездом 31, Контакты М+/М- с помощью кабельной разводки 83 соединены с полюсами двигателей 84.

Соединение с электронным блоком управления 85 осуществляется с помощью приборного штекера 86 и кабеля 87. который на другом конце оснащен приборным штекером 88. Приборный штекер 88 сочленен с встроенной в прибор штепсельной розеткой 89. Благодаря этому обеспечена передача данных от электронного блока управления 86 к электронному блоку привода 81. Питание электронного блока управления осуществляется от гнезда подключения к сети 90 через нестабилизированный блок питания от сети 91 и через стабилизатор тока и напряжения 92 стабилизированным напряжением.

На фиг.12 представлено подключение электромеханической прецизионной природной системы к электронному блоку управления 85. Электронный блок управления 85 через встроенную в прибор штепсельную розетку 89, кабельный штекер: 88 и кабельный i штекер 86 подключен штепсельному гнезду 34.

Штепсельное гнездо 31 электрически соединено с электронным блоком привода с помощью кабеля 97.

На блок-схеме фиг. 13 наглядмо показана взаимосвязь электронных узлов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Электромеханическая прецизионная приводная система, содержащая центральный вал с зубчатым колесом, соединенным с находящимися с ним в зацеплении другими зубчатыми колесами, равномерно распределенными вокруг первого зубчатого колеса и насаженными на валы электродвигателей постоянного тока, выполненные с возбуждением от постоянных магнитов и с немагнитными роторами, расположенными параллельно центральному валу, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и точности, она снабжена системой управления и аварийным агрегатом электропитания на каждый электродвигатель, одна группа электродвигателей установлена с одной стороны центрального зубчатого колеса, а другая группа электродвигателей - с.другой стороны центрального зубчатого колеса, причем шестерни одной группы электродвигателей размещены между шестернями другой группы электро5 двигателей.

2. Система по п.1,отличающаяся тем, что одна группа электродвигателей установлена на шасси корпуса, а другая - на крышке корпуса.

0 3. Система по пп.1 и 2, отличают, а- я с я тем, что крышка корпуса прикреплена к шасси, корпус укреплен на крышке, а двигатели установлены на консолях, соединенных с-крышкой или корпусом.

5 4. Система по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что ступица центрального зубчатого колеса выполнена в виде гайки привода главного ходового винта с устройством для стопорения его вращения.

0 5. Система по п.4, отличающаяся тем, что стопорное устройство выполнено с возможностью соединения с центральным зубчатым колесом или с корпусом,

6.Система по пп.4 и 5, отличающа- 5 я с я тем, что снабжена катушкой для перемещения стопорного устройства.

7.Система по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что стопорное устройство установ0 лено неподвижно относительно корпуса, имеется дополнительное стопорное устройство, установленное на другой стороне центрального зубчатого колеса, гайка для дополнительного привода ходового винта,

5 дополнительный ходовой винт соединен с главным ходовым винтом через муфту.

лг

ч

О

Фиг.4

Изобретение позволяет повысить надежность и точность электромеханической прецизионной( приводной системы. Центральный вал с зубчатым колесом приводится во вращательное или вращательно- поступательное движение электродвигателями постоянного тока с шестернями на валу, находящимися в зацеплении с зубчатым колесом центрального вала. Каждый электродвигатель снабжен собственной системой управления и аварийным агрегатом электропитания. Вращающий момент центрального вала с зубчатым колесом складывается из отдельных моментов электродвигателей. 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

.i

If vta4 vx4 fffiffi:il lll) Ч X

аЖЧУчЧХУ;

F

S. Wcfr

чЧЧУуЧЧЧУУч

ХУч}||Ш11НШН1 Ш

Ш

Щ{

|OL

i i

Ql

C191E81

ът

49

45

/ь

48

У//// л

56

Фиг, 9

ючю

Фиг. Ю

Фиг. //

4 92

I

ФФ

Фиг. 1Z

89

,.1,Гl.J.

-85

88

Фиг. fS