BR102020012764A2 - Princípio de conversão mecânica de movimento por eixo inclinado - Google Patents

Abstract

princípio de conversão mecânica de movimento por eixo inclinado. a presente invenção se trata de um sistema mecânico de conversão mecânica de movimento com base na utilização de um eixo inclinado, solucionando os problemas da técnica ao prover um novo sistema, o qual possui vantagem quando comparado à técnica anterior, de variar a amplitude do movimento durante o funcionamento, sem a necessidade de troca de componentes ou parada do conjunto que o sistema está empregado

Description

PRINCÍPIO DE CONVERSÃO MECÂNICA DE MOVIMENTO POR EIXO INCLINADO Campo da invenção

[001] A presente invenção pertence ao campo de sistemas mecânicos básicos, que podem ser utilizados como base de qualquer tipo de máquina ou sistema onde haja a necessidade de um movimento cíclico com amplitude variável. Especificamente em sistemas mecânicos que ajustam sua amplitude sem a interrupção do movimento/processo.

Fundamentos da invenção

[002] Nos processos cíclicos onde há necessidade de controlar a amplitude do movimento e as grandezas consequentes desse movimento (como força, torque, aceleração, deslocamento, ângulo, entre outros) as técnicas comerciais atuais possuem algumas limitações ou desvantagens dependendo das frequências desejadas.

[003] Em geral quanto maior a frequência dos ciclos, maior é a complexidade de controle por se tratar de controles eletrônicos avançados.

[004] A alta complexidade gera custos elevados inviabilizando estas técnicas a certas aplicações. Outra limitação que podemos destacar das técnicas tradicionais é a limitação de frequência mecânica do sistema, como em sistemas com fusos, onde é necessário inverter o sentido da rotação para inverter o movimento.

[005] Como a inversão de movimento envolve acelerar e desacelerar a rotação, a frequência máxima final é drasticamente comprometida. Tipicamente em sistemas de servo atuadores comerciais, é possível atingir até 10Hz, ainda assim comprometendo a máxima amplitude do movimento, que reduz consideravelmente.

[006] Com base no exposto podemos citar o seguinte estado da técnica como útil à compreensão da presente invenção: RU2235241 e BR102018014697.

[007] O documento russo, RU2235241, depositado em 2003, nos ensina como realizar a transmissão de movimento por eixo inclinado em sistemas mecânicos de embreagens para espaços herméticos.

[008] Já o documento depositado no Brasil, BR102018014697, nos ensina um sistema de transmissão de movimento mecânico através de cames para operação de um motor de combustão interna.

[009] Aspectos interessantes destas soluções se evidenciam, como a utilização de diferentes tipos de meios mecânicos para transmissão do movimento.

[0010] Com os ensinamentos e conceitos que a técnica anterior nos ensina e revela, é possível notar uma característica marcante dentre os documentos, que é a complexidade de suas disposições construtivas, amplitude fixa entre outras limitações.

[0011] Também é interessante citar os conhecimentos tradicionais da técnica anterior, dentre eles ressalta-se o sistema biela-manivela. O sistema biela-manivela sem dúvida é um dos pioneiros do campo tecnológico de conversão de movimento.

[0012] A presente invenção traz características inovadoras que vão muito além do referido estado da técnica. A invenção resolve os problemas do atual estado da técnica ao prover um sistema que compreende: eixo inclinado (1), elemento de inclinação (2), eixo de rotação não inclinado (3), mancais (4), rolamento linear (5), bloco de conversão (6), atuador (7), estrutura (8) e guias lineares (9).

[0013] De maneira vantajosa, a presente solução, além de apresentar nova disposição construtiva, vem proporcionar um sistema capaz de realizar a variação da amplitude do movimento final sem a interrupção do processo e/ou do movimento.

[0014] Também é inventivo a característica da invenção de permitir a variação da amplitude final de forma gradual e contínua.

Breve descrição dos desenhos

[0015] Os desenhos em anexo expõem o sistema do princípio de conversão mecânica de movimento por eixo inclinado, que conjuntamente com as referências detalhadas a seguir, faz-se entender mais facilmente, embora esta solução possa variar em muitas formas construtivas diferentes, sempre customizadas para cada aplicação, não mostradas nos desenhos que serão aqui descritos em detalhe e formas para a realização do referido melhoramento.
A Figura 1 apresenta uma vista em perspectiva do princípio de conversão mecânica de movimento por eixo inclinado. Ainda sobre a Figura 1, é possível também visualizar e compreender todos os componentes por meio de suas referências.
A Figura 2 ilustra uma vista lateral do princípio de conversão mecânica de movimento por eixo inclinado. Na referida vista em perspectiva é nítido a geometria do sistema, com ênfase à seu eixo inclinado (1).
A Figura 3 demonstra uma vista lateral do sistema com o bloco de conversão (6) na posição central, logo amplitude movimento zero.
A Figura 4 também demonstra uma vista lateral do sistema, porém agora com o bloco de conversão (6) no que podemos nomear como posição média, para alcançarmos a amplitude de movimento média.
A Figura 5 demonstra outra vista lateral do sistema, porém agora com o bloco de conversão (6) no que podemos nomear como posição extrema, para alcançarmos a amplitude de movimento alta ou máxima.

Descrição da Invenção

[0016] A presente invenção se trata de um sistema mecânico de conversão mecânica de movimento com base na utilização de um eixo inclinado, solucionando os problemas da técnica ao prover um novo sistema, totalmente simplificado quando comparado à técnica anterior, com possibilidade de variação de sua amplitude em seu funcionamento, sem a necessidade de troca de componentes ou parada do conjunto que o sistema está empregado.

[0017] Conforme a presente invenção e de acordo com as figuras de 1 a 5, o princípio de conversão mecânica compreende: eixo inclinado (1), elemento de inclinação (2), eixo de rotação não inclinado (3), mancais (4), rolamento linear (5), bloco de conversão (6), atuador (7), estrutura (8) e guias lineares (9).

[0018] O sistema desenvolvido, por ser uma conversão puramente mecânica, proporciona a vantagem de reduzir consideravelmente a complexidade de controle, reduzindo consequentemente também o custo do sistema.

[0019] Também não possui a limitação encontrada na conversão por fusos quanto a velocidade de inversão de movimento, pois o movimento rotacional inicial é contínuo e em um único sentido, podendo assim alcançar grandes velocidades e/ou frequências.

[0020] Um grande diferencial em relação aos cames mecânicos ou excêntricos é a possibilidade de variar a amplitude do movimento linear final sem interrupção do movimento/processo.

[0021] Ainda sobre a variação da amplitude, ela é variada em relação a movimentação dos mancais (4) sob as guias lineares (9) e também do bloco de variação (6) que se desloca verticalmente, podemos ver muito bem ilustrado nas figuras 3 a 5.

[0022] Adicionalmente, outra característica do princípio de conversão mecânica de movimento está na variação e/ou ajuste da amplitude do movimento linear que se dá de forma contínua e gradual, sem degraus ou saltos de amplitude, resultando em uma transformação suave e precisa do movimento.

[0023] Este sistema pode ser utilizado para qualquer necessidade de movimento linear cíclico que necessitem de ajuste de deslocamento linear, como processos de fabricação, motorização de veículos, controles diversos em veículos, máquinas de testes e ensaios (como ensaios cíclicos de fadiga ou desgaste, ensaios de vibração entre outros), sistemas de vibração que necessitem variar a amplitude do movimento ou som, agitadores, misturadores, entre outros.

[0024] O movimento circular antes da linearização também pode ser aproveitado com as mesmas vantagens que o princípio apresenta.

[0025] O princípio de conversão de movimento mecânico se dá através de um eixo inclinado que converte um movimento rotacional simples em uma rotação com diferentes amplitudes ao longo dele, sendo que este último movimento pode ser convertido em movimento linear através de conceitos já conhecidos, como (duas guias lineares (X, Y), um braço articulado (biela), pino guia, entre outros). Este movimento linear consequentemente terá amplitude variável e/ou ajustável conforme necessidade de cada processo.

Exemplos de concretização da invenção

[0026] Conforme um primeiro aspecto principal, a presente invenção foi concretizado como um sistema de conversão mecânica de movimento por eixo inclinado para ser aplicado em qualquer lugar que necessite transmitir movimento, o qual é particularmente utilizado em aplicações que necessitem a variação da amplitude do movimento de forma contínua e gradual sem a interrupção do sistema.

[0027] Os esboços vistos nas imagens são apenas representações simplificadas, para facilitar o entendimento. O ponto de partida está no eixo inclinado (1), que pode ser constituído por uma barra cilíndrica, eixo retificado, guia linear ou qualquer outro elemento que sirva de guia linear por onde o bloco de conversão (6) irá se deslocar.

[0028] Esse eixo inclinado deve ser fixado à um disco (2) ou outro elemento que ao mesmo tempo que mantém o eixo inclinado, fornece um eixo de rotação não inclinado (3) por onde será realizada a motorização/rotação de entrada. Este eixo de rotação não inclinado pode ser fixado à estrutura (8) por meio de mancais (4) ou outro elemento que permita a livre rotação e restrinja a movimentação linear.

[0029] Este primeiro conjunto, constituído pelo Eixo inclinado (1), elemento de inclinação (2), Eixo de rotação (3) e mancais (4), deve poder se movimentar horizontalmente em relação ao segundo conjunto que estará fixo horizontalmente e livre verticalmente.

[0030] Este movimento linear horizontal é o que permitirá ajustar a amplitude do movimento final, pois no centro do eixo inclinado onde é coincidente com o eixo rotacional a amplitude é zero e quanto mais se distancia do centro maior será a amplitude. Isso pode ser visto nas imagens 3, 4 e 5.

[0031] A movimentação horizontal linear do primeiro conjunto pode ser realizada utilizando qualquer tipo de elemento que permita apenas a movimentação linear (9), como eixos e rolamentos lineares, guias e patins de esferas, entre outros. O segundo conjunto deve possuir algum elemento que permita o deslocamento com baixo atrito (5) através do eixo inclinado, como um rolamento linear de esferas ou elementos similares.

[0032] Este elemento (5) também deve estar associado ao bloco de conversão (6) por meio de um elemento que permita apenas livre rotação, como um rolamento radial. Dessa forma o rolamento linear (5) irá rotacionar junto com o eixo inclinado, porém o bloco de conversão (6) receberá apenas o movimento planar circular, sem rotacionar.

[0033] Agora que se tem um movimento planar circular é possível por meios já conhecidos separar o movimento planar em dois movimentos lineares, ou seja, dois eixos de movimentação. Para a maioria das aplicações será necessário utilizar apenas um dos movimentos lineares, descartando o segundo. Porém ambos podem ser utilizados se necessário

[0034] O método exemplificado nas imagens para essa conversão foi um bloco de conversão (6) que despreza os movimentos horizontais e transfere o movimento vertical para o atuador (7), que por sua vez foi restringido à movimentos lineares por meio de um rolamento linear ou elemento similar fixado à estrutura (8).

[0035] Para não causar um esforço de torção sobre os elementos, é necessário que este rolamento linear (7) permita apenas deslocamento linear, restringindo também os movimentos rotacionais. Dependendo da carga necessária ao processo pode ser utilizado mais de um elemento inclinado (eixos, guias ou outros), sendo que para fins dos cálculos deve ser utilizado o eixo inclinado virtual central.

[0036] A motorização do eixo rotacional (3) pode ser realizada por qualquer meio já conhecido como hidráulico, pneumático, eletromagnético, mecânico.

[0037] O eixo inclinado pode ser reduzido praticamente pela metade caso seja necessário reduzir o espaço utilizado, pois é necessário apenas um dos lados a partir do centro. É favorável deixar o outro lado simétrico para fins de evitar vibração e desbalanceamento do sistema no caso de sistemas de alta rotação, porém através de cálculos é possível compensar a massa retirada através de um contrapeso de menor comprimento.

[0038] O ângulo do eixo inclinado pode ser definido conforme a necessidade da amplitude do movimento e também está relacionado a força necessária à aplicação. Quanto maior o ângulo em relação ao eixo de giro, maior será a amplitude do movimento final e consequentemente será necessário mais torque de entrada para gerar a mesma força, devido ao braço de alavanca maior.

[0039] Um movimento linear (gerado manualmente ou automaticamente por qualquer meio) é necessário para posicionar o primeiro conjunto na posição que gere a amplitude desejada. Esse posicionamento pode ser realizado com o restante do sistema em funcionamento, alterando assim a amplitude do movimento cíclico gradualmente até o valor desejado.

[0040] O conjunto completo também pode ser montado sobre outros mecanismos de posicionamento para assim ter ajuste do centro do movimento (conhecido em várias áreas como offset). Desta forma é possível, além da amplitude, ajustar o ponto central do movimento sem interromper o processo/movimento.

[0041] Os posicionamentos dos conjuntos mencionados acima podem ser automatizados com a utilização de sensores e sistemas de controle, tornando-o um sistema auto-regulável.

Claims (3)

1. PRINCÍPIO DE CONVERSÃO MECÂNICA DE MOVIMENTO POR EIXO INCLINADO conforme a presente invenção caracterizado por converter movimento rotacional em movimento linear e/ou circular.
2. PRINCÍPIO DE CONVERSÃO MECÂNICA DE MOVIMENTO POR EIXO INCLINADO conforme a presente invenção e de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir a variação da amplitude do movimento final sem a interrupção do processo e/ou do movimento.
3. PRINCÍPIO DE CONVERSÃO MECÂNICA DE MOVIMENTO POR EIXO INCLINADO conforme a presente invenção e de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado por permitir a variação da amplitude final de forma gradual e contínua.

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