CS251398B1 - Převodový mechanismus s pohybovým šroubem a maticí - Google Patents

Abstract

Řeěení se týká konstrukce převodového mechanismu elektrických pohonů, používaných u průmyslových robotů, manipulátorů a výrobních strojů s vysokou hodnotou převodu a vyěěí účinností při minimálním počtu součástí. Účinku je dosaženo tim, že na první hřídeli jsou vytvořeny závity pohybového ěroubu, jehož matice je valivou kinematickou vazbou spojena s druhou hřídelí, popřípadě je pohybový ěroub opatřený recirkulečním systémem kuliček.

Description

(54) Převodový mechanismus s pohybovým šroubem a maticí

Řeěení se týká konstrukce převodového mechanismu elektrických pohonů, používaných u průmyslových robotů, manipulátorů a výrobních strojů s vysokou hodnotou převodu a vyěěí účinností při minimálním počtu součástí. Účinku je dosaženo tim, že na první hřídeli jsou vytvořeny závity pohybového ěroubu, jehož matice je valivou kinematickou vazbou spojena s druhou hřídelí, popřípadě je pohybový ěroub opatřený recirkulečním systémem kuliček.

Předmět·· vynálezu je převodový mechanismus s pohybovým Šroubem a maticí, aplikovaný u élektrických pohonů, určených především pro polohování kooperujících funkčních celků průmyslových zařízení, vyžadujících vzájemná řízení součinnosti a přesné orientace pracovních orgánů, například výstupních hlavic robotů, manipulátorů, nebo nástrojů výrobních- strojů.

Blektrické pohony se všeobecně uplatňují za podmínek, kdy je možné s ohledem ma charakter pohámimé soustavy výhodně využít věech jejich předností, jako je například dostupnost a jednoduchost přívodu energie k motoru včetně spojení s řídícími obvody, vhodné dynamické vlaanoztl a Jednoduchá údržba spolu s nízkými provozními náklady.

V pohonech robotů, nanipulečních zařízení, obráběcích a jiných výrobních strojů se používají předevžím motory asynchronní a stejnosměrné. V oblasti malých výkonů se pak stále více prosazují krokové motory, které je možno přímo připojit ma řídící číslicové systémy, nepotřebují zpětnou vazbu a měření výstupní polohy, nebol ji zabezpečují počtem a polaritou řídicích impulzů, vyslaných z řídících obvodů.

Známou nevýhodou elektrických motorů je nemožnost přímého připojení k pohybovým mechanismům s ohledem na vysoké výstupní otáčky a malé kroutící momenty. Proto je nutné vybavovat pohonné jednotky převodovými mechanismy, u kterých se obecně na jedné straně vyžadují minimální rozměry a hmotnost, zatímco na druhé straně je to spolehlivost, jednoduchost, nízké výrobní a převozná náklady.

U nejúspěinějěích typů průmyslových robotů se uplatňují nejprogresivnějSÍ konstrukce elektromechanických pohonů, které jaou řešeny jako kpmpaktní moduly, obsahující kromě motorové jednotky a moderní převodovkou také brzdu a- čidla pro snímání rychlésti a polohy.

U těchto zařízení, včetně některých výrobních strojů, kde pohonná Jednotky slouží k přesnému polohování, nebo vedení pracovních nástrojů, respektive úchopných hlavic po naprogramovaných drahách, se vyžaduje ještě nevíc bezvůlové provedení převodových mechanismů. Těmto požadavkům lze u klasických převodovek s ozubenými koly vyhovět jen za cenu komplikovaných konstrukcí, kdy je nutno například vytvářet pro oba smysly otáčení samostatní převodová větve, která ee musí navzájem torzně přádepínst, eventuálně se používá vymezení vůlí dělenými koly, která se bu3 vůči sobě taká torzně předepínejí, nebo jsou opatřena Mileným ozubením a vymezení se provede vzájenutfm posunutím.

Tyto nevýhody vyniknou obzvláště tehdy, když se převodový mechanismus používá pouze k reverzačnímu natáčení pracovních orgánů, úchopných a technologických hlavic, nosných konstrukcí, ramen a podobně, kdy je úhel pootočení výstupního hřídele menší než 360 °C a bezvůlové provedení uvedených převodovek je pro daný účel a potřebný předvod rozměrná a složitá.

VětSího uplatnění proto nacházejí v těchto případech globoidní šnekové a harmonická převodovky, šneková převodovky mejí opět známé nedostatky, spočívající v obtížné výrobš, nutnosti používání deficitního materiálu na šneková kola a v nízká účinnosti. Nízká účinnost je pak ne závadu především v elektrických pohonech a krokovými motory, která dosud mají malý kroutící moment, klesající navíc s roetoucí frekvencí vstupních impulsů.

Harmonické převodovky jsou pro svoji kompaktnost a malá rozměry velmi užívaným převodovým mechanismem v konstrukcích průmyslových robotů a manipulátorů. Jejich výroba je oviem technologicky velmi náročná a mohou ji úspěšně zvládnout jen specializovaní výrobci. Výkonově Jsou v souěasnosti ještě možnosti harmonických převodovek omezené na menší a střední výkony do 6 kW z důvodu extrémního namáhání jejího pružného kotouSe.

Uvedená nedostatky Jsou odstraněny převodový· nechanisnen s pohybový· šroube· a Maticí unežňujícín identickou transformaci rotace Běsi první a druhou hřídelí, jehož podstata spočívá v tem že matice pohybového šroubu který je vytvořen na první hřídeli, je valivou kinematickou vasbou funkčně spojena a kotouči druhé hřídele.

Současní je taká spatřena opěrnými plocha·! pre její vedení ve směru první hřídele prostřednictví· vodících kladek. Při pešadevku na vysekou účinnost převodového mechanismu jo nozi závity pohybového šroubu a matice umístěn recirkulační systém kuliček. Valivá kinematická vazba je vytvořená buS jako ozubená hřebeny spojená s matici a zabírající e ozubením kotoučů druhá hřídele, nebo jako dva pružné odvalovací pásy, či řetěsová větve, spojená přes napínáky a matici a navinutá navzájem protisměrně kolem kotoučů druhé hřídele, či na jejich řetězové ozubení.

Předností předložené konstrukce je, že aplikací malého stoupání slvitu pohybového Vroubu a mstíce ee docílí saaesvernosti mechanismu, který lse využít pouse jedno·měrně ve funkci redukteru, s možností dosažení víc než dvojnásobná hodnoty převedu vůči šnekovým převodovkám.

Jehe peušití připadá v úvahu především v případech, kdy se na jedná straně nevyžaduje souvislá a nepřetržitá činnost, sete je však na druhé straně potřebně mít sa stecienárníhe stavu spolehlivě sejičtineu vzájemnou polohu první a druhé hřídele bes daliích přídavných aretevacích mechanismů při proměnlivém zatížení ne druhá hřídeli, jako je ternu například u pohonů akčních členů regulačních obvodů, neb· u resličných stavících mechanismů, sloužících k docílení příslužná směny a nestavení odpovídající veličiny, . či parametrů.

Použitím redrkulačníhe systému kuliček, umístěného mezi sávity pohybového ěroubu a matice, vznikne mechanismus zcela sdliiných vlastností, jehož přednosti vyplývají předevěím se skutečneati, že všechny kinematická dvojice převodového mechanismu podle vy- . nálesu jeou valivá.

Tím je dána jehe celková vyseká účinnost s možnost aplikace převodového mechanismu bu3 jske redukteru nebe jaké multiplikátoru. Přítem běžně dosažitelná hodnota převodu při obvyklých resměrevých poměrech je až e 50 * vyěěí, než u převodů šnekových převodovek, příčeni počet součástí je minimální vůči ekvivalentním převodovkám s ozubenými koly.

Převodový mechanismus je mešně využít e dimenzovat pre pohony v Širokém rozsahu vstupních výksnů. Všechny výhody vyniknou především v besvůlevám provedení. Výrobě besvůlevých kuličkových čreubů a matic je v současnosti technologicky svládnutá a reslisace besvůlová valivá kinematická vazby mesl kuličkovou maticí a kotoučem druhá hřídele je rovněž snadné proveditelná.

Zvláštní výhodou varianty e pružnými odvalovacími pásy je možnest dosažení exaktní hodnoty převedu, nebol průměry kotoučů druhá hřídele, na která ee pásy navinují, lse vyrobit scele přesná a libovolně na základě kinenatickáhe výpočtu, zatímco u ozubení je vždy závislost restečnáhe průměru na celistvém poetu zubů.

Vadící kladky která podpírají matici pohybového šroubu, zachycují jednak reakční mement a dále kempensují průhyb první hřídele, cež přispívá k celková tuhosti mechanismu. Převodový mechanismus je vhodný i prápehony e krokovými motory, jejichž dosud malá výkony vyžadují používání,převodů e vysekou účinností.

Konstrukčně lze jednotlivá součásti uspořádat tak, že vznikne kompaktní celek, jehož vaijčí reamčry jsou menií než u srovnatelných převodovek šnekových, jak ukazují přiložená ebrášky. Využitelnost předmětu vynálezu přichází v úvahu pro případy pohonů s obousměrnou diskentinuální rotací první nebe druhá hřídele v omezeném rozsahu celkového úhlu na251398 tečení e ve «pojení s edměřovacím přístroje· předevíím pre přesné polohevání i souvislé řízení pracovních ergénů, nebo celých funkčních celků.

Příkladné řečení převodového aechanisau o pohybový· Šroube* a maticí, a použitým recirkulačním systémem kuliček mezi závity pohybového Šroubu a matice, jsou zobrazena na výkresech.

Na obr. 1 je bezvůlový reduktor β alternativou ozubeného převodu a ne obr. 2 řez rovinou A-A z obr. 1. Obr. 3 představuje verzi o pružnými odvalovacími pásy pro vSoobecné použití ve funkci redukteru i multiplikátoru a obr. 4 modifikaci a řetězovými větvemi.

U příkladného řeSení je ve skříni 1 íobr. 1} uložena v prvém valivém uložení g hřídel 2 spojená s elektrárnotorem £ a odměravecím přístrojem £. Ne první hřídeli £ jsou vytvořeny sávity pohybového Šroubu £, ve kterých je umístěn recirkulační systém kuliček £ předepnuté besvůlevé matice £, která má ne svém vnějším povrchu vytvořeny dvě opěrné plechy

Vodící kladky 10 uležené na excentrech 11. podpírají matice £ prostřednictvím opěrných plech 2, které jeou paralelní s první hřídelí 2· V případě první varianty zobrazeného převodového mechanlamu, kde kinematické valivé vazba mezi maticí a kotouči druhé hřídele je realizována ozubeným převodem, jsou ozubené hřebeny 12. vytvořené rovnoběžně o první hřídelí 2 na matici 8 v záběru a ozubením £2 kotoučů 14 druhé hřídele 15. otáčející se ve druhám valivém uložení £2 (obr. 1 a 2).

Pro vymezení vůle v ozubeném převodu jaou oba kotouče 14 a ozubením 13 vůči sobě například tarzně předepnuty známým způsebem. V případě verze převodového mechanlamu, kde kinematická valivá vazba je vytvořena pružnými advelavacíml páay (abr. 3), Jasu o meticí 2 spojeny dva pružné odvalovací pásy 17. které Jsau «pásané navzájem protisměrně kolem keteuřů 14 druhé hřídele ££.

Kotouče 14 jeau v tamta případě hladké a alespoň jeden z pružných odvalovacích pásů 17 je předepnutý napínákem pásu 18. U modifikace, kde kinematická valivá vazba je vytvářená řetězovými větvemi (ebe. 4), Jsou obdobně a maticí 2 spájeny dvě řetisavé větve £2 nevinuté spět obdobně protisměrně na řetězové ozubení 22 kotoučů 14 druhé hřídele 15.

U besvůlevé alternativy je znovu aleapaň jedna z řetězových větví 19 předepnutá napínákem řetězů 2£.

Při redukci otáček elektromotoru £ se na závitech pohybového Šroubu £ transformuje rotační pohyb první hřídele 2 ⁰⁸ translační pohyb matice £, který ee kinematickou valivou vazbou znovu transformuje na rotační pohyb druhé hřídele ££. V případě multiplikace otáček z druhé hřídele 15 na první hřídel 2 i® činnost převodového mechanlamu analogická.

Pra hodnotu převodu lze odvodit vztah:

t

D - velící průměr kotouče druhá hřídele t - stoupání kuličkevéha Šroubu

V připadl alternativy převodového mechanismu s ozubeným převodem lze uvedený vztah upravit následovně:

t m - nedul zubů z - počet zubů ozubení kotoučů druhé hřídele

Zatínce ěneková převodovky, peužívená v běžná technická praxi, doeehují naxinálního převedeváhe poaěru 100, je něžná u převodového aechanieni e «cirkulační· ayetáaea kuliček dosáhnout v obvyklých dimensionálních relacích hodnot převedu 150 a při použití řeěení bez recirkulačníhe systému kuliček převedeváhe poměru v rozsahu 200 - 300

Claims (4)

1. ř Jllíll VYNÁLEZU

   1. Převodový mechanismus a pohybový· ěreubea a maticí, a «cirkulačním systéme· kuliček ·βζ! závity pehybeváhe ěreubu a Batice, pre identickou transforaacl nesl první a druhou hřídelí, vyznačující ee tía, že aetlce (8) pehybeváhe Šroubu (6), vytvořeného ne první hřídeli (3) je jednak valiveu kineaatickeu vazbou funkčně opojená a kotouči (14) druhá hřídele (15) a jednak je pre její vedení ve aaěru první hřídele (3) prostřednictví· vodících kladek (10) opatřena opěrný·! plocha·! (9).
2. 2. Převodový Bechenleauo podle bodu 1 vyznačený tín, ěe valivá kinetická vaebe je tvořena osubenýnl hřebeny (12), kterýsi je natice (8) opatřena, zabírajícími a ozubení· (13) kotoučů (14) druhá hřídele (15).
3. 3. Převodový echanisaue podle bodu 1 vyznačený ti·, že valivá kinetická vazba je tvořena dvěna pružný·! odvalovacími páay (17), ae ktexýal je natice (8) přes napínáky pásu (18) spojene, spásaný·! navzájem pratisaěrně kolen keteučd (14) druhé hřídele (15).
4. 4. Převodový aechanleaua podle bodu 1 vyznačený tía, že valivá kinetická vazba je tvářená dvěna edvalevacíni řetěsovýal větvsai (19), spojený·! přea napínáky řetězů (21) aticí (8), navinutý·! navzájem protisměrně na řetězevéa ozubení (20) kotoučů (14) druhá hřídele (15).