CZ301095B6

CZ301095B6 - Zpusob a zarízení k pohonu clenu strojních mechanizmu

Info

Publication number: CZ301095B6
Application number: CZ20080010A
Authority: CZ
Inventors: Jirásko@Petr
Original assignee: Výzkumný ústav textilních stroju Liberec, a.s.
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-11-04
Also published as: CZ200810A3; EP2078882B1; EP2078882A1

Abstract

Pohon clenu strojních mechanizmu, zejména manipulacních a výrobních stroju se odebírá z výstupního pracovního clenu (5) mechanického diferenciálu (2). Pohybové parametry tohoto pohonu se ovládají pomocí pohybových parametru dvou vstupních clenu (3, 4) mechanického diferenciálu (2). Pritom alespon jeden vstupní clen (4, 3) mechanického diferenciálu (2) se rídí zdvihovou závislostí elektronické vacky. Zarízení k pohonu clenu strojních mechanismu obsahuje mechanický diferenciál (2) pripojený ke dvema vstupním clenum (3, 4) a jednomu výstupnímu pracovnímu clenu (5). Alespon jeden vstupní clen (4, 3) obsahuje elektronickou vacku a zbývající vstupní clen (3, 4) obsahuje vackový mechanismus s periodickým hnacím pohybem.

Description

Způsob a zařízení k pohonu Členů strojních mechanizmů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu pohonu členů strojních mechanizmů, zejména u manipulačních a výrobních strojů, přičemž se tento pohon odebírá z výstupního členu mechanického diferenciálu a pohybové parametry tohoto pohonu se ovládají pomocí pohybových parametrů dvou vstupních členů tohoto mechanického diferenciálu.

Vynález se také týká zařízení k pohonu Členů strojních mechanizmů, zejména u manipulačních a výrobních strojů, které obsahuje mechanický diferenciál připojený ke dvěma vstupním členům a jednomu výstupnímu členu.

Dosavadní stav techniky

Pohon pracovních členů výrobních a manipulačních strojů je určen požadovanou technologickou funkcí. Především se jedná o zajištění vhodného požadovaného pohybu jejich pracovního členu.

Ve většině případů jde o transformaci rotačního pohybu s konstantní úhlovou rychlostí na nerovnoměrný pohyb rotační nebo posuvný. Kinematicky se jedná o transformaci pohybu převodem s proměnlivým převodovým poměrem, kterou obecně zabezpečují mechanizmy s jedním stupněm volnosti. Jedná se podle konstrukčních možností o vačkové a/nebo kloubové mechanizmy rovinné nebo prostorové. V případě vačkových mechanizmů jde o transformaci rovnoměrné rotace vačky na pracovní pohyb výstupního členu, kterým je vahadlo nebo posuvný zvedák. Rovněž v případě kloubových mechanizmů jde o transformaci rovnoměrné rotace vstupního členu mechanizmu na nerovnoměrný pohyb výstupního Členu s rotačním nebo posuvným pohybem. Tyto mechanizmy bývají doplněny podle potřeby konstantními převody, což jsou např. ozubená kola nebo řemenové převody. Pracovní členy výrobních a manipulačních strojů vykonávají pohyb periodický nebo neperiodický, přičemž neperiodický pohyb je superpozicí lineárního pohybu s periodickým pohybem. Velmi Častým pohybem pracovních členů je periodický krokový pohyb.

Na pohyby pracovních členů výrobních a manipulačních strojů jsou kladeny nejrůznější poža35 dávky s ohledem na polohovou přesnost, vysokou dynamiku pohybu a silový výkon. Vstupní konstantní rotace pohonů těchto mechanizmů je zabezpečena klasickými elektromotoiy s různou úrovní regulace, např. frekvenčními měniči. Nevýhodou těchto mechanizmů je jejich jednoúčelovost a jejich použitelnost pouze v oblasti pevné automatizace. Změna pracovního pohybu je možná pouze zásahem do pohonu a to změnou geometrie kloubových mechanizmů nebo změnou tvaru vačky v případě vačkových mechanizmů.

Další alternativou pohonu pracovního členu mechanismu je elektronicky řízený servomotor, který na svém výstupním hřídeli realizuje požadovaný rotační pohyb, který se nazývá zdvihová závislost. V současném stavu techniky se tento digitálně řízený servomotor realizující definovaný pohyb, resp. definovanou zdvihovou závislost, nazývá elektronická vačka. Tuto zdvihovou závislost je pak možno transformovat konstantními převody na pracovní pohyb rotační nebo posuvný. Výhodou elektronických vaček je jejich rychlá změna zdvihové závislosti, což představuje hlavní výhodu jejich nasazení v oblasti pružné automatizace a ve výrobních systémech s malou sériovostí. Jejich nevýhodou je úzká oblast použitelnosti v poměrně malém intervalu možných otáček a přenášeného výkonu. Podstatným nedostatkem snižujícím oblast použitelnosti samotné elektronické vačky je to, že při vyšších nárocích na dynamiku pohybuje servomotor značně zatěžován svým vlastním momentem setrvačnosti rotoru.

Například pri požadavku na přímočarý vratný pohyb hmotného pracovního členu mezi dvěma úvratěmi je nutno vždy před úvratí akumulovat značnou energii brzděných setrvačných hmot,

-1CZ 301095 B6 přičemž bezprostředně za úvratí je nutno tyto setrvačné hmoty uvést opět do rychlého pohybu v opačném směru. To řeší dosavadní stav techniky například použitím silového motoru a pružinových nebo magnetických akumulačních prostředků. Takové prostředky však řešení komplikují, přičemžjimi lze některé požadavky splnit jen omezeně.

Druhou alternativou je využití samostatného řízeného servomotoru. To je však limitováno požadovaným výkonem nutným pro rozběh zabrzděných setrvačných hmot, kterým servomotor obvykle nedisponuje. Řešení je tedy vhodné jen pro malé přenášené výkony.

io Cílem vynálezu je odstranit, nebo alespoň podstatně zmírnit nedostatky současného stavu techniky.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem pohonu členů strojních mechanizmů, při kterém se ovládají pohybové parametry dvou vstupních Členů mechanického diferenciálu, jehož podstatou je to, že alespoň jeden vstupní člen mechanického diferenciálu se řídí zdvihovou závislostí elektronické vačky.

Tímto způsobem je pro silový přenos využito výkonu jednoho vstupního členu realizovaného například elektromotorem, přičemž průběh výstupního pohybu mechanického diferenciálu je dotvářen působením dalšího vstupního členu, kterým je řízený servomotor, tedy elektronická vačka. Tento pohyb může být použit i na vstupu libovolných strojních mechanizmů.

Výhodné je také, když se velikost zdvihu elektronické vačky před vstupním členem mechanického diferenciálu transformuje pomocí konstantního převodu. Tím lze posunout rozsah řízených otáček vstupního Členu mechanického diferenciálu do požadované oblasti.

Cíle vynálezu je také dosaženo zařízením k realizování způsobu podle vynálezu, které obsahuje mechanický diferenciál připojený ke dvěma vstupním členům a jednomu výstupnímu členu, jehož podstatou je to, že alespoň jeden vstupní člen obsahuje elektronickou vačku.

Výhodné je také, když zbývající vstupní člen mechanického diferenciálu obsahuje vačkový mechanizmus s periodickým hnacím pohybem, nebo když zbývající vstupní Člen obsahuje čtyřkloubový mechanismus s periodickým hnacím pohybem.

Tím lze vhodně transformovat rotaci silového elektromotoru na požadovaný pohyb pracovního členu poháněného strojního mechanizmu.

Rovněž je výhodné, když zbývající vstupní člen obsahuje rotační motor s konstantní výstupní rychlostí.

To umožňuje dosáhnout pohybu pracovního členu charakterizovaného přímkou v důsledku silo45 vého rotačního motoru, na níž je superponováno kolísání dané Částečně, nebo zcela funkcí elektronické vačky.

Výhodné je také, když i zbývající vstupní člen obsahuje elektronickou vačku. Tak lze dosáhnout ještě vyšší variability transformace pohybů vstupních členů na pohyb pracovního členu.

Mechanickým diferenciálem může být diferenciál libovolného konstrukčního uspořádání zabezpečujícího superpozici dvou vstupních pohybů najeden výstupní pohyb.

Vlastnostmi uspořádání diferenciálu lze ovlivnit průběh výsledného výstupního pohybu. Například v případě diferenciálu s třecími koly může být do výsledného pohybu vnesena elasticita při rozběhu z úvrati způsobená žádoucím krátkodobým prokluzem a podobně.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná zařízení podle vynálezu jsou schématicky znázorněna na výkresech, kde značí obr. la řez obecným zubovým planetovým diferenciálem se vstupními a výstupními členy, obr. lb čelní to pohled kobr. la, obr. 2a čelní pohled na zařízení se vstupním členem obsahujícím dvojvačku, obr. 2b grafické znázornění pohybu výstupního členu k obr. 2a, obr. 3a Čelní pohled na zařízení se vstupním členem obsahujícím čtyřkloubový mechanizmus, obr. 3b grafické znázornění pohybu výstupního členu k obr. 3a, obr. 4a čelní pohled na zařízení se vstupním členem obsahujícím hnací elektromotor a obr. 4b grafické znázornění pohybu výstupního členu k obr. 4a.

Příklady provedení vynálezu

Základním konstrukčním prostředkem zařízení podle vynálezu je známý zubový planetový dife20 renciál uspořádaný mezi dvěma paralelními vstupními členy a výstupním členem.

V příkladném provedení znázorněném na obr. la, lb obsahuje zařízení rám 1, v němž je uspořádán zubový planetový diferenciál 2, s jehož tělesem 21 je pevně spojeno korunové kolo 211 s vnitřním ozubením. Vstupní hřídel 22 diferenciálu 2 je otočně uložen v jednom čele tělesa 21 diferenciálu, uvnitř tělesa 21 diferenciálu je na konci vstupního hřídele 22 upevněno centrální kolo 221 s vnějším ozubením. Mezi valivým obvodem korunového kola 221 a valivým obvodem korunového kola 211 jsou uspořádány satelity 23, jejichž hřídele 231 jsou otočně uloženy v unášeči 24 satelitů. Unášeč 24 satelitů je pevně spojen s výstupním hřídelem 25 diferenciálu uloženým otočně v tělese 21 diferenciálu souose se vstupním hřídelem 22. Těleso 21 diferenciálu je známým neznázoměným způsobem spojeno s prvním vstupním členem 3. Ten je obecně tvořen silovým pohonem zařízení, který je podle obr. la realizován například asynchronním elektromotorem. První vstupní člen 3 otáčí tělesem 21 diferenciálu úhlovou rychlostí ω^.

Vstupní hřídel 22 diferenciálu 2 je připojen ke druhému vstupnímu členu 4, který je obecně tvo35 řen regulačním pohonem s nižším výkonem. Ve všech znázorněných příkladných provedeních je realizován servomotorem ve funkci tzv. elektronické vačky s proměnnými programově řízenými otáčkami s okamžitou úhlovou rychlostí ω₄.

K výstupnímu hřídeli 25 diferenciálu 2 je připojen pracovní člen 5 neznázoměného poháněného strojního mechanizmu, jehož úhlová rychlost ω$ je superpozicí úhlové rychlosti tělesa 21 diferenciálu a úhlové rychlosti ω₄ druhého vstupního členu.

Provedení podle vynálezu využívá kol s čelním ozubením, která jsou z technologických důvodů výhodnější, než kola kuželová. Je zřejmé, že by bylo možné použít i třecího diferenciálu. Kom45 plikací může být volba vhodného třecího materiálu pro styčné obvodové plochy kol, a/nebo zajištění trvalého a stabilního přítlaku spoluzabírajících třecích ploch. Nutno také počítat s prokluzem kol, který je pro třecí převody charakteristický.

V příkladném provedení zařízení pode obr. 2a je první vstupní člen 3 realizován dvojvačkou 31, jejíž funkční plocha je spřažena se dvojicí kladek 212 otočně uložených na koncích radiálních ramen 212 pevně spojených s obvodem tělesa 21 diferenciálu 2. Pracovním členem 5 je zde krokově přímočaře se pohybující prostředek 51 poháněný výstupním hřídelem 25 diferenciálu 2 realizovaný řetězovým, případně pásovým nebo lankovým převodem.

Výstupem zařízení podle obr. 2a je definovaný krokový rotační pohyb výstupního pracovního členu 5, jehož průběh je graficky znázorněn na obr. 2b. Zdrojem výkonu pracovního členu 5 je první (silový) vstupní člen 3, jehož dvojvačka 31 poháněná motorem s požadovaným kroutícím momentem se otáčí konstantní úhlovou rychlostí ω^, čímž uvádí prostřednictvím kladek 212 těleso 21 diferenciálu 2 do periodického pohybu s okamžitou úhlovou rychlostí ©2n. Pohyb elektronické vačky je přiveden přímo, nebo prostřednictvím neznázoměného konstantního převodu na druhý (regulační) vstupní člen 4 s okamžitou úhlovou rychlostí ¢04. Pohyby vstupních členů 3 a 4 se skládají a požadovaný periodický pohyb výstupního pracovního Členu 5 s okamžitou úhlovou rychlostí ω₅ je jejich superpozicí. Periodický rotační pohyb výstupu, tedy pracovního členu 5, lze transformovat na periodický posuvný pohyb prostředku 51 rychlostí „v“, kterým je v příkladném provedení řetězový, případně pásový nebo lankový převod. Jeho průběh je znázorněn na obr. 2b křivkou 20, kde vzestupná ěást 201 křivky 20 v jedné periodě, tedy rostoucí posuv „s“ v čase „t“ pracovního členu 5, je důsledkem působení prvního (silového) vstupního členu 3. Udržování neměnné polohy pracovního členu 5 v další části 202 téže periody je důsledkem půso15 bení druhého (regulačního) vstupního členu 4, který pri vratném pohybu tělesa 21 diferenciálu 2 otáčením centrálního kola 221 diferenciálu udržuje po tuto dobu neměnnou polohu unášeěe 24 satelitů 23, a tím výstupního hřídele 25 diferenciálu 2 a pracovního členu 5, jak vyplývá z obr. la. Přitom poměr délky Částí 201, 202 v jedné periodě lze volit pomocí elektronického řízení druhého vstupního členu 4,

V příkladném provedení zařízení podle obr. 3a je první vstupní člen 3 realizován čtyřkloubovým mechanizmem 32 poháněným klikou 321, jehož koncový prvek 322 je pevně spojen s obvodem tělesa 2} diferenciálu 2. Pracovním členem 5 je zde přímočaře vratně se pohybující prostředek 51 poháněný výstupním hřídelem 25 diferenciálu 2 realizovaný řetězovým, případně pásovým nebo lankovým převodem.

Výstupem zařízení podle obr. 3a je definovaný periodický vratný rotační pohyb výstupního pracovního členu 5, jehož průběh je graficky znázorněn na obr. 3b. Zdrojem výkonu pracovního členu 5 je první (silový) vstupní člen 3, tvořený čtyřkloubovým mechanizmem 32 poháněným motorem s požadovaným kroutícím momentem, přičemž jeho klika 321 se otáčí konstantní úhlovou rychlostí ©32. Tím se uvádí těleso 21 diferenciálu 2 do periodického vratného pohybu s okamžitou úhlovou rychlostí ©₂i₂. Průběh zdvihu elektronické vačky je přiveden přímo, nebo prostřednictvím neznázoměného konstantního převodu, na druhý (regulační) vstupní člen 4 s okamžitou úhlovou rychlostí ©4. Pohyby vstupních členů 3 a 4 se skládají a požadovaný perio35 dický vratný pohyb výstupního pracovního členu 5 s okamžitou úhlovou rychlostí ©j je jejich superpozicí. Periodický vratný rotační pohyb výstupu, tedy pracovního členu 5, lze transformovat na periodický vratný posuvný pohyb prostředku 51 rychlostí „v“, kterým je v příkladném provedení řetězový, případně pásový nebo lankový převod. Jeho průběh je znázorněn na obr. 3b křivkou 30, kde vzestupná část 301 křivky 30 v jedné periodě, tedy rostoucí posuv „s“ v čase „ť‘ pracovního členu 5 může být důsledkem působení prvního (silového) vstupního členu 3. Sestupná část 302 křivky 30 v další části téže periody je důsledkem působení druhého (regulačního) vstupního členu 4, který při vratném pohybu tělesa 21 diferenciálu 2 příslušným otáčením centrálního kola 221 diferenciálu úhlovou rychlostí ©4 způsobuje zpětný pohyb unášeče 24 satelitů 23, a tím výstupního hřídele 25 diferenciálu 2 a pracovního členu 5, jak vyplývá z obr. la. Přitom poměr délky částí 301, 302 v jedné periodě lze volit pomocí elektronického řízení druhého vstupního členu 4. Výstupního pohybu tohoto charakteru lze například s výhodou využít pro pohon rozváděcího ústrojí navíjené příze u bezvřetenového dopřádacího stroje.

V příkladném provedení zařízení podle obr. 4a je první vstupní člen 3 realizován asynchronním elektromotorem 33 s konstantními otáčkami, který je řetězovým nebo pásovým převodem 34 spřažen s obvodem tělesa 21 diferenciálu 2. Pracovním členem 5 je zde přímočaře nekonstantní rychlostí se pohybující prostředek 51 poháněný od výstupního hřídele 25 diferenciálu 2 realizovaný řetězovým, případně pásovým nebo lankovým převodem.

Výstupem zařízení podle obr. 4a je definovaný obecný, případně obecný periodický rotační pohyb výstupního pracovního členu 5, jehož průběh je graficky znázorněn na obr. 4b. Zdrojem výkonu pracovního členu 5 je první (silový) vstupní člen 3, realizovaný elektromotorem 33 s požadovaným kroutícím momentem, který se otáčí konstantní úhlovou rychlostí ω^. Prostřed5 nictvím pásového nebo řetězového převodu 34 uvádí těleso 21 diferenciálu 2 do rotačního pohybu s konstantní úhlovou rychlostí ω^η. Průběh zdvihu elektronické vačky je přiveden přímo, nebo prostřednictvím neznázoměného konstantního převodu, na druhý (regulační) vstupní člen 4 s okamžitou úhlovou rychlostí ω₄. Pohyby vstupních členů 3 a 4 se skládají a požadovaný periodický pohyb výstupního pracovního členu 5 s okamžitou úhlovou rychlostí ©j je jejich superpoio zicí. Obecný rotační pohyb výstupu, tedy pracovního členu 5, lze transformovat na obecný posuvný pohyb prostředku 51 rychlostí „v“, kterým je v příkladném provedení řetězový, případně pásový nebo lankový převod. Jeho průběh je znázorněn na obr. 4b křivkou 40. Pohybu znázorněného na obr. 4b může být dosaženo například tak, že základní lineární pohyb pracovního členu 5, daný přímkou, je důsledkem působení prvního (silového) vstupního členu 3, Na něj je super15 ponováno vlnové kolísání dané pouze působením druhého (regulačního) vstupního členu 4.

Výstupní člen 5 může rovněž pohánět neznázoměnou kliku a jejím prostřednictvím další členy poháněného strojního mechanizmu.

Pokud to dovoluje hodnota přenášeného výkonu, lze v příkladném provedení podle obr. 4 nahradit asynchronní elektromotor případně jiný silový zdroj prvního vstupního členu 3 servomotorem s funkcí elektronické vačky a tím plnit ještě přísnější požadavky na přesnost řízení parametrů výstupního pracovního členu 5.

Výstup zařízení podle vynálezu lze s výhodou použít pro jakýkoliv pohyb požadovaný funkcí poháněného strojního mechanizmu, například pro pohony s proměnlivou rychlostí, kdy je mechanizmus zatěžován setrvačnými silami v důsledku zpomalování a zrychlování pohybu setrvačných hmot. Jako příklad lze uvést pohon mechanizmu rozváděče příze při navíjení cívek na doprádacích strojích nebo pohon přírazového mechanizmu na tkacích strojích. Zařízení podle vynálezu umožňuje optimálním způsobem kompenzovat setrvačné síly zatěžující zařízení v úvratích rozváděče a nahradit komplikovaná řešení využívající akumulace a následného vydávání energie v oblasti změny směru pohybu rozváděče v úvratích.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

40 1. Způsob pohonu členů strojních mechanizmů, zejména u manipulačních a výrobních strojů, u nichž se pohon odebírá z výstupního pracovního členu (5) mechanického diferenciálu a pohybové parametry tohoto pohonu se ovládají pomocí pohybových parametrů dvou vstupních členů (3,4) tohoto mechanického diferenciálu, vyznačující se tím, že alespoň jeden vstupní člen (4,3) mechanického diferenciálu (2) se řídí zdvihovou závislostí elektronické vačky.
2. Způsob pohonu členů strojních mechanizmů podle nároku 1, vyznačující se tím, že velikost zdvihu elektronické vačky se před vstupním členem mechanického diferenciálu transformuje pomoct konstantního převodu.

50
3. Zařízení k pohonu členů strojních mechanizmů, zejména u manipulačních a výrobních strojů, obsahující mechanický diferenciál (2) připojený ke dvěma vstupním členům (3, 4) a jednomu výstupnímu pracovnímu členu (5), vyznačující se tím, že alespoň jeden vstupní člen (4,3) obsahuje elektronickou vačku.

c
4. Zařízení k pohonu členů strojních mechanizmů podle nároku 3, vyznačující se tím, že zbývající vstupní člen (3, 4) obsahuje vačkový mechanizmus s periodickým hnacím pohybem.
5 5. Zařízení k pohonu členů strojních mechanizmů podle nároku 3, vyznačující se tím, že zbývající vstupní člen (3, 4) obsahuje čtyřkloubový mechanizmus (32) s periodickým hnacím pohybem.
6. Zařízení k pohonu členů strojních mechanizmů podle nároku 3, vyznačující se io tím, že zbývající vstupní člen (3, 4) obsahuje rotační motor (33) s konstantní výstupní rychlostí.
7. Zařízení k pohonu členů strojních mechanizmů podle nároku 3, vyznačující se tím, že zbývající vstupní člen (3,4) obsahuje elektronickou vačku.
8. Zařízení k pohonu členů strojních mechanizmů podle kteréhokoliv z nároků 3 až 7, vyznačující se tím, že mechanickým diferenciálem (2) je diferenciál libovolného konstrukčního uspořádání zabezpečujícího superpozici dvou vstupních pohybů najeden výstupní pohyb.