CZ303532B6

CZ303532B6 - Pohon rotacních os, zejména obrábecích stroju, robotu a manipulátoru

Info

Publication number: CZ303532B6
Application number: CZ20110345A
Authority: CZ
Inventors: Novotný@Lukáš; Rybár@Pavel; Soucek@Pavel
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze, Fakulta strojní, Výzkumné centrum pro strojírenskou a výrobní techniku a technologii
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-11-14
Also published as: CZ2011345A3

Abstract

Pohon rotacních os, zejména obrábecích stroju, robotu a manipulátoru sestává z motoru se statorem (1) a rotorem (2), který je propojen s výstupní hrídelí (3). Rotor (2) je s výstupní hrídelí (3) propojen v jedné poloze pres stálý prevod a v druhé poloze pres alespon jednostupnovou, planetovou prevodovku s prevodem do rychla. Rotor (2) je opatren radicím mechanismem (8) pro volbu jedné polohy a druhé polohy.

Description

Pohon rotačních os, zejména obráběcích strojů, robotů a manipulátorů

Oblast techniky

Vynález se týká pohonu rotačních os, zejména obráběcích strojů, robotů a manipulátorů, sestávajícího z motoru se statorem a rotorem, kterýje propojen s výstupní hřídelí.

Dosavadní stav techniky

U rotačních os zejména obráběcích strojů, robotů a manipulátorů se požadující v některých případech pomalé otáčky při vysokém kroutícím momentu při zachování bezvůlového polohování a v dalších případech rychlé otáčky při redukovaném kroutícím momentu.

V současnosti je splnění výše uvedených požadavků do značné míry limitováno možnostmi elektrických motorů. Neexistují motory, které by uměly pracovat s vysokým momentem při nízkých otáčkách a současně dosahovat vysokých otáček, aniž by bylo nutné použít vysoké hodnoty protékajícího proudu. V případě asynchronních motorů s kotvou nakrátko je problematické dosažení vysokých momentů pri malých otáčkách. U synchronních motorů, zejména s permanentními magnety v rotoru, je jejich konstrukce přímo podmíněna požadovanými pracovními otáčkami. Buď jsou provedeny s malým počtem pólů a umožňují dosahovat vysokých otáček, anebo mají velký počet pólů, jako např. prstencové motory, přičemž pracovní otáčky klesají s rostoucím počtem pólů.

Tyto vlastnosti určují následnou konstrukci rotačních os, kdy lze současně v jedné konstrukci použít více typů motorů a ty mezi sebou přepínat tak, aby byla dodržena výstupní charakteristika. Toto uspořádání pohonu lze provést jako bezvůlové.

Další možností je použití motorů s vloženou ředitelnou převodovkou, kde lze bezvůlovost realizovat velmi obtížně.

V současnosti se omezeně používají řaditelné převodovky s převodem do pomala.

Oba používané způsoby mají poměrně velké nároky na zástavbový prostor.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny pohonem rotačních os, zejména obráběcích strojů, robotů a manipulátorů, sestávajícím z motoru se statorem a rotorem, který je propojen s výstupní hřídelí, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že rotor je s výstupní hřídelí propojen v jedné poloze přes stálý převod a v další poloze pres alespoň jednostupňovou planetovou převodovku s převodem do rychlá. Rotor je opatřen řadicím mechanismem pro volbu jedné polohy a další polohy.

V jednom výhodném provedení je rotor uložen v ložiscích s axiálním posunem a je opatřen řadicím mechanismem pro jeho pohyb mezi jednou polohou propojení s výstupní hřídelí přes stálý převod tvořený ozubením a druhou polohou propojení s výstupní hřídelí přes unášeč planetové převodovky. Ozubení je ve výhodném provedení vytvořeno Hirthovým ozubením.

V dalším výhodném provedení je mezi rotorem a výstupní hřídelí, a rotorem a unášečem planetové převodovky umístěna spojka s řadicím mechanismem pro její pohyb mezi jednou polohou propojení s výstupní hřídelí přes stálý převod tvořený drážkováním na hřídeli a/nebo rotoru a další polohou propojení s výstupní hřídelí přes další převod přes unášeč planetové převodovky.

- 1 CZ 303532 B6

Výstupní hřídel může být dutá.

Pohon rotačních os obráběcích strojů, robotů a manipulátorů podle tohoto vynálezu umožňuje jak pomalé otáčky při vysokém kroutícím momentu se zachováním bezvůlového polohování, tak i rychlé otáčky při redukovaném kroutícím momentu. S výhodou jej lze použít pro osy s průchozí dírou ve výstupní hřídeli.

Vynález tak kombinuje motor s vysokým kroutícím momentem s planetovou převodovkou jedno i vícestupňovou, s převodem do rychlá a mechanismem řazení do jednoho funkčního celku, io V oblasti nízkých otáček a vysokého žádaného kroutícího momentu je motor pomocí mechanismu řazení přímo připojen k výstupní hřídeli. V oblasti vysokých otáček je k motoru připojena planetová převodovka, pomocí které je dosaženo vysokých otáček výstupní hřídele.

V oblasti nízkých otáček lze v mechanismu řazení využít např. Hirthova ozubení a získat tak 15 zcela bezv úlové spojení motoru s výstupní hřídelí, což z vynálezu činí vhodný mechanismus pro pohon vřeten soustruhů, rotačních stolů a dalších rotačních os obráběcích strojů, robotů a manipulátorů.

Vynález umožňuje použití pouze jednoho motoru, tedy i pouze jednoho měniče. Řešení zajišťuje 20 bezvůlový přenos v oblasti vysokého kroutícího momentu potřebný pro přesné polohování, přičemž je umožněno dosažení rychlých otáček výstupní hřídele.

Celé řešení vyžaduje menší zástavbové rozměry v porovnání se současným stavem. Řešení zajišťuje rovnoměrnější přenos kroutícího momentu na výstupní hřídel. Navržená konstrukce vylučuje řemenové převody z konstrukce. Odpadá potřeba jejích napínání, dimenzování ložisek a podobně.

Podstatnou výhodou je i to, že motory s vysokým kroutícím momentem jsou ve standardním provedení chlazeny vodou, což příznivě ovlivňuje teplotní stabilitu konstrukce.

V neposlední řadě je třeba zohlednit i estetické hledisko - celý mechanismus může mít tvar kompaktního válce rozšiřujícího výstupní hřídel.

Přehled obrázků na výkrese

Pohon rotačních os, podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je v řezu znázorněno schéma pohonu se změnou převodového poměru pomocí posuvného rotoru. Na Obr. 2 je v řezu znázorněno schéma pohonu se změnou převodového poměru pomocí spojky řazení spojené s výstupní hřídelí a na Obr. 3 v řezu znázorněno schéma pohonu se změnou převodového poměru pomocí spojky řazení spojené s rotorem.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázorněn jeden příklad provedení. Motor s vysokým momentem sestává ze statoru i a rotoru2, který je uložen v ložiscích umožňující axiální posun, Čímž nahrazuje spojku řazení. Konstrukce motoru je tomuto posunu přizpůsobena, aby nedocházelo k poklesu kroutícího momentu. Kroutící moment rotoru 2 je prostřednictvím vhodném elementu 7, např. Hirthova ozubení přenášen přímo na výstupní hřídel 3. Ozubení lze realizovat bez vůlí. Druhou možností je prostřednictvím mechanismu řazení 8 přestavit rotor 2 do polohy, kdy je moment přenášen pres element 6 na unášeěe 4 planetových kol. V této poloze je výkon odebírán z pastorku 5 planetové převodovky. Rychlost otáčení pastorku 5 je vyšší než rychlost otáčení rotoru 2, a to dle převodového poměru planetové převodovky.

-2CZ 303532 B6

Na obr, 2 je znázorněno další možné uspořádání se spojkou řazení, která je spojena s výstupní hřídelí 3 prostřednictvím drážkování 9. Pri přesunutí spojky řazení do její levé polohy je moment přenášen z rotoru 2 motoru, přes element 2, spojku řazení a drážkování 9 na výstupní hřídel 3. Pri tomto přenosu se projeví vůle drážkování 9. Po přesunutí spojky řazení do pravé polohy je moment přenášen z rotoru 2 motoru na unášeč 4 planetových kol, se kterým je rotor 2 pevně spojen, případně tvoří jeho část a dále na pastorek 5, element 6, spojku řazení a skrze drážkování 9 na výstupní hřídel 3. Nevýhodou tohoto řešení je nutnost oddělit pastorek 5 a výstupní hřídel 3 pomocí ložiska, kvůli kterému je nutné zvýšit průměr pastorku 5, což se může projevit redukcí převodového poměru převodovky.

Uspořádání na obr. 3 má spojku řazení poháněnou přes drážkování 9 rotorem 2 motoru. V levé poloze spojka přenáší kroutící moment přes element 7 na výstupní hřídel 3, zatímco v pravé poloze roztáčí přes element 6 unášeč 4 planet kot

Průmyslová využitelnost

Pohon rotačních os podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění zejména ve strojírenství při konstrukci obráběcích strojů, robotů, manipulátorů a podobně.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pohon rotačních os, zejména obráběcích strojů, robotů a manipulátorů, sestávající z motoru se statorem a rotorem, který je propojen s výstupní hřídelí, vyznačující se tím, že rotor (2) je s výstupní hřídelí (3) propojen v jedné poloze přes stálý převod a v druhé poloze přes

30 alespoň jednostupňovou, planetovou převodovku s převodem do rychlá, přičemž rotor (2) je opatřen řadicím mechanismem (8) pro volbu jedné polohy a druhé polohy.
2. Pohon rotačních os podle nároku 1, vyznačující se tím, že rotor (2) je uložen v ložiscích s axiálním posunem a je opatřen řadicím mechanismem (8) pro jeho pohyb mezi jed35 nou polohou propojení s výstupní hřídelí (3) přes stálý převod tvořený elementem (7) s ozubením a druhou polohou propojení s výstupní hřídelí (3) přes unášeč (4) planetové převodovky.
3. Pohon rotačních os podle nároku 2, vyznačující se tím, že ozubení je tvořeno Hirthovým ozubením.
4. Pohon rotačních os podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi rotorem (2) a výstupní hřídelí (3), a rotorem (2) a unášečem (4) planetové převodovky je umístěna spojka s řadicím mechanismem (8) pro její pohyb mezi jednou polohou propojení s výstupní hřídelí (3) přes stálý převod tvořený drážkováním (9) na hřídeli (3) a/nebo rotoru (2) a druhou polohou pro45 pojení s výstupní hřídelí (3) přes další převod přes unášeč (4) planetové převodovky.
5. Pohon rotačních os podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výstupní hřídel (3) je dutá.