ITMO940166A1

ITMO940166A1 - LINEAR ACTUATOR

Info

Publication number: ITMO940166A1
Application number: IT94MO000166A
Authority: IT
Inventors: Silvano Prampolini
Original assignee: Hydrocar Spa
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 1996-06-16
Also published as: ITMO940166A0; IT1269698B

Abstract

Il presente trovato concerne un attuatore lineare, in particolare per l'azionamento di innesti a denti. Su un telaio o scatola (1) è predisposto un motore elettrico (2) dotato di un pignone (3), che ingrana, con possibilità di scorrimento assiale relativo, con una corona dentata (5) di un corpo rotante intermedio (4), il quale è dotato della possibilità di scorrere assialmente. Una vite (8) è accoppiata con una madre vite ricavata coassialmente nel corpo (4) e vincolata al telaio (1) in modo da poter scorrere assialmente senza ruotare. Essa costituisce l'organo mobile dell'attuatore. Una molla tirata (7) opera con una spinta prestabilita tra l'insieme costituito dal corpo (4) e dalla vite (7) ed il telaio (1).The present invention relates to a linear actuator, in particular for actuating tooth couplings. An electric motor (2) equipped with a pinion (3) is arranged on a frame or box (1), which meshes, with the possibility of relative axial sliding, with a ring gear (5) of an intermediate rotating body (4), which has the possibility to scroll axially. A screw (8) is coupled with a mother screw obtained coaxially in the body (4) and fastened to the frame (1) so that it can slide axially without rotating. It constitutes the moving part of the actuator. A pulled spring (7) operates with a predetermined thrust between the assembly consisting of the body (4) and the screw (7) and the frame (1).

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo; attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION having the title;

ATTUATORE LINEARE. LINEAR ACTUATOR.

RIASSUNTO SUMMARY

Il presente trovato concerne un attuatore lineare, in particolare per l'azionamento di innesti a denti. The present invention relates to a linear actuator, in particular for actuating tooth clutches.

Su un telaio o scatola (1) è predisposto un motore elettrico (2) dotato di un pignone (3), che ingrana, con possiblità di scorrimento assiale relativo, con una corona dentata (5) di un corpo rotante intermedio (A) , il quale è dotato della possibilità di scorrere assialmente. On a frame or box (1) there is an electric motor (2) equipped with a pinion (3), which meshes, with the possibility of relative axial sliding, with a toothed crown (5) of an intermediate rotating body (A), which is equipped with the possibility of axially sliding.

Una vite (8) è accoppiata con una madre vite ricavata coassialmente nel corpo (4) e vincolata al telaio (1) in modo da poter scorrere assialmente senza ruotare. Essa costituisce l'organo mobile dell'attuatore. Una molla tarata (7)opera con una spinta prestabilita tra l'insieme costituito dal corpo (A) e dalla vite (7) ed il telaio (1). A screw (8) is coupled with a lead screw coaxially formed in the body (4) and constrained to the frame (1) so as to be able to slide axially without rotating. It constitutes the moving part of the actuator. A calibrated spring (7) operates with a predetermined thrust between the assembly consisting of the body (A) and the screw (7) and the frame (1).

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Forma oggetto del presente trovato un attuatore lineare. In particolare, ma non esclusivamente, esso trova un'utile applicazione per l'azionamento di innesti a denti come, ad esempio, le preso di forza applicate alle trasmissioni di veicoli. The present invention relates to a linear actuator. In particular, but not exclusively, it finds a useful application for the actuation of tooth clutches such as, for example, power take-offs applied to vehicle transmissions.

Quest'ultime sono costituite da dispositivi più o meno complessi nei quali è previsto un albero in uscita che può essere collegato e scollegato da una serie di ingranaggi che ricevono il moto direttamente dal cambio del veicolo. L'innesto ed il disinnesto della presa di forza vengono normalmente eseguiti attraverso spostamenti assiali di una ruota dentata che, per realizzare il collegamento, devo essere portata ad ingranare con una corrispondente ruota dentata che riceve il moto direttamente dal cambio. L'esecuzione dell'innesto (senza sincronizzatore) viene abitualmente eseguita mediante attuatori meccanici, pneumatici od elettrici. The latter consist of more or less complex devices in which an output shaft is provided that can be connected and disconnected from a series of gears that receive motion directly from the vehicle's gearbox. The engagement and disengagement of the power take-off are normally performed through axial displacements of a toothed wheel which, to make the connection, must be brought to mesh with a corresponding toothed wheel which receives the motion directly from the gearbox. The execution of the coupling (without synchronizer) is usually carried out by means of mechanical, pneumatic or electric actuators.

In alcuni attuatori elettrici sono impiegati dei dispositivi a solenoide, i quali presentano l'inconveniente di risultarti molto ingombranti e di possedere una corsa utile di azionamento molto limitata. In some electric actuators solenoid devices are used, which have the drawback of being very bulky and of having a very limited useful actuation stroke.

Altri attudtorl elettrici impiegano motori elettrici che azionano trasmissioni a vite con ricircolazione di sfere e sono governati da complessi circuiti elettronici di controllo. Infatti, l'azione di innesto richiede un'esecuzione sequenziale "dosata" di una ben precisa successione di fasi operative. L'ingranaggio mobile assialmente deve essere portato a contatto con un ingranaggio assialmente fisso e mantenuto premuto contro di esso fino a che, per effetto di una rotazione relativa, i denti dell'uno vengono a coincidere con vani tra i denti dell'altro consentendo così l 'ingranamento. La realizzazione delle cuddette fasi operative richiede l'adozione di accorgimenti particolari (ad esempio, l'impiego di una trasmissione con vite con circolazione di sfere) nonché una regolazione fine e sofisticata dell'attività del motore elettrico attuata attraverso un Other electric actuators employ electric motors that drive ball screw drives and are governed by complex electronic control circuits. In fact, the grafting action requires a "measured" sequential execution of a very precise succession of operating phases. The axially movable gear must be brought into contact with an axially fixed gear and kept pressed against it until, due to a relative rotation, the teeth of one coincide with spaces between the teeth of the other, thus allowing the meshing. The realization of the aforementioned operating phases requires the adoption of particular precautions (for example, the use of a transmission with screw with circulation of balls) as well as a fine and sophisticated regulation of the activity of the electric motor implemented through a

complesso o costoso circuito di controllo. complex or expensive control circuit.

Il presente ritrovato, cosi come risulta caratterizzato dalle rivendicazioni, si propone di superare i limiti e le manchevolezze della tecnica nota mediante un attuatore lineare strutturalmente semplice ed economico. The present invention, as characterized by the claims, aims to overcome the limitations and shortcomings of the prior art by means of a structurally simple and economical linear actuator.

Una caratteristica vantaggiosa del ritrovato è costituita dalla sua versatilità che ne consente un ampio campo di applicazione. An advantageous feature of the invention is its versatility which allows a wide field of application.

Ulteriori caratteristiche del presente ritrovato meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma preferiti., ma non esclusiva, di realizzazione del ritrovato medesimo, illustrata a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, negli allegati disegni in cui : Further characteristics of the present invention will appear better from the following detailed description of a preferred, but not exclusive, embodiment of the same invention, illustrated purely by way of non-limiting example, in the attached drawings in which:

- la figura 1 ne mostra una schematica sezione longitudinale; - figure 1 shows a schematic longitudinal section;

la figura 2 mostra parte di una schematica sezione eseguita secondo un piano di traccia I-I di figura 1; - la figura 3 mostro uno schema di circuito elettrico di comando del trovato. Figure 2 shows part of a schematic section taken according to a plane I-I of Figure 1; - figure 3 shows an electric control circuit diagram of the invention.

Con riferimento alle menzionate figure, con 1 si è complessivamente indicato un telaio a forma di scatola al cui interno è solidalmente alloggiato un motore elettrico in corrente continua 2 provvisto sul proprio albero di un pignone 3. With reference to the aforementioned figures, 1 denotes as a whole a box-shaped frame inside which a direct current electric motor 2 is integrally housed, provided with a pinion 3 on its shaft.

Con il pignone 3 ingrana una corona dentata esterna 5 di cui è dotato un corpo rotante intermedio 4, supportato con libertà di rotazione al telaio 1 per mezzo di una gabbia a rullini 11. Il corpo 4 è internamente cavo e presenta, coassialmente disposta allo corona dentata esterna 5, una madre vite passante 6, nella quale è coassialmente accoppiata una vite 8. Il corpo 4 è dotato della possibilità di traslare assialmente, con una corsa di entità prestabilita, tale comunque da mantenere l 'ingranamento tra la corona dentata 5 ed il pignone 3 indipendentemente dalla posizione assiale assunta dal corpo 4 rispetto al pignone 3 medesimo. Una molla tarata 7 è prevista per operare coassialmontc tra il telaio 1 ed il corpo 4. In particolare, la molla 7 è predisposta all'interno del corpo 4 ed opera tra quest'ultimo ed un cuscinetto reggispinta 12. Un altro reggispinta 13 è predisposto per operare tra l'alloggiamento nel quale è contenuta l'estremità del corpo 4 ed il corpo 4 medesimo nella posizione dì massima escursione della molla 7. With the pinion 3 meshes with an external toothed crown 5 with which an intermediate rotating body 4 is provided, supported with freedom of rotation to the frame 1 by means of a roller cage 11. The body 4 is internally hollow and has, coaxially disposed with the crown external toothed 5, a through screw 6, in which a screw 8 is coaxially coupled. The body 4 is equipped with the possibility of axially translating, with a pre-established stroke, such as to maintain the meshing between the toothed crown 5 and the pinion 3 regardless of the axial position assumed by the body 4 with respect to the pinion 3 itself. A calibrated spring 7 is provided to operate coaxially between the frame 1 and the body 4. In particular, the spring 7 is arranged inside the body 4 and operates between the latter and a thrust bearing 12. Another thrust bearing 13 is arranged to operate between the housing in which the end of the body 4 is contained and the body 4 itself in the position of maximum excursion of the spring 7.

La vite 8 reca ad una propria estremità una testa esagonale 18 che è contenuta all'interno di una guida prismatica 10, solidale al telalo 1, nella quale è accoppiata con gioco prestabilito. The screw 8 has at one end a hexagonal head 18 which is contained inside a prismatic guide 10, integral with the sheet 1, in which it is coupled with a predetermined clearance.

L'accoppiamento testé descritto ha lo scopo di consentire un libero movimento di traslazione della vite 8 lungo l'asse impedendone qualsiasi rotazione rispetto al telaio 1 . The coupling just described has the purpose of allowing a free translation movement of the screw 8 along the axis, preventing any rotation thereof with respect to the frame 1.

L'altra estremità della vite 8 agisce su un organo dì manovra 20 di un innesto a denti 21 facente parte di una presa di forza indicata complessivamente con 22. L'organo di manovra 20, azionato dallo spostamento assiale della vite 8, ha il compito preciso di spostare assialmente una ruota dentata 23 per produrne l'ingranamento (o il disimpegno) con una ruoto dentata 24 che è collegata alla rotazione con la trasmissione meccanica (cambio) cui la presa di forza 22 è applicata. The other end of the screw 8 acts on an operating member 20 of a tooth clutch 21 forming part of a power take-off indicated as a whole with 22. The operating member 20, operated by the axial displacement of the screw 8, has the task precise to axially displace a toothed wheel 23 to produce its meshing (or disengagement) with a toothed wheel 24 which is connected to the rotation with the mechanical transmission (gearbox) to which the power take-off 22 is applied.

Per tramite di un'asta assialmente scorrevole 14, il corpo 4, una volta raggiunta la posizione di massima compressione della molla 7, pud agire su un interruttore 9 che, quando è azionato, produce l'arresto del motore 2. By means of an axially sliding rod 14, the body 4, once the position of maximum compression of the spring 7 has been reached, can act on a switch 9 which, when activated, causes the engine 2 to stop.

Un secondo interruttore di fine corsa 15 è previsto per essere azionato dalla tosta della vite 8 quando quest'ultima si viene a trovare nella posizione di massimo rientro rappresentata in figura 1. A second limit switch 15 is provided to be operated by the toe of the screw 8 when the latter is in the position of maximum retraction shown in Figure 1.

Il comando di innesto o di disinnesto è realizzato da un semplice commutatore 25 posto a portata dell'operatore. Completano il circuito, alimentato in corrente continua a bassa tensione, un relà 26 od una spia luminosa 27 alla quale è affidato il compito di segnalare con la propria accensione la situazione di innesto in corso. The engagement or disengagement command is provided by a simple switch 25 placed within reach of the operator. The circuit, fed in direct current at low voltage, is completed by a relay 26 or a warning light 27 which is entrusted with the task of signaling the current engagement situation with its ignition.

Con il commutatore 25 nella posizione B il motore 2 viene attivato con un verso di rotazione tale da produrre, per effetto dell'accoppiamento del corpo 4 con la vite 8, l'avanzamento di quest'ultima nel senso che produce l'innesto. Viceversa con il commutatore 25 predisposto nella posizione A, il verso di rotazione del motore 2 viene invertito con il risultato che, per effetto dell'accoppiamento del corpo 4 con la vite 8, quest 'ultima viene richiamata e produce il disinnesto , ossia l 'allontamento in direzione assiale della ruota 23 rispetto alla ruota dentata 24. With the commutator 25 in position B, the motor 2 is activated with a direction of rotation such as to produce, by effect of the coupling of the body 4 with the screw 8, the advancement of the latter in the direction that produces the clutch. Vice versa, with the commutator 25 set in position A, the direction of rotation of the motor 2 is inverted with the result that, due to the effect of the coupling of the body 4 with the screw 8, the latter is recalled and produces the disengagement, i.e. the removal in axial direction of the wheel 23 with respect to the toothed wheel 24.

Pertanto, con il commutatore 25 nella posizione B, la rotazione indotta sul corpo 4 produce l'avanzamento della vite 8,col che l'organo di manovra 20 porta la ruota 23 contro la ruota 24. Nel caso in cui i denti della ruota 23 si trovino ad essere perfettamente affacciati con i vani dei corrispondenti denti della ruota 24, l'ingranamento avviene senza problemi. Therefore, with the commutator 25 in position B, the rotation induced on the body 4 produces the advancement of the screw 8, with which the operating member 20 carries the wheel 23 against the wheel 24. In the case in which the teeth of the wheel 23 are found to be perfectly facing the compartments of the corresponding teeth of the wheel 24, the meshing takes place without problems.

Nella situazione, invece molto più frequente statiscamente, in corrispondenza della quale i denti della ruota 23 non si trovino perfettamente affacciati ai vani tra i denti della ruota 24, l 'ingranomanto non avviene.L1avanzamento assiolo della vite 8 all.ora si arresta.il corpo 4 contina però a ruotare rispetto alla vite 8 e si sposta assialmente rispetto ad essa comprimendo la molla 7 fino a raggiungere quella posizione in corrispondenza della quale, por effetto del contatto meccanico tra il corpo 4 medesimo e l'asta 14, quest'ultima viene spostata assialmente di quel tanto che basta ad azionare l'interruttore di fine corsa di andata 9. L'azionamento dell'interruttore 9 produce immediatamente l'arresto del motore 2, cosi come si può facilmente rilevaro dallo schema di figura 3. In the situation, on the other hand, statistically much more frequent, in correspondence with which the teeth of the wheel 23 are not perfectly facing the spaces between the teeth of the wheel 24, the gear does not occur. body 4, however, continues to rotate with respect to the screw 8 and moves axially with respect to it, compressing the spring 7 until it reaches that position in correspondence with which, due to the mechanical contact between the body 4 itself and the rod 14, the latter it is moved axially by just enough to actuate the forward limit switch 9. The actuation of the switch 9 immediately causes the motor 2 to stop, as can be easily seen from the diagram of Figure 3.

A motore spento, la vite 8 mantiene comunque spinto l'organo di manovra 20 o quindi la ruota dentata 23 contro la ruota dentata 24 con una forza massima prestabilita e determinata dal carico assiale esplicato dalla molla 7, compressa. Ciò consente di mantenere sotto un carico assiale prestabilito il sistema di innesto senza che si abbia dissipazione di energia perchè il motore 2 è spento. Allorché, a seguito di una piccola rotazione impressa dall'operatore alla ruota dentata 24 rispetto alla ruota dentata 23, i denti di quest'ultima si vengono a trovare perfettamente affacciati ci vani tra i denti della ruota 24 viene reso possibile l'ingranamento. E' la stessa molla 7 che spinge la ruota 23 nel verso dell1ingranamento e ne avvia l'attuaziona. Infatti,non appena il corpo 4 si allontana, per effetto del movimento assiale della vite 8, il motore 2 riparte perchè l'interruttore 9 viene rilasciato. Si rende coi possibile il compimento dell'innesto che avrà termine quando l'asta 28,sulla quale ò fissato l'organo di manovra 20, andrà,con una sua estremità, contro una battuta 29 ricavata nel corpo della presa di forza 22. Raggiunta la battuta 29 l'avanzamento della vite 8 si arresta mentre il corpo 4 continua a ruotare spostandosi assialmente e comprimendo la molla 7 fino a raggiungere quella posizione in corrispondenza della quale, por effetto dal contatto meccanico tra il corpo 4 medesimo e l'asta 14, quest'ultima viene assialmente spostata di quel tanto che basta ad azionare 1'interruttore di fine corsa di andata 9. L'azionamento dell'interruttore 9 produce immediatamente l'arresto del motore 2. L'innesto risulta cosi compiuto. With the engine off, the screw 8 in any case keeps the operating member 20 or therefore the toothed wheel 23 pushed against the toothed wheel 24 with a predetermined maximum force determined by the axial load exerted by the compressed spring 7. This allows the engagement system to be kept under a predetermined axial load without dissipating energy because the motor 2 is off. When, following a small rotation imparted by the operator to the toothed wheel 24 with respect to the toothed wheel 23, the teeth of the latter find themselves perfectly facing the spaces between the teeth of the wheel 24, meshing is made possible. It is the same spring 7 which pushes the wheel 23 in the direction of the gear and starts its actuation. In fact, as soon as the body 4 moves away, due to the axial movement of the screw 8, the motor 2 restarts because the switch 9 is released. This makes it possible to carry out the coupling which will end when the rod 28, on which the operating member 20 is fixed, goes, with one of its ends, against a stop 29 obtained in the body of the power take-off 22. Reached the stop 29 the advancement of the screw 8 stops while the body 4 continues to rotate, moving axially and compressing the spring 7 until it reaches that position in correspondence with which, due to the mechanical contact between the body 4 itself and the rod 14 , the latter is axially displaced by enough to actuate the forward travel limit switch 9. The actuation of the switch 9 immediately stops the motor 2. The engagement is thus completed.

Va notato che la determinazione della posizione di fine corsa dell'asta 28 e l'azionamento dell'interruttore 9 non sono reciprocamente vincolati. Ciò significa che lo stesso attuatone può essere applicato a prese di forza diverse ovverosia caratterizzate da lunghezze diverse delle corse d'innesto. It should be noted that the determination of the end-of-stroke position of the rod 28 and the actuation of the switch 9 are not mutually constrained. This means that the same actuator can be applied to different power take-offs, i.e. characterized by different lengths of the engagement strokes.

Queste caratteristiche del ritrovato lo rendono adatto ad essere impiegato non solo come attuatone lineare per innesti a denti di prese di forza, ma in tutte quelle applicazioni per le quali si richiede un attuatore che arresti automaticamente la sua azione in concomitanza col presentarci di una resistenza di entità prestabilita e che sia in grado di riprenderla altrettanto automaticamente non appena cessa tale resistenza-Un'appropriata scelta della caratteristica della molla 7 consente inoltre di poter stabilire il voluto carico assiale massimo in base al quale l'attuatore è in grado di operare. These features of the invention make it suitable to be used not only as a linear actuator for tooth clutches of power take-offs, but in all those applications for which an actuator is required that automatically stops its action in conjunction with the presence of a resistance of predetermined entity and which is able to resume it automatically as soon as this resistance ceases. An appropriate choice of the characteristic of the spring 7 also allows to establish the desired maximum axial load on the basis of which the actuator is able to operate.

Il disinnesto avviene posizionando il commutatore 25 nella posizione A. In tal caso, por effetto dell'inversione del verso di rotazione del motore 2, la vite 8 rientra disimpegnando gradualmente la ruota dentata 23 dalla ruota dentata 24. Il rientro avviene fin tanto che la testa della vite 8 giungo ad azionare l'interruttore di fine corsa di ritorno 15 la cui apertura produce l'arresto del motore 2. Oltre che corno comando per innesti, in particolare per prese di forza, il ritrovato può essere utilizzato come organo attuatore in tutti quei casi, come ad esempio, l'apertura o la chiusura dei cancelli, nei quali è necessario l'arresto del moto di apertura o di chiusura quando l'operazione incontra uno sforzo superiore ad un valore limite prestabilito. Disengagement occurs by positioning the commutator 25 in position A. In this case, due to the reversal of the direction of rotation of the motor 2, the screw 8 retracts, gradually disengaging the toothed wheel 23 from the toothed wheel 24. Re-entry takes place as long as the head of the screw 8 I come to actuate the return limit switch 15, the opening of which causes the engine 2 to stop. In addition to being a control horn for clutches, in particular for power take-offs, the device can be used as an actuator organ in all those cases, such as, for example, the opening or closing of the gates, in which it is necessary to stop the opening or closing motion when the operation encounters an effort greater than a predetermined limit value.

Ovviamente al trovato potranno essere apportate numerose modifiche di natura pratico-applicativa dei dettagli costruttivi senza che, per altro, si esca dall'ambito di protezione dell'idea inventiva, come rivendicata Obviously, numerous modifications of a practical-applicative nature of the construction details can be made to the invention without, however, departing from the scope of protection of the inventive idea, as claimed.

Claims

CLAIMS 1) Linear actuator, in particular for tooth clutches, characterized in that it comprises: - a frame or box (1); - a motor (2) on which shaft a pinion (3) is integrally mounted; - an intermediate rotating body (4), which is supported with freedom of rotation to said frame (1) and has: * an external toothed crown (5) meshing with said pinion (3); * a mother through life (6) arranged coaxially; the said body (4) also being equipped with the freedom to translate axially in both directions with a stroke of a predetermined extent and such as to maintain the meshing between the said toothed crown (5) and the said pinion (3); an elastic member or spring (7), calibrated, designed to operate coaxially between said frame (1) and said body (4); a screw (8) which is coaxially coupled with said lead screw (6) and has its own first end coupled to a seat provided on said frame (1) with a coupling that prevents rotary rotation while allowing free axial sliding; at least one switch (9), which controls the said electric motor, (?) adapted to be operated by the said rotating body (4).

2) Actuator, according to claim 1, characterized in that the said first end of the screw (8) has a hexagonal head (18), which is contained inside and coupled with a predetermined clearance in a prismatic guide (10) integral with the frame (1).

3) Actuator, according to claim 1, characterized in that said switch (9) is arranged so as to be activated when said body (4) is in an extreme axial position at which said spring (7) is stressed to exert a force pre-established axial.

4) Actuator, according to claim 2, characterized in that it comprises a return limit switch (15) which can be operated by the head (18) of the screw (8) in the extreme position of maximum retraction of the screw with respect to the frame (1).

5) Actuator, according to claim 1, characterized in that the second end of the screw (8) acts on an operating member (20) of a tooth clutch (21).