PL209936B1 - Dwuosiowy precyzyjny stolik uchylny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest dwuosiowy precyzyjny stolik uchylny znajdujący zastosowanie w badaniach laboratoryjnych do precyzyjnego pozycjonowania badanych obiektów.

Znane są rozwiązania stolików uchylnych, w których zmiana położenia platformy roboczej jest realizowana za pomocą mechanizmów śrubowych. Napęd mechanizmu jest realizowany ręcznie lub z zastosowaniem motoreduktora. Liniowe człony napędowe poruszane są napędem obrotowym lub liniowym. Bezpośredni napęd obrotowy jest stosowany tylko tam, gdzie człony ruchome charakteryzują się stałą długością. Napęd obrotowy pośredni jest wykorzystywany dla rozwiązań ze stałą, jak i ze zmienną długością członów napędowych. Ponieważ w takich napędach występuje zamiana ruchu obrotowego na postępowy, charakteryzują się one bardziej złożoną strukturą, w której muszą wystąpić dodatkowe przekładnie, takie jak na przykład śrubowe lub zębatkowe. W konstrukcji stolików stosowane są także rozwiązania wykorzystujące napędy liniowe, których człony napędowe, o stałej lub zmiennej długości, poruszane są bezpośrednio poprzez silnik liniowy lub elementy piezoelektryczne.

Celem wynalazku było umożliwienie precyzyjnego pozycjonowania badanego elementu w dwóch płaszczyznach, przy przeprowadzaniu różnego rodzaju badań, a zadaniem technicznym było opracowanie konstrukcji precyzyjnego stolika uchylnego, umożliwiającego pozycjonowanie badanego elementu w dwóch płaszczyznach.

Dwuosiowy precyzyjny stolik uchylny, zgodnie z wynalazkiem, ma podstawę oraz dwie uchylne platformy, usytuowane jedna nad drugą, z których górna platforma jest połączona obrotowym przegubem z dolną platformą, a dolna platforma jest połączona obrotowym przegubem z podstawą. Wolna krawędź dolnej platformy jest połączona sprężystym łącznikiem z podstawą stolika, a jej dolna płaszczyzna jest połączona z popychaczem, opierającym się na zewnętrznym pierścieniu prowadnicy tocznej mimośrodowego elementu. Mimośrodowy element jest osadzony na mimośrodowym wale zdawczym redukcyjnej przekładni, połączonej z silnikiem. Mimośrodowy element zawiera krążek mimośrodu oraz wewnętrzny pierścień i zewnętrzny pierścień, a pomiędzy tymi pierścieniami są umieszczone toczne elementy. Wolna krawędź górnej platformy jest połączona sprężystym łącznikiem z dolną platformą stolika, a jej dolna płaszczyzna jest połączona z popychaczem, opierającym się na zewnętrznym pierścieniu prowadnicy tocznej mimośrodowego elementu. Mimośrodowy element jest osadzony na mimośrodowym wale zdawczym redukcyjnej przekładni, połączonej z silnikiem. Mimośrodowy element zawiera krążek mimośrodu oraz wewnętrzny pierścień i zewnętrzny pierścień, a pomiędzy tymi pierścieniami są umieszczone toczne elementy.

Zaletą wynalazku jest to, że opracowana konstrukcja dwuosiowego precyzyjnego stolika uchylnego nie wymaga stosowania wyłączników krańcowych. Zastosowanie mimośrodu z elementami tocznymi umożliwiło zastąpienie tarcia ślizgowego, występującego w typowym mechanizmie krzywkowo-wahaczowym, tarciem tocznym. Eliminacja wyłączników krańcowych upraszcza strukturę okablowania urządzenia i stwarza większe możliwości miniaturyzacji konstrukcji stolika.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia model geometryczny modułu dwuosiowego precyzyjnego obrotowego stolika uchylnego o ruchu oscylacyjnym, fig. 2 - schemat kinematyczny mechanizmu napędu jednej platformy dwuosiowego precyzyjnego stolika uchylnego, fig. 3 - schemat strukturalny mechanizmu funkcjonalnego napędu jednej platformy dwuosiowego precyzyjnego stolika uchylnego w widoku z przodu, fig. 4 - schemat strukturalny mechanizmu funkcjonalnego napędu jednej platformy dwuosiowego precyzyjnego stolika uchylnego w widoku z boku, fig. 5 - stolik w widoku z przodu, fig. 6 - stolik w widoku z dołu, fig. 7 - stolik w widoku z tyłu, fig. 8 stolik w przekroju poprzecznym E-E pokazanym na fig. 6, fig. 9 - stolik w przekroju poprzecznym F-F pokazanym na fig. 5, fig. 10 - stolik w widoku z boku, fig. 11 - stolik w widoku z góry, fig. 12 - stolik w przekroju poprzecznym C-C pokazanym na fig. 6, fig. 13 - stolik w przekroju poprzecznym D-D pokazanym na fig. 11, fig. 14 - stolik w widoku ukośnym z góry, fig. 15 - stolik w widoku ukośnym z dołu, fig. 16 - stolik w widoku ukośnym z boku z wyeksponowaniem łączących sprężyn.

Dwuosiowy precyzyjny stolik uchylny ma dwa obrotowe stopnie swobody. Jest strukturą o kinematyce szeregowej, to znaczy mechanizmy napędowe poszczególnych stopni swobody znajdują się jeden nad drugim i są od siebie niezależne. Dwuosiowy precyzyjny stolik uchylny ma postawę 10 oraz dwie uchylne platformy 1 i 11, usytuowane jedna nad drugą, z których górna platforma 1 jest połączona obrotowym przegubem Θ z dolną platformą 11, a dolna platforma 11 jest połączona obrotowym przegubem Ψ z podstawą 10 stolika. Wolna krawędź dolnej platformy 11 jest połączona sprężynami 9 z podstawą 10 stolika, a jej dolna powierzchnia jest połączona z popychaczem 2, opierającym się na zewnętrznym pierścieniu 6 prowadPL 209 936 B1 nicy tocznej mimośrodowego elementu, osadzonego na mimośrodowym zdawczym wale redukcyjnej przekładni 7, o wartości mimośrodowości n, połączonej z krokowym silnikiem 8. Pomiędzy popychaczem 2 a zewnętrznym pierścieniem 6 występuje siła styczna Ft, większa niż siła tarcia pomiędzy elementami tocznymi, co powoduje unieruchomienie zewnętrznego pierścienia 6. W zależności od ustawienia mimośrodu zmienia się wartość w. Mimośrodowy element zawiera krążek 4 mimośrodu oraz wewnętrzny pierścień i zewnętrzny pierścień 6 o promieniu R, pomiędzy którymi poruszają się toczne elementy 5 po promieniu r. Taki sam mechanizm napędowy, jak dla dolnej platformy 11, zastosowano dla górnej platformy 1. Wolna krawędź górnej platformy 1 jest połączona sprężynami 9 z dolną platformą stolika 11, a jej dolna płaszczyzna jest połączona z popychaczem 2, opierającym się na zewnętrznym pierścieniu 6 prowadnicy tocznej mimośrodowego elementu, osadzonego na mimośrodowym zdawczym wale 3 redukcyjnej przekładni 7, połączonej z krokowym silnikiem 8. Mimośrodowy element zawiera krążek 4 mimośrodu oraz wewnętrzny pierścień i zewnętrzny pierścień 6, a pomiędzy tymi pierścieniami są umieszczone toczne elementy 5. Ostoją napędu górnej platformy 1 jest środkowa platforma 11, natomiast ostoją napędu dolnej platformy 11, jest płyta podstawy 10.

Stolik uchylny o ruchu oscylacyjnym jest dwuosiowym modułem ruchu obrotowego. Rozwiązanie konstrukcyjne dwuosiowego precyzyjnego stolika uchylnego umożliwia pozycjonowanie elementu badanego w dwóch płaszczyznach. Moduł stolika może być dołączany do innych struktur za pomocą płyty podstawy 10. Charakterystyczną cechą konstrukcji stolika jest prosta struktura systemu sterowania, w której nie występuje konieczność stosowania wyłączników krańcowych. Istotą rozwiązania jest pozycjonowanie platformy uchylnego stolika poprzez zastosowanie mechanizmu mimośrodowego, tak jak to przedstawiono na rysunku fig. 2. Platforma stolika może wykonywać oscylacyjny ruch obrotowy wywoływany przez obrót mimośrodu z kątową prędkością ω, działającego na popychacz 2 od maksymalnego promienia mimośrodu Y_max do minimalnego promienia mimośrodu. Na kinematykę ruchu platformy uchylnego stolika ma wpływ wartość h, stanowiąca różnicę pomiędzy położeniem osi symetrii mimośrodowego wałka a położeniem osi symetrii obrotowego przegubu platformy stolika. Stały styk popychacza 2 i elementu mimośrodowego z prowadnicą toczną uzyskano za pomocą zamknięcia siłowego, realizowanego przez sprężynę 9. Praca mechanizmu w pełnym zakresie obrotowym mimośrodu eliminuje potrzebę stosowania czujników położenia krańcowego. Zakres realizowanych przemieszczeń kątowych Σ platformy stolika zależy od wartości w mimośrodu i długości ramienia popychacza 2. W przedstawionym rozwiązaniu dwuosiowego precyzyjnego stolika uchylnego konstrukcja mechanizmu napędowego platform roboczych została oparta o mechanizm mimośrodowy z prowadnicą toczną, w którym występuje korzystne tarcie toczne. Uzyskanie prowadnicy tocznej zostało zrealizowane przez wprowadzenie pełnego obiegu tocznych elementów 5, takich jak kulki lub wałeczki, zamkniętych dodatkowym zewnętrznym pierścieniem 6 wokół krążka mimośrodu 4. Krążek 4 mimośrodu obracany jest na zdawczym wale 3 przekładni redukcyjnej 7, napędzanej krokowym silnikiem 8. Zmiana ramienia mimośrodu powodowana jego obrotem skutkuje pochylaniem platform 1 i 11 stolika wokół obrotowych przegubów Θ i Ψ kąt Σ. Do regulacji położeń zwrotnych platform 1 i 11 stolika w ustalonym zakresie przemieszczeń służy zmiana długości ślizgu popychacza 2. Cecha ta ułatwia kompensację błędów wykonania i montażu. Mechanizm pojedynczej osi stolika jest zamykany za pomocą sprężyn 9.

Claims (1)

1. Dwuosiowy precyzyjny stolik uchylny, z napędem obrotowym, zawierający uchylne platformy, znamienny tym, że ma podstawę (10) oraz dwie uchylne platformy (1 i 11), usytuowane jedna nad drugą, z których górna platforma (1) jest połączona obrotowym przegubem (Θ) z dolną platformą (11), a dolna platforma (11) jest połączona obrotowym przegubem (Ψ) z podstawą (10), poza tym dolna platforma (11) jest połączona sprężystym łącznikiem (9) z podstawą (10) stolika, a jej dolna płaszczyzna jest połączona z popychaczem (2), opierającym się na zewnętrznym pierścieniu (6) prowadnicy tocznej mimośrodowego elementu, osadzonego na mimośrodowym zdawczym wale (3) redukcyjnej przekładni (7), połączonej z silnikiem (8), przy czym mimośrodowy element zawiera krążek (4) mimośrodu oraz wewnętrzny pierścień i zewnętrzny pierścień (6), a pomiędzy tymi pierścieniami są umieszczone toczne elementy (5), natomiast krawędź górnej platformy (1) jest połączona sprężystym łącznikiem (9) z dolną platformą (11) stolika, a jej dolna płaszczyzna jest połączona z popychaczem (2), opierającym się na zewnętrznym pierścieniu (6) prowadnicy tocznej mimośrodowego elementu, osadzonego na mimośrodowym zdawczym wale (3) redukcyjnej przekładni (7) połączonej z silnikiem (8), przy czym mimośrodowy element zawiera krążek (4) mimośrodu oraz wewnętrzny pierścień i zewnętrzny pierścień (6), a pomiędzy tymi pierścieniami są umieszczone toczne elementy (5).