SE448905B - Differentialmanoverorgan - Google Patents

Description

15 20 30 40 448 905 2 läge och den totala stabiliteten är kännetecknande fördelar hos anordningen . _ Det är uppenbart att manövreringsprecisionen hos ett sådant kulskruvsmanöverorgan i viss utsträckning beror på den faktiska stigningsskillnaden hos de främre och bakre skruvavsnitten. Ju mindre spigningsskíllnad, desto större precision. Detta medför emellertid en längre skruv för att åstadkomma den erforderliga rörelselängen. Man behöver därför långsträckta höljen till skruvarna. En sådan skruv kan vara mer än meterlâng och höljen av motsvarande längd kan ej alltid åstadkommas. Dessutom är långa skruvar och långsträckta höljen dyra, därför att precisi- onen måste hållas även vid stora längder.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett nytt och förbättrat differentialskruvmanöverorgan, i vilket en kortare skruv kan användas.

Ett annat syfte är att åstadkomma ett nytt och förbättrat differentialskruvmanöverorgan, speciellt ett kulskruvsmanöver- organ, med ett väsentligt förstorat inställningsområde.

Ett speciellt syfte med uppfinningen är vidare att förbätt- ra precisionsínställning av optiska element såsom laserspeglar, men uppfinningen kan även användas i maskínbord, banutrustning och andra anordningar, där uppnående och bibehållande av rikti- ga lägen och/eller inställningsvinklar erfordras.

Ett annat syfte med uppfinningen är att förbättra differen- tialskruvmanöverorgan, i vilka en första och en andra platta eller plattliknande element har var sitt lager och/eller monteringselement, som innefattar en mutter och genomlöpes av en gemensam manöverskruv som har olika stigning i olika avsnitt, varvid skruvgängan och muttergängorna är kopplade antingen direkt genom gängingrepp eller företrädesvis genom lagerkulor, sa att skruven kan gängas därigenom.

Enligt den föredragna utföringsformen av uppfinningen före- slås det att man skall anbringa en mutter relativt den respekti- ve plattan, sâ att skruven vid vridning alltid flyttas axiellt relativt denna speciella mutter. Beträffande den andra muttern är skruven kopplad till denna för gemensam rotation över ett visst område, område för att medge relativ axiell förflyttning. Varje gång medan den frikopplas därifrån i ett angränsande skruven kopplas till den sistnämnda muttern flyttas plattorna eller de plattliknande elementen från eller mot varandra med 10 15 20 25 30 35 40 3 » 448 9os hög hastighet, som direkt bestäms av stigningen hos den enskil- da skruven och muttern, varvid muttern alltid hindras från att vrida sig. Varje gång skruven gängas genom båda muttrarna, vil- ka ej roterar, är förflyttningen av plattorna relativt varandra beroende av stigníngsskíllnaden. Således ökas arbetsområdet avsevärt och/eller erforderlig skruvlängd minskas drastiskt, därför att vid de flesta relativt stora inställningar fasthålles bara en mutter för direkt flyttning av skruven enligt dess stig- ning. Denna inställning är relativt grov, men den efterföljs alltid av fininställning med differentialrörelse, vilken endast täcker ett litet område som är tillräckligt för att åstadkomma erforderlig noggrannhet och precision.

I den föredragna formen anordnas två kopplingspinnar, den ena på skruven och den andra på ena muttern. Varje gäng som pinnarna kommer i kontakt med varandra roterar muttern med skruven. Vid åtskiljande av pinnarna kommer skruven att gängas genom muttern. Så länge pinnarna är kopplade för gemensam rota- tion inställes det lokala avståndet hos plattorna i grov- eller direktrörelse. Om det gängade avsnittet hos skruven, som är i ingrepp med den speciella muttern som alltid hindras från att rotera, har en stigning som är mindre än stigningen hos det andra skruvavsnittet, kommer skruvdrivníngen, som är en steg- motor, alltid att ha en liten överrörelse, varefter motorn reverseras, varvid pinnarna åtskiljs och det slutliga läget åstadkommas av precisionen hos differentialstigningsrörelsen.

Alternativt gäller att om stigningen hos skruvavsnittet som är i ingrepp med den ständigt orörliga muttern, är större än stig- ningen hos skruvavsnittet som är i ingrepp med den selektivt orörliga muttern, skall man inte överrotera utan stanna just före slutläget. Motorn reverseras nu, vilket medför att pinnar- na åtskíljs och att manövern fortsätter med den fininställande differentialstígningsrörelsen, vilken åstadkommer att plattorna direkt intar slutläget utan överrörelse. I båda fallen utföres lägesinställningen först med en kortvarig längdrörelse, grov- rörelsen, som åtföljs av reverseríng av motorn för erhållande av finrörelsen. Rörelsclängden bestäms av stigningen, stig- ningsskillnaden och stoppínnarnas lägen. Den totala rörelse- längden hos denna typ av inställningsanordning bestäms ej längre av differentialrörclscn, som är stigningsskillnaden hos de tva muttrarna och skruvavsnitten. I stället bestämmer stigningen hos 10 15 20 25 30 40 448 905 den ständigt fasthållna muttern den (maximdlaï'rörelselängaen och skruvlängden. Stigningsskillnaden och finrörelsen används endast för slutlig precisionsinställning.

Uppfinningen kan tillämpas i relativt enkla anordningar, i vilka t ex plattorna endast flyttas relativt varandra, och där varken vdppning eller upptagning av gravitationskrafter hos skruven;°beroende på kantileverupphängningen, erfordras.

Skruven kan på vanligt sätt vara ingängad i muttrarna. Emeller- tid är en anordning för en laserspegel vanligen kantileverupp- hängd från ett stöd. I detta fall skall tryckbelastade kulor användas för gängingrepp mellan skruvgängorna och muttergängor- na, varvid tryckbelastningen härrör från böjelementen som verkar mellan plattorna, vilket beskrivits i ovannämnda patentskrift.

Dessutom är inställningen av en sådan spegel en vippnings- el- ler lutningsinställning, så att vridningslagren erfordras för att medge vinkelförflyttning av axelns centrumlinje relativt plattorna, eller relativt åtminstone en av dem. Användandet av en mångfald tryckbelastade kulor för koppling av muttrarna till skruven förhindrar dödgång och andra glapp, som medför försäm- rad noggrannhet. Läget som uppnås med mycket hög precision kvarhålles med säkerhet. Tillämpning av principen att selektivt fasthålla en av de två kulmuttrarna í varje manöverorgan medger markant nedkortning av manöverskruvarnas längder.

Utföringsexempel på uppfinningen kommer i det följande att beskrivas med hänvisning till ritningarna. §ig_l visar en sidovy, delvis i snitt, av ett kulskruv- manöveorgan enligt den föredragna utföringsformen av uppfinning- en. §ig_â visar en modifikation av en av kulmuttrarna använd i fig 1. §ig_§ visar en ytterligare modifikation av skruvstyr- avsnittet i ett sådant manöverorgan.

Manöverorganet är anordnat för att erhålla mycket precisa förflyttningar och relativa lägen mellan en första platta 1 och en andra platta 2. De tvâ plattorna är utförda med öppningar, och dessa två öppningar är belägna på en gemensam centrumlinje 3. Oppningarna genomlöpes av en axel 30 vars mittlinje samman- faller med centrumlinjen 3. Axlen 30 är försedd med två gängade avsn1:t,'en främre gänga Sï och en bakre gänga 32. Dessa tva gängor har något olika stigning för att ge differentíalverkan.

Den bakre änden av axeln 30 uppbär ett kugghjul 33 som griper in i en lángsträckt innerkuggbana 43 hos en hylsa 40. Tillsam- 10 15 20 25 30 40 5 448 9os mans bildar kuggarna 33 och 43 ett bomspâroförband"som till- låter axeln 30 att röra sig axiellt relativt hylsan 40, men följer dennas rotation.

Schematiskt visas att hylsan 40 är i kuggingrepp med ett drivorgan 41 som exempelvis är en stegmotor eller liknande.

Motorn 41 kan styras av en krets 42 som avger manöverpulser för stegning av motorn och drivning från ett läge till ett annat, varigenom axeln 30 erhåller en stegvis vinkelvridning. Motorn kan exempelvis arbeta med en hastighet av 300 steg/sekund, och anordningen 42 räknar dessa pulser för utsändning. Dessa vrid- steg överförs till axiella förflyttningar av plattorna 1 och 2 relativt varandra, vilket beskrives i det följande.

Axeln 30 går genom en främre anordning 10 och en bakre an- ordning 20 tillhörande och belägna i de två plattorna 1 och 2.

Den främre anordningen består av en hylsa 11 fästad i kulelemen- tet 12 hos ett första vridförband som upptages i en sfärisk led 13, vilken är fästad i borrhålet hos plattan 1. Hylsan 11 tjänstgör som styrelement för axeln 30 och är axiellt kvarhållen av en mutter 14. Muttern 14 låser en bricka 15 mot kulelementet 12 samt mot plattan 1. En skruv 16 låser brickan direkt mot plattan 1. __ Brickan 15 fungerar som en vridmomentshämmare, dvs den hind- rar kulan 12 från att rotera kring centrumlinjen 3. Konstruk- tionen av brickan 15 kan exempelvis hämtas från fig 8 i US patentskriften 4 060 314.

Elementet 17 kan beskrivas som en första eller främre kul- mutter. Muttern har en spiralformad gänga 17' som tjänstgör som lagerbana därför att den innehåller en mångfald lagerkulor 35.

Dessa kulor är kvarhàllna och inkapslade i gängan 17' och löper i gängan 31 hos axeln 30 i den omfattning som gängan genomlöper muttern 17. Särskilda återförande rör eller passager (ej visa- de) fângar upp och överför kulorna från det sista gängvarvet i banan till startbanan, kvarhållande kulorna inom muttern 17.

Kulorna 35 är i tryckande kontakt med väggarna hos gängorna och banorna 17' och 31. Sammanpressningskraften åstádkommes av ett element 4 som endast visas schematiskt. Allmäntøgäller att en kraft förmodas verka på plattorna genom att söka¿åtskilja dem. Ett böjelement kan anordnas för detta ändamål om exempelvis plattan 1 är kantileverupphängd från plattan 2. Ett sådant böj- element visas exempelvis i fíg 7 i ovannämnda patentskrift. 10 15 25 40 448 905 6 Axeln 30 manövreras vid stora konstruktionsförbèlaštnïngår, vilka åstadkommer stora kul- och kontaktytdeformationer. Den kombinerade deformatíonen av både kulorna 35 och kontaktytorna 17' och 31 är mångfalt (100 till 1000 gånger) större än den er- forderliga justeringsnoggrannheten (i storleksordningen zs-1o'6i än ofullkomligheter hos maskinbearbetade ytor, t ex hos kulor- nas ytor och ytan hos det kontinuerliga spåret 17', är precisionen betydande, särskilt jämfört med reguljär och direkt gängad förbindelse mellan mutter- och skruvgängorna.

Vidare skall noteras att ett vridförband av typen sfäriskt mm). Eftersom denna deformation också är mångfalt större lager 12, 13 endast erfordras om axeln usätts för sidovippande deformationer relativt plattan 1. I annat fall kan hylsan 11 och muttern 17 fästas direkt till plattan 1. Därmed undvikes be- hovet av ytterligare fasthållning.

Den bakre anordningen 20 för plattan 2 innefattar också en hylsa 21, uppbärande ett sfäriskt lagerelement 22, vilket i sin tur upptages av ett sfäriskt ledelement 23, utgörande ett andra vridförband. En mutter 24 håller hylsan axiellt mot kulelementet 22, men det finns ingen bricka däremellan. Det kulformade för- bindningselementet 22 är således inte direkt förhindrat att vridas kring centrumlinjen 3. Om åt sidan vippande deformatio- ner hos axeln 30 ej måste beaktas, kan förbandet 22, 23 ersät- tas av reguljära lager som endast tillåter rotation av hylsan 21 kring en axel vinkelrät mot plattan 2.

En andra eller bakre kulmutter 27 är huvudsakligen konstru- erad som muttern 17. Det finns också kulor 35 som kvarhålls i en gängliknande bana och i skruvgängorna 32. Kulorna sammanpres- sas av samma kraft och verkan som sammanpressar kulorna 35 i muttern 17. Differentialrörelsen åstadkommas av en stignings- skillnad i gängingreppet och kopplingen mellan muttrarna 17 och 27 å ena sidan och de olika gängavsnitten (31,32) på axeln 30 å andra sidan. Muttern 27 hindras ej, som muttern 17 (genom brichni 15), från att rotera. Kraften som utövas av anordníngen 4 mot plattorna 1 och 2 och pressar mot kulorna utövar emeller- tid en axiell kraft på muttern 27 och håller den i viss ut- sträcknihg mot rotation när axeln 30 vrides. Denna hâllkraft som ökas genom friktion i lagringen 22, 23 kan emellertid övervinnas, vilket beskrives i det följande.

En pinne ZS sträcker sig axiellt från muttern 27, och pin- 1"? v! 10 15 20 25 30 40 7 448 905 nen kan anligga mot en pinne 34 som sträcker šig'raöiel1t“frân axeln 30. Axeln 30 kan således rotera relativt muttern 27 näs- tan ett varv (dvs med ett varv minskat med pinnens 25 vinkel- mått). Vid ytterligare rotation hos axeln 30 tjänstgör anligg- ningen mellan pinnarna 25, 34 som en koppling, vilken föran- leder muttern 27 och hylsan 21 att deltaga i rotationen. Varje gång som muttern 27 på detta sätt tvingas att följa-axelns 30 rotation,'kan axeln 30 inte axiellt flytta sig relativt plat- tan 2. Samtidigt flyttar sig axeln 30 relativt plattan 1 på grund av dess gängade hopkoppling med, och relativa vridning i förhållande till, muttern 17. Plattan 1 rör sig således rela- tivt plattan 2 med en hastighet som är direkt beroende av stig- ningen hos gängan 31. Muttern 27 deltar ej i denna rörelse.

Förflyttningen av plattorna med ena muttern stationär kan kallas "direkt stigningsrörelse". Varje gång som axeln 30 där- emot tillåts att också vridas i, och relativt, muttern 27, be- ror den relativa axiella förflyttningen mellan plattorna 1 och 2 på stigningsskillnaden och kan kallas "dífferentialrörelse" av skruven. Arbetsområdet för differentialrörelsen är begräns- at till (nästan) ett varv hos axeln 30, men detta relativt snäva område är allt som kan behövas. Arbetsområdet hos differentialrörelsen kan om så önskas ändras genom att helt enkelt omplacera pinnarna.

I drift börjar axeln 30 att vridas från ett givet läge, vilket sannolikt inte är ett där pinnarna 25, 34 anligger mot varandra. Således börjar varje rörelse med en differential- rörelse. Denna del kan redan beräknas och betraktas som en del av finområdet hos den erforderliga justeringen. Vid anliggning mellan pinnarna 25, 34 är denna första del av differential- rörelsen slutförd, och plattorna 1 och 2 åtskiljs med direkt stígningsrörelse till ett speciellt läge. Om man antar att stigningen hos gängavsnittet 31 är mindre än stigningen hos gängavsníttet 32 måste läget där den direkta stignings- eller grovrörelsen upphör, medelst skruvrotation och differential- stigning, vara mindre än ett varvs överrörelse. Därefter vrids axeln 30 något i motsatta riktningen för injustering av det slutliga läget, men nu med differentialrörelsens höga Pinnarna kommer att skiljas åt, och muttern 27 kommer att 'w stanna pá grund av friktionen i kul- och ledförbandet Zl, men axeln 30 vrides så att differentialrörelsen därefter åter 23, precision. 10 15 20 25 30 40 l44a 905 8 inträder. Alternativt kan stigningen hos den spiïalfbrmad " banan 31 vara större än stigningen hos spiralbanan 32. I detta fall avslutas den direkta och grova rörelsen innan slutläget nåtts, och genom omkastning av motorns 41 rotationsriktning kom- mer riktningen hos den fortsatta relativa förflyttningen mellan ¶ plattorna 1 och 2 att vara densamma som vid grovrörelsen fastän motorn har reverserats, men förflyttningen sker nu med fin- rörelsen.' .

Detta manöverorgan utgör en betydande förbättring därför att den maximala rörelselängden i första hand uteslutande be- stäms av stigningen och arbetsområdet hos den främre muttern 17 och inte av differentialområdet. Eftersom stigningen hos den främre muttern kan vara mer än tio gånger differentialrörelsen (stigningsdifferensen), minskas längden-hos skruven som erford- ras för en given rörelselängd mycket väsentligt.

Ett första tillämpningsområde för uppfinningen är att positionera en laserspegel som erfordrar bortåt mikromillimeter- precision. I ett sådant exempel är plattan 1 underlags- och bär- platta för spegeln, och plattan 2 är en del av den stationära anordningen. Spegelmontage- och positioneringsanordningar kan konstrueras enligt US patentskriften 4 060 314, men två anord- ningar enligt uppfinningen ersätter de två kulskruvsmanöver- organen som betecknats med 16 i denna patentskrift. Anordningen för etablering av stödpunkten vid vippning och lutning av spegeln kan vara densamma som visas i fig 6 i nämnda patent- skrift. Detsamma gäller beträffande den totala uppbyggnaden och konstruktionen, förutom att längden på manöverskruvarna avsevärt minskats eller att justeringsområdet är motsvarande förstorat med detspeciella differentialkulskruvmanöverorganot enligt föreliggande uppfinning.

En vippnings- och lutningsinställning för en laserspegel kan exempelvis erfordra en maximal totalförflyttning på omkring ° Ü 'flšå -J mindre än 10 procent och en stigning hos främre muttern på umm upplösning. Vid en stígningsskillnad som är 1,57 mm/varv, mäste en manöverskruv som arbetar enbart med MW' differentialrörelse vara 890 mm läng. Höljet måste vara lika långt. En skruv och ett hölje av sådan längd skulle vara opraktiskt och differentialrörelsen skulle ökas, och komponen- terna skulle kräva högre precision. Vid användning av ovan be- skriven princip medges en minskning av skruvlängden till 50 mm. 10 15 20 25 30 35 40 9 448 905 En bättre lösning möjliggöres naturligtvis därför att'eñ sådan skruv lättare kan tillverkas och dessutom till en avsevärd lägre kostnad.

En extra fördel är den minskade manövreringstiden. Antalet axelrotationer som behövs för att erhålla en speciell förflytt- ning minskas drastiskt, därför att den axiella förflyttningen vid den direkta stigningsrörelsen är exempelvis tio gånger större per axelvarv än vid differentialrörelsen. En given rörelselängd genomlöpes således på en avsevärt kortare tidrymd.

Fig 2 visar en modifierad förbättring. Ett gängavsnitt 27' i muttern 271 är fritt från kulor, men muttern har en pinne 26 som sträcker sig inåt och samverkar med en annan pinne 36 på axeln 30. Dessutom är pinnen 25' relativt kort, så att efter vridning av axeln 30 ett varv bort från anliggningsläget hos pin- narna 25',34 går pinnen 34 fri från pinnen 25'. Med andra ord är kopplingen av axeln 30 till muttern 271 medelst dessa pinnar endast verksam i en riktning. Beträffande den andra riktningen kommer pinnarna 26, 36 i kontakt efter mer än ett varvs vridning av axeln 30, utgående från anliggningsläget hos pinnarna 25' och 34. Axeln 30 kan således vridas mer än ett varv relativt muttern 271, beroende på den axiella och relativa asimutiska distansen mellan de olika pinnuppsättningarna. Följaktligen ökas differen-3 tialrörelseområdet.

Pig 3 visar en modifikation av vridpunkterna. Man kan an- vända den visade kullagringen 12', 13' eller 22' 23' som är av sfärisk typ i stället för en enkel kulled för att minska friktio- nen vid svängning i ritníngsplanet. Vid användning av sådana låg- friktionslager kan den resterande friktionen vara för låg.

Teoretiskt erfordrar stora lager större moment än mindre lager, men det kan ändå vara önskvärt att anbringa en friktionsanord- ning eller begränsande typ av frikopplingsbar precisionsbroms för att hindra muttrarna från att rotera kring centrumlinjen 3, när muttern 27 är frikopplad från axeln. Emellertid måste axel- rotationen utan svårighet övervinna alla sådana retarderande krafter när pinnarna hopkopplas. Ytterligare förbättringar inne- fattar ett elektriskt manövrerat lås av ringtyp för iåsning av manöverorganet i starkt víbrerandc miljö. : Uppfinningen kan också användas när endast linjär förflytt- ning erfordras. I detta fal kan muttern 17 och styrhylsan 11 låsas till plattan 1, medan glid- eller rullningslager uppbär '3 hylsan 21 och muttern 27 i enheten t.

Claims (3)

448 905 f° PATENTKRAV

1. Differentialmanöverorgan för precisionsinställning av distans mellan en första och en andra platta (1 och 2) medelst en skruv (30), som har en första gängad anordning (17) ifäen första plattan (1) och en andra gängad anord- ning (27) som har annan stigning, varvid skruven (30) står i gängingrepp med den första och den andra gängade anord- ningen (17,27), k ä n n e t e c k n a t av i kombination en första anordning (10) för förhindrande av rotation hos den första gängade anordningen (17) under rotation och genommatning av skruven (30), och en andra anordning (20) för koppling av skruven (30) till den andra gängade anord- ningen (27) för gemensam rotation över ett speciellt omrâde av angulär förflyttning hos skruven (30), âstadkommande att skruven (30) frikopplas från den andra gängade anordningen (27) i ett angränsande läge, så att nämnda distans grovin- ställes av direkt skruvrörelse hos skruven (30) i den första gängade anordningen (17) och fininställes med differential- skruvrörelse när rotation hos den andra gängade anordningen (27) är förhindrad.

2. Manöverorgan enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att var och en av de gängade anordningarna (17,27) är kopplade till skruven (30) medelst tryckbelastade kulor (35).

3. Manöverorgan enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den andra anordningen (20) innefattar en pinne (25) på den andra lageranordningen (20) och en pinne (34) på skruven (30), varvid pinnarna (25,34) kommer i ingrepp med varandra för erhållande av koppling och åtskiljes från var- andra för differentialskruvrörelsen.