SE450300B - Styrdon der elektriska styrsignaler alstras via ett fjederelement - Google Patents

Description

450 300 Ett styrdon av detta slag är känt genom det svenska patentet 8203351-5 där styrspakens vridcentrum definieras av en kardanled, som förbinder den yttre spakdelen med den inre och tillåter styr- rörelser kring två vridninqsaxlar. Spakens dimensioner är anpassade till alt omgripns av en hand och det insos att det inre utrymmet i en sådan styrspak måste bli litet. Härigenom försvåras inbyg- gandet av en kardanled av vilken det krävs att den skall ha god hållfasthet samt glappfrihet. Att förutom en sådan kardanled få plats med den signalgivande anordningen i hâlrummet i spaken ter sig närmast omöjligt. Ett sätt att lösa detta inbyggnadsproblem är att förlägga de signalgivande anordningarna utanför själva spak- delen. Ett sådant styrdon beskrivs i det svenska patentet 8203350-7.

I detta styrdon överförs spakrörelserna medelst länksystem till signalgivarna vilket, som framgår av ritningen, tar stort utrymme och ger stor vikt. I flygplanssammanhang är detta inte önskvärt.

Dessutom ökar sannolikt risken för glapp eller kärvning genom att flera leder aktiveras vid användningen. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att framställa ett styrdon där den komplicerade och dyrbara kardanleden är ersatt av en enklare och mindre utrymmeskrävande anordning som därmed ger plats även åt de signalgivande anordningarna inuti styrspaken.

Detta ändamål uppnås med ett styrdon där de båda spakdelarna är inbördes förbunda medelst ett stavformigt, i styrspakens längd- riktning centralt genom hålrummet gående fjäderelement, som de- finierar neutralläget och nämnda svängningscentrum eller -zon och vilket vid svängningsrörelse på den yttre spakdelen från neutral- läget genom en motsvarande elastisk utböjning i sidled ger det mot- verkande moment som strävar att återföra spakdelen till neutral- läget, och att den signalgivande anordningen är inrymd i hålrummet vid sidan av fjäderelementet och inrättad att avkänna den yttre spakdelens läge relativt den inre spakdelen.

MF 450 500 Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till bi- fogade ritning. fig 1 visar en partiell sektionsvy av styrdonet från sidan.

Fig 2 är en längdsektionsvy utefter linjen II-Il i fig 1.

Fig 3 är ett tvärsnitt utefter linjen lll-III i fig 2, i större skala.

Fig 4 - 6 visar styrdonet i en alternativ utföríngsform, varvid fig 5 är en längdsektion utefter linjen V-V i fig A och fig 6 är ett tvärsnitt utefter linjen VI-VI i fig 5.

Ett flertal tillämpningsområden kan tänkas för uppfinningen. I rit- ningarna visas exempel på en tillämpning i flygplan, där styrdonet används för manövrering av en radarantenn. Andra områden där styr- don av det slag, som uppfinningen avser, kan användas är exv. riktmedel, markburna fordon, fartyg, industrirobotar, lastan- ordningar och grävmaskiner.

Det på ritningen visade styrdonet omfattar en stomdel 1, vil- ken kan vara fast eller förskjutbar i ett flygplan varvid i det senare fallet styrdonet kan vara anordnat i flygplanskabi- nen såsom beskrives i patentet 8203351-5. Ûvansídan på stomde- len bildar ett stödplan 2. I riktning utåt från detta 'sträcker sig en styrspak 3, som omfattar två i spakens längdrikt- ning efter varandra anordnade delar, nämligen en inre del à, som är orörligt fäst vid stomdelen 1 och en relativt den inre delen svängbar yttre del 5. Vid styrrörelser, dvs då den yttre spakdelen bríngas att svänga relativt den inre spakdelen utgör stöd- planet Z stöd för en operatörs hand och ger därmed en referens för precisa styrrörelser.g De båda spakdelarna 4 och 5 är hopkopplade med ett stavfor- migt fjäderelement 6 som sträcker sig centralt genom ett genom spaken gående hålrum 7. Fjäderelementet 6 är med sin ena ände in- fäst i en tvärgående vägg 9 eller liknande tillhörande den ytt- re rörliga spakdelen 5 och är med sin andra ände fast inspänt i ett väggelement i stomdelen 1 som kan vara beläget ungefär i höjd med stödplanet 2. Fjäderelementet definierar i sitt ohe- lastade tillstånd styrspakens neutralläge, dvs det läge som 450 300 visas på ritningen. Karakteristiken hos fjäderelementet, och därmed hos st rsaaken bestäms av storleken av f'äderelemen- I \ Leta böjstyvhot samt av läget av den punkt eller zon omkring vilken den yttre spakdelen svänger vid styrrörclser. Dessa två parametrar bestäms i sin lur av elcmentvts lvärsnittsarea och geometri samt av tvärsnittets variation utefter elementets fria längd.

I dessa avseende syftar uppfinningen till en utformning av styrspaken som ergonomiskt är så bra som möjligt och det är härvid viktigt att fjäderelementets 6 motståndsmoment, sett i de olika svängningsriktningar som skall kunna förekomma, är väl avvägt efter de fysiologiska förutsättningar en operatör har att med sin hand påföra kraft på styrspaken. Dessa förut- sättningar är nämligen inte lika goda i alla riktningar.

Utgående härifrån har styrdonet i de på ritningen visade före- dragna utföríngsformerna ett fjäderelement 6 med elliptiskt tvärsnitt. Med hänsyn till nämnda fysiologiska förutsättningar bör tvärsnittet vara orienterat så att ellipsens lillaxel och det därtill relaterade motståndsmomentet hos fjäderelementet gäller vid styrrörelser í sidled då en kraft F verkar såsom i fig. 2 och 5 och operatören utför en vridning av handen och underar- men. I denna första frihetsgrad hos styrspaken har han svårare att utöva muskelkraft än då han böjer handen i en rörelse fram- åt eller bakåt och spaken ges en kraft F', se fig. 1 och 4.1 denna andra frihetsgrad skall därför spaken ha ett större, mot ellípsens storaxel svarande motståndsmomentet.

Fjäderelementet 6 kan lämpligen såsom ritningen visar ha kon- stant tvärsnittsarea utefter hela sin fria längd. Påföres en manöverkraft i godtycklig riktning vinkelrätt mot spakens längdaxel och i höjd med den tvärgående väggen 9 blir fjäder- elementets svängningscentrum eller -zon 8 belägen på 1/3 av den fria längden från infästningspnnkten i stomdelen 1. Andra 450 300 \,'~, former på det fjädrande elementet kan alternativt tänkas, exv. komiskt eller i pyramidform nedåt ökande tvörsnittsarea varige- nom nämnda vridninqncentrum eller -zon kommer att förläggas på annan plats längs fjäderelementet.

Vid manövrering av spaken fattas densamma av operatörens hand så att de båda spakdelarna omgripes, varvid åtminstone lill- fingret omsluter den inre delen 4 och handen stöder mot stöd- planet 2. Härigenom kommer spakens svängningscentrum eller -zon 8 att befinna sig mitt i handens greppläge. Då spaken förs ur sitt neutralläge ger fjäderelementet upphov till spak- krafter som strävar att återföra spaken till sitt neutralläge.

För alstring av signaler som representerar den yttre spakdelens läge i förhållande till den inre, anordnas enligt ett särdrag för uppfinningen en signalgivande anordning vid sidan av fjä- derelementet 6. Olika lösningar baserade på olika typer av lëgesgivare kan härvid komma till användning i styrdonet.

I fig 1 - 3 visas en lösning där fyra trådtöjningsgivare 10 är anbragta på för ändamålet avplanade ytor 11 i nivå med tidigare nämnda vridningscentrum eller -zon 8. I periferíell led är dessa ytor och givare arrangerade parvis i fjäderelementets storaxel- resp. lillaxelriktningar, så att två av givarna reagerar för rörelse i den ena riktningen (framåt - bakåt) medan det andra givarparet känner av rörelserna i den andra riktningen (i sidled). De fyra trådtöjníngsgivarna avger således spänningar som visar hur spaken svänges ut från sitt neutralläge i resp. riktning, och vilka efter sammansättning representerar det vinkelläge och den riktning som den yttre spakdelen 5 intar i förhållande till den inre delen 4.

Signalen är med god approximation proportionell mot läget, i varje fall vid de små utslagsvinklar på ca 3 - 50 som det vanligen är fråga om i flygplanssammanhang. l fig 4 - 6 visas en lösning med signalgivande anordningar 15 i form av två differentialtransformatorer 16 av typen RVD1 450 300 (Rotary Variable Differntíal Transformer), vilka medelst utfyllnader 17 är anbragta på insidan av den fasta spakdelen.

Givarna är anordnade så att deras vridbara element har sina vrid- ninqsaxlar gående genom fjäderelementets vridningscentrum eller -zon 8. Axlarna bildar 900 vinkel med varandra och bör, om fjäder- tvärsnittet är elliptiskt, även här sammanfalla med storaxel resp. lillaxel. Den rörliga spakdelens 5 rörelse i vardera frihetsgraden överförs från fästelementet 9 medelst en kännare 18 som är utformad som en bladfjäder och är styv i ett plan vinkelrätt mot differentialtransformatorns vridcentrum men är böjlig i rikt- ning vinkelrätt mot detta plan. Härigenom överför vardera kän- naren 18 troget en rörelse eller -komponent i nämnda plan till differentialtransformatorn 16. Spakrörelser i sistnämnda riktning eller komponenter därav påverkar däremot ej samma differential- transformator.

De i styrspaken genererade signalerna behandlas i en signalbe- handlingsenhet 12 och styr via en servoenhet 13 ut en radarantenn 1ü i samma riktning som spakutslaget i förhållande till en gemensam referensriktning, vilken i den beskrivna tillämpningen företrädes vis är flygplanets längdaxel, och med en vinkel som är proportionell mot spakutslaget.

Av det föregående inses att uppfinningen eliminerar de inled- niggsvis påpekade nackdelarna hos kända konstruktioner genom att den frigör spakens inre utrymme som annars upptages av en kardanled eller liknande, och därigenom bereder möjlighet att bygga in såväl fjäderelement som signalgivare i själva spaken.

Styrdonskonstruktionen enligt uppfinningen kännetecknas så- ledes av stor mekanisk enkelhet och en tillförlitlig signal- funktion även i sådana tillämpningar där en svår dynamisk miljö råder. u-

Claims (1)

1. 450 300 Patentkrav

1. Styrdon anordnat att genom manuella styrrörelser alstra elek- triska signaler vilka tjänar till att utstyra ett styrt ele- ment (H1), innefattande en atomdel (1) som bildar ett stöd- plan (2) vilket är avsett att stöda handenhos en operatörvid utförande av styrrörelserna,en styrspak(3)som sträcker sig utåt från stödplanet och omfattar tvâ i styrspakens längdriktning efter varandra anordnade spakdelar (4, 5) varav den inre spakdelen (4) är fäst vid stomdelen (1) medan den yttre spakdelen(5), på vilken styrrörelserna utföres, är rörlig i sidled relativt den inre spakdelen mot och från ett neutralläge, varvid spak- delarna är så anordnade att en styrrörelse som utföres på den ytt- re spakdelen(5) sker såsom en svängning kring ett centrum eller en zon (8) som är belägen i ett hålrum (7) í styrspaken och inom det parti av denna som omgripes av operatörens hand då denna stödes av stödplanet, och en signalgivande anordning (10;15) i operativ förbindelse med den yttre spakdelen och det styrda elementet (15) för att i beroende av styrrörelserna alstra signalerna för elementets utstyrning, k ä n n e t e c k n a t därav, att de båda spakdelarna (4, 5) är inbördes förbundna medelst ett stavformigt, i styrspakens längdrikning centralt genom hålrummet (7) gående fjäderelement (6) som definierar neutralläget och nämnda svängningscentrum eller -zon (8) och vilket vid svängningsrörelse på den yttre spakdelen (5) från neutralläget genom en motsvarande elastisk utböjning i sidled ger det motverkande moment som strävar att återföra spakdelen till neutralläget, och att den signalgivande anordningen (10, 15) är inrymd i hålrummet (7) vid sidan av fjäderelementet(6) och inrättad att avkänna den yttre spakdelens (5) läge rela- tivt den inre spakdelen (4). Styrdon arbetande med styrrörelser i två frihetsgrader av vilka en första representerar böjning framåt eller bakåt av opera- törens hand kring handleden och en andra representerar vridning av handen och underarmen, enligt patentkravet 1, 450 300 k ä n n e t e c k n a t därav, att fjäderelementet (6 ) ut- ] efter åtminstone den större delen av sin fria längd, som 7 ütsättes för den elastiska utböjningeq har ett tvärsnitt med större motståndsmoment i den mot den första frihetsgraden svarande rörelseriktníngen än i den í vinkel härmot gående rörelseriktningen som svarar mot den andra frihetsgraden, i ändamål att anpassa det motverkande momentet från fjäder- elementet (6) till den muskelkraft som normalt kan utövas av operatören i de båda rörelseriktningarna. Styrdon enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att fjäderelementet längs åtminstone en del av sin längd som företrädesvis innefattar nämnda svängningscentrum eller -zon (8) har par av plana, i motsatta riktningar vettande ytor (11) och att fjäderelementet uppbär nämnda givarorgan (10) i form av en på vardera ytan fixerad trådtöjningsgivare. Styrdon enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda givarorgan (15) är anordnade mellan fjäder- elementet (6) och hålrummet begränsande väggelement på spak- delarna och utgöres av en differentialtransformator (16) för avkänning av vridrörelse vilken är anbragt på ett vägg- element (17) tillhörande den inre spakdelen (4) med sitt vrid- centrum gående i vinkel mot fjëderelementet och genom nämnda svängningscentrum eller -zon, och en från differentialtrans- formatorns vridcentrum längs utefter fjäderelementet till den yttre spakdelen gående kännare(18), som företrädesvis är ut- formad såsom en bladfjäder och är styv i ett plan vinkelrätt mot differentialtransformatorns vridcentrum men är böjlig i rikt- ning vinkelrätt mot detta plan,så att den troget överför svängningsrörelser i det förstnämnda planet till differen- tialtransformatorn (16), men ej inverkar på denna vid_ svängningsrörelser i sistnämnda riktning.