SE464932B - Anordning i en kraftaktuator foer omvandling av en oscillerande axiell roerelse - Google Patents

Description

464 952 02» Uppfinningen I en kraftaktuator av ovan beskrivet slag kan detta enligt uppfinningen uppnås genom att drivdelen och tryckstången är förbundna medelst en förbindnings- del, som står i självlásande gängingrepp med drivdelen och/eller tryckstången och utsätts för ett vridmoment för vridning under tomgångsslaget av den oscillerande rörelsen i riktning för framföring av tryckstången i ansättningsriktningen.

I en första praktisk utföringsform står en för- bindningsring i gängingrepp med utvändiga gängor på drivdelen och utsätts för ett vridmoment utövat av en förspänd fjäder. I en föredragen utföringsform står förbindningsringen i gängingrepp med motsatt riktade gängor på drivdelen och tryckstången.

I en. andra praktisk utföringsform står' en för- bindningsstång i gängingrepp med motsatt riktade invändiga gängor i drivdelen och tryckstången och utsätts för ett vridmoment utövat av en förspänd fjäder.

I dessa utföringsformer är en klock- eller spiral- fjäder anordnad mellan förbindningsdelen och en ytter- ring, som är roterbar, företrädesvis med hjälp av en elektrisk motor, för förspänning av fjädern.

Ritningsförteckning Uppfinningen skall beskrivas närmare :L det föl- jande under hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka fig 1 visar en tämligen enkel utföringsform av en skivbroms med en. aktuator som illustrerar' den, bakom uppfinningen liggande principen, fig 2 är en sidovy, huvudsakligen i sektion, av en föredragen utföringsform av en aktuator med en rörelseomvandlande anordning enligt uppfinningen samt fig 3 och 4 är sidovyer, delvis i sektion, av två modifierade anordningar enligt uppfinningen. 464 932 3 Detaljerad beskrivning av utföringsformer Fig l visar ett enkelt skivbromsarrangemang, som snarare är avsett att illustrera en princip än en praktisk utföringsform.

Arrangemanget är avsett att bromsa en roterande skiva 1 med hjälp av bromsbelägg 2 anordnade vid ändarna av två tángskänklar 3 och 4, vilka är ledbart fästa vid varandra vid 5. Bromsverkan erhålls genom att skänklarnas 3 och 4 ändar motsatta beläggen 2 skjuts isär.

Vid det enkla arrangemanget enligt fig 1 sker detta genom en elektrisk spole 6, vilken omger en stång 7 av det material som kallas Terfenol och har egen- skapen att förlänga sig upp till exempelvis 0,2 % av sin längd då det utsätts för ett visst magnetfält (från spolen 6). Stången 7 är förbunden med skänkeln 3 till vänster i fig 1 och samarbetar med den högra skänkeln 4 via en kil 8. Kilen 8 trycks uppåt av en tryckfjäder 9 och samarbetar med en kilyta i hävarmen 4. Spolen 6 aktiveras elektriskt på ett pulserande sätt. Mass- trögheten hos skänklarna 3 och 4 är avsevärt större än den hos stången 7 och den självlåsande mekanism som bildas av kilen 8 och fjädern 9. Varje gång spolen 6 aktiveras, förlängs stången 7 något med resultatet att skänklarna 3 och 4 pressas isär. Då stången 7 å andra sidan återgår till sin ursprungliga längd vid spolens 6 deaktivering, blir kilen 8 fri under ett kort ögonblick och skjuts uppåt i fig 1 av sin fjäder 9. Beroende på frekvensen hos den pulserande ström som matas till spolen 6 och arrangemangets geometri, kommer broms- beläggen 2 att ansättas mot skivan l med en viss kraft och hastighet.

För frigöring av bromsen kan spolen ånyo aktiveras av en pulserande ström, men kilen 8 skall i detta fall skjutas tillbaka (mot tryckfjäderns 9 kraft) av exempel- vis en ej visad solenoid. 464 952 11 Efter att nu ha illustrerat principen hos en på Terfenol ® baserad aktuator, har tiden kommit att beskriva en i fig 2 visad, praktisk och föredragen utföringsform.

Denna aktuator har ett hus 10 med ett därvid fäst lock 11. Locket 11 är försett med ett fast öra 12, medan ett rörligt öra 13 sträcker sig ut ur huset 10 vid änden motsatt det fasta örat 12. Dessa öron skall förbindas med ett skivbromsarrangemang av samma all- männa typ som illustrerats i fig 1.

En cylindrisk permanentmagnet 14 är anordnad i huset 10 uppstödd av en skiljevägg 15 däri, och en cylindrisk spole 16 är anordnad i permanentmagneten. En stång 17 av Terfenol ® är i sin tur anordnad i spolen 16.

Koaxiellt i linje med stången 17 är anordnad en drivdel i form av en drivhylsa 18. En dragstång 19 försedd med ändflänsar vid båda ändar sträcker sig genom hål i drivhylsan 18, stången 17 och locket ll. En tryckfjäder 20 (i form av ett antal tallriksfjädrar) är anordnad mellan locket ll och stångens 19 ändfläns för ändamålet att utöva en dragkraft i stången 19 och alltså åstadkomma en förspänning i stången 17 av Terfenol ® , vilket är väsentligt för dess avsedda funktion.

En rörelseomvandlande anordning för denna aktuator har följ ande konstruktion: Koaxiellt i linje med drivhylsan 18 befinner sig en tryckstång 21, som sträcker sig ut från huset 10 och avslutas med örat 13. Då örat 13 är förbundet med en ej visad bromsrörelse, är tryckstången 21 icke roterbar.

Drivhylsan 18 och tryckstången 21 är försedda med yttre gängor, som är motsatt riktade och samarbetar med motsvarande inre gängor i en förbindningsdel i form av en förbindningsring 22. De respektive gängorna är självlåsande men har en så stor stigning som möjligt för att minimera den erforderliga kraften. Förbind- ningsringen 22 skall ha en minimal masströghet för att vara lättrörlig.

V» 5 464 9152 Förbindningsringen 22 utsätts normalt för ett vridmoment (i riktning för att skjuta isär hylsan 18 och stången 21) med hjälp av en klock- eller spiral- fjäder 23. Denna fjäder 23 är vid sin inre ände fäst vid förbindningsringen 22 och vid sin yttre ände vid en ytterring 24. Denna ytterring 24 kan vridas i endera riktningen med hjälp av en elektrisk motor 25 ansluten med ett kuggdrev 26 till en kuggkrans 27 vid ytter- ringens 24 yttre omkrets. Motorn 25 har det primära ändamålet att hela tiden hålla fjädern 23 spänd och det sekundära ändamålet att vrida tillbaka förbindnings- ringen 22 genom vridning i riktning motsatt den för att spänna fjädern. När den elektriska motorn 25 ej arbe- tar, är den låst.

Basen för den beskrivna aktuatorns arbete är att den förspända stången 17 av Terfenol ® fås att oscil- lera med hjälp av ett pulserande magnetfält. Det finns vidare sj älvlåsande organ i form av förbindningsringen 22 som blott kräver en liten yttre kraft för sitt arbete. Oscillationsfrekvensen för stången 17 måste vara större än egenfrekvensen hos den bromsrörelse till vilken aktuatorn är ansluten.

Den följande diskussionen är baserad på antagan- dena att en aktuator av detta slag med en stång 17 av Terfenol ® som det kraftalstrande organet skall ha ett ansättningsslag av ungefär 3-4 mm, en ansättningstid av 0,1 s och en ansättningskraft av 10000 N.

Den specifika egenskapen hos Terfenol ® är att dess längd ökar när det utsätts för ett magnetfält; egenskapen kallas magnetostris. íon. Det valda materi- alet har en hög magnetostriktion, nämligen upp till 0,2 %, och en mycket snabb respons. Materialet måste vara förspänt för att återgå till sin ursprungliga dimension när det ej utsätts för magnetfältet.

Beräkningar har visat att de önskade resultaten kan uppnås under följande betingelser: En stång 17 med en längd av 100 mm och en diameter av 20 mm står under 464 932 en mekanisk förspänning av 3700 N av fjädern 20. Denna stång fås att oscillera med en frekvens av 1000 Hz genom att utsättas för kombinationen av ett konstant magnetfält från permanentmagneten 14 av 130 kA/m och ett pulserande magnetfält från spolen 16 av 1 130 kA/m; det resulterande positiva magnetfältet pulserar mellan 0 och 260 kA/m.

För att uppnå detta magnetfält kan spolen 16 ha en innerdiameter av 22 mm, en ytterdiameter av 40 mm och en längd av 110 mm. Strömmen kan vara 5 A och spän- ningen 625 V för erhållande av det önskade magnetfältet med en stigtid av 0,25 ms och en kraft av 806 W.

Förutsatt att massan hos bromsrörelsens skänklar är 15 kg, kraften 10000 N och tiden för att nå denna kraft 0,25 ms, kommer den slutliga hastigheten att vara 83 mm/s och rörelsen 0,007 mm.

Det har visats att stången 17 av Terfenolaš oscillerar under inflytande av magnetfältet och avger de önskade krafterna. Denna oscillerande rörelse hos drivhylsan 18 skall omvandlas till en ensriktad ansätt- ningsrörelse hos tryckstången 21 med hjälp av den självlåsande förbindningsringen 22. Den enkla principen hos denna är att vara ovridbar under varje liten oscillationsrörelse i ansättningsriktningen hos stången 17 och att öka avståndet mellan drivhylsan 18 och tryckstången 21 genom liten vridning under varje liten oscillationsrörelse i returriktningen. Denna lilla vridning av förbindningsringen 22 åstadkommes av fjädern 23.

Det är väsentligt att förbindningsringen 22 har en mycket låg masströghet och en hög gängstigning (i motsatta riktningar). Med en ytterdiameter av 30 mm, en innerdiameter av 20 mm och en stigning av 7 mm/varv krävs ett vridmoment av mindre än 4 Nm från fjädern 23.

Såsom redan beskrivits spänns fjädern 23 av den elektriska motorn 25 eller av motsvarande organ.

Returslaget (genom vridning av förbindningsringen 22 i den motsatta riktningen) kan också erhållas av den V) ia 464 932 elcz-rïztriska motorn 25. En mera direkt överföring av de,;,:1 rotationsrörelse än av fjädern 23 kan uppnås med hjälp av en envägskoppling mellan förbindningsringen 22 och ytterringen 24.

Tvá modifierade versioner av den rörelseom- vandlande anordningen visas i fig 3 och 4. Vid modi- fikationen enligt fig 3 finns en drivdel eller -hylsa 30, en tryckstàng 31, en förbindningsring 32, en klock- eller spiralfjäder 33 och en ytterring 34. Den oscil- lerande drivhylsan 30 står i motsvarande gängingrepp med förbindningsringen 32 som i versionen enligt fig 2, medan förbindningsringen är fritt vridbar i förhållande till, men axiellt förbunden med tryckstàngen 31, vilken för detta ändamål är försedd med ett huvud 31' i ingrepp med en motsvarande urtagning i förbindnings- ringen 32.

Vid modifiktionen enligt fig 4 är drivdelen 40 och tryckstángen 41 försedda med inre gängor för själv- läsande samarbete med yttre gängor hos en förbind- ningsdel i form av en förbindningsstång 42. En klock- eller spiralfjäder 43 förenar denna stång 42 med en ytterring 44.

Claims (7)

464 932 PATENTKRAV

1. Anordning i en kraftaktuator för omvandling av en oscillerande axiell rörelse hos en drivdel (18: 30: 40) till en axiell rörelse i en ansättningsriktning hos en därmed koaxiell tryckstång (21: 31; 41), känne- tecknad därav, att drivdelen (18 : 30: 40) och tryck- stången (21: 31: 41) är förbundna medelst en för- bindningsdel (22: 32; 42), som står i självlåsande gängingrepp med drivdelen och/eller tryckstången och utsätts för ett vridmoment för sin vridning under tomgångsslaget av den oscillerande rörelsen i riktning för framföring av tryckstången i ansättningsriktningen.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att en förbindningsring (22: 32) står i gängingrepp med utvändiga gängor på drivdelen (18: 30) och utsätts för ett vridmoment utövat av en förspänd fjäder (23: 33) (fig 2 och 3).

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att förbindningsringen (22) står i gängingrepp med motsatt riktade gängor på drivdelen (18) och tryck- stången (21) (fig 2).

4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att en förbindningsstång (42) står i gängingrepp med motsatt riktade invändiga gängor i drivdelen (40) och tryckstången (41) och utsätts för ett vridmoment utövat av en förspänd fjäder (43) (fig 4).

5. Anordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad därav, att en klock- eller spiralfj äder (23: 33: 43) är anordnad mellan förbindningsdelen (22: 32; 42) och en ytterring (24: 34: 44), som är roterbar för förspänning av fjädern.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad därav, att ytterringen (24: 34: 44) är roterbar medelst en elektrisk motor (25).

7. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att den oscillerande rörelsen åstadkommas medelst en förspänd stång (17) av ett magnetostriktivt material utsatt för ett pulserande magnetfält från en spole (16) .