Устройство прецизионного механического позиционирования



Устройство прецизионного механического позиционирования

 


Владельцы патента RU 2534854:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) (RU)

Изобретение относится к способам точных перемещений и может использоваться в приводе перемещения режущего инструмента в прецизионных металлообрабатывающих станках, в высокоточном приборостроении. Устройство механического позиционирования включает корпус, два параллельно расположенных винта. Первый винт установлен в корпусе на подшипниках и имеет зацепление с гайкой, жестко связанной с суппортом, установленным в корпусе с возможностью поступательного перемещения по направляющим качения. На винте жестко закреплена шестерня, связанная с зубчатым колесом, жестко установленным на втором винте, закрепленном в подшипниках и имеющем зацепление с гайкой, жестко связанной с салазками, установленными на суппорте с возможностью поступательного перемещения. На конце первого винта установлен лимб, приводящий его в движение. Достигается высокая точность позиционирования. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, приборостроению, а именно к устройствам, обеспечивающим механические перемещения рабочих органов с точностью, измеряемой нанометрами и менее. Устройство может быть использовано в прецизионных металлорежущих станках, высокоточном приборостроении, механизмах наведения телескопов, стволов орудий и др. областях.

Известен механизм малых перемещений (аналог, RU №1216519, F16Н 37/16, 1986). Он содержит корпус, расположенную в корпусе с возможностью вращения гайку, взаимодействующий с гайкой винт, установленный с возможностью осевого перемещения, кинематическую цепь, представляющую собой две пары зубчатых колес, связывающих винт с гайкой таким образом, что колесо, сидящее на винте, сопряжено с колесом, сидящим на валу, а следующее колесо, сидящее на валу, сопряжено с колесом, сидящем на гайке.

Данный механизм позволяет передавать большие усилия с относительно малой скоростью перемещения. Устройство обеспечивает увеличение хода перемещения.

Недостатком данного изобретения является то, что оно не обеспечивает при этом высокой точности позиционирования, зависящей от шага винта, который невозможно выполнить малой величины (в пределах сотых долей миллиметра).

Известен также механизм малых механических перемещений (прототип, SU №1397657, F16H 25/20, 1988), содержащий корпус с прямолинейной направляющей и резьбовым отверстием, установленный в направляющей с возможностью поступательного движения полый ползун с резьбой на его внутренней поверхности, предназначенный для взаимодействия с резьбовым отверстием корпуса, полый винт с маховичком и расположенный в полости винта с возможностью вращения второй винт с маховичком, предназначенный для взаимодействия с резьбой ползуна, маховичок на втором винте установлен с возможностью осевого перемещения, а механизм снабжен элементом связи маховичков первого и второго винтов для обеспечения периодического соединения винтов, а винты установлены один в другом без взаимного относительно друг друга перемещения.

Недостатком прототипа является низкая точность позиционирования рабочего органа, так как она зависит лишь от разности шагов двух соосных винтов.

Технический эффект, достигаемый изобретением, - повышение точности позиционирования рабочего органа (например, резца).

Технический эффект достигается тем, что устройство механического позиционирования, включающее корпус, два винта, расположенные параллельно друг другу, при этом первый винт установлен в корпусе на подшипниках и имеет зацепление с гайкой, жестко связанной с суппортом, установленным в корпусе с возможностью поступательного перемещения по направляющим качения, на винте жестко закреплена шестерня, связанная с зубчатым колесом, жестко установленным на втором винте, закрепленном в подшипниках и имеющим зацепление с гайкой, жестко связанной с салазками, установленными на суппорте с возможностью поступательного перемещения, а на конце первого винта установлен лимб, приводящий его в движение.

Величина перемещения рабочего органа определяется по формуле

Δ = n ( t 1 t 2 z 1 z 2 )                                                                                            (1)

где n - угол поворота лимба, t1, t2 - шаг соответственно первого и второго винтов, z 1 z 2 - передаточное отношение шестерен.

Для определенных условий, где допускается менее точный результат, можно соблюдать условие, при котором количество зубьев шестерен и шаг винтов должны быть подобраны таким образом, чтобы передаточное отношение z 1 z 2 стремилось быть как можно ближе к отношению шагов винтовых поверхностей t 1 t 2 . Точность позиционирования будет увеличиваться при стремлении разности z 1 z 2 t 1 t 2 к нулю.

Как следует из (1), величина Δ уменьшается при увеличении члена t 2 z 1 z 2  

t 2 z 1 z 2 , тогда Δ

Для повышения точности позиционирования рабочего органа необходимо соблюдать условие:

z 1 z 2 t 1 t 2 0

Предельное минимальное значение Δ в (1) равно нулю, т.е. Δ=0, следовательно, при стремлении величины Δ к нулю точность позиционирования повышается. Рассмотрим возникновение предельного значения Δ, равного нулю:

n t 1 n z 1 z 2 t 2 = 0                                                                                           (2)

Разделим каждый член уравнения (2) на t2,получим

n t 1 t 2 n z 1 z 2 = 0                                                                                            (3) 

Вынесем n за скобки, получим

n ( t 1 t 2 z 1 z 2 ) = 0                                                                                       (4)

Так как n не может быть равно нулю (при n=0 механизм не работает), то для работающего механизма

t 1 t 2 z 1 z 2 0                                                                                           (5)

t 1 t 2 z 1 z 2                                                                                                  (6)

Таким образом, высокая точность позиционирования обеспечивается при примерном равенстве отношения шагов винтов и отношения числа зубьев колес, установленных на этих винтах.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором может поступательно перемещаться суппорт 2 по направляющим качения 3. В свою очередь по суппорту 2 могут поступательно перемещаться салазки 4 по направляющим качения 5, на которых жестко закреплен резец 6, предназначенный для обработки заготовки 7. В корпусе 1 на подшипниках 8,9 установлен винт 10, находящийся в зацеплении с гайкой 11, жестко связанной с суппортом 2. На винте 10 жестко закреплена шестерня 12 с числом зубьев z1, находящаяся в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 13, имеющим число зубьев z2. На левом конце винта 10 установлен лимб 14 для отсчета угла поворота. Зубчатое колесо 13 жестко установлено на винте 15, закрепленном в подшипниках 16, 17 в корпусе суппорта 2. Винт 15 находится в зацеплении с гайкой 18, которая жестко связана с салазками 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При повороте рукоятки лимба 14 поворачивается шестерня 12, а следовательно, и поворачивается винт 10, который находится в зацеплении с гайкой 11, перемещает суппорт 2 (например, вправо). При этом вправо перемещаются также салазки 4 вместе с винтом 15 и зубчатым колесом 13. В связи с тем, что шестерня 12 находится в зацеплении с зубчатым колесом 13, то при повороте шестерни 12 на 360° происходит поворот зубчатого колеса в обратном направлении на угол 360° z 1 z 2 , поскольку винт 10 установлен в подшипниках 8, 9 неподвижного корпуса 1, а суппорт 2 перемещается вправо, то шестерня 12 находится в неподвижном состоянии, а зубья зубчатого колеса 13 скользят по зубьям широкой шестерни 12. Вследствие поворота винта 15 и постоянного его зацепления с гайкой 18, жестко связанной с салазками 4, происходит дополнительное перемещение последних в обратном направлении (в направлении, обратном перемещению суппорта 2). То есть суппорт 2 перемещается по стрелке А, а салазки в направлении стрелки Б. В результате происходит суммарное перемещение резца 6, равное перемещению нижнего суппорта 2 и верхних салазок 4. Задавая малые углы поворота рукоятки лимба (10-30°), получаем величины перемещения в направлении стрелок A и Б, близкие по значению. В результате рабочий орган - резец будет перемещен в радиальном направлении обрабатываемой заготовки 7 на малую величину, чем меньше это радиальное перемещение, тем точнее позиционирование его в заданной точке.

Возможность более точного позиционирования вершины резц, относительно оси вращающейся заготовки обеспечивает более точный размер обработанной поверхности. Таким образом предложенное устройство позволяет осуществлять настройку режущего инструмента на заданный размер с точностью нанометров, чего не позволяют известные механизмы и устройства.

Перемещение Δ будет складываться из разности хода винтов и передаточного отношения между ними:

Δ = n ( t 1 t 2 z 1 z 2 ) ,

где n - угол поворота лимба, t1, t2 - шаг соответственно - винтов суппорта и салазок, z 1 z 2 - передаточное отношение шестерен.

Величина перемещения Δ рабочего органа складывается из перемещения суппорта 2 (S1) и салазок 4 (S2), то есть:

Δ = S 1 + S 2                                                                                              (7)

Разложим каждое из перемещений на составляющие:

S 1 = n t 1 - для суппорта 2, S 1 = n z 1 z 2 t 2 - для салазок 4 (8)

Заменим слагаемые S1 и S2 в уравнении (7) на произведение, получим: Δ = n t 1 n t 2 z 1 z 2                                                                                                   (9)

Вынесем n за скобки, тогда перемещение Δ будет определяться:

Δ = n ( t 1 t 2 z 1 z 2  )                                                                                 

На основании формулы (1) были выполнены расчеты величины перемещения Δ, характеризующей точность позиционирования для различных шагов винтов t1, t2, чисел зубьев z1, z2 и их отношений.

Из таблицы следует, что при разных сочетаниях шагов t1, t2 и чисел зубьев z1, z2 имеем различную величину Δ, при этом чем ближе друг к другу находится отношение t 1 t 2 и z 1 z 2 , тем точнее происходит позиционирование резца относительно оси вращающейся заготовки.

Величина перемещения Число оборотов Шаг винта суппорта Шаг винта салазок Число зубьев Разность отношений Отношение шагов винтов Отношение чисел зубьев
Шестерни Колеса
4 n t1 t2 z1 z2 t 1 t 2 z 1 z 2 t 1 t 2 z 1 z 2
0,000025000 1 1 0,995 201 200 0,000025 1,005025 1,005
0,005000000 1 2 1,75 57 50 0,002857 1,142857 1,14
0,004385965 1 1,75 2 50 57 -0,002193 0,875 0,877193
0,000200000 1 2 1,98 101 100 0,000101 1,010101 1,01

Устройство механического позиционирования, включающее корпус, два винта, отличающееся тем, что винты расположены параллельно друг другу, при этом первый винт установлен в корпусе на подшипниках и имеет зацепление с гайкой, жестко связанной с суппортом, установленным в корпусе с возможностью поступательного перемещения по направляющим качения, на винте жестко закреплена шестерня, связанная с зубчатым колесом, жестко установленным на втором винте, закрепленном в подшипниках и имеющем зацепление с гайкой, жестко связанной с салазками, установленными на суппорте с возможностью поступательного перемещения, а на конце первого винта установлен лимб, приводящий его в движение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для преобразования вращательного движения в продольное движение. Устройство для преобразования движения содержит резьбовой шток, на котором установлена с возможностью перемещения вдоль оси резьбового штока гайка (2) и, по меньшей мере, один стопорный элемент.

Изобретение относится к регулирующему устройству для изменения положения с возможностью поворота двух деталей автомобиля относительно друг друга. Регулирующее устройство содержит шпиндель, закрепленный на одной детали автомобиля с возможностью поворота вокруг первой поворотной оси, регулирующий привод, имеющий корпус привода и посредством шпиндельной гайки находящийся в зацеплении со шпинделем, и размещенное на другой детали автомобиля крепление, которое устанавливает регулирующий привод на другой детали автомобиля с возможностью поворота вокруг второй поворотной оси.

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к приводу ходового винта. Привод содержит первую цепь нагрузки, включающую первую гайку, выполненную с возможностью введения в зацепление с резьбовым штоком, а также вторую цепь нагрузки, включающую вторую гайку, которая выполнена с возможностью введения в зацепление с резьбовым штоком и которая установлена с возможностью перемещения в аксиальном направлении резьбового штока относительно первой гайки в одном положении привода (100) ходового винта.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве механической винтовой передачи для преобразования вращательного движения в поступательное.

Привод // 2517023
Изобретение относится к линейному приводу. Линейный привод (1) содержит электродвигатель, соединенный через зубчатую передачу со шпинделем, на котором установлена шпиндельная гайка, прикрепленная к приводному элементу, оснащенному передним связующим звеном (3).

Линейный привод многократного действия (100) предназначен для использования в реверсоре тяги гондолы турбореактивного двигателя и приведения по меньшей мере двух подвижных элементов в движение относительно друг друга и относительно неподвижного элемента.

Изобретение относится к линейному приводу. .

Изобретение относится к моторизованному приводу валика для исполнительного механизма. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования движения. .

Изобретение относится к ограничителю крутящего момента для привода. Ограничитель крутящего момента для привода содержит винт (101), установленную на винте гайку, приводную трубу (105), жестко связанную с этой гайкой, и средства (109, 133) приведения указанного винта во вращение. Данный ограничитель характеризуется тем, что он снабжен упором (115, 119), выполненным с возможностью препятствования вращению указанной трубы (105) за счет трения, создаваемого только лишь действием осевого усилия, оказываемого указанным винтом (101) на указанную гайку в процессе ее перемещения; обеспечения вращения указанной трубы (105), когда гайка смещается до соприкосновения с осевым упором указанного винта с превышением заранее заданного порога крутящего момента, определяемого указанным усилием. Достигается повышение эффективности устройства. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство относится к машино- и приборостроению и может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в возвратно-поступательное. Ходовая гайка механизма линейного перемещения содержит основную полугайку (1) и вспомогательную полугайку (2), в которых выполнены равноудаленные от центра и между собой сквозные соосные отверстия, в которые вставлены цилиндрические штифты (3), соединяющие полугайки. Между сквозными отверстиями на близлежащих торцах полугаек расположены соосные цилиндрические углубления, в которые установлены цилиндрические пружины сжатия (4). В центре углублений во вспомогательной гайке выполнены резьбовые отверстия, а в центре углублений в основной полугайке - сквозные отверстия, диаметром меньше диаметра углублений, в которые установлены винты (5), соединяющие полугайки и регулирующие степень сжатия пружин (4). За счет применения пружин, расположенных между полугайками, при реверсивном движении автоматически компенсируется зазор между витками ходового винта и ходовой гайки, вызванный их износом. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для преобразования вращательного движения в поступательное. Винтовая передача содержит винт (1), выполненный с возможностью подключения к двигателю, гайку (2) и две опоры. Винт (1) установлен в одной плавающей опоре и во второй, фиксирующей в двух направлениях, опоре, установленной в корпусе (6) с крышками (7) и (8). Фиксирующая опора состоит из роликов (9), двух колец (10), двух рядов шаров (12). На участке винта (1), находящегося внутри фиксирующей опоры, выполнены кольцевые чередующиеся выступы и соответствующие канавки, взаимодействующие с выступами и канавками роликов (9). Это соединение при вращении винта передает на ролики осевую силу. Кольца (10) препятствуют радиальному смещению роликов, а шары (12) передают нагрузку с роликов на одну из крышек корпуса (6). В крышки (7) и (8) ввинчиваются цилиндрические детали (14), являющиеся опорами для шаров (12) и позволяющие осуществлять индивидуальную регулировку осевых зазоров для каждого ролика. После регулировки положение цилиндрических деталей (14) фиксируется гайками (15). Достигается повышение надёжности работы и снижение технологических издержек при изготовлении. 5 ил.

Устройство для преобразования вращательного движения в плоскопараллельное движение узла изделия относится к машиностроению и может быть использовано в качестве механической роликовинтовой передачи со встроенным электродвигателем. Устройство состоит из корпуса (1) с крышками (2) и (3), в котором на подшипниках (10) и (11) установлена планетарная передача, в которой винт (12) контактирует с гайкой (15) через ролики (13). Винт (12) имеет резьбовой участок и направляющий цилиндрический участок «Г», который сопрягается с отверстием «Д» втулки (4). На конце винта находится стыковочный узел (18). Подшипники (10) и (11) установлены на наружной поверхности гайки (15) планетарной роликовинтовой передачи, а пространство внутри корпуса между подшипниками защищено уплотнениями (25) и предназначено для размещения встроенного электродвигателя с полым ротором, что позволяет уменьшить осевые габариты устройства. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах больничных кроватей. Линейный исполнительный механизм, содержащий корпус (1), состоящий по меньшей мере из двух частей (1а, 1b), монтажную раму (2), реверсивный двигатель (7) с механической передачей (22), шпиндель (5), приводимый в движение реверсивным двигателем (7) через передачу, кожух (16) для установки шпинделя (5), шпиндельную гайку (6), установленную без возможности вращения на шпинделе (5), наружную трубу (3), установленную так, что шпиндель (5) проходит внутри нее, исполнительный элемент (4), установленный телескопически внутри наружной трубы (3) и соединенный со шпиндельной гайкой (6), переднее крепление (8) на внешнем конце исполнительного элемента (4), заднее крепление (9), размещенное в корпусе (1). В заднем креплении (9) находится гнездо (31) подшипника шпинделя (5), при этом реверсивный двигатель (7), передача (22) и наружная труба (3) закреплены на монтажной раме (2), причем монтажная рама (2) выполнена как отдельный элемент, который является несущей конструкцией исполнительного механизма. Монтажная рама (2) имеет стенку (2а), вокруг которой и на которой установлены две части (1а, 1b) корпуса (1), реверсивный двигатель (7), передача (22) и наружная труба (3) исполнительного механизма, внешний контур стенки (2а) монтажной рамы (2) соответствует или в основном соответствует внешнему контуру поперечного сечения корпуса (1). Достигаются высокие технические характеристики. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидростатическому приводу, в частности гидростатическому приводу сцепления с подающим цилиндром. Гидростатический привод содержит электромотор со статором и ротором, приводящим передачу во вращательное движение. Передача преобразует вращательное движение в осевое движение и перемещает поршень, который нагружает камеру сжатия давлением. Для экономии конструктивного пространства конструктивные элементы гидростатического привода сцепления интегрированы друг в друга. Достигается компактность конструкции. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к регулирующему механизму для продольной регулировки сиденья автомобиля. Регулирующий механизм включает в себя корпус (30) механизма, зафиксированный на первой части (10), которая обладает подвижностью относительно второй части (12). Внутри корпуса (30) механизма расположен механизм. Из корпуса (30) механизма выдается ходовой винт (40), который посредством гаечного элемента (50) сцеплен со второй частью (12). Корпус (30) механизма состоит из пластмассы и в пластмассу внедрена многократно согнутая металлическая закладная деталь (60). Две стенки (60b, 70b) одной или нескольких металлических закладных деталей (60, 70) непосредственно друг за другом ориентированы перпендикулярно к оси (А) ходового винта и частично охватывают ходовой винт (40). Достигается создание регулирующего механизма, обеспечивающего необходимую опору при ударе без применения отдельного опорного диска. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механизмам для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Механизм содержит пару винт-гайка, на рабочих поверхностях которых выполнены канавки на винтовой линии. Цилиндрическая или коническая часть резьбовой рабочей поверхности гайки не имеет прямого контакта с резьбовой рабочей поверхностью винта. Для предотвращения прямого контакта в винтовую канавку гайки уложена сменная пружина из более износостойкого материала, чем материал гайки и винта, служащая промежуточным телом между винтом и гайкой, снабженными винтовыми канавками глубиной до половины диаметра проволоки пружины. Винтовые канавки гайки могут иметь многозаходное исполнение. Достигается расширение функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к линейному приводу. Линейный привод (1) содержит корпус (2), выполненный по меньшей мере из двух частей; наружную трубку (3) и кронштейн (37), выполненные литьем в виде единого элемента, образующего базовый модуль (36); внутреннюю трубку (4), прикрепленную своим наиболее удаленным концом к передней монтажной части (7), а другим концом соединенную со шпиндельной гайкой (12, 34) на шпинделе (11). Задняя монтажная часть (5) прикреплена к кронштейну (37). Электродвигатель (8) через трансмиссию (15, 16) приводит во вращение шпиндель, на котором шпиндельная гайка и внутренняя трубка перемещаются в направлении наружу или внутрь в зависимости от направления вращения шпинделя. Шпиндельная гайка и внутренняя трубка направляются с возможностью выдвижения и закреплены от вращения в наружной трубке (3). Достигается упрощение конструкции. 11 з.п. ф-лы, 22 ил.
Наверх