Электронный маховик
Электронный маховик относится к устройствам управления приводами станков и механизмов и используется для преобразования угловых перемещений в последовательность электрических сигналов, содержащих информацию о величине и направлении этого перемещения. Электронный маховик содержит магнитный преобразователь угла (1), включающий корпус (2) с выступом (3), шарикоподшипники (4), вал (5), магнит (6), плату обработки (7) и магниточувствительный элемент (8). Шарикоподшипники (4) расположены в корпусе (2), вал (5) установлен в шарикоподшипниках (4), магнит (6) закреплен на валу (5), магниточувствительный элемент (8) установлен на плате обработки (7) и сопряжен с магнитом (6). Электронный маховик содержит лимб (9), выполненный с отсчетной шкалой (10), связанной с валом (5) и магнитом (6). Электронный маховик содержит несущий фланец (12), установленный на выступе (3), имеющий торцевую поверхность (13) с индексом (14), расположенную со стороны лимба (9), и крепежную торцевую поверхность (15), расположенную со стороны магнитного преобразователя угла (1). Торцевая поверхность (13) с индексом (14) и крепежная торцевая поверхность (15) расположены между шарикоподшипниками (4). В плоскости несущего фланца (12) соосно с валом (5) установлена уплотнительная манжета (16), расположенная коаксиально магнитному преобразователю угла (1) и контактирующая с лимбом (9). Техническое решение позволяет повысить жесткость конструкции и точность измерений, уменьшить габариты, расширить эксплуатационные возможности электронного маховика, 2 ил.
Полезная модель к относится к устройствам управления приводами станков и механизмов и может быть использована для преобразования угловых перемещений в последовательность электрических сигналов (импульсов) содержащих информацию о величине и направлении этого перемещения для дальнейшей обработки в устройствах числового программного управления (ЧПУ).
Известно использование в системах управления механического маховика, содержащего маховичок с откидной рукояткой, устанавливаемый на вал пользователя, Справочник конструктора точного приборостроения. Л: Машиностроение Ленинградское отделение, 1989. С 409-410, табл.8.2.
Известный маховик жестко крепится на приводном элементе и используется только для передачи угловых перемещений без отсчета величины перемещений непосредственно исполнительному элементу (например, ходовому винту).
Известно коррекционное устройство винторезно-токарного станка в виде маховика включающее, корпус, на котором выполнен индекс, винтовой привод и лимб с отсчетной шкалой, Н.С.Ачеркан Расчет и конструирование
металлорежущих станков, М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1949. С.531, фиг.551.
Известное устройство обладает сложной конструкцией и не обеспечивает преобразование угла поворота в электрический сигнал.
Известно применение маховиков в координатных измерительных машинах с управлением в ручном, моторизованном и автоматическом режимах, А.А.Гапшис, А.Ю.Каспарайтис, М.Б.Модестов и др. Координатные измерительные машины и их применение, М: Машиностроение, 1988. С 312-313.
Известные устройства не обеспечивают преобразование угла поворота в электрический сигнал, что снижает его функциональные возможности в части использования в системах ЧПУ станков и механизмов.
Известно использование кодовых преобразователей с отсчетным маховиком в системах ЧПУ для управления приводом станка, В.А.Ратмиров Основы программного управления станками, М: Машиностроение, 1978. С 200-201, рис.87.
Известен (серийно выпускаемый) электронный маховик, содержащий измерительный преобразователь угла, включающий корпус, шарикоподшипники, расположенные в корпусе, вал, установленный в шарикоподшипниках, и плату обработки, лимб с отсчетной шкалой, жестко связанный с валом, фиксатор положения, размещенный внутри лимба, несущий фланец, имеющий торцевую поверхность с индексом со стороны лимба и крепежную торцевую поверхность со стороны измерительного
преобразователя. Проспект фирмы АО ГЗПУ г.Габрово, Болгария «Датчики, аксессуары», 2005.
Известный электронный маховик используется в системах ЧПУ станков, а в качестве измерительного преобразователя угла в нем используется фотоэлектрический преобразователь угла, включающий корпус, кодируемый вал, индикаторный и измерительный диски, держатели для излучателей, фотоприемников и измерительного диска и плату обработки.
Данное техническое решение принято в качестве «ближайшего аналога» настоящей полезной модели.
Однако оно обладает недостатками.
В электронном маховике «ближайшего аналога» в качестве измерительного преобразователя угла используют фотоэлектрический преобразователь угла, что снижает его эксплуатационные возможности, из-за ограниченных возможностей работы оптических элементов в условиях жестких механических воздействий.
Отсчетная шкала лимба в электронном маховике «ближайшего аналога» размещена на валу измерительного преобразователя угла (вне плоскости шарикоподшипников), что снижает точность снятия отсчета угла поворота вала, из-за наличия эксцентриситета шарикоподшипников и консольного расположения оси отсчетной шкалы, приводящего к ее смещению с оси устройства и к наклону измерительной шкалы на величину консоли.
В электронном маховике «ближайшего аналога» плоскость крепления измерительного преобразователя угла на несущем фланце расположена на
наружном торце его корпуса (на значительном расстоянии от центра тяжести преобразователя), что снижает жесткость конструкции электронного маховика.
Электронный маховик «ближайшего аналога» обладает низкой степенью защиты (IP41) от воздействия пыли и воды, что ограничивает его эксплуатационные возможности.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить жесткость конструкции и точность измерений, уменьшить габариты, расширить эксплуатационные возможности электронного маховика.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что электронный маховик содержит измерительный преобразователь угла, включающий корпус, шарикоподшипники, расположенные в корпусе, вал, установленный в шарикоподшипниках, и плату обработки, лимб с отсчетной шкалой, жестко связанный с валом, фиксатор положения, размещенный внутри лимба, несущий фланец, имеющий торцевую поверхность с индексом со стороны лимба и крепежную торцевую поверхность со стороны измерительного преобразователя.
Измерительный преобразователь угла выполнен в виде магнитного преобразователя угла, включающего магнит, закрепленный на валу и связанный с лимбом, и магниточувствительный элемент, установленный на плате обработки и сопряженный с магнитом, а корпус имеет выступ для установки несущего фланца, торцевая поверхность с индексом и крепежная
торцевая поверхность которого расположены между шарикоподшипниками и в плоскости которого соосно с валом установлена уплотнительная манжета, расположенная коаксиально магнитному преобразователю угла и контактирующая с лимбом.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - электронный маховик, разрез;
на фиг.2 - вид А на фиг.1. Электронный маховик содержит:
Магнитный преобразователь угла - 1.
Корпус (магнитного преобразователя угла 1) - 2,
выступ (на корпусе 2) - 3.
Шарикоподшипники (в корпусе 2) - 4.
Вал (в шарикоподшипниках 4) - 5,
Магнит (на валу 5) - 6.
Плату обработки - 7,
магниточувствительный элемент (на плате обработки 7) - 8.
Лимб (на валу 5) - 9,
отсчетную шкалу (лимба 9) - 10,
фиксатор положения (внутри лимба 9) - 11.
Несущий фланец (на выступе 3)-12.
Торцевую поверхность (несущего фланца 12) - 13,
индекс (на торцевой поверхности 13) - 14.
Крепежную торцевую поверхность (несущего фланца 12) - 15.
Уплотнительную манжету (в плоскости несущего фланца 12) -16.
Электронный маховик содержит магнитный преобразователь угла 1, лимб 9 и несущий фланец 12.
Магнитный преобразователь угла 1 включает корпус 2 с выступом 3, шарикоподшипники 4, вал 5, магнит 6, плату обработки 7 и магниточувствительный элемент 8.
Шарикоподшипники 4 расположены в корпусе 2. Вал 5 установлен в шарикоподшипниках 4. Магнит 6 закреплен на валу 5. Магниточувствительный элемент 8 установлен на плате обработки 7 и сопряжен с магнитом 6. Магниточувствительный элемент 8 расположен с зазором по отношению к магниту 6. С платой обработки 7 электрически соединен кабель связи с регистрирующим устройством (не показано).
Магниточувствительный элемент 8 представляет собой специальную микросхему (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла, при этом определяется напряженность магнитного поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Лимб 9 выполнен с отсчетной шкалой 10, связан с валом 5 и магнитом 6. Внутри лимба 9 размещен фиксатор положения 11. На вале 5 закреплено зубчатое кольцо (показано условно), которое жестко связано с лимбом 9, фиксацию углового положения которого выполняет фиксатор положения 11.
Несущий фланец 12 установлен в выступе 3 корпуса 2 магнитного преобразователя угла 1. Несущий фланец 12 имеет торцевую поверхность 13 с индексом 14 и крепежную торцевую поверхность 15. Торцевая поверхность 13 с индексом 14 расположена со стороны лимба 9. Крепежная торцевая поверхность 15 расположена со стороны магнитного преобразователя угла 1. Торцевая поверхность 13 с индексом 14 и крепежная торцевая поверхность 15 несущего фланца 12 расположены между шарикоподшипниками 4.
В плоскости несущего фланца 12 соосно с валом 5 установлена уплотнительная манжета 16. Уплотнительная манжета 16 расположена коаксиально магнитному преобразователю угла 1 и контактирует с лимбом 9.
Электронный маховик работает следующим образом. При повороте лимба 9 вал 5 с магнитом 6 поворачивается в шарикоподшипниках 4 и воздействует на магниточувствительный элемент 8. При этом происходит изменение параметров электромагнитного поля, а магниточувствительный элемент 8, воспринимает это воздействие, регистрирует угол поворота магнита 6 и преобразует его совместно с другими электроэлементами (показаны условно) платы обработки 7 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота и передаваемый по кабелю связи в контроллер приводного устройства (не показано), который управляет движением приводного механизма (не показан). Величина поворота вала 5 с магнитом 6 дискретна и определяется фиксатором положения 11 и параметрами зубчатого кольца
(числом зубьев), соответствующим числу делений отсчетной шкалы 10 лимба 9. Отсчет поворота лимба 9 производят по индексу 14 и отсчетной шкале 10.
Использование в качестве измерительного преобразователя угла магнитного преобразователя угла 1 повышает жесткость электронного маховика, поскольку исполнительные элементы магнитного преобразователя угла 1, как магнит 6 закрепленный на валу 5, и магниточувствительный элемент 8 установленный на плате обработки 7, обладают высокой жесткостью.
Использование в качестве измерительного преобразователя угла магнитного преобразователя угла 1 позволяет использовать электронный маховик в цеховых условиях при сильных механических воздействиях на конструкцию, что расширяет эксплуатационные возможности.
Расположение торцевой поверхности 13 с индексом 14 между шарикоподшипниками 6 исключает консольное расположение отсчетной шкалы 10 (ее радиальное и торцевое биение из-за эксцентриситета шарикоподшипников 4) и обеспечивает необходимый поворот лимба 9 и вала 5 магнитного преобразователя угла 1, что повышает точность измерений.
Расположение крепежной торцевой поверхности 15 между шарикоподшипниками 4 позволяет при установке электронного маховика на устройство пользователя исключить консольное расположение его узлов, и выполнить конструкцию электронного маховика максимально компактной
(при приближении центра тяжести устройства к крепежной торцевой поверхности 15), что уменьшает габариты устройства, делает его менее чувствительным к механическим и температурным воздействиям.
Снабжение электронного маховика уплотнительной манжетой 16, установленной в плоскости несущего фланца 12 и контактирующей с лимбом 9, обеспечивает герметичность маховика при вращении лимба 12, повышает степень защиты от пыли и воды, тем самым расширяет его эксплуатационные возможности.
Расположение уплотнительной манжеты 16 соосно валу 5 магнитного преобразователя угла 1 и в плоскости несущего фланца 12 не увеличивает габариты электронного маховика, как в осевом, так и в радиальном направлениях.
Предложенный электронный маховик изготовлен промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», что подтверждают испытания опытной партии, и это обуславливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».
Электронный маховик, содержащий измерительный преобразователь угла, включающий корпус, шарикоподшипники, расположенные в корпусе, вал, установленный в шарикоподшипниках, и плату обработки, лимб с отсчетной шкалой, жестко связанный с валом, фиксатор положения, размещенный внутри лимба, несущий фланец, имеющий торцевую поверхность с индексом со стороны лимба и крепежную торцевую поверхность со стороны измерительного преобразователя, отличающийся тем, что измерительный преобразователь угла выполнен в виде магнитного преобразователя угла, включающего магнит, закрепленный на валу и связанный с лимбом, и магниточувствительный элемент, установленный на плате обработки и сопряженный с магнитом, а корпус имеет выступ для установки несущего фланца, торцевая поверхность с индексом и крепежная торцевая поверхность которого расположены между шарикоподшипниками и в плоскости которого соосно с валом установлена уплотнительная манжета, расположенная коаксиально магнитному преобразователю угла и контактирующая с лимбом.
