專利名稱：機械力矩放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及機電行業中用小功率的伺服電機通過力矩放大器控制大功率主電機快速啟動、瞬時釋放能量、動態制動、高精度速度調節、準確位置控制以滿足不同工作機需求的機械大力矩放大器。
背景技術：
目前，功率放大器在電氣控制系統、液壓力矩放大器在液壓隨動系統廣泛的應用著。液壓力矩放大器傳動力矩較小，滿足不了較大力矩工作機的需求。現今多數設備是電機通過傳動系統傳動工作機組成一個整體，一起啟動、制動、調速、位置控制，克服阻力完成工作，電機既輸出能量又控制工作機的速度。由于工作機有多種工作制度，傳統組合對大電機傳動很不適應，如對剪切類設備，剪切時要求電機瞬時釋放能量大，特別是飛剪類設備，即要求瞬時釋放能量大，剪切時速度同步性能好，停位準確，采用大電機直接啟動剪切，能量消耗大1倍，剪切速度下降1/3，采用主電機傳動飛輪長期運轉，氣動離合器、制動器、啟動剪切工作制節能，但工作效率低，噪聲大，大型專業機組為控制機組設備速度同步，采用設備同時啟動，造成對電源過載沖擊，拉開各工作機的距離設置活套，以緩沖速度不同步產生的拉堆問題。電氣控制系統為控制工作機速度及速度同步，啟動、制動創造出多種方法滿足不同工作機的需要，但對大電機傳動都沒有好的解決辦法。用小功率的伺服電機通過力矩放大器，控制大功率主電機快速啟動、制動，瞬時大功能量輸出，高精度速度調節，準確位置控制等，以滿足不同工作機的需求。機械大力矩放大器與液壓隨動力矩放大器做以比較，主電機相當液壓系統高壓油泵站，行星差動器相當于液壓隨動伐和油馬達的聯合體，單向傳動器相當于電控單向伐和溢流伐的聯合體。機械大力矩放大器雖然沒有應用過，但它是兩個應用非常成功機構的組合，在電子計標機控制下，發揮各自的新功能。拖動兩個汽車輪子的行星差動，在機械功率放大器中，起到隨動伐的作用，分配能量的走向。正常使用的蝸桿傳動蝸輪，在這里反過來用，讓蝸輪傳動蝸桿，起到“電控單向伐”的作用，阻抗能量通過，使能量流向工作機。因此，研制一種機械力矩放大器一直是國內外急待解決的新課題。
發明內容
本發明的目的是這樣實現的整個裝置由伺服電機、主電機、飛輪、行星差動器、單向傳動器組成，伺服電機傳動單向傳動器的蝸桿蝸輪，通過兩級傳動比，傳動行星差動器的中心輪N1，主電機通過飛輪傳動行星差動器的中心輪N2，行星差動器的行星架通過一級傳動比傳動工作機，行星差動器采用汽車變速器裝在力矩放大器的箱體內；主電機通過飛輪傳動行星差動器的中心輪N2以額定轉數旋轉，儲備工作機所需的能量，伺服電機通過單向傳動器傳動行星差動器的中心輪N1，控制主電機能量及轉數通過行星架的輸送給工作機；單向傳動器組成及功能、行星架輸出功率、動態制動和啟動、速度調節、工作機反轉、正反轉工作制、功率放大系數k；單向傳動器組成及功能，單向傳動器由蝸桿蝸輪和兩級齒輪傳動組成，總速比為1；單向傳動器有兩個功能，阻抗功能和疏通功能，阻抗功能是阻抗主電機的能量通過單向傳動器傳給伺服電機；疏通功能是主電機的能量通過單向傳動器伺服電機進行疏導；伺服電機是兩個功能的轉換器；行星架輸出功率，當伺服電機停止旋轉時，單向傳動器具有阻抗功能，此時主電機的能量在通過單向傳動器受阻，中心輪N1轉數為0，主電機傳動中心輪N2以額定轉數旋轉，并傳動行星架，這時行星架得到主電機的功率并輸出給工作機；動態制動，單向傳動器疏通功能，伺服電機以額定轉數旋轉，使兩個中心輪N1、N2轉數相同旋向相反，行星架轉數為0，工作機制動；啟動，處于動態制動的工作機，當接受啟動工作指令，伺服電機轉數開始下降，轉數下降快，工作機啟動快，瞬時釋放能量大；轉數下降慢，工作機就能獲爬行啟動；速度調節，處于運動狀態的工作機需要速度調節時，主電機轉速不變，只調節伺服電機轉數，伺服電機轉數上升的同時工作機速度下降，伺服電機轉數下降的同時工作機速度上升；用功率較小的伺服電機調速，實現調節工作機速度；工作機反轉，工作機處于動態制動狀態，伺服電機轉數增加，工作機由伺服電機提供能量，工作機實現反轉功能；正反轉工作制，主電機直接與行星差動器中心輪N2相聯，機械力矩放大器不儲備能量，實現正反轉工作制；力矩放大系數k，是中心輪N2的力矩M2與蝸輪傳遞到蝸桿上的力矩T1的比。本發明的要點在于它的結構形式及工作原理。其工作原理及使用方法是阻抗功能，主電機飛輪儲備能量，輸送給行星差動器后有兩個流向，一是通過行星架輸出給工作機；二是通過中心輪N1輸送給伺服電機，能量總是向阻抗力小的方向流動，這樣中心輪N2永遠傳動中心輪N1，且轉數相同旋向相反，工作機永遠也得不到能量處于制動狀態。阻抗功能是能量流向伺服電機之前受到單向傳動器的阻抗而流向工作機。疏通功能，主電機飛輪傳給行星差動器的能量，從中心輪N2傳動中心輪N1，通過單向傳動器疏導伺服電機，讓能量恢復到零位，工作機的得不到能量處于制動狀態。行星架輸出功率是單向傳動器起阻抗功能作用，在阻抗功能的阻抗下伺服電機停止運轉，中心輪N1轉數為0，這時主電機的能量全部通過中心輪N2行星架輸出給工作機。動態制動的實現是單向傳動器起疏通功能作用，在阻抗功能的阻抗下，伺服電機以額定轉數旋轉，通過單向傳動器使中心輪N1和中心輪N2轉數相同旋向相反，行星架轉數為0，工作機處于制動狀態。工作機啟動的實現是處于動態制動的工作機，當接受啟動指令，主電機額定轉數不變，伺服電機轉數下降的同時，行星架的輸出轉數上升，工作機開始啟動工作。速度調節的實現是在工作機運轉時，伺服電機的轉數在0-n1的范圍內調節，伺服電機上升或下降一轉，行星架轉數就下降或上升半轉，這樣一來調節轉動慣量小的伺服電機的速度，就調節了需要大功率傳動的工作機的速度。工作機反轉的實現是由于工作機轉動慣量較大，造成位置精度需要調節，事故卡住需要緩沖，均需工作反轉，動態制動時伺服電機轉數上升，在伺服電機的轉動下工作機啟動反轉。正反轉工作制的實現是，主電機直接傳動中心輪N2，伺服電機轉數上升，工作降速達到動態制動，主電機和伺服電機轉數同步下降到0后反轉，再同步上升到額定轉數后，伺服電機轉數下降，工作機啟動反轉達到工作速度；力矩放大系數k是中心輪N2的力矩M2與蝸輪傳遞到蝸桿力矩T1的比，K＝M2∶T1，蝸桿蝸輪是兩軸交錯90°的轉動，使互相作用力發生變化，通過中心輪N2傳遞的扭矩M2，在蝸輪傳動蝸桿時，蝸輪園周力分解成蝸桿的軸向力，蝸輪的軸向力分解為蝸桿的園周力，形成推動蝸桿旋轉的力矩T1。一種機械力矩放大器與現有技術相比，具有構思科學新穎、獨創制備工藝、實現快速啟動和爬行啟動、瞬時釋放能量大、速度調節精度高、調速范圍廣、位置控制準確、電氣控制容量小、電源無過載沖擊、啟動沖擊和噪音小、減少對環境污染等優點，將廣泛地應用于機電行業中。
本發明的具體結構由以下實施例及其附圖給出。
圖1是本發明的結構原理示意圖。
具體實施例方式本發明的實施例如下，整個裝置由伺服電機1、主電機2、飛輪3、行星差動器4、單向傳動器5組成，伺服電機1傳動單向傳動器5的蝸桿蝸輪，通過兩級傳動比，傳動行星差動器4的中心輪N1，主電機2通過飛輪3傳動行星差動器4的中心輪N2，行星差動器4的行星架通過一級傳動比傳動工作機，行星差動器4采用汽車變速器裝在力矩放大器的箱體內。主電機2通過飛輪3傳動行星差動器4的中心輪N2以額定轉數旋轉，儲備工作機所需的能量，伺服電機1通過單向傳動器5傳動行星差動器4的中心輪N1，控制主電機2能量及轉數通過行星架的輸送給工作機；單向傳動器5組成及功能、行星架輸出功率、動態制動和啟動、速度調節、工作機反轉、正反轉工作制、功率放大系數k；單向傳動器5組成及功能，單向傳動器5由蝸桿蝸輪和兩級齒輪傳動組成，總速比為1；單向傳動器5有兩個功能，阻抗功能和疏通功能，阻抗功能是阻抗主電機2的能量通過單向傳動器5傳給伺服電機1；疏通功能是主電機2的能量通過單向傳動器5伺服電機1進行疏導；伺服電機1是兩個功能的轉換器；行星架輸出功率，當伺服電機1停止旋轉時，單向傳動器5具有阻抗功能，此時主電機2的能量在通過單向傳動器5受阻，中心輪N1轉數為0，主電機2傳動中心輪N2以額定轉數旋轉，并傳動行星架，這時行星架得到主電機2的功率并輸出給工作機；動態制動，單向傳動器5疏通功能，伺服電機1以額定轉數旋轉，使兩個中心輪N1、N2轉數相同旋向相反，行星架轉數為0，工作機制動；啟動，處于動態制動的工作機，當接受啟動工作指令，伺服電機1轉數開始下降，轉數下降快，工作機啟動快，瞬時釋放能量大；轉數下降慢，工作機就能獲爬行啟動；速度調節，處于運動狀態的工作機需要速度調節時，主電機2轉速不變，只調節伺服電機1轉數，伺服電機1轉數上升的同時工作機速度下降，伺服電機1轉數下降的同時工作機速度上升；用功率較小的伺服電機1調速，實現調節工作機速度；工作機反轉，工作機處于動態制動狀態，伺服電機1轉數增加，工作機由伺服電機1提供能量，工作機實現反轉功能；正反轉工作制，主電機2直接與行星差動器4中心輪N2相聯，機械力矩放大器不儲備能量，實現正反轉工作制；力矩放大系數k，是中心輪N2的力矩M2與蝸輪傳遞到蝸桿上的力矩T1的比。
權利要求
1.一種機械力矩放大器，由伺服電機、主電機、飛輪、行星差動器、單向傳動器組成，其特征是伺服電機傳動單向傳動器的蝸桿蝸輪，通過兩級傳動比，傳動行星差動器的中心輪N1，主電機通過飛輪傳動行星差動器的中心輪N2，行星差動器的行星架通過一級傳動比傳動工作機，行星差動器采用汽車變速器裝在力矩放大器的箱體內；主電機通過飛輪傳動行星差動器的中心輪N2以額定轉數旋轉，儲備工作機所需的能量，伺服電機通過單向傳動器傳動行星差動器的中心輪N1，控制主電機能量及轉數通過行星架的輸送給工作機；單向傳動器組成及功能、行星架輸出功率、動態制動和啟動、速度調節、工作機反轉、正反轉工作制、功率放大系數k。
2.根據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的單向傳動器組成及功能，單向傳動器由蝸桿蝸輪和兩級齒輪傳動組成，總速比為1；單向傳動器有兩個功能，阻抗功能和疏通功能，阻抗功能是阻抗主電機的能量通過單向傳動器傳給伺服電機；疏通功能是主電機的能量通過單向傳動器伺服電機進行疏導；伺服電機是兩個功能的轉換器。
3.根據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的行星架輸出功率，當伺服電機停止旋轉時，單向傳動器具有阻抗功能，此時主電機的能量在通過單向傳動器受阻，中心輪N1轉數為0，主電機傳動中心輪N2以額定轉數旋轉，并傳動行星架，這時行星架得到主電機的功率并輸出給工作機。
4.據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的動態制動，單向傳動器疏通功能，伺服電機以額定轉數旋轉，使兩個中心輪N1、N2轉數相同旋向相反，行星架轉數為0，工作機制動。
5.根據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的啟動，處于動態制動的工作機，當接受啟動工作指令，伺服電機轉數開始下降，轉數下降快，工作機啟動快，瞬時釋放能量大；轉數下降慢，工作機就能獲爬行啟動。
6.根據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的速度調節，處于運動狀態的工作機需要速度調節時，主電機轉速不變，只調節伺服電機轉數，伺服電機轉數上升的同時工作機速度下降，伺服電機轉數下降的同時工作機速度上升；用功率較小的伺服電機調速，實現調節工作機速度。
7.根據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的工作機反轉，工作機處于動態制動狀態，伺服電機轉數增加，工作機由伺服電機提供能量，工作機實現反轉功能。
8.根據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的正反轉工作制，主電機直接與行星差動器中心輪N2相聯，機械力矩放大器不儲備能量，實現正反轉工作制。
9.根據權利要求1所述的機械力矩放大器，其特征是所說的力矩放大系數k，是中心輪N2的力矩M2與蝸輪傳遞到蝸桿上的力矩T1的比。
全文摘要
一種應用于機電行業中的機械力矩放大器，由伺服電機、主電機、飛輪、行星差動器、單向傳動器組成，主電機飛輪以額定轉數旋轉儲備能量，伺服電機通過轉數變化控制單向傳動器、阻抗功能和疏通功能的轉化，阻抗功能使工作機獲得能量，疏通功能使工作機動態制動，這樣工作機獲得高速啟動、瞬時釋放能量大、爬行啟動、動態制動、高精度速度調節、調節范圍廣、準確位置控制的特點，以滿足不同工作機的需求，具有液壓力矩放大器的功能，傳動力矩大于其幾千倍，改變主電機、減速機與工作機傳統關系，工作機的能量來自主電機，而速度受控于小K倍的伺服電機。該裝置構思科學新穎、節能、對電源無過載沖擊、能量速度輸出具有可控性、小功率伺服電機可以控制大于它K倍功率的主電機。
文檔編號F16H61/04GK1616852SQ20041005040
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月14日 優先權日2004年9月14日
發明者郭延明 申請人:郭延明