专利名称：机械力矩放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电行业中用小功率的伺服电机通过力矩放大器控制大功率主电机快速启动、瞬时释放能量、动态制动、高精度速度调节、准确位置控制以满足不同工作机需求的机械大力矩放大器。
背景技术：
目前，功率放大器在电气控制系统、液压力矩放大器在液压随动系统广泛的应用着。液压力矩放大器传动力矩较小，满足不了较大力矩工作机的需求。现今多数设备是电机通过传动系统传动工作机组成一个整体，一起启动、制动、调速、位置控制，克服阻力完成工作，电机既输出能量又控制工作机的速度。由于工作机有多种工作制度，传统组合对大电机传动很不适应，如对剪切类设备，剪切时要求电机瞬时释放能量大，特别是飞剪类设备，即要求瞬时释放能量大，剪切时速度同步性能好，停位准确，采用大电机直接启动剪切，能量消耗大1倍，剪切速度下降1/3，采用主电机传动飞轮长期运转，气动离合器、制动器、启动剪切工作制节能，但工作效率低，噪声大，大型专业机组为控制机组设备速度同步，采用设备同时启动，造成对电源过载冲击，拉开各工作机的距离设置活套，以缓冲速度不同步产生的拉堆问题。电气控制系统为控制工作机速度及速度同步，启动、制动创造出多种方法满足不同工作机的需要，但对大电机传动都没有好的解决办法。用小功率的伺服电机通过力矩放大器，控制大功率主电机快速启动、制动，瞬时大功能量输出，高精度速度调节，准确位置控制等，以满足不同工作机的需求。机械大力矩放大器与液压随动力矩放大器做以比较，主电机相当液压系统高压油泵站，行星差动器相当于液压随动伐和油马达的联合体，单向传动器相当于电控单向伐和溢流伐的联合体。机械大力矩放大器虽然没有应用过，但它是两个应用非常成功机构的组合，在电子计标机控制下，发挥各自的新功能。拖动两个汽车轮子的行星差动，在机械功率放大器中，起到随动伐的作用，分配能量的走向。正常使用的蜗杆传动蜗轮，在这里反过来用，让蜗轮传动蜗杆，起到“电控单向伐”的作用，阻抗能量通过，使能量流向工作机。因此，研制一种机械力矩放大器一直是国内外急待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的是这样实现的整个装置由伺服电机、主电机、飞轮、行星差动器、单向传动器组成，伺服电机传动单向传动器的蜗杆蜗轮，通过两级传动比，传动行星差动器的中心轮N1，主电机通过飞轮传动行星差动器的中心轮N2，行星差动器的行星架通过一级传动比传动工作机，行星差动器采用汽车变速器装在力矩放大器的箱体内；主电机通过飞轮传动行星差动器的中心轮N2以额定转数旋转，储备工作机所需的能量，伺服电机通过单向传动器传动行星差动器的中心轮N1，控制主电机能量及转数通过行星架的输送给工作机；单向传动器组成及功能、行星架输出功率、动态制动和启动、速度调节、工作机反转、正反转工作制、功率放大系数k；单向传动器组成及功能，单向传动器由蜗杆蜗轮和两级齿轮传动组成，总速比为1；单向传动器有两个功能，阻抗功能和疏通功能，阻抗功能是阻抗主电机的能量通过单向传动器传给伺服电机；疏通功能是主电机的能量通过单向传动器伺服电机进行疏导；伺服电机是两个功能的转换器；行星架输出功率，当伺服电机停止旋转时，单向传动器具有阻抗功能，此时主电机的能量在通过单向传动器受阻，中心轮N1转数为0，主电机传动中心轮N2以额定转数旋转，并传动行星架，这时行星架得到主电机的功率并输出给工作机；动态制动，单向传动器疏通功能，伺服电机以额定转数旋转，使两个中心轮N1、N2转数相同旋向相反，行星架转数为0，工作机制动；启动，处于动态制动的工作机，当接受启动工作指令，伺服电机转数开始下降，转数下降快，工作机启动快，瞬时释放能量大；转数下降慢，工作机就能获爬行启动；速度调节，处于运动状态的工作机需要速度调节时，主电机转速不变，只调节伺服电机转数，伺服电机转数上升的同时工作机速度下降，伺服电机转数下降的同时工作机速度上升；用功率较小的伺服电机调速，实现调节工作机速度；工作机反转，工作机处于动态制动状态，伺服电机转数增加，工作机由伺服电机提供能量，工作机实现反转功能；正反转工作制，主电机直接与行星差动器中心轮N2相联，机械力矩放大器不储备能量，实现正反转工作制；力矩放大系数k，是中心轮N2的力矩M2与蜗轮传递到蜗杆上的力矩T1的比。本发明的要点在于它的结构形式及工作原理。其工作原理及使用方法是阻抗功能，主电机飞轮储备能量，输送给行星差动器后有两个流向，一是通过行星架输出给工作机；二是通过中心轮N1输送给伺服电机，能量总是向阻抗力小的方向流动，这样中心轮N2永远传动中心轮N1，且转数相同旋向相反，工作机永远也得不到能量处于制动状态。阻抗功能是能量流向伺服电机之前受到单向传动器的阻抗而流向工作机。疏通功能，主电机飞轮传给行星差动器的能量，从中心轮N2传动中心轮N1，通过单向传动器疏导伺服电机，让能量恢复到零位，工作机的得不到能量处于制动状态。行星架输出功率是单向传动器起阻抗功能作用，在阻抗功能的阻抗下伺服电机停止运转，中心轮N1转数为0，这时主电机的能量全部通过中心轮N2行星架输出给工作机。动态制动的实现是单向传动器起疏通功能作用，在阻抗功能的阻抗下，伺服电机以额定转数旋转，通过单向传动器使中心轮N1和中心轮N2转数相同旋向相反，行星架转数为0，工作机处于制动状态。工作机启动的实现是处于动态制动的工作机，当接受启动指令，主电机额定转数不变，伺服电机转数下降的同时，行星架的输出转数上升，工作机开始启动工作。速度调节的实现是在工作机运转时，伺服电机的转数在0-n1的范围内调节，伺服电机上升或下降一转，行星架转数就下降或上升半转，这样一来调节转动惯量小的伺服电机的速度，就调节了需要大功率传动的工作机的速度。工作机反转的实现是由于工作机转动惯量较大，造成位置精度需要调节，事故卡住需要缓冲，均需工作反转，动态制动时伺服电机转数上升，在伺服电机的转动下工作机启动反转。正反转工作制的实现是，主电机直接传动中心轮N2，伺服电机转数上升，工作降速达到动态制动，主电机和伺服电机转数同步下降到0后反转，再同步上升到额定转数后，伺服电机转数下降，工作机启动反转达到工作速度；力矩放大系数k是中心轮N2的力矩M2与蜗轮传递到蜗杆力矩T1的比，K＝M2∶T1，蜗杆蜗轮是两轴交错90°的转动，使互相作用力发生变化，通过中心轮N2传递的扭矩M2，在蜗轮传动蜗杆时，蜗轮园周力分解成蜗杆的轴向力，蜗轮的轴向力分解为蜗杆的园周力，形成推动蜗杆旋转的力矩T1。一种机械力矩放大器与现有技术相比，具有构思科学新颖、独创制备工艺、实现快速启动和爬行启动、瞬时释放能量大、速度调节精度高、调速范围广、位置控制准确、电气控制容量小、电源无过载冲击、启动冲击和噪音小、减少对环境污染等优点，将广泛地应用于机电行业中。
本发明的具体结构由以下实施例及其附图给出。
图1是本发明的结构原理示意图。
具体实施例方式本发明的实施例如下，整个装置由伺服电机1、主电机2、飞轮3、行星差动器4、单向传动器5组成，伺服电机1传动单向传动器5的蜗杆蜗轮，通过两级传动比，传动行星差动器4的中心轮N1，主电机2通过飞轮3传动行星差动器4的中心轮N2，行星差动器4的行星架通过一级传动比传动工作机，行星差动器4采用汽车变速器装在力矩放大器的箱体内。主电机2通过飞轮3传动行星差动器4的中心轮N2以额定转数旋转，储备工作机所需的能量，伺服电机1通过单向传动器5传动行星差动器4的中心轮N1，控制主电机2能量及转数通过行星架的输送给工作机；单向传动器5组成及功能、行星架输出功率、动态制动和启动、速度调节、工作机反转、正反转工作制、功率放大系数k；单向传动器5组成及功能，单向传动器5由蜗杆蜗轮和两级齿轮传动组成，总速比为1；单向传动器5有两个功能，阻抗功能和疏通功能，阻抗功能是阻抗主电机2的能量通过单向传动器5传给伺服电机1；疏通功能是主电机2的能量通过单向传动器5伺服电机1进行疏导；伺服电机1是两个功能的转换器；行星架输出功率，当伺服电机1停止旋转时，单向传动器5具有阻抗功能，此时主电机2的能量在通过单向传动器5受阻，中心轮N1转数为0，主电机2传动中心轮N2以额定转数旋转，并传动行星架，这时行星架得到主电机2的功率并输出给工作机；动态制动，单向传动器5疏通功能，伺服电机1以额定转数旋转，使两个中心轮N1、N2转数相同旋向相反，行星架转数为0，工作机制动；启动，处于动态制动的工作机，当接受启动工作指令，伺服电机1转数开始下降，转数下降快，工作机启动快，瞬时释放能量大；转数下降慢，工作机就能获爬行启动；速度调节，处于运动状态的工作机需要速度调节时，主电机2转速不变，只调节伺服电机1转数，伺服电机1转数上升的同时工作机速度下降，伺服电机1转数下降的同时工作机速度上升；用功率较小的伺服电机1调速，实现调节工作机速度；工作机反转，工作机处于动态制动状态，伺服电机1转数增加，工作机由伺服电机1提供能量，工作机实现反转功能；正反转工作制，主电机2直接与行星差动器4中心轮N2相联，机械力矩放大器不储备能量，实现正反转工作制；力矩放大系数k，是中心轮N2的力矩M2与蜗轮传递到蜗杆上的力矩T1的比。
权利要求
1.一种机械力矩放大器，由伺服电机、主电机、飞轮、行星差动器、单向传动器组成，其特征是伺服电机传动单向传动器的蜗杆蜗轮，通过两级传动比，传动行星差动器的中心轮N1，主电机通过飞轮传动行星差动器的中心轮N2，行星差动器的行星架通过一级传动比传动工作机，行星差动器采用汽车变速器装在力矩放大器的箱体内；主电机通过飞轮传动行星差动器的中心轮N2以额定转数旋转，储备工作机所需的能量，伺服电机通过单向传动器传动行星差动器的中心轮N1，控制主电机能量及转数通过行星架的输送给工作机；单向传动器组成及功能、行星架输出功率、动态制动和启动、速度调节、工作机反转、正反转工作制、功率放大系数k。
2.根据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的单向传动器组成及功能，单向传动器由蜗杆蜗轮和两级齿轮传动组成，总速比为1；单向传动器有两个功能，阻抗功能和疏通功能，阻抗功能是阻抗主电机的能量通过单向传动器传给伺服电机；疏通功能是主电机的能量通过单向传动器伺服电机进行疏导；伺服电机是两个功能的转换器。
3.根据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的行星架输出功率，当伺服电机停止旋转时，单向传动器具有阻抗功能，此时主电机的能量在通过单向传动器受阻，中心轮N1转数为0，主电机传动中心轮N2以额定转数旋转，并传动行星架，这时行星架得到主电机的功率并输出给工作机。
4.据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的动态制动，单向传动器疏通功能，伺服电机以额定转数旋转，使两个中心轮N1、N2转数相同旋向相反，行星架转数为0，工作机制动。
5.根据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的启动，处于动态制动的工作机，当接受启动工作指令，伺服电机转数开始下降，转数下降快，工作机启动快，瞬时释放能量大；转数下降慢，工作机就能获爬行启动。
6.根据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的速度调节，处于运动状态的工作机需要速度调节时，主电机转速不变，只调节伺服电机转数，伺服电机转数上升的同时工作机速度下降，伺服电机转数下降的同时工作机速度上升；用功率较小的伺服电机调速，实现调节工作机速度。
7.根据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的工作机反转，工作机处于动态制动状态，伺服电机转数增加，工作机由伺服电机提供能量，工作机实现反转功能。
8.根据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的正反转工作制，主电机直接与行星差动器中心轮N2相联，机械力矩放大器不储备能量，实现正反转工作制。
9.根据权利要求1所述的机械力矩放大器，其特征是所说的力矩放大系数k，是中心轮N2的力矩M2与蜗轮传递到蜗杆上的力矩T1的比。
全文摘要
一种应用于机电行业中的机械力矩放大器，由伺服电机、主电机、飞轮、行星差动器、单向传动器组成，主电机飞轮以额定转数旋转储备能量，伺服电机通过转数变化控制单向传动器、阻抗功能和疏通功能的转化，阻抗功能使工作机获得能量，疏通功能使工作机动态制动，这样工作机获得高速启动、瞬时释放能量大、爬行启动、动态制动、高精度速度调节、调节范围广、准确位置控制的特点，以满足不同工作机的需求，具有液压力矩放大器的功能，传动力矩大于其几千倍，改变主电机、减速机与工作机传统关系，工作机的能量来自主电机，而速度受控于小K倍的伺服电机。该装置构思科学新颖、节能、对电源无过载冲击、能量速度输出具有可控性、小功率伺服电机可以控制大于它K倍功率的主电机。
文档编号F16H61/04GK1616852SQ20041005040
公开日2005年5月18日 申请日期2004年9月14日 优先权日2004年9月14日
发明者郭延明 申请人:郭延明