Zesilovač točivého momentu - Torque amplifier

Momentu zesilovač je mechanické zařízení, které zesiluje kroutící moment rotačního hřídele bez ovlivnění jeho rychlost otáčení. Mechanicky to souvisí s navijákem viděným na lodích. Jeho nejznámější použití je u posilovače řízení na automobilech. Další použití je v diferenciálním analyzátoru , kde byl použit ke zvýšení výstupního krouticího momentu jinak omezeného integrátoru s kuličkami a disky . Tento termín se rovněž vztahuje na některé převodovky používané na traktorech , i když to nesouvisí. Liší se od měniče točivého momentu , ve kterém se otáčky výstupního hřídele snižují se zvyšujícím se točivým momentem.

Dějiny

První elektricky poháněný zesilovač točivého momentu vynalezl v roce 1925 Henry W. Nieman z Bethlehem Steel Company z Bethlehemu v Pensylvánii. Záměrem bylo umožnit ruční ovládání těžké techniky; např. průmyslové jeřáby, dělostřelectvo atd. Vannevar Bush použil Niemanův zesilovač točivého momentu jako součást svého projektu diferenciálního analyzátoru na MIT na počátku 30. let. Lord Kelvin již diskutoval o možné konstrukci takových kalkulaček již v 80. letech 19. století, ale byl omezen omezeným výstupním točivým momentem integrátorů s kuličkami a disky . Tito integrátoři použili kuličkové ložisko přitlačené mezi povrch rotujícího hřídele a kotouče a přenášelo rotační sílu hřídele na kotouč. Pohybem koule po hřídeli lze plynule měnit rychlost disku. Točivý moment na výstupním hřídeli byl omezen třením mezi ložiskem a diskem, a protože tyto byly obecně vyrobeny z kovů omezujících tření, jako je například bronz, aby se umožnil plynulý pohyb, výstupní moment byl poměrně nízký. Některá výpočetní zařízení mohla použít výstup přímo a Kelvin a další postavili několik systémů. Ale v případě diferenciálního analyzátoru vedl výstup jednoho integrátora ke vstupu dalšího integrátora nebo k výstupu grafů. Zesilovač točivého momentu byl pokrok, který umožnil těmto strojům pracovat.

Zásada

Naviják na plachetnici. Tento model je ručně poháněn vložením dlouhých paprsků do otvorů viděných nahoře.

Zesilovač točivého momentu je v podstatě dva navijáky spojené dohromady. Naviják se skládá z bubnu, který je připojen k výkonnému rotačnímu zdroji, obvykle parnímu stroji lodi, nebo v moderních příkladech k elektrickému motoru . Pro použití zařízení je kolem bubnu navinuto lano, přičemž jeden konec je připevněn k břemenu a druhý uživatel drží v ruce. Zpočátku lano má malé napětí a snadno klouže, když se buben otáčí. Pokud však uživatel zatáhne za svůj konec lana, napětí se zvýší a uchopí buben. Nyní je celý točivý moment řidiče aplikován na druhý konec lana a táhne náklad. Pokud uživatel nic neudělá, naviják vytáhne náklad směrem k nim, uvolní lano a zastaví další pohyb. Pokud uživatel místo toho uvolní vůli, napětí se udržuje a zátěž se nadále táhne. Tímto způsobem může uživatel snadno ovládat pohyb velmi velké zátěže.

Konstrukce

Zesilovač točivého momentu se skládá ze dvou navijáků namířených na sebe, s jedním provazem kolem obou. Rameno přenáší napětí z jednoho bubnu na druhý a pohání výstupní hřídel.

Typický zesilovač točivého momentu se skládá ze dvou navijáků umístěných od sebe ke konci podél společné linie otáčení, obvykle horizontální. Jediný zdroj točivého momentu je dodáván, obvykle z elektrického motoru, který je určen k pohonu obou bubnů, aby se točily v opačných směrech. Jediné lano (nebo pásmo) je omotáno kolem dvou bubnů. Pokud je na jeden konec lana aplikováno napětí, táhne se za něj jeho naviják, což zase napne výstup. Stejně jako jediný naviják se pohyb spustí a zastaví, jakmile je napětí aplikováno nebo uvolněno, ale obecně je pohyb plynulý s různým stupněm točivého momentu aplikovaného na vstup.

Středem bubnů procházejí dva samostatné hřídele pro vstup a výstup. Oba končí vačkou (zakrytou v přiloženém náčrtu), která prostřednictvím kladičky a houpacího ramene drží jeden konec každého lana. Pokud se vstupní hřídel otáčí z nulové polohy, její vačka zvedá nebo snižuje vstupní sledovač, který prostřednictvím kývavého vstupního ramene napíná lano na jednom bubnu a druhý uvolňuje. V tomto stavu působí jeden buben mnohem větší trakcí než druhý, což vede k tomu, že jak výstupní hřídel, tak klec upevňující vstupní a výstupní ramena se pohybují, aby sledovaly vstup. Jakmile se klec a výstupní hřídel přesunou do správné polohy, napětí v obou lanech získá rovnováhu a relativní pohyb se zastaví. Tímto způsobem pohyb výstupního hřídele úzce sleduje pohyb vstupu, i když na něj aplikovaný točivý moment je točivý moment motoru pohánějícího systém, na rozdíl od mnohem menšího točivého momentu aplikovaného na vstupní hřídel.

Aplikace

Jednotky raného autopilotu navržené Elmerem Ambrose Sperrym začleňovaly mechanický zesilovač pomocí pásů omotaných kolem rotujících bubnů; mírné zvýšení napnutí pásu způsobilo, že buben pohyboval pásem. Spárovaná, protilehlá sada takových pohonů tvořila jediný zesilovač. To zesílilo malé chyby gyroskopu na signály dostatečně velké, aby se mohly pohybovat ovládacími plochami letadla.

Podobný mechanismus byl použit v diferenciálním analyzátoru Vannevar Bush .

Elektrostatický buben zesilovač používá pásového zabalené v jeho průběhu kolem rotačního bubnu, a připevní k ukotveným koncem k pružině. Druhý konec je připojen ke kuželu reproduktoru. Vstupní signál byl transformován na vysoké napětí a přidán do vysokonapěťového stejnosměrného napájecího vedení. Toto napětí bylo připojeno mezi buben a pás. Vstupní signál tedy měnil elektrické pole mezi pásem a bubnem, a tedy tření mezi nimi, a tím i míru bočního pohybu pásu a tedy kuželu reproduktoru.

Viz také

• Servomechanismus
• Převodník točivého momentu

Reference

Citace

Další čtení