Testing a prototype friction drive transmission

• Autorzy: Mucha Ł. , Lis K. , Lehrich K. , Nawrat Z.

Warianty tytułu

PL

Badania prototypowego mechanizmu tarciowego przeniesienia napędu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents research on the mechanical properties of a drive system using an innovative mechanism converting rotary motion to progressive motion. The operating principle of the mechanism uses the friction-based transmission of drive from the motor to the drive shaft by means of two oppositely arranged unidirectional clutches. A side effect of such a solution utilized in the mechanism is the possibility of shifting the couplings while transmitting torque. The clutches were combined with a mechanism converting rotational motion to linear motion by utilizing friction between radial ball bearings and the shaft. This has resulted in an innovative mechanism for converting rotary motion to progressive motion, with the drive source being bound with a “friction screw” (a “slide” screw). A characteristic feature of this solution is the fact that there is no need for the nut to rotate in order to achieve progressive movement. Known solutions are based on a rotating nut and a fixed shaft system. The mechanism uses a fixed pitch nut, but it is possible to use a regulated pitch nut as a possible modification of the mechanism at a later stage of the system development. The main advantage of the mechanism tested is the possibility of uncoupling, which occurs when the maximum force transmitted by the nut is exceeded. This force is related to the friction force resulting from the pressure exerted by angularly shifted ball bearings on the drive shaft. The bearings are a substitute for the screw line in the classical ball screw mechanism. The research results presented in the article give an overview of the mechanical properties of the solution developed. The article also presents the influence of rotational speed and load on the mechanical parameters of the drive. The application of the described invention as the basis of the linear motion mechanism driving the tool of a surgical robot is a safe solution with unique and desirable characteristics.

PL

Analizowano cechy mechaniczne układu napędowego wykorzystującego innowacyjny mechanizm zamiany ruchu obrotowego na postępowy. Zasada działania mechanizmu wykorzystuje cierny sposób przekazania napędu z silnika na wał napędowy za pomocą dwóch przeciwstawnie ustawionych sprzęgieł jednokierunkowych. Efektem ubocznym takiego rozwiązania, wykorzystywanym w mechanizmie, jest możliwość przesuwu sprzęgieł przy jednoczesnym przekazywaniu momentu obrotowego. Sprzęgła połączono z mechanizmem zamieniającym ruch obrotowy na liniowy, wykorzystując tarcie pomiędzy rolkami w postaci łożysk tocznych a wałem. Uzyskano dzięki temu innowacyjny mechanizm zamiany ruchu obrotowego na postępowy, w którym źródło napędu jest związane z śrubą „cierną” (slide screw). Charakterystyczny dla mechanizmu jest brak konieczności obrotu nakrętki w celu realizacji ruchu liniowego. Dzięki zastosowanemu mechanizmowi uzyskuje się efekt zbliżony do znanych rozwiązań, które bazują na obrotowej nakrętce i nieruchomym wale. W przedstawionym w artykule mechanizmie zastosowano nakrętkę o stałym skoku, ale istnieje również możliwość zastosowania nakrętki o skoku regulowanym, co może stanowić dalszą modyfikację mechanizmu. Główną zaletą badanego mechanizmu jest możliwość rozsprzęglenia napędu, co następuje w przypadku przekroczenia maksymalnej siły przenoszonej przez nakrętkę. Siła ta związana jest z siłą tarcia będącą wynikiem docisku przesuniętych kątowo rolek w stosunku do wału napędowego. Rolki te stanowią w mechanizmie substytut linii śrubowej występującej w klasycznym mechanizmie śrubowo-tocznym. Zastosowanie opisanego wynalazku do mechanizmu ruchu liniowego narzędzia robota chirurgicznego stanowi bezpieczne rozwiązanie o unikatowych i pożądanych cechach użytkowych.

Słowa kluczowe

EN

linear motion drive; slide screw; friction drive; mechanism converting rotational motion to linear motion

PL

mechanizm ruchu liniowego; śruba ślizgowa; napęd cierny; zamiana ruchu obrotowego na postępowy

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 5
• Strony: 47--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Mucha Ł.

• Professor Zbigniew Religa Foundation of Cardiac Surgery Development, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze, Poland

autor

Lis K.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechine Technology, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Lehrich K.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechine Technology, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Nawrat Z.

• Professor Zbigniew Religa Foundation of Cardiac Surgery Development, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze, Poland

Bibliografia

• 1. Kosmol J.: Napędy mechatroniczne, Gliwice 2013.
• 2. Miller S.: Teoria maszyn i mechanizmów: analiza układów kinematycznych. – Wyd. 2, Wrocław 1996.
• 3. Solarewicz A.: Napędy liniowe – rodzaje i zastosowanie, Inżynieria i Utrzymanie Ruchu nr. 6/2017.
• 4. http://www.nb-linear.co.jp strona internetowa producenta (01.03.2018).
• 5. Lehrich K., Lis K., Nawrat Z., Mucha Ł., Rohr K.: Zastosowanie technologii druku 3D w konstrukcji prototypów manipulatorów medycznych, Mechanik, 3, 2016, s. 224–225.
• 6. Lis K., Lehrich K., Mucha Ł., Rohr K., Nawrat Z.: Robin Heart PortVisionAble – idea, design and preliminary testing resutlts, 2015 10th International Workshop on Robot Motion and Control (RoMoCo), 2015, s. 176–181.
• 7. Lis K., Lehrich K., Mucha Ł., Nawrat Z.: Lekki manipulator toru wizyjnego Pelikan/Pelikan light visual track manipulator, Acta Bio-Optica et Informatica, Inżynieria Biomedyczna, Vol. 22 nr 3, 2016, s. 154–159.
• 8. Linear system, General Catalog No. 174E, Nippon Bearing CO., LTD – katalog producenta.
• 9. Nawrat Z., Mucha Ł., Lehrich K., Lis K.: Mechanism for reciprocating linear motion of a medical device, European patent application, No. 14170471.8, 2014.
• 10. www.maxonmotor.com, strona internetowa producenta (01.03.2018).
• 11. www.broadcom.com, strona internetowa producenta (01.03.2018).
• 12. www.wobit.com.pl, strona internetowa producenta (01.03.2018).
• 13. https://www.rls.si/en/inaxis, strona internetowa producenta (01.03.2018).
• 14. Lis K., Lehrich K., Mucha Ł., Nawrat Z.: Concept of application of the light-weight Robot Robin Heart (“Pelikan”) in veterinary medicine: a feasibility study, Med. Weter. 73 (2), 2017, s. 88–91.
• 15. Nawrat Z., Mucha Ł., K. Lis, and all: Robin Heart INCITE – czyli sensoryczny robot chirurgiczny Robin Heart INCITE – a sensory surgical robot, Medical Robotics Reports. Nr 5, 2016, s. 34–42.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).