Прецизионный привод

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве силового привода высокой точности Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и надежности за счет упрощения конструкции Цель достигается тем, что прецизионный привод содержит корпус 1, двигатель 2, вал 3, подвижную массу 4, мембрану 5, конический подпятник 6, пружину 7, пьезоэлементы 8 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ff) (я)л G 05 D 13/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4807454/24 (22) 30.03.90 (46) 07.08.92. Бюл, ¹ 29 (71) Государственный институт прикладной оптики (72) Д.В.Шитиков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 369287, кл. G 05 D 13/62, 1970.

Авторское свидетельство СССР

¹ 284101, кл. G 05 В 11/00, 1964. (54) ПРЕЦИЗИОННЫЙ ПРИВОД (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве силового привода высокой точности. Цель изобретения — повышение точности, быстродействия и надежности за счет упрощения конструкции. Цель достигается тем, что прецизионный привод содержит корпус 1, двигатель 2, вал 3, подвижную массу 4, мембрану 5, конический подпятник 6, пружину

7, пьезоэлементы 8. 3 ил.

1753456

Изобретение относится к приводам сле- ва; низкая скорость иэ-за того, что огранидящих систем высокой точности, например ченные обороты и ресурс подшипников и телескопов, антенн и т.п, зубчатой передачи ограничивают частоту

Известный метод повышения, точности пульсаций динамического момента привоследящей системы — это применейие много- 5 да, что, в свою очередь, ограничивает скороступенчатых редукторов, связывающих ис- сть вращения привода. Кроме того, для полнительный двигатель с поворотной . Разворота диска (вала) на заданный угол нечастью системы. Точность следящей систе- обходимо, чтобы привод отработал опремы в этом случае ограничивается погрешно- деленное количество шагов, после чего стью изготовления зубчатых колес. 10 остановился. Для остановки необходимо

Наиболее близким кизобретениюявля-: увеличить тормозной момент MÄp или ется устройство, содержаЩее корпус,двига- уменьшить движущий момент М„„так, чтотель, тормозное устройство и бы обеспечйть зависимость вибровозбудитель с подвижной массой. Мд + Мд,," <М„р.

Двигатель, в свою очередь, состоит иэ мо- 15 В обоих случаях для отработки сигнала тор-редуктора, фрикц нной муфты"и алек- на остановку необходймо определенное тромагнита — все это по характеру работы в время, которое должно быть меньше времеданном устройстве.и его обычному наэначе- ни выстоя между двумя шагами, в результа нию зквйвалентйо моментному двигателю. те этим также ограничиваются частота

Тормозное устройртво состойт из шки- 20 шагов привода и его скорость. Изменять ва, колодки и механизма прижатия колодки. Мдин из-за большой инерции вращающихся а вибровозбудитель — из двигателя, пово- " масс практйчески невозможно, . ротного диска, вращающихся масС, соеди- .:: . -,-: .Кроме того низкая надежность привода ненных с ними зубчатых - Koiiec" и : из-за наличия:подшипников"качения, зубчапромежуточйого зубчатого колеса,: ..: 25 тых передач и ряда подвижных соединений.

Мотор-редуктор вращает входной вал...,: Целью изобретения является повышефрикционной муфты. При"включенной кони - ния точности, быстродействия и надежноческой муфте на выходном валу"дисковой . сти, фрикционной муфты соэдаетСя постоянный, : Поставленная цель достйгается тем, что . не зависящий от оборотов вала, двйжущий 30 в уСтройство, содержащее корпус с размемоментМдвж, Включениеконическоймуфты : щенными внутри него двигателем, валом, производится электромагййтом;: -,::;: —, ":.. .: сопряженным с двигателем, подвижной

ПрижИмая колодку к шкиву, йолучают массой; установленной на валу, дополни постоянный тормозной момент M>pp.,: тельно введены мембрана, жестко закрепСинхронно вращающиеся массы Созда- 35 ленная в корпусе, конический подпятник, ют на диске (выходном валу привода) пуль- - " .жестко закрепленный на мембране, пружисирующий динамический момент. равный на, расположенная в корпусе соосно с ваМ, fA cgP „-;п,„т.2 :,", лом с УпоРом на конический подпЯтник, где гп — величйна вращающихся масс; ...: Пьезоэлементй, Расположe«»e тангенцив- частота вращения эксцентриков: 40 ально между валом и подвижной массой и г — смещение центра тяжестй подвиж- . закрепленные йа нйх, прйчем вал снабжен ных масс относительно оси вращения: . сферической пятой, установленной в сферй-! — расстояние от центра диска(оси вала) ческом поДпЯтн"ке, вЫполненном а корпудо оси вращения подвижных масс.. се; и конической пятой, установленной в . При соблюдении условий 45 коническом подпятнике.

М, < М, . На фиг. 1 схематично изображен приМ „„< М„„ .: : . вод, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез

Мд,„+ Мд„н > М„р... А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — динамическйй происходит прерывистое вращательное момент Мин(а),движУщйй момент Мдвж(б) движение поворотного диска и. связанного 50 и тормозной момент МТрр (в), гРафик (г) сумс ним вала. При этом величина отдельных .. маРного омента МЯ= V(t), Раф к(д) соотшагов может быть весьма малой. ветствующей угловой скорости и = f2(t)

Недостатками прототипа являются iр фик®yrnoe повор т P= fj(t). сложность устройства, наличйе мертвого хо- Прецизионный ри од содержи корда из-за большого количестеа подвижных 55 пус 1, двигатель (моментный) 2, вал 3, посоединений, выполненных с зазором (необ- движную массу 4, мембрану 5, конический ходимым для работы); низкая точность из-за подпЯтник 6, пружинУ 7 и пьезоэлементы 8. наличия зазоров в подвижных соединениях

Вал 3 снабжен сферической пятой а, установленной в сферическом подпятнике и упругих деформаций в деталях устройст1753456

Ь, выполненном в корпусе, и конической пятой с, установленной в коническом под-, пятнике; Конический подпятник 6 жестко закреплен на мембране 5, также жестко закрепленной в корпусе 1, Пружина 7 расположена в корпусе соосно с валом 3 с упором на конический подпятник. Пьезоэлементы 8 расположены тан ген циально между валом 3 и подвижной массой 4 и закреплены на них .

Привод работает следующим образом.

8 исходном положении пружина 7 поджимает конический подпятник 6 к пяте с соответственно замыкает сферичесКую пяту а вала 3 со сферическим подпятником b, в результате чего между пятами и подпятни ками возникают силы трения, обеспечиваю- " щие необходимый момент трения Мтор.

Изменением усилия прижима пят к подпят- никам изменяется и момент трения, Поверхности трения являются также опорами вала, обеспечивающими его безлюфтовую фиксацию.

Для поворота вала привода на момент- ный двигатель подается напряжение, обеспечивающее создание крутящего момЕнта

Мдвж, действующего в направлении поворота вала 3. После этого нэ пьезоэлементы

8 подается высокочастотное напряжение," при этом происходят продольные колебания пьезоэлементов и крутильные колебания подвижной массы 4, вследствие чего нэ валу 3 привода возникает динамический момент

Мдин = .1 Е, где J — момент инерции подвижной массы 4 относительно оси вала 3; г- угловое ускорение подвижной мас10 становится равной положительной площадки f< (энергия íà pастке-разгона).

На участке t z— - t> движение отсутству-, ет, так как сумма моментов M»® + Мд,н не

20 превышает момента торможения М о В момент t начинается повторение цикла., Еслй произвести интегрирование кривой Мя(я), получают скорость поворота вала

3 (фиг. Зд), а при последующем интегрироg5 вании - график углов поворота вала (фиг. Зе), Для реверсирования привода необхо- димо изменить направление момента Мд,ж.

Предлагаемое устройство значительно проще прототипэ.

30 Уменьшение количества деталей и устсы

40 да

Нормальная работа привода возможна при условии

Мдвж < Мтор.

Мдин < Мтор

Мдвж + Мдин >Мтор, ПРИЧЕМ Мдин МаЛО ОтЛИЧаЕтСЯ ПО ВЕЛИЧИНЕ от момента Мтор.

Рассмотрим вращение вала 3 привода, полагая, что в начальный момент OH НехоДИТСЯ В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ.

С исходного момента to до момента 11 сумма моментов Мдвж + Мдин меньше мОМЕНта тОРМОжЕНИЯ Мтор И ВаЛ ОСтаЕтСЯ НЕподвижным, 8 момент t> (фиг. Зг) сумма моментов ,Мдвж+ Мдин ЧИСЛЕННО РЭВНЭ МОМЕНТУТОРМОI жения Мтор, и вал начинает поворачиМтЪся, так как сумма моментов Мдвж + Мдин некоторое время продолжает Возрастать.

Возрастание угловой скорости проиСк0дит до момента ь, когда моменты Мдвж+ Мдин вновь равны моменту торможения М„р.

Скорость вращения вала 3 в момент t>, наибольшая, Так как вал имеет угловую скорость, движение в момент 1, не прекращается, ХОТЯ СУММа МОМЕНТОВ Мдвж+ Мдин ПОСтЕПЕНно уменьшается и по абсолютному значению становится меньае момента

Л торможения, B точке — момент Мди, измен> няет свое направление, которое теперь cosпадает с направлением момента торможения, Скорость вала снова равна нулю в тот момейт, когда отрицательная площадь fz (энергия на участке торможейия, (фиг. Зг) ранение всех ПОдвижнВх соединений, имеющих зазоры, устраняет мертвый ход и повышает точность перемещений привода.

Отсутствие подшипников и зубчатых передач снимает ограничения по частоте отработки шагов привода и, следовательно, по

его скорости. Скорость определяется величиной шага и резонансной частотой пьезоэЛЕМЕНТота, Кроме того, жесткое соединение подвижной массы с валом через пьезоэлементы позволяет для получения необходимого угла поворота вала отрабатывать единичные шаги подачей отдельных импульсов высокого напряжения и, тем самым, управлять работой привода без измененйя движущега Мдвж и тормозного М,ор моментов и Не зависеть от времени срабатывания этих устройств.

Уменьшение количества деталей, устранение подшипников, зубчатых передач и подвижных соединений, имеющих зазоры, уменьшение количества пОДВИжных СОЕдинений резко повышает надежйость привоПроведены предварительные расчеты предлагаемого привода. При этом выяснилось, что внешний активный момент может восприниматься моментным двигателем, расчетный м0мент Мдвж является частью об1753456

Щего момента на двигателе, момент кулонова трения внешней нагрузки может рассматриваться как часть общего тормозного момента Мтор, а.момент инерции нагрузки— как часть момента инерции подвижных частей привода, и все это без снижения параметров привода.

Таким образом, предлагаемый привод может использоваться как силовой без сниженйя его точностных параметров.

Формула изобретения

Прецизионный привод, содержащий корпус с размещенными внутри него двигателем, валом, сОпряженным с двигателем, подвижной массой, установленной на валу, о т л и ч э ю шийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и надежности за счет упрощения конструкции, дополнительно введены мембрана, жестко

5 закрепленная в корпусе, конический подпятник; жестко закрепленный на мембране, пружина, расположенная в корпусе соосно с валом с упором на конический подпятник, пьезоэлементы, расположенные тэнгенци10 ально между валом и подвижной массой и закрепленные на них, причем вэл снабжен сферической пятой, установленной в сферическом подпятнике, выполненном в корпусе, и конической пятой. установленной в

15 коническом подпятнике, 1753456

Составитель 5.Шитиков

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M.Ìàêñèìèùèíåö

Редактор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2768 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитата по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5