CC BY
24
ЛИТЕРАТУРА
1. Методическое пособие «Расчет надежности РЭА» Петрунин В.В. 2015г.
2. Дж. Смит «Сопряжение компьютеров с внешними устройствами» Москва «Мир» 2000
3. Ю.А. Браммер, И.Н. Пащук «Импульсные и цифровые устройства» Москва «Высшая школа» 2002
4. А.Ю. Кузьминов «Интерфейс RS232. Связь между компьютерами и микроконтроллером» Москва «Радио и связь» 2004
5. Кочегаров, И.И. Алгоритм прямого перебора с применением теории графов для прогнозирования отказов сложных РЭС / И.И. Кочегаров, В.В. Стюхин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 130-131.
6. Меркульев, А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / А.Ю. Меркульев, Ю.А. Сивагина, И.И. Кочегаров, В.Я. Баннов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 119-128.
7. Кочегаров, И.И. Развитие систем изучения микроконтроллеров и ПЛИС / И.И. Кочегаров, В.А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 166-167.
8. Grishko, A.K. Dynamic analysis and optimization of parameter control of radio systems in conditions of interference / Grishko A.K., Goryachev N.V., Kochegarov I.I., Yurkov N.K. // 2016 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2016 - Proceedings 2016. С. 7491674.
9. Кочегаров, И.И. Системы удалённого рабочего стола при работе с конструкторскими САПР / И.И. Кочегаров, В.А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 2. С. 406407.
УДК 621.31
Морозов1 А.Д., Морозов1 И.Д. , Липатов2 А.И., Естифеев? Е.Р., Баннов1 В.Я.
1ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия 2ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. М.В. Проценко», Пенза, Россия
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛОСКИХ ПРУЖИН ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АКТЮАТОРОВ
В статье рассматриваются основные ограничения, которые возникают при монтаже пьезоэлектрических актюаторов, приводятся некоторые способы устранения данных ограничений. Данное исследование может служить теоретической основой для практической реализации различных конструкций приводов на основе многослойных пьезоактюаторов. Также в статье даётся краткая характеристика систем преднагрузки пьезоактюаторов на основе плоских пружин, приводятся примеры использования данного вида пред-нагрузки в изделиях ведущих мировых производителей пьезотехнической продукции Ключевые слова:
пьезоактюатор, привод, нагрузка, плоская пружина, преднагрузка, пружинная система, конструкция
При конструировании прецизионных приводов и систем высокоточного позиционирования на основе пьезоэлектрических актюаторов (пьезоактюаторов) часто приходится сталкиваться с определёнными ограничениями. Одно из наиболее существенных ограничений возникает в силу того, что многослойные и пакетные конструкции пьезоактюаторов способны выдерживать значительные нагрузки только по одной из осей, при этом воздействие сил по другим осям, косых и скручивающих моментов, растягивающих напряжений могут привести к разрушению пьезокерамики. Для решения данной
с
Для борьбы с поперечными и закручивающими силами, а также для устранения перекосов между опорной и движимой поверхностями применяют сферические толкатели (рисунок 2а) и флексеры -безлюфтовые шарниры (рисунок 2б).
Компенсировать растягивающую силу позволяет предварительная нагрузка пьезоактюатора с помощью пружины (рисунок 2в). За счёт такой нагрузки обеспечивается также симметрия хода вперёд-назад, а также улучшаются динамические характеристик привода.
проблемы применяется метод предварительного механического напряжения пьезопакетов [1]. В рамках данной работы будет рассмотрен один из частных случаев применения данного метода, основанный на использовании в конструкции плоских пружин.
Известно, что пакетные пьезоактюаторы чувствительны к воздействию вытягивающего усилия, приложению поперечных и закручивающих сил, перекосам опорной и движимой поверхностей [1]. На рисунке 1 представлены основные ограничения, возникающие при монтаже пьезоактюаторов.
)
В качестве элемента предварительной нагрузки ведущие производители пьезотехнической продукции активно используют плоские пружины, наиболее часто встречаются конструкции, представленные на рисунке 3.
К основным достоинствам плоских пружин, используемых для преднагрузки пьезоактюаторов, можно отнести компактность и возможность интеграции в конструкцию привода без использования крепёжных элементов, а также простоту расчета.
б
в
г
д
Рисунок 1 - Ограничения при монтаже пакетных пьезоактюаторов [1] а - приложение вытягивающего усилия; б - приложение поперечных сил; приложение закручивающих сил; г - непараллельность опорной и движимой поверхностей; д - жёсткое (например винтовое) крепление обоих концов актюатора
а
в
а б в
Рисунок 2 - Способы устранения ограничений [1] а - использование сферического толкателя; б - использование флексеров; в - предварительная нагрузка с помощью пружины
Рисунок 3 - Конструкции преднагрузки с использованием плоских пружин
Основным недостатком рассматриваемых конструкций является высокая стоимость изготовления, обусловленная использованием высокоточных электроискровых станков.
Одним из ярких примеров практического применения плоских пружин в конструкциях преднагрузки пьезоактюаторов являются параллельно преднагру-женные актюаторы PPA французской фирмы Cedrat Technologies [3-5]. Данный вид актюаторов применяется для возбуждения вспомогательной вибрации в режущих станках и прецизионного позиционирования нагрузок большой массы.
двух тормозных узлов и ходового узла, представленного на рисунке 5.
Данный пьезопривод обеспечивает перемещение нагрузки в диапазоне 0,6 мм с шагом 5 мкм и максимальным толкающим/тянущим усилием 10 Н при массе в 1,5 кг и размерах 0140x85 мм. Следует отметить, что конструкция привода включает в себя интегрированную систему управления, которая размещена в одном кожухе вместе с приводом.
Рисунок 4 - Внешний вид прецизионного шагового пьезопривода
ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. М.В. Проценко» проводит обширные исследования в области разработки высокоточных приводов на основе пьезоактюаторов [2, 6, 7]. В конструкциях, разработанных специалистами предприятия, также широко применяются системы предварительной нагрузки актюаторов на основе плоских пружин.
На основе таких конструкций был построен прецизионный шаговый пьезопривод, изображённый на рисунке 4. Плоские пружины используются в нём для предварительной нагрузки пьезоактюаторов
Рисунок 5 - Часть ходового узла прецизионного шагового пьезопривода
Таким образом, не смотря на высокую стоимость, плоские пружины являются одним из простых и удобных способов устранения ряда механических ограничений, связанных с монтажом пьезоактюато-ров. Они широко применяются в различных конструкциях пьезоэлектрических устройств у зарубежных производителей и хорошо себя зарекомендовали при производстве, испытаниях и эксплуатации прецизионного шагового пьезопривода отечественной разработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панич, А.Е. Пьезокерамические актюаторы: учебное пособие / А.Е. Панич. - Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2008. - 159 с.
2. Бардин, В.А. Состояние и задачи в области создания пьезоактюаторов и пьезодвигателей / В.А. Бардин, В.А. Васильев, П.С. Чернов // Материалы Международной научно-технической конференции «INTERMATIC-2 014». - 2014. - Ч. 4. - С. 90 - 93.
3. Официальный сайт компании Cedrat Technologies [Электронный ресурс], - http://www.cedrat-technologies.com/.
4. Кочегаров, И.И. Алгоритм прямого перебора с применением теории графов для прогнозирования отказов сложных РЭС / И.И. Кочегаров, В.В. Стюхин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 130-131.
5. Меркульев, А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / А.Ю. Меркульев, Ю.А. Сивагина, И.И. Кочегаров, В.Я. Баннов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 119-128.
6. Кочегаров, И.И. Развитие систем изучения микроконтроллеров и ПЛИС / И.И. Кочегаров, В.А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 166-167.
7. Grishko, A.K. Dynamic analysis and optimization of parameter control of radio systems in conditions of interference / Grishko A.K., Goryachev N.V., Kochegarov I.I., Yurkov N.K. // 2016 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2016 - Proceedings 2016. С. 7491674.
УДК 534
Аксенов И.В., Князьков А.В., Чайковский В.М,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ЗВУКОВОСПРОИЗВОДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ ОБЪЕМНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ТЕЛЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО РАЗРЯДА
Разработано звуковоспроизводящее устройство на основе объемных пульсаций в теле высокочастотного электродугового разряда. Устройство позволяет генерировать высокочастотные акустические колебания с минимальными искажениями, может быть использовано в качестве громкоговорителя самой верхней части звукового диапазона, а также в нижней части ультразвукового диапазона в составе многополосных акустических систем Ключевые слова:
ШИМ, твитер, звук, плазменный громкоговоритель
В настоящее время в составе многополосных акустических систем, для акустического воспроизведения электрического музыкального звучания, в области звукового, воспринимаемого человеческим ухом диапазоне, используется в основном электродинамический громкоговоритель. Однако, конструктивные требование к таким излучателям акустических колебаний противоречивы, т.к. включают в себя требования легкости, с одновременным обеспечением достаточной жесткости всей конструкции, особенно это касается подвижного излучателя, а именно:
-сохранение минимальной массы подвижной части излучателя и гибкости её подвеса.
-обеспечение способности противостояния деформациям на изгиб тела диффузора при совершении им преобразования своих механических колебаний в акустические.
-обеспечение высокого значения магнитной индукции в зазоре, образуемом между полюсами постоянного магнита излучателя и подвижной катушкой диффузора.
Вследствие указанных причин высококачественное преобразование электрических сигналов в акустические колебания и излучения их в окружающее пространство является весьма затруднительным.
В данной работе предлагается один из подходов к разработке альтернативного звуковоспроизводящего устройства на основе объемных пульсаций е теле высокочастотного электродугового разряда.
Суть данного подхода заключается в том, что формирование звука осуществляется высокочастотным разрядом, ток которого модулируется полезным, музыкальным сигналом, что приводит к возникновению объемных пульсаций в теле разряда,
которые в свою очередь вызывают акустические колебания воздуха, окружающего разряд.
Отличительной особенностью данного предложения является то, что плазменные громкоговорители не вносят в звук механических искажений в виде дребезжания, не подвергаются различным акустическим резонансам, в результате чего они обладают достаточно качественным звучанием, недостижимым для других типов громкоговорителей, особенно при воспроизведении сигналов высокочастотной области звукового диапазона.
Последнее обусловлено тем, что у предлагаемого подхода к получению акустического сигнала, фактически нет диффузора, а масса подвижной системы, выполняющей роль диффузора, определяется массой воздушного объема, занимаемого разрядом.
Следует отметить, что данный подход является одним из вариантов реализации плазменного громкоговорителя, в котором большая часть его энергии расходуется на поддержание и свечение дугового разряда.
Последнее предлагается получать путем использования строчного трансформатора, запитываемого усилителем класса D, характеризующимся повышенной мощностью выходного каскада. Практика схемотехнической реализации усилителя данного класса достаточно хорошо отработана [1].
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на рис. 1.
Его "акустической нагрузкой" является повышающий трансформатор (в макете использовался строчный). Между электродами выходной (вторичной) обмотки которого, формирующей напряжение по уровню более 15 кВольт, образуется электродуговой разряд, сопровождающийся акустическим звучанием.
Электродуговой разряд
Рисунок 1 - Структурная схема звуковоспроизводящего устройства
