Способ управления параметрами вибродвигателя с прямыми ударами

40 Изобретение относится к приборостроению, преимущественно к устройствам, использующим высокочастотные соударения тел, конкретно к устройствам прецизионного позиционирования, основанным на вибродвигателях с прямыми ударами, и может быть использовано при управлении прецизионным перемещением изделий в оптико-механических приборах, в робототехнике И ТеДеЦелью изобретения является обеспечение динамического изменения параметров вибродвигателя с прямыми уда рами путем динамического управления коэффициентом восстановления удара,На Йиг.1 изображена схема осуществления способа; на фиг.2 - кривая, поясняющая изменение коэффициента К восстановления удара при изменении амплитуды дополнительных колебаний; на Йиг.З - схематическое изображение устройства прецизионного позиционирования, реализующего способ 25 управления параметрами вибродвигателя с прямыми ударами за счет изменения коэфйициента К; на фиг,4 - схема подключения электродов пьезопреобразователей устройства. 30Способ осуществляется следующим образом.В упруго поджатом пьезокерамическом стержне 1 к подвижному элементу 2 возбуждают продольные колебания частотой 5 В зоне соударений происходит возбуждение однонаправленных ударных импульсов, приложенных в направлении У к подвижному элементу 2 (фиг.1), причем величина этих ударных импульсов характеризуется восстановленным импульсом удара, который определяется коэйфициентом восстановления удара К. Коэффициент восстановления удара или коэффициент 45 восстановления скорости удара соот" . ветствует параметрам соударяемых тел (отношение соударяемых масс, свойство материалов соударяемых поверхностей, Йорма соударяемых поверх 50 ностей и т.д.). Этот коэййициент восстановления скорости удара Р., является постоянной величиной для определенных параметров данного виброударного механизма (Йиг.1 и 2), А = О, дополнительных колебаний нет. Возбуждая в пьезокерамическом стержне 1 дополнительные резонансные колебания, например изгибные, частотой ГпГ ,вызывающие колебания ударного наконечника стержня 1 в направлении Х, т.е. в плоскости нормальной к плоскости основных колебаний, где и = 210, производят уменьшение коэффициента восстановления скорости удара К. С увеличением амплитуды дополнительных колебаний коэййициент В уменьшается (фиг.2), В качестве дополнительных колебаний возможно применение крутильных колебаний, возбуждение которых легко осуществляется для цилиндрических пьезопреобразователей. Степень отличия коэйфициента К от единицы характеризует энергетические потери при ударе.Процесс удара разделяется на два этапа. Во время первого (активного) этапа контактная сила возрастает, а дейормации в зоне контакта соударяющихся тел носят упругопластический характер, т,е, во время активного этапа удара происходит нагружение тел и передача восстановленного импульса силы, при этом центры инерции соударяющихся тел сближаются. Во время второго (пассивного) этапа происходит разгрузка тел, т.е, восстановление упругих деформаций, а расстояние между центрами инерции соударяющихся тел увеличивается, контактная сила при этом уменьшается, как только она станет равной нулю, происходит нарушение контакта соударяющихся тел.Способ управления параметрами вибродвигателя с прямыми ударами основан на динамическом изменении коэффициента восстановления удара К путем .управления коэффициентом диссипации энергии (рассеянием энергии) в зоне контакта во время удара (первого его этапа). Это реализуется лишь тогда, когда во время удара в зоне контакта совершаются несколько колебаний, приводящих к проскальзыванию одной соударяющейся поверхности относительно "другой. Частоты ударов и частоты наложенных тангенциальных колебаний должны быть кратными для исключения процесса типа биений, так как при их некратности возможны фазовые рассогласования этих двух колебательных процессов.Таким образом, динамически управляя коэффициентом К, осуществляется динамическое изменение параметров вибродвигателя с прямыми ударами, к139709 которым относятся средняя скоростьпозиционирования, разрешающая способность, быстродействие, взаимовлияние координат и т.д., различных приразных степенях устойчивости виброударного процесса ударной пары, т.е.получаем возможность динамическогоуправления параметрами этих вибро"двигателей, переводя их из одного ре Ожима движения в другой.Устройство позиционирования, реализующее предлагаемый способ управ"ления параметрами вибродвигателя спрямыми ударами (фиг.3 и 4) представ-.15ляет собой основание 3, на которомсвободно расположен столик 4, к станкам выемки которого упруго поджатыпружиной 5 два пьезокерамическихпреобразователя 6 и 7. Электроды каж Одого преобразователя разделены на трипродольные эоны 8 и 9. Центральнаяэона 8 подключена напрямую к генератору 10 высокочастотных колебаний счастотой Г а две другие зоны 9 подключены к нему через умножитель 11частоты и усилитель 12, Кратностьумножения частоты и = 210,Устройство работает следующим образом. 30При подаче напряжения генератора10 на центральную зону 8 электродапьезопреобразователя 7 последний начинает совершать резонансные продольные колебания, а в зоне соударениясо.стенкой столика 4 возникают однонаправленные ударные импульсы силы,величина которых определяется восстановленным ударным импульсом, зависящим от коэффициента восстановления 4 Оудара К, (фиг.1). Режим работы вибродвигателя зависит от стабильностивиброударного процесса, которая определяется коэффициентом восстановления удара, и в этом случае для данного режима параметры вибродвигателя(средняя скорость, разрешающая способность и т.д.) имеют свои определенные значения.При дополнительной подаче напря 5 Ожения через умножитель 11 частотыи усилитель 12 на две крайние зоныэлектрода в пьезопреобразователе воз 04буждаются дополнительные изгибные колебания частотой Г = пГ , которые накладываются на зону соударений и уменьшают коэффициент К, до величины В (фиг.1), вызывая тем самым уменьшение восстановленного импульса и, как следствие, изменение режима работы вибродвигателя. В этом случае режим работы вибродвигателя характеризуется другими величинами присущих ему параметров средняя скорость позиционирования уменьшается, разрешающая способность повышается а взаимовлияние координат при многокоординатном позици-" онировании повышается), Такой перевод вибродвигателя из одного режима в другой осуществляется динамически, что позволяет применять предлагаемый способ для динамического управления параметрами вибродвигателя в различных прецизионных, устройствах, напри" мер в позиционирующих столах субмикронной. фотолитографии для достижения оптимальных величин параметров при выполнении отличных по предъявляемым к ним требованиям технологических операций (например, скоростное позиционирование, высокоточное выставление и т.д.), к которым предъявляются одновременные требования по быстродействию и точности. Формула из обретенияСпособ управления параметрами вибродвигателя с прямыми ударами, включающий возбуждение вибродвигателя и изменение коэффициента восстановления скорости удара путем подбора характе . ристик соударяемых элементов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения динамического управления параметрами вибродвигателя, после подбора характеристик соударяемых элементов в момент соударения в зоне соударения ударяющему элементу сообщают дополнительные колебания в плоскости, нормальной к плоскости ударных колебаний, при этом частота дополнительных колебаний выбирается из условия Г = пГ , где Г - частота ударных колебаний, п = 2 10.1397090 Составитель В.КудрявцТехред Л.Олийнык ктор И.Булл Корректор И.Эрдейи каз 2547/6 Тираж 443 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушодписное митета СССРткрытий 4 кая наб.,оектная, 4 Производс нно-полиграфическое предприятие, г. Ужгоро