Привод вибрационного тормозного устройства Советский патент 1985 года по МПК F16D63/00 

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в прецизионных автоматических устройствах, где необходима мгновенная фиксация угловых и продольных перемещений осей и валов.

Известно тормозное устройство, содержащее вал и установленное на нем с определённым натягом тормозное кольцо, связанное с источником энергии управления и выполненное из пьезокерамики, а в качестве источника энергии управления использован высокочастотный генератор, состоящий из задающего генератора и усилителя мощности 1.

Недостаток данного устройства состоит в значительном уровне высокочастотных паразитных колебаний на валу устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является тормозное устройство, в котором между пьезокерамическим тормозным кольцом и валом установлена промежуточная кольцевая вставка-волновод, жестко соединенная с кольцом, посаженная на вал с натягом и имеющая переменную толщину, убывающую от периферии к центру 2.

Недостатком известного устройства является сильная вибрация вала тормозного устройства, что приводит к низкой его надежности.

Цель изобретения - повышение надежности привода путем уменьшения амплитуды его паразитных механических колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что привод вибрационного тормозного устройства, содержащий рабочий вал с тормозной поверхностью, на кбторой с натягом установлен генератор механических колебаний, выполненный в виде кольцевой вставки-волновода с электродами и обхватывающего указанную вставку кольцевого пьезокерамического преобразователя, задающий генератор и усилитель мощности, причем толщина вставки-волновода убывает от периферии к центру, а ее электроды подключены к задающему генератору и к усилителю мощности, снабжен двумя дополнительными генераторами механических колебаний и устройством задержки, каждая вставка и кольцо дополнительных генераторов механических колебаний установлены на тормозной поверхности вала с зазором по обе стороны от основного генератора механических колебаний, а задающий генератор подключен ко всем электродам генераторов механических колебаний, причем электроды дополнительных генераторов механических колебаний соединены с задающим генератором через устройство задержки.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого привода; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - осциллограммы вибраций на валу привода (Б - колебания

ОТ основного генератора, В - колебания от дополнительных генераторов, Г - колебания от всех генераторов).

Привод содержит вал 1, на тормозной поверхности которого с натягом установлены три идентичных генератора 2 механических колебаний, средний из которых является основным, а крайние - дополнительными. Каждый из генераторов состоит из двух частей: кольцевой вставки-волновода 3 (например, стального цилиндра), толщина которой убивает от периферии к центру, и кольцевого пьезокерамического преобразователя 4 (например, марки ЦТС-19). Электроды 5 и 6 кольцевого пьезокерамического преобразователя и основного генератора 2 механических колебаний (среднего), подключены к задающему генератору 7, например, через ключевую схему 8, управляемую от внешнего устройства 9 управления и к усилителю 10 мощности. Элекроды 5 и 6 кольцевых пьезопреобразователей дополнительных генераторов 2 механических колебаний (крайних) подключены к задающему генератору 7 электрических колебаний через ключевую схему 8, усилители 11 и 12 мощности и устройство 13 задержки. Причем дополнительные генераторы разнесены на тормозной поверхности вала на расстояние L

Привод вибрационного тормозного устройства работает следующим образом.

В исходном положении вал 1 заторможен силами трения, действующими между поверхностью вала 1 и вставки-волновода 3.

При поступлении управляющего сигнала (например, +58) от внешнего устройства 9 управления на ключевую схему 8 последняя открывается и напряжение от задающего генератора 7 поступает прямо на усилитель 10 мощности, а также с некоторым опозданием через устройство 13 задержки на усилители 11 и 12 мощности. Усиленное напряжение, частота которого соответствует резонансной частоте пьезокерамического преобразователя 4, поступает на электроды 5 и 6 пьезокерамического кольцевого преобразователя 4 и основного (среднего) генератора 2 механических колебаний, в котором возбуждаются механические колебания, которые концентрируются в кольцевом волноводе механических колебаний. Под действием этих высокочастотных механических колебаний между волноводом 3 и валом 1 образуется «газовая пленка, которая резко снижает коэффициент трения между валом 1 и поверхностью волновода 3, однако вал 1 остаётся в заторможенном состоянии, так как в начальный момент не работают дополнительные генераторы 2 механических колебаний (крайние) из-за наличия линии задержки. Постоянная времени линии задержки подобрана таким образом, чтобы Т, где Т - период колебаний питающего напряжения, а дополнительные генераторы установлены на расстоянии L С-|-, где С - скорость распространения механических колебаний по валу. Через время И напряжение от задающего генератора 7 через ключевую схему 8, которая находится в открытом состоянии, устройство 13 задержки и усилители 11 и 12 мощности достигнет электродов 5 и 6 кольцевых пьезокерамических преобразователей 4 дополнительных генераторов 2 механических колебаний (крайние), в которых также возникнут механические колебания, вал 1 устройства получит две степени свободы, а механические колебания, проникающие на вал при работе как основного, так и дополнительных генераторов механических колебаний, будут гасить друг друга (фиг. 3). При окончании воздействия управляющего сигнала от внещнего устройства 9 управления на ключевую схему 8 последняя закрывается, гаснут колебания в основном генераторе 2 механических колебаний (среднем), вал затормаживается, а через время задержки гаснут колебания и в дополнительных генераторах механических колебаний. Таким образом, механические колебания на валу 1 имеют минимальную амплитуду за весь цикл работы вибрационного тормозного устройства. Проведенные экспериментальные исследования предлагаемого привода подтверждают, что оно обладает пониженным уровнем механических колебаний на валу, амплитуда которых не превыщает 0,01 мкм, что по крайней мере на порядок ниже по сравнению с известными, в которых амплитуда паразитных механических колебаний на валу составляет 0,1 мкм.

Ф14г2

ПРИВОД ВИБРАЦИОННОГО ТОРМОЗНОГО УСТРОЙСТВА, содержащий рабочий вал с тормозной поверхйостыо, на которой с натягом установлен генератор механических колебаний, выполненный в виде кольцевой вставки-волновода с электродами и обхватывающего указанную вставку кольцевого пьезокерамического преобра/////// /////// зователя, задающий генератор и усилитель мощности, причем толщина вставки-волновода убывает от периферии к центру, а ее электроды подключены к задающему генератору и к усилителю мощности, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности привода путем уменьщения амплитуды его паразитных механических колебаний, он снабжен двумя дополнительными генератора.ми механических колебаний и устройством задержки,каждая,вставка и кольцо дополнительных генераторов механических колебаний установлены на тормозной поверхности вала с зазором по обе стороны от основного генератора механических колебаний, а задающий генератор подключен ко всем электродам генераторов механических i колебаний, причем электроды дополнительных генераторов механических колебаний (Л соединены с задающим генератором через устройство задержки. /////, 00 } оо 4 4: