КЛАССИФИКАЦИЯ ВИБРОДВИГАТЕЛЕЙ
Со времени первой классификации вибродви гателей [15] появилось много конструкций и новых принципов, поэтому целесообразно уточнить и расширить ее.
Рис. 1.14. Общая структурная схема вибродвигателя |
Классификация основана на общей структурной схеме вибродвигателя (рис. 1.14). Генератор электрических колебаний 1 с несколькими выходами, отличающимися как по частоте, так и по фазе, подключен к управляющему устройству 2, осуществляющему соответственно с сигналом управления Я' (г, X, X) коммутацию и модуляцию электрического напряжения, поступающего в электроды вибропреобразователей 3. Сигнал управления Я' может зависеть не только от времени, но и от координат и скоростей подвижного звена вибродвигателя
[*,] = [*, Y, Z, <рЯ1 <р„ Фі]г,
где X, Y, Z - перемещения подвижного звена по направлениям координатных осей; <рх, <ру, у, - повороты относительно тех же осей.
Вибропреобразователь трансформирует электрическое напряжение в поступательные или крутильные колебания. Благодаря управляемой или неуправляемой нелинейности 4 в зоне контакта колебания вибропреобразователей преобразуются в перемещения подвижного звена 5. Показанные на рис. 1.14 обратные связи реализуются между: а) преобразователями 3 и генератором 1 - для стабилизации колебаний при действии различных дестабилизирующих факторов: старения, износа, температурных воздействий и т. п.; б) преобразователями 3 и блоком управления 2 — при управлении по ускорению или силам в контакте; в) подвижным звеном 5 и блоком управления 2 — для стабилизации ско-
рости при позиционировании, для задания оптимальных законов движения и т. п.
Разделим вибродвигатели на следующие группы:
1. По виду нелинейности (соответствующие однотипным динамическим моделям): а) вибродвигатели с косыми соударениями, б) с фрикционной анизотропностью контакта, в) волновые, г) с асимметрическими циклами колебаний, д) с управляемой связью в зоне контакта, е) устройства с внешним моментом.
2. По виду движения: вращательного, поступательного (линейные вибродвигатели) и сложного движения.
3. По режиму движения: а) безотрывочный, когда контакт между пре - бразователем и подвижным звеном не нарушается, б) контакт нарушается (включая ударные режимы, когда кратность ударов может быть и 5* 1), в) режим сжимаемой воздушной пленки, резко снижающий момент или силу перемещения.
Три режима движения характерны для вибродвигателей группы 1а, 16 и 1в. Режим сжимаемой воздушной подушки характеризуется наличием между вибропреобразователем и поверхностью подвижного звена сжимаемой воздушной пленки толщиной до нескольких микрометров (аналогично случаю вибрационных подшипников со сдавливаемой воздушной пленкой). В данном случае замыкание контакта нарушается. В вибродвигателях 16
группы работоспособность сохраняется в этом режиме. Это объясняется движением пленки с определенной скоростью в самом зазоре, увлекающей за собой перемещаемое тело. Такой режим движения может быть полезен, например, для привода свободной петли магнитных лент, так как исключается их износ ввиду отсутствия контакта с вибропреобразователем.
В случае нарушения контакта часто наблюдаются устойчивые и-кратные периодические ударные колебания, где и=1, 2, 3... (рис. 1.15). Режимы движения с п > 1 неоднократно наблюдались при экспериментальном исследовании, вплоть до п=8. Они нежелательны, так как снижают кпд двигателя.
4. По характеру движения: а) с непрерывным или колебательным движением подвижного звена, б) шаговые, с регулируемой величиной и периодом повторения шага, в) старт-стопные.
5. По способу управления скоростью подвижного звена: а) с амплитудной модуляцией колебаний, б) с частотной модуляцией колебаний, в) с фазо
вой модуляцией колебаний, г) изменением параметров управляемой нелинейности.
6. По возможности изменения знака скорости: а) нереверсивные, б) реверсивные, когда реверс осуществляется изменением частоты, амплитуды или фазы питающего напряжения, в) реверсивные, когда реверс осуществляется изменением силы упругого натяга в зоне контакта.
Рис. І. І6. Классификация преобразователей |
7. По синхронизму движения: а) асинхронные, т. е. не обеспечивающие однозначной зависимости положения или скорости подвижного звена от параметров питания, б) синхронные. В частном случае синхронизм движения может быть обеспечен введением внешних синхронизирующих связей, например, магнитных.
8. По количеству степеней подвижности: а) одноподвижные, б) с числом степеней подвижности от 2 до.5, в) с числом степеней подвижности, равным 6 (реализуются путем использования материалов с управляемой реологией), г) с неограниченным числом степеней подвижности (с гибкими вибропреобразователями).
9. По наличию облачной связи: а) разомкнутые, б) замкнутые с обратной связью по положению, скорости, ускорению или силам, действующим в зоне контакта.
10. По типу вибропреобразователя (рис. 1.16): а) пьезоэлектрические,
б) пьезомагнитные, в) электродинамические, г) электромагнитные, д) пневматические (применимы только автоколебательные пневматические вибровозбудители большой частоты, в которых подвижное звено и колебательный элемент совпадают).
Наряду с основными можно рассматривать и ряд других признаков: число активных элементов в зоне контакта (с одним или двумя преобразователями), способ построения и стабилизации частоты или амплитуды генератора, наличие промежуточного звена между подвижным звеном и преобразователем и т. п. Несмотря на то, что конкретный’ тип вибродвигателя сочетает в себе тот или иной набор признаков, некоторые их комбинации лишены физического смысла и не могут быть отнесены к реальному механизму.