Вибродвигатели

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ С ВИБРОДВИГАТЕЛЯМИ

С использованием вибродвигателей построен ряд позиционирующих уст­ройств, обладающих высокой точностью, определяемой в основном датчиком обратной связи. Схемы некоторых из них приведены на рис. 5.8,5.9, 5.14, 5.15, 5.19. Высокая чувствительность и малая постоянная времени позволяют легко реализовать оптимальные фазовые траектории, обеспечивая таким образом максимальное быстродействие при заданной точности остановки. Так, при достаточно больших шагах, когда vK = vmax, подход к координате осуществляется по закону

dVK _ Рк /£ 1

~dT = a<4^’ <6Л>

где а0 — постоянная; хк — координата, при а0=1/2 обеспечивающая замед­ленное движение = const У Очевидно, что закон (6.1), способствующий

переводу подвижного звена в начало фазовой плоскости, применим, когда начальная скорость направлена в нужную сторону. В режиме малых шагов, когда г>к<г>тот, а знак vK любой (более общий случай), при dvK /' dt = атах = = const имеем

Vk ®0к ”Ь ®тах -*0k "t" ^Ок "Ь ^тах ^п> (6-2)

где ати — ускорение, переводящее позиционируемый объект из начального фазового состояния [.х0к, щок] в конечное [хк, ©к] за время гп

vk V°K. у _ 2 (хк — хок) /С

‘п-

ma* 2(хк-хок) ’ п vK + v0K

Изменяя структуру вибродвигателя, можно построить эффективное двухкоординатное устройство, в котором направление движений обеспечива­ется самими пьезопреобразователями (рис. 6.8), т. е. исключается система сложных направляющих. Столик 1 закреплен неподвижно в узловых точках преобразователей 2, 3, которые охвачены с торцов преобразователями 4, 5. В свою очередь преобразователи 4, 5 охвачены преобразователями 6, 7. Пре­образователи работают на второй гармонике резонансных колебаний и закреп­лены в двух узлах колебаний.

Созданы устройства (в основном применительно для столиков прецизион­ных кругломеров), в которых после центровки детали перед измерением про­изводится вращение столика относительно оси, совмещенной с осью вращения

датчика. Одна из схем (рис. 6.11) по построению близка к схеме, при­веденной на рис. 6.8. Поворот от­носительно оси г обеспечивается цилиндрическим преобразователем, упруго зажатым между двумя стер­жневыми преобразователями [71]. Работа этой пары рассмотрена раньше (см. рис. 5.8). Перемещение по координате а - аналогично схеме, приведенной на рис. 6.8.

На рис. 6.12 представлена схе­ма устройства с переменной струк­турой с совмещенными функциями центрирования измеряемой детали в плоскости и ее вращения при измерении [24]. Столик крепится в узловых точках цилиндрического преобразователя 1, охваченного стержневыми преобразователям 2, 3, 4, 5, которые попарно соединены между собой упругими связями 6 и 7, при этом возможен поворот каждого преобразователя вокруг осей Я. Один из пре­образователей каждой пары упруго прижат к основанию 9 в опорах 10.

При центрировании по координате а' цилиндрический преобразователь 1 совершает радиальные колебания на резонансной частоте. В преобразователях 3 и 5 генерируются продольные резонансные колебания второй гармоники, при этом фазы колебаний в обоих преобразователях совпадают. Это отвечает условию

где і?!, Е2 — модули упругости, соответствующие направлению длины стерж­ней и радиальному направлению цилиндрического преобразователя; и р2 — соответствующие плотности материала преобразователей. В зонах кон­такта преобразователя 1 с преобразователями 3 и 5 происходят косые соударе­ния большой частоты, тангенциальная составляющая импульсов которых на­правлена в одну сторону (т. е. в положительном или отрицательном направле­нии по оси л: в зависимости от взаимной фазы колебаний преобразователя 1 относительно колебаний преобразователей Зи5). В то же время в преобразова­телях 2 и 4 генерируются резонансные колебания основной частоты и в зоне прижима преобразователя к корпусу совершаются тангенциальные колебания относительно основания с амплитудой А', что на порядок снижает трение, и преобразователи не препятствуют перемещению детали по оси л:. Аналогично происходит центрирование по оси у.

В процессе измерения преобразователи 2, 3, 4, 5 совершают резонансные колебания по второй гармонике, фазы колебаний преобразователей 3 и 4 от­личаются от фаз колебаний преобразователей 2 и 5 на 180°. Таким образом, в зонах контакта цилиндрического преобразователя 1 со стержневыми преобра­зователями генерируются тангенциальные импульсы одного направления (т. е. по или против часовой стрелки) и происходит вращение детали.

Приведем еще один пример применения вибродвигателя (рис. 6.13). Это устройство для печатания высокоплотной информации большой разрешающей способности. Символы наносятся на барабан /, который печатает на ленте 2, опирающейся на ролик 3. Барабан 1 прикреплен к преобразователю 4 со сферической поверхностью 5, охваченной преобразователями 6, 7, 8, 9. Датчик положения обратной связи 11 соединен с исполнительным механизмом, управ­ляемым блоком 13, в один из входов которого поступает входной сигнал из блока сравнения 12, а к другому входу — напряжение из генератора 14. Точность устройства задается точностью датчика положения обратной свя­зи 11.

Устройство выполняет следующие функции: 1) выбор строки по высоте (координата z); 2) выбор сектора на барабане (координата с? г); 3) печатание (координата^); 4) возврат (в случае необходимости) на один символ (коорди­ната^); 5) возвращение в исходное положение.

Запоминающие устройства на гибких магнитных носителях. Малые размеры как самого привода, так и источника питания позволили построить малогабаритные запоминающие устройства (ЗУ) для оперативного вывода и записи информации. Основной узел такого ЗУ, выполненного на гибких магнитных дисках, - центральный вал с устройством крепления диска, к которому упруго прижат пьезоэлектрический преобразователь. Показанное на рис. 6.14 устройство предназначено для записи и воспроизведения дискрет-

ных сигналов в 8-элементном параллельном коде. В качестве носителя ин­формации использованы сменные гибкие магнитные диски на лавсановой основе. Приводной вибродвигатель работает в шаговом режиме. Обратная связь по положению обеспечивается синхродорожкой на самом магнитном диске.

В корпус вмонтированы усилители записи и воспроизведения, генератор высокочастотных электрических колебаний, шагозадающие схемы и схемы обратной связи.

Основные технические данные устройства:

Емкость - 2 тыс. восьмиразрядных знаков

Число произвольно выбираемых секторов - 15

Рабочая частота вибродвигателя — 40 кГц

Быстродействие — до 200 шагов/с

Число и тип магнитных головок — 2 (5-канальные)

Материал преобразователя — ЦТБС-1

Габариты — 0,2x0,06x0,114 м

Масса — 1,6 кг

Возможности применения вибродви гателей для привода миниатюрных ЗУ хорошо иллюстрирует комплект устройств запись —считывание (рис. 6.15), работающих в старт-стопном режиме. Конструкция устройств реали­зуется в малых габаритах и не требует тщательной и точной сборки.

Запоминающее устройство работает следующим образом (рис. 6.16). При записи цифр на магнитный диск переключатель 11 устанавливается в положение „а“. По команде выполнения шага запускается спусковая схема,

Рис. 6 15. Комплект устройств записи —считывания

хронирующие элементы которой определяют длительность прямоугольного импульса, открывающего на время шага, которое определяется длитель­ностью прямоугольного импульса, ключевую схему 5, подключающую генератор 6 к электродам вибропреобразователя 4. Вращение от ротора 3 передается магнитному диску 1, который перемещается относительно блока головок 2 со скоростью, зависящей от амплитуды и частоты колебаний вибро­преобразователя.

Записываемые сигналы подаются на входы усилителей записи 10 с за­держкой во времени, определяемой временем разгона ротора. В момент окон­чания импульса генератор 6 отключается от обкладок вибропреобразователя, и ротор останавливается. При считывании записанных сигналов переключа­тель 11 устанавливается в положение „б". По команде воспроизведения за­пускается триггер 8, который открывает ключ 5. Генератор подключается к электродам вибропреобразователя, и магнитный диск начинает вращаться.

При проходе информационной строки под щелью головок импульсы счи­тываются и подаются на интегрирующую цепь. Полученный сигнал диф­ференцируется, инвертируется и подается в управляющую цепь триггера. Инвертированный сигнал положительным импульсом переключает триггер и этим останавливает вращение диска. Затем цикл повторяется сначала.