Волновые системы позиционирования

В системах этого типа используется тангенциальная составляющая скорости поверхностных точек упругих тел, при генерировании в них упругих деформаций. В конструктивном отношении это несложные устройства. В них используются либо несколько преобразователей с постоянно смещенной фазой колебаний, либо несколько преобразователей с периодически изменяющейся фазой – бегущей волной.

В системе с продольной бегущей волной деформаций на элементарный участок перемещаемого объекта Δl действует сила:

, (5.2)

где m – масса перемещаемого объекта,

β – коэффициент трения скольжения,

μ – коэффициент сопротивления материала,

l – длина перемещаемого объекта (кратна длине волны λ)

Коэффициент полезного действия системы - η = 0,05 – 0,2.

Рисунок 5.5 Волновые системы позиционирования с постоянно смещенной фазой:

а) поступательного движения

б) вращательного движения с дискретным преобразованием

в) вращательного движения с разделенными накладками

1. преобразователи

2. объект перемещения

3. волновод.

Рисунок 5.6 - Схема волновых систем перемещения с продольными (а) и поперечными (б) упругими деформациями преобразователей.

1 - волновод, 2 – перемещаемый объект, 3 – преобразователи.

Системы могут быть выполнены конструктивно с продольными и поперечными колебаниями преобразователей 3.

Системы позиционирования с преобразователями УЗК особенно эффективны в шаговых режимах движения, т.к. широкий диапазон регулирования позволяет достичь высокой чувствительности системы (до 0,02 мкм). Экспериментальные зависимости отработанных шагов S’ от длительности τ шагозадающих импульсов показывают, что S’ нелинейно растет с увеличением τ и рабочего напряжения. Относительные скорости V_d^* = V_q/V_qm (где V_q – измеряемое и V_qm­ – максимальное значения скорости) перемещения объекта увеличиваются с ростом частоты и амплитуды поперечных деформаций. Причем более резко от частоты.

Достоинства систем микроперемещений на базе ПП:

- высокие удельные мощности;

- высокий КПД;

- отсутствие излучаемых электромагнитных полей;

- отсутствие моточных изделий;

- относительная простота конструкции;

- высокая технологичность, невысокая стоимость;

- высокие динамические характеристики в переходных режимах движения. При отключении питания преобразователь превращается в тормозящий элемент. Это свойство позволяет реализовывать непрерывное и заторможенное движения (шаговые). Для этого преобразователь запитывается специальными импульсами регулируемой частоты и скважности.

Недостатки:

- малые интегральные мощности и усилия (от долей Вт до единиц Вт);

- высокая вероятность хрупкого разрушения ПКП;

- образование выли керамики при ударных нагрузках;

- общий недостаток резонансных преобразователей микроперемещений: диапазон регулирования скорости у них ограничен частотами, находящимися в узкой области частот электромеханического резонанса рабочего пьезоэлемента.