Разработка автоматизированной системы проектирования вакуумных пьезоэлектрических приводов

• Автор: Земсков, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзорноаналитические исследования пьезоэлектрических приводов и САПР

1.1 Схемы пьезоэлектрических приводов.

1.2 Морфологический анализ пьезоэлектрических приводов.

1.3 Особенности автоматизированного проектирования вакуумных пьезоэлектрических приводов

1.4 Постановка задачи исследования.

2. Теоретический подход к решению задачи создания автоматизированной системы проектирования пьезоэлектрических приводов.

2.1 Понятие о выборе вариантов пьезоэлектрических приводов.

2.2 Формы интегрального критерия.

2.3 Аналитическая процедура Саати
2.4 Обобщенный критерий оценки качества пьезоэлектрических приводов Выводы по главе 2
3. Математическая модель автоматизированной системы проектирования.
3.1 Структура модели сложных процессов в пьезоэлектрических приводах. .
3.2 Вероятностная оценка работоспособности и ее общий запас в детали.
3.3 Физические представления о природе сухого трения в вакууме.
3.4 Закономерности процесса газовыделения при трении сопряженных тел в пьезоэлектрическом приводе.
3.5 Энергетический баланс в зоне контакта деталей
3.6 Расчт опорных узлов пьезоэлектрического привода.
3.7 Расчт скорости движения выходного звена пьезоэлектрического привода
3.8 Расчт элементов пьезоэлектрического привода на привносимый уровень загрязнения
3.9 Расчт эффективного коэффициента трения в зоне контакта выходного
звена и упругой пластины.
Выводы по главе 3
4. Экспериментальные исследования пьезоэлектрических приводов
4.1 Характеристика пьезоэлектрического привода.
4.2 Исследование динамических параметров пьезоэлектрического привода.
4.3 Исследование кинематических характеристик пьезоэлектрического привода.
4.4 Исследование силовых характеристик пьезоэлектрического привода.
4.5 Вакуумная установка для исследования работоспособности пьезоэлектрического привода в вакуу ме
4.6 Результаты экспериментальных исследований.
Выводы по главе 4.
5. Разработка перспективных пьезоэлектрических приводов с использованием автоматизированной системы пректирования.
5.1 Пьезопривод для нанотехнологии
5.2 Устройство перемещения для нанотехнологии.
Выводы по главе 5.
Заключение
Литература


Основное отличие пьезоэлектрических приводов от известных устройств, в которых колебательное движение ведущего звена превращается во вращательное или поступательное движение ведомого звена (например, в храповых и импульсных передачах, механизмах свободного хода, вибротранспорте и т. Если частотный диапазон храповых импульсных передач не превышает нескольких сотен герц, то у пьезоэлектрических приводов он на несколько порядков выше. Так, например, рабочая частота одного из механизмов составляет 2 ООО ООО Гц, и это не является пределом. Такие высокие частоты приводят к качественному изменению ряда параметров устройств, а также к новым явлениям, не наблюдаемым в низкочастотных механизмах. Для большинства пьезоэлектрических приводов амплитуды колебаний преобразователей весьма малы - лежат в диапазоне от 0,1-'3 до 1,0-’3 мм. Предельные значения составляют, амплитуды в 0,1-0,2 мм, применяемые в быстроходных устройствах. Пьезоэлектрическими приводами, основанными на фрикционной анизотропности контакта колеблющегося элемента и вращаемого ротора или транспортируемой поверхности (рис. Пьезоэлектрическими приводами, основанными на создании различия в пределах одного цикла нормальных реакций, достигаемого положением дополнительных периодических воздействий колеблющихся элементов и ротора. Рис. Рис1. Рис. Схемы пьезоэлектрических приводов с асимметрическими колебаниями колеблющегося элемента колебательных систем, совершающих предельно-крутильные колебания и т. Обязательным условием является сдвиг фаз движений по двум осям. Изменением знака сдвига фазы осуществляется реверсированием движения. Частотный диапазон приводов данной группы соответствует частотному диапазону приводов 1-й группы. Так, например, используя линейную зависимость демпфирования в реальной жидкости от скорости и сообщения колеблющемуся элементу ассиметрических крутильных колебаний рис. В схеме, изображённой на рис. Пьезоэлектрическими приводами, основанными на периодически изменяемой связи между колеблющимися элементом и ротором. В качестве такой связи могут быть использованы материалы с управляемым коэффициентом трения, магнито- и электровязкие жидкости (т. Пьезоэлектрическими приводами, основанными на фрикционном взаимодействии волновых движений преобразователя и перемещаемого тела. При этом используются несколько способов генерирования волн, как, например, применение фазосдвигающих цепочек, периодическое изменение фазы несущего высокочастотного напряжения, периодическое изменение граничных условий упругого звена применение нескольких преобразователей с различными частотами и т. В зависимости от статических и динамических параметров пьезоэлектрические приводы 1-й и 2-й групп могут работать в трех динамически устойчивых режимах. В 1-м режиме контакт между колеблющимся элементом и перемещаемой поверхностью сохраняется во время всего цикла колебаний, т. При этом наблюдаются устойчивые области параметров системы, при которых устанавливаются п -кратные периодические ударные колебания, где п =1,2,3. Они являются нежелательными, так как снижают к. В данном случае силовое замыкание контакта также нарушается. В пьезоэлектрических приводах 2-й группы работоспособность сохраняется и в этом режиме. Это объясняется движением пленки с определенной скоростью в самом зазоре, увлекающей за собой перемещаемое тело. Такой режим исключает износ в виду отсутствия поверхности контакта звеньев. Угловую и линейную скорость пьезоэлектрических приводов можно менять путем изменения амплитуды или частоты колебаний преобразователей. К другим способам изменения скорости можно отнести, например, изменение угла Л для приводов 1-й группы, изменение фазы колебания по осям х и у для приводов 2-й группы, изменение характеристики промежуточного элемента для приводов 4-й группы и т. Классификация пьезоэлектрических приводов основана на общей структурной схеме (рис. Генератор электрических колебаний с несколькими выходами, отличающимися как по частоте, так и по фазе, подключен к управляющему устройству 2, осуществляющему соответственно с сигналом управления Н'(^х,х) коммутацию и модуляцию электрического напряжения, поступающего в электроды вибропреобразователей.