Виброизолятор
Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к средствам виброизоляции различных объектов с целью повышения точности их позиционирования. Сущность полезной модели заключается в том, что каждый соединительный механизм 3 виброизолятора с объектом (на фигурах не показан), содержащий основание 2 и платформу 1, связанные через упругие элементы 4 соединительными механизмами с шарнирами Гука 6 и 7 на концах, акселерометры 21 и 22 измерения ускорений, блок управления в виде микропроцессора 23 и усилителя мощности 25, выполнен стержневым с размещенным на нем исполнительным органом 9. При этом платформе обеспечивается 6 степеней свободы путем соединения ее с основанием 6-ю расположенных специальным образом независимых стержневых механизмов. Исполнительный орган 9, представляет собой самотормозящуюся винтовую пару, гайка 10 которой с устройством регулирования зазора 12 расположена внутри полого ротора 11 электродвигателя. Статор 13 электродвигателя соединен с нижним шарниром Гука 7 и снабжен шпонкой 16, размещенной в шпоночном пазу 17 винта-стержня 18, соединенного верхним концом с другим шарниром Гука 6. При этом акселерометры 21 и 22 установлены у верхнего и нижнего шарниров Гука и измеряют виброускорения соответственно стоек 5 и 8 шарниров Гука 6 и 7, закрепленных соответственно на платформе 1 (через упругие элементы 4) и основании 2, по линии, соединяющей центры шарниров Гука, расположенных на концах соединительных механизмов 3, а датчик относительного перемещения 24 регистрирует их относительное перемещение. От акселерометров 21 и 22 осуществляется управление по обратным связям, а от датчика 24 на это основное управление накладывается дополнительный сигнал управления, который называется инвариантным. Суть его состоит в том, что он делает ускорение, измеряемое датчиком 21, равным нулю, т.е. платформа 1 становится неподвижной в инерциальном пространстве, чем реализуется виброизоляция. 1 с.п.ф. Илл. фиг.2
Полезная модель относится к машиностроению, а именно к средствам виброизоляции различных объектов.
Известен способ виброизоляции, заключающийся в том, что виброизолированную платформу связывают с основанием посредством цилиндрических винтовых пружин и двуплечих рычагов, попарно связанных посредством гибких связей с основанием и платформой [SU, авторское свидетельство, 783517, кл. F16F 13/02, 1980].
Недостатком устройства для реализации указанного способа является невысокая эффективность виброизоляции в горизонтальном и угловых направлениях.
Наиболее близким техническим решением, выбранном в качестве прототипа, является виброизолятор, служащий для реализации способа виброизоляции [RU 2091630 С1 МПК6 F16F/06, Синев А.В., Рыбак Л.А, Соловьев B.C., Пашков А.И., Градецкий А.В., Масленков Ю.В., Кочетов О.С.]. Виброизолятор содержит размещенный на основании и выполненный в виде самотормозящейся червячной передачи исполнительный орган, соединенный с платформой через шарнирно-рычажный механизм параллелограммного типа и состоящий из скоб, расположенных на разных расстояниях относительно основания, связанных между собой параллельными рычагами, причем одна скоба посредством шарнира Гука и упругого элемента связана с платформой, а другая скоба через шарнир Гука связана с основанием. При этом на скобах установлены два акселерометра таким образом, что измеряют составляющие ускорений, действующих по линии, соединяющей центры шарниров Гука. В конструкцию включен датчик относительных перемещений платформы и блок управления исполнительным органном в виде усилителя мощности и микропроцессор.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа. Виброизолятор содержит основание и платформу, связанные через упругие элементы соединительными механизмами с шарнирами Гука на концах, акселерометры измерения ускорений, блок управления в виде микропроцессора и усилителя мощности и исполнительные органы с электродвигателями.
Недостатком известного виброизолятора является невозможность получить высокую точность позиционирования объекта.
Указанный недостаток связан с тем, что сложный и громоздкий исполнительный орган выполнен в виде самотормозящейся червячной передачи и соединен с платформой через шарнирно-рычажный механизм параллелограммного типа и состоит из скоб, расположенных на разных расстояниях относительно основания, связанных между собой параллельными рычагами, что при наличии большого числа подвижных соединений в силовой и измерительных цепях снижает эффективность пространственной виброизоляции.
Сущность полезной модели заключается в том, что виброизолятор, содержит основание и платформу, связанные через упругие элементы соединительными механизмами с шарнирами Гука на концах, акселерометры измерения ускорений, блок управления в виде микропроцессора и усилителя мощности и исполнительные органы с электродвигателем. Каждый соединительный механизм выполнен стержневым с размещенным на нем исполнительным органом, представляющем собой самотормозящуюся винтовую пару, связанную с электродвигателем. При этом гайка самотормозящейся винтовой пары с устройством регулирования зазора расположена внутри полого ротора электродвигателя. Статор электродвигателя соединен с нижним шарниром Гука и снабжен шпонкой, размещенной в шпоночном пазу винта, соединенного верхним концом с другим шарниром Гука. Акселерометры установлены на концах соединительного механизма у верхнего и нижнего шарниров Гука.
Целью полезной модели является создание устройства, которое позволит повысить точность позиционирования объекта, за счет обеспечения его пространственной виброизоляции.
Поставленная цель достигается за счет того, что виброизолятор имеет соединительные механизмы, каждый из которых выполнен стержневым с размещенным на нем исполнительным органом. Исполнительный орган представляет собой самотормозящуюся винтовую пару, связанную с электродвигателем. Гайка самотормозящейся винтовой пары с устройством регулирования зазора расположена внутри полого ротора электродвигателя. Статор электродвигателя соединен с нижним шарниром Гука и снабжен шпонкой, размещенной в шпоночном пазу винта-стержня, соединенного верхним концом с другим шарниром Гука. Акселерометры измерения ускорений установлены на концах соединительного механизма у верхнего и нижнего шарниров Гука.
Выполнение соединительного механизма стержневым упрощает конструкцию, уменьшает количество входящих деталей, количество сопряжений и соединений, что повышает жесткость и точность механизма.
Размещение исполнительного органа на стержневом механизме сокращает кинематику привода, упрощает конструкцию соединений с платформой и основанием, что так же повышает жесткость и точность механизма. Самотормозящая винтовая пара-технологичная передача, которая может быть изготовлена с высокой точностью, и обеспечивает кроме повышения точности механизма, демпфирование колебаний и повышение надежности работы виброизолятора.
Расположение гайки внутри ротора и снабжение статора шпонкой, размещенной в шпоночном пазу винта, обеспечивает самую компактную конструкцию, что вместе с устройством регулирования зазора также способствует повышению точности. Малые силы инерции подвижных частей стержневого механизма обеспечивает высокое быстродействие исполнительного органа и динамическую точность. Установка акселерометров на стержневом механизме у шарниров Гука обеспечивает высокую точность измерения параметров колебаний и высокую эффективность виброизоляции.
Сущность полезной модели поясняется графическим изображением.
На фигуре дан общий вид виброизолятора, на фигуре 2 представлена конструкция соединительного механизма.
Виброизолятор состоит из платформы 1, основания 2 и соединительных механизмов 3 (их количество не менее шести), соединяющих платформу 1 и основание 2. Каждый соединительный механизм 3 связан с платформой 1 через упругий элемент 4 посредством стойки 5 и верхнего шарнира Гука 6. Связь соединительного механизма 3 с основанием 2 осуществляется посредством нижнего шарнира Гука 7 и стойки 8.
Основными элементами каждого соединительного механизма 3 является исполнительный орган 9, образованный самотормозящейся винтовой парой. Гайка 10 винтовой пары размещена внутри полого ротора 11 и жестко связана с ним. Ротор 11 является частью электродвигателя. Винтовая пара снабжена устройством 12 регулирования зазора между гайкой 10 и статором 13 с обмоткой 14. Статор 13 электродвигателя через переходник 15 соединен с нижним шарниром Гука 7. На статоре 13 жестко закреплена шпонка 16, контактирующая с рабочей поверхностью шпоночного паза 17, выполненного на винте-стержне 18 винтовой пары. Винт-стержень 18 связан с верхним шарниром Гука 6, а на концах резьбовой поверхности снабжен упорами ограничителями 19 и 20.
Акселерометры 21 и 22 установлены на соединительном механизме у верхнего 6 и нижнего 7 шарниров Гука.
Виброизолятор содержит в конструкции блок управления, состоящий из управляющего микропроцессора 23, на вход которого поступают сигналы с акселерометров 21 и 22 и датчика относительного перемещения 24, регистрирующего относительное перемещение винта-стержня 18 и гайки 10. Управляющий микропроцессор 23 состоит из трех аналогово-цифровых преобразователей, предварительных фильтров нижних частот аналогового типа, центрального процессора и цифро-аналоговых преобразователей (на чертеже не показаны). Выход управляющего микропроцессора 23 соединен со входом усилителя мощности 25, управляющего исполнительным органом 3.
Вибороизолятор работает следующим образом.
Объект виброизоляции (на чертеже не показан) устанавливается на платформу 1. В качестве объекта виброизоляции может быть измерительный прибор размещенный на виброизоляторе, который установлен в движущемся транспортном средстве. Положение платформы 1 определяется 6-ю соединительными механизмами 3, расположенными на платформе 1 и связывающими платформу 1 с основанием 2. Электродвигатели исполнительных органов 9 обеспечивают виброизоляцию платформы 1 благодаря системе управления с акселерометрами 21, 22 и датчиком положения 24. Акселерометры 21 и 22 каждого из виброизоляторов измеряют виброускорения соответственно стоек 5 и 8 (а, следовательно, платформы 1 и основания 2) по линии, соединяющей центры шарниров Гука, а датчик относительного перемещения 24 регистрирует их относительное перемещение. От акселерометра 22 и датчика 24 осуществляется управление по обратным связям (основной алгоритм управления), а от акселерометра 21 на это основное управление накладывается дополнительный сигнал управления, который называется инвариантным.
Суть инвариантного сигнала управления состоит в том, что при воздействии на платформу 1 через упругий элемент 4, стойку 5 и верхний шарнир Гука 6 акселерометр 22 и датчик 24 фиксирует и измеряет составляющие ускорений. При этом поступает сигнал на управляющий микропроцессор 23, который после обработки передается на усилитель мощности 25, а затем направляется на обмотку 14 статора 13. Магнитное поле обмотки 14 статора 13 приводит во вращение ротор 11 и гайку 10, а исполнительный орган 9 перемещается по винту-стержню 18. При этом устройство 10 регулирует зазор между гайкой 10 и статором 13.
За счет шпонки 16, размещенной в шпоночном пазу 17 на винте-стержене 18, соединяющей переходник 15 и исполнительный 1 орган 9, перемещение винта-стержня 18 относительно исполнительного органа 9 и переходника 15 отсутствует. Перемещение исполнительного органа 9 измеряется акселерометром 22, который через датчик относительного перемещения 24 передает данные на управляющий микропроцессор, который дает сигнал остановки.
Таким образом, при возникновении вибрации, которые фиксируются акселерометром 21 и датчиком 24 формируется сигнал, приводящий в движение исполнительный орган 9, который перемещается до тех пор, пока значения на акселерометре 22 не станут равны нулю, т.е. платформа 1 остается неподвижной в инерциальном пространстве (это утверждение справедливо только для области низких частот, которую пропускают сервопривод в виде электродвигателя с самотормозящейся винтовой передачей). В то же время, если на основании 2 через стойку 8 и шарнир Гука 7 зафиксированы большие ускорения, то относительное положение винта-стержня 18 и гайки 10 может выйти за допустимые пределы перемещений (система может выйти на жесткие упоры-ограничители 19 и 20). Для предотвращения этой ситуации, когда перемещение достигло предельно допустимой величины, включается другой алгоритм управления, заключающийся в следующем. Сигнал от акселерометра 21 отключается и система осуществляет управление по обратным связям от акселерометра 22 и датчика относительных перемещений 24. Это происходит до тех пор, пока относительное перемещение не достигнет величины, меньшей, чем предельно допустимая, упомянутой выше, после чего включается основной алгоритм управления.. Данное устройство обеспечивают высокую эффективность пространственной виброизоляции, а также высокую надежность системы управления на базе аналого-цифровой вычислительной техники, а следовательно, и высокую точность позиционирования объекта.
Виброизолятор, содержащий основание и платформу, связанные между собой через упругие элементы соединительными механизмами, каждый из которых снабжен шарнирами Гука на концах, исполнительный орган с электродвигателем, акселерометры измерения ускорений, блок управления в виде микропроцессора и усилителя мощности, отличающийся тем, что каждый соединительный механизм выполнен в виде винта-стержня с размещенным на нем исполнительным органом, представляющим собой самотормозящуюся винтовую пару, связанную с электродвигателем, при этом гайка самотормозящейся винтовой пары с устройством регулирования зазора расположена внутри полого ротора электродвигателя, статор которого соединен через переходник с нижним шарниром Гука и снабжен шпонкой, размещенной в шпоночном пазу винта-стержня, соединенного с верхним шарниром Гука, причем акселерометры установлены на концах соединительного механизма у верхнего и нижнего шарниров Гука.
