УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРКИ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
DEVICE FOR ASSEMBLY OF PIEZO-CONVERTERS

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано для сборки пьезопреобразователей различных конструкций, в частности для сжатия между собой пьезокерамических элементов с проложенными между ними электродами (пьезопакета).
Известен способ сборки пьезоактюаторов прямого действия [1], заключающийся в последовательной установке в специализированную технологическую оснастку пьезокерамических элементов и электродов и последующей их стяжке ручным воздействием при помощи штока и силового наконечника.
Недостатками данного способа являются:
- длительное время производства работ, обусловленное необходимостью применения ручного инструмента;
- возможность разрушения элементов пьезоактюатора при чрезмерном силовом воздействии (перетяжке);
- отсутствие контроля величины крутящего момента затяжки.
Наиболее близким по конструкции к заявленному изобретению является сверлильный станок [2], содержащий станину с закреплённой на ней вертикальной стойкой, на которой установлен узел шпиндельной головки с электродвигателем, для ограничения перемещения которых на стойке установлено зажимное кольцо с втулкой.
Недостатками известного устройства являются:
- ограниченные функциональные возможности, обусловленные конструкцией, предусматривающей организацию сверления, шлифования и фрезерования.
Задачей изобретения является оптимизация процесса сборки преобразователей различных конструкций.
Технический результат - создание эффективной в работе и удобной в эксплуатации конструкции устройства, используемого для сжатия пьезопакета.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается устройством, состоящим из корпуса с закреплёнными на нём тисках с оснасткой и вертикальным опорным валом, на котором установлена каретка с мотором-редуктором, согласно изобретения, содержащим блок управления и контроля, выполняющий функцию автоматического отключения мотора редуктора, на валу которого установлен динамометрический адаптер для визуального контроля силы сжатия пьезопакета.
Заявленное устройство для сборки пьезопреобразователей поясняется с помощью:
фиг. 1 - общий вид устройства;
фиг. 2 - схема электрическая принципиальная устройства;
фиг. 3 - фотография устройства.
Устройство состоит из корпуса 1, на котором закреплены тиски 2 с оснасткой 3 и вертикальный опорный вал 4. На опорном валу 4 установлена с возможностью перемещения по нему каретка 5 с закреплённым на ней мотором-редуктором 6 с валом редуктора 7. Под кареткой 5 на валу 4 установлена стопорная муфта 8 для ограничения перемещения каретки 5. На валу редуктора 7 установлен динамометрический адаптер 9 (например, WRG4-340), к которому прикреплён шестигранный ключ 10 для воздействия на стяжной болт 11 пьезопреобразователя 12. Управление мотором-редуктором 6, в том числе выбор направления его вращения, осуществляется при помощи электрически соединённого с ним блока управления и контроля 13.
На передней панели электронного блока управления и контроля 13 выведены контакты 14 для подключения цифрового вольтметра (на фиг. не показан), контакты 15 для подключения электродов пьезопреобразователя 12 и переключатель режимов «Измерение - установка напряжения» 16. Переключатель 16 производит выбор канала измерения вольтметра, при нижнем его положении измеряется фактическое напряжение пьезопреобразователя с клеммника 15, при верхнем положении измеряется напряжение уставки, задаваемое при помощи подстроечного резистора 17, который также выведен на переднюю панель блока управления и контроля 13. Когда напряжение на клеммнике 15 превышает напряжение уставки, заданной при помощи подстроечного резистора 17, включается реле 18, размыкающее контакты 19 и 20 мотора-редуктора 6 и останавливающее сжатие пьезопреобразователя 12. Также на переднюю панель блока управления и контроля 13 выведены кнопки «ПУСК» и «СТОП» для ручного запуска и (или) остановки процесса вращения мотора-редуктора 6. Для устранения «дребезга» при первоначальном включении реле 18 включается также реле 21, жёстко блокирующее повторное включение реле 18. Для его разблокировки установлен переключатель 22.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Предварительно собранный пьезопреобразователь 12 устанавливают в оснастку 3 в тиски 2 так, чтобы стяжной болт 11 был соосен валу редуктора 7. Путем прокрутки стопорной муфты 8 опускают мотор-редуктор 6 так, чтобы шестигранный ключ 10 вошел в головку стяжного болта 11 до упора, после чего фиксируют стопорную муфту 8 и проверяют фиксацию тисков 2 к корпусу 1 и крепление оснастки 3 с пьезопреобразователем 12 в тисках 2.
Подключают цифровой вольтметр с высоким внутренним сопротивлением (предел измерений 1000 В) к контактам 14, после чего подключают пьезопреобразователь к контактам 15, соблюдая при этом полярность. Далее устанавливают переключатель 16 в верхнее положение, включают вольтметр и выставляют на нем предел измерений 1000 Вольт. Подают питающее напряжение на устройство для сборки пьезопреобразователей, проверяют по вольтметру регулировку напряжения, поступающего от блока контроля и управления 13 путем вращения ручки подстроечного резистора 17 и задают напряжение уставки отключения мотора-редуктора 6, после чего переключатель 16 устанавливают в нижнее положение. Нажимают кнопку «Пуск», во время вращения мотора-редуктора 6 контролируют величину напряжения по вольтметру и величину силы сжатия по динамометрическому адаптеру 9. При достижении напряжения уставки, установленной в режиме установки напряжения, питание на мотор- редуктор 6 прерывается и привод устройства сборки пьезопреобразователей останавливается.
Отключают подачу питающего напряжения с устройства для сборки пьезопреобразователей. Рукояткой стопорной муфты 8 поднимают мотор-редуктор 6 на необходимую высоту. Разжимают тиски 2 и вынимают пьезопреобразователь 12.
Существенными отличительными признаками заявленного для устройства являются:
- устройство позволяет производить сборку пьезопреобразователей различных конструкций;
- устройство позволяет производить сжатие пьезопакета до определённой величины заданной уставки напряжения;
- устройство позволяет визуально осуществлять контроль величины крутящего момента затяжки при сжатии пьезопакета;
- использование устройства позволяет отказаться от использования ручного инструмента в процессе сжатия пьезопакета пьезопреобразователей.
Заявленные существенные отличительные признаки являются нам неизвестными из патентной и научно-технической информации и в соответствии с этим являются «Новыми».
На заявленное устройство выполнены рабочие чертежи, прочностные расчеты и изготовлен опытный образец, который успешно прошел испытания при сборке пьезопреобразователей на базе ООО «ЗВЭК “Прогресс”». В связи с этим заявленное нами устройство соответствует критерию «Промышленная применимость».
Список источников:
1. Патент RU 2680310 С1 (МПК H01L 41/277, дата публикации 20.02.2019).
2. Патент RU 59462 U1 (МПК B23B 39/00, дата публикации 27.12.2006).