Применение приводов на основе управляемой упругой деформации для формирования перемещений и усилий в высоком вакууме позволяет создать герметичные механизмы различного назначения с полным исключением пар трения движения, отсутствием привносимой дефектности в виде микрочастиц износа и высоким быстродействием на уровне 0,1 - 0,2 с.

Основой приводных элементов этого типа являются тонкостенные герметичные пневматические полые пружины с различным законом изменения радиуса кривизны центральной оси и некруглой формой нормального поперечного сечения (плоскоовальной, овальной, ромбической и др.).

Давление, подаваемое во внутреннюю полость приводных элементов, вызывает его деформирование, которое не должно выходить за пределы упругой области.

В зависимости от требуемого исполнительного перемещения по величине и виду траектории применяют три вида приводных элементов: с незамкнутым контуром, очерченным по постоянному или переменному радиусу кривизны; с замкнутым контуром, образованным герметично соединенными между собой дугами упруго-деформированных целых элементов, создающих единую полость; с прямолинейной осью гладкого и спиралевидного типа.

Приводные элементы (с незамкнутым контуром) (рис.5, а-е)

характеризуются возможностью моделирования конфигурации центральной оси по определенному закону для получения требуемого направления траектории перемещения свободного конца и последовательно соединенных с ними элементов механизма.

Рис.5. Виды приводных элементов

В ряде случаев эта возможность очень важна. Наиболее распространенным и технологичным является приводной элемент с постоянным радиусом кривизны центральной оси (рис.5, а). От величины радиуса и геометрических параметров сечения (рис.5, к) зависит величина перемещения л свободного конца. Эта величина, в случае необходимости, при подсоединении к его свободному концу прямолинейного элемента в виде стержня или трубки позволяет увеличить перемещение до л₁ (рис.5, б).

На рис.5, в-е показаны приводные элементы, центральная ось которых, изменяется по различным законам - соответственно по архимедовой спирали, параболе, синусоиде, гиперболе исключительно с целью формирования необходимой траектории перемещения.

На рис.5, ж приведена схема многовиткового приводного элемента, позволяющего получить угловое перемещение свободного конца при четном количестве витков по траектории, близкой к окружности.

Угловое перемещение формируется системой приводных элементов, соединенных общим коллектором 1, через который давление подается одновременно в три привода 2 с идентичными параметрами, передающих движение на кольцевую обойму 3 воспринимающую только тангенциальную составляющую общего перемещения привода (рис.5, з).

Возможно формирование с использованием приводов незамкнутого контура (типа змейки) прямолинейного перемещения (рис.5, и).

На рис.5, к-л изображены варианты приводов замкнутого контура, формирующие линейное перемещение, максимальная величина которого совпадает с осью симметрии, проходящей через штуцер подачи избыточного давления.

На рис.5, м-н представлены приводы соответственно с прямолинейной осью (рис.5, м) для формирования линейного перемещения за счет деформации нормального поперечного сечения и спиралевидные (рис.5, н) для формирования углового перемещения.

Новое направление создания сильфонных приводов управляемой упругой деформации (нетрадиционных форм и траекторий движения)

Новые требования к приводам управляемой упругой деформации, заключающиеся в необходимости при средней точности позиционирования совершать значительные перемещения со значительными усилиями и заданной непрямолинейной траекторией перемещения потребовали создания соответствующих сильфонных приводов.

Принцип действия таких приводов заключён в разной жесткости гофр сильфона как в плоскости гофр сильфона, так и по центральной оси сильфона.

На рис.6. показаны варианты сильфонного привода с криволинейной траекторией перемещения (изобретение защищено патентом № 2213278).

Привод перемещения состоит из сильфона 1, герметизируемого заглушками 2 и 3 в одной из которых выполнен штуцер 4, предназначенный для подачи энергоносителя и закрепления привода. У гофр 5 сильфона 1 предназначенных для создания криволинейного перемещения центры 6 и 7 внешней и внутренней окружностей 8 и 9 не совпадают.

На рис.6. а. расстояния между центрами 6 и 7 внешних и внутренних окружностей 8 и 9 различных гофр 5 различны но лежат в одной плоскости, обеспечивая необходимую траекторию перемещения с переменным радиусом кривизны.

Рис.56. а. Сильфонный привод с плоской криволинейной траекторией перемещения.

На рис.6. б. расстояния между центрами 6 и 7 одинаковы, но лежат на пространственной винтовой поверхности, обеспечивая приводу объемную траекторию движения. а) привод находится в сжатом, б) - в растянутом состоянии.

Требования в коммутационной аппаратуре к большим усилиям уплотнения при средней точности позиционирования и величине перемещения в сочетании с требованием к малым размерам привода привели к созданию кольцевых и плоских сварных сильфонных приводов.

Основой создания данных конструкций стали перемычки, лежащие в плоскости гофр сильфонных приводов и придающие жесткость сильфонам в поперечном сечении, препятствуя сминанию и короблению.

На рис.7. показан плоский сильфонный привод криволинейного перемещения (патент на изобретение № 2205996).

Он содержит герметизированный двумя заглушками 1 и 2. в одной из которых выполнен штуцер 3 сильфон 4 продольный размер которого по большей оси 5 превышает её размер по меньшей оси 6. гофры сильфона 4 выполнены несимметрично: большие оси 5 внешнего контура 7 и 5' внутреннего контура 8 каждого гофра не совпадают. Центральные оси сильфона по внутреннему и внешнему контуру при сжатом состоянии сильфона и отсутствии давления представлены параллельными прямыми. Привод снабжен соединяющими внутренние контуры гофр 8 перемычками 9 выполненными с отверстиями 10, соединяющими все части внутренней полости 11 сильфона 4.

Рис.6. б. Сильфонный привод с пространственной криволинейной траекторией перемещения.

При подаче энергоносителя во внутреннюю полость 11 сильфона 4 через штуцер 3 происходит деформация гофр. За счёт неравномерной жесткости гофр по малой оси сечения 6 в плоскости гофр, деформация гофр неравномерна, за счёт чего и создаётся криволинейное перемещение. Перемычки 9 установленные между внутренними контурами 8 гофр препятствуют деформации последних в поперечном направлении сильфона 4.

Рис.7. Плоский сильфонный привод криволинейного перемещения.

При снятии давления энергоносителя происходит его покидание внутренней полости 11 сильфона 4 и возвращение сильфона в исходное положение за счёт упругой деформации гофр.

На рис.8. показан плоский сильфонный привод прямолинейного перемещения (патент на изобретение № 2205995). Так как данный привод действует аналогично плоскому сильфонному приводу криволинейного перемещения, но за счет симметричности гофр относительно большой оси сечения в плоскости гофр создаёт прямолинейное перемещение, то большая ось может иметь не только прямолинейную но и любую другую, заданную на плоскости форму, в том числе и кольцевую.

Рис.8. Плоский сильфонный привод прямолинейного перемещения.

Рис.9. Привод криволинейного перемещения с кольцевым сильфоном:

На рис.9. показан привод криволинейного перемещения с кольцевым сильфоном (патент на изобретение № 2215199). Он представляет собой два сильфона с криволинейной траекторией перемещения вложенные один в другой (1 - внешний, 2 - внутренний), таким образом, что центральные оси их внутренних и внешних гофр лежат в одной плоскости и ориентация гофр внутреннего и внешнего сильфонов по жесткости совпадает. Кольцевое пространство между сильфонами по торцам герметизировано заглушками 4 и 5 (в одной из которых установлен штуцер 6 для подачи энергоносителя во внутреннюю полость 3) таким образом что внутри меньшего сильфона образовано сквозное отверстие 7. Гофры внутреннего и внешнего сильфонов соединены перемычками 8 (которые оснащены сквозными отверстиями 9) лежащими в плоскости гофр.

Действует данный привод аналогично плоскому сильфонному приводу криволинейного перемещения.

Эффективность данного направления доказана экспериментально и сейчас ведутся работы по исследованию и созданию математической модели данных устройств.

Размещено на Allbest.ru