Исследователи продолжают искать способы повышения точности систем линейного позиционирования, уменьшения или устранения люфта, а также упрощения использования таких устройств. Вот обзор последних разработок

Независимо от того, мало или много требуемое линейное перемещение, точность позиционирования и надежность являются некоторыми из необходимых атрибутов в линейных системах. Два исследовательских центра, которые часто разрабатывают продукцию для использования в космосе, Marshall Space Flight Center, Алабама и Lewis Research Center, Кливленд, разработали устройства линейного позиционирования, которые отличаются улучшениями в этих атрибутах. Одно из этих устройств изначально было разработано для использования в космосе, другое — для более наземных приложений. Однако оба имеют преимущества, которые можно предложить отрасли передачи электроэнергии.

Инженерам Центра космических полетов имени Маршалла нужен был линейный привод для космических аппаратов. Привод будет перемещать сопловой узел главного двигателя космического аппарата. В сочетании с другим приводом в той же горизонтальной плоскости, но повернутым на 90 градусов, приводы будут управлять движениями тангажа, крена и рыскания аппарата. Допуски этих движений составляют ±0,050 дюйма.

Функционально привод должен точно обеспечивать инкрементные линейные перемещения для этих крупных объектов и удерживать положение при больших нагрузках. Решением стал электромеханический линейный привод. Он обеспечивает инкрементное перемещение максимум на 6 дюймов. Его минимальный ход составляет менее 0,00050 дюйма. Он может удерживать грузы до 45 000 фунтов.

Преобразуя вращательное движение в линейное, этот привод является чистым, простым устройством, которое может заменить гидравлические приводы в приложениях, требующих такого мощного, но контролируемого движения. Это устройство также требует небольшого времени на техническое обслуживание для очистки и осмотра, и оно помогает сократить время, необходимое для квалификации системы полета.

Эта конструкция использует резольвер и относительно новую функцию — противолюфтовую зубчатую передачу. Резольвер измеряет инкрементное угловое движение, которое управляет инкрементным линейным движением. Его точность составляет 6 дуг/мин. Соотношение между вращением и перемещением известно из передаточных чисел и шага резьбы.

Вторая особенность — это противолюфтовая зубчатая передача. Она обеспечивает постоянный контакт зубьев шестерен по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Для достижения этого контакта необходимо точно выровнять центры валов. В процессе производства валы обрабатываются на каждой сборке.

Компоненты привода
Электромеханический привод состоит из четырех секций сборки: 1) два 25-сильных двигателя постоянного тока, 2) зубчатая передача, 3) линейный поршень и 4) сопутствующий корпус. Двигатели постоянного тока вращают зубчатую передачу, передавая вращательное движение роликовому винту, который преобразует это движение в линейное движение через выходной поршень. Двигатели обеспечивают постоянный крутящий момент 34,6 унций-дюйм./А. Двигатели работают при 125 А. На винте блок развивает крутящий момент 31 000 унций-дюйм. или приблизительно 162 фунт-фут.

Два бесщеточных двигателя постоянного тока закреплены на монтажной пластине. Монтажная пластина взаимодействует с системой передач. Небольшая регулировочная пластина позволяет производить обработку на сборке, что облегчает точное выравнивание валов. Такое расположение также помогает устранить люфт в системе передач.

Шестерня закреплена на валу двигателя и поддерживается подшипниками внутри двигателя. Шестерня сопрягается с узлом промежуточного вала, который включает две шестерни. Промежуточный вал снижает скорость и передает высокие крутящие моменты на выходную шестерню. Как упоминалось ранее, одна из промежуточных шестерен выточена непосредственно на валу.

Первая промежуточная шестерня состоит из двух частей, которые позволяют производить небольшие регулировки для устранения люфта в системе.

При сборке нижний двигатель устанавливается на монтажную пластину двигателя, соединяя свою шестерню с регулируемыми промежуточными шестернями на промежуточных валах. Затем верхний двигатель устанавливается с помощью пластины регулировки двигателя. Затем инженеры вручную вращают валы двигателя, перемещая промежуточные шестерни относительно их валов, чтобы устранить вращательный люфт. Затем верхний двигатель снимается, и новая регулировочная пластина обрабатывается по точному центру. Этот процесс сборки устраняет люфт.

Подшипники поддерживают каждый промежуточный вал на обоих концах. Выходная шестерня закреплена на резьбовом роликовом винтовом валу. Вал и гайка, а также узел выходного поршня обеспечивают линейные движения. Несоосность предотвращается линейным подшипником, который стабилизирует выходной поршень.

Сферические подшипниковые узлы на конце штока и в задней бабке включают монтажные приспособления для соединения с двигателем и конструктивными элементами.

Параметры
Чтобы достичь одного оборота ротора резольвера за один ход поршня и устранить необходимость подсчета оборотов вала, инженеры NASA считают, что они могут использовать гармонический привод с резольвером. Такой привод должен иметь передаточное отношение, которое позволяет ротору резольвера проходить один оборот за полный ход поршня.

Более новая, летная версия этого привода использует четыре двигателя мощностью 15 л. с. Меньшие двигатели уменьшают вес, а также инерцию двигателя. Постоянная крутящего момента этих двигателей составляет 16,8 унций-дюйм/А, работая при 100 А и 270 В, чтобы обеспечить необходимую силу для перемещения груза весом 45 000 фунтов.

Другой дизайн позиционирования
Хотя этот позиционер с тремя винтовыми направляющими не был разработан для использования в космосе, он демонстрирует улучшения в точности и надежности. Он сокращает время, необходимое для точного позиционирования деталей в машинах, подъема или опускания платформ, точных квадратных пакетов и обеспечения того, чтобы платформы оставались ровными для лазерного оборудования и оптических пирометрических телескопов.

Типичная система позиционирования винта может использовать центрально-приводное ручное управление, направляемое тремя или четырьмя неподвижными стержнями, для перемещения пластины. Эта конструкция использует тройной узел ходового винта в качестве основного механизма позиционирования. Он перемещает пластину к неподвижной пластине или от нее, сохраняя при этом пластины параллельными друг другу.

Сборка состоит из 27 деталей, изготовленных в мастерской, девяти покупных деталей, таких как шестерни и подшипники, и 65 различных болтов, шпоночных пазов, гаек, шайб и т. д. Все компоненты собраны на трехточечном кронштейне управления и одноточечном кронштейне привода. Эти сборки монтируются в точном положении управления приводом на базовой торцевой пластине полости.

Позиционер работает либо с помощью ручного кривошипа на одном из приводных штифтов, либо с помощью удаленного сервопривода. Положение перемещения считывается по шкале, по указателю или с помощью светодиодного индикатора. Настройка положения может контролироваться с точностью до 0,1 мм.