Исследователи продолжают искать способы повысить точность систем линейного позиционирования, уменьшить или устранить люфт, а также сделать такие устройства более простыми в использовании. Вот взгляд на последние события

Независимо от того, является ли необходимое линейное перемещение небольшим или большим, точность и надежность позиционирования являются одними из атрибутов, необходимых в линейных системах. Два исследовательских центра, которые часто разрабатывают продукты для использования в космосе, Центр космических полетов Маршалла в Алабаме и Исследовательский центр Льюиса в Кливленде, разработали устройства линейного позиционирования, которые имеют улучшенные характеристики. Одно из этих устройств изначально было разработано для использования в космосе, другое — для более наземных применений. Однако у обоих есть преимущества, которые они могут предложить отрасли передачи электроэнергии.

Инженерам Центра космических полетов имени Маршалла требовался линейный привод для космических аппаратов. Привод будет перемещать сопло главного двигателя космического корабля. В сочетании с другим приводом, расположенным в той же горизонтальной плоскости, но повернутым на 90 градусов, приводы будут управлять движениями по тангажу, крену и рысканию транспортного средства. Допуски этих перемещений составляют ±0,050 дюйма.

Функционально привод должен точно обеспечивать поэтапное линейное перемещение этих крупных объектов и удерживать положение при тяжелых нагрузках. Решением стал электромеханический линейный привод. Он обеспечивает постепенное перемещение максимум до 6 дюймов. Его минимальный ход составляет менее 0,00050 дюйма. Он может выдерживать нагрузку до 45 000 фунтов.

Этот привод, преобразующий вращательное движение в линейное, представляет собой чистое и простое устройство, которое может заменить гидравлические приводы в приложениях, требующих такого мощного, но контролируемого движения. Это устройство также требует мало времени на техническое обслуживание для очистки и проверки, а также помогает сократить время, необходимое для проверки полетной системы.

В этой конструкции используется резольвер и относительно новая функция — зубчатая передача с защитой от люфта. Резольвер измеряет приращение углового движения, которое управляет приращением линейного движения. Его точность составляет 6 дуг/мин. Взаимосвязь между вращением и перемещением известна из передаточных чисел и шага резьбы.

Вторая особенность – наличие безлюфтового зацепления. Это гарантирует, что зубья шестерни находятся в постоянном контакте по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Для достижения такого контакта центры валов должны быть точно выровнены. В процессе изготовления валы подвергаются механической обработке на каждом узле.

Компоненты привода
Электромеханический привод состоит из четырех сборочных секций: 1) двух двигателей постоянного тока мощностью 25 л.с., 2) зубчатой ​​передачи, 3) линейного поршня и 4) сопутствующего корпуса. 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 токе 125 А. На винте агрегат развивает крутящий момент 31 000 унций на дюйм, или примерно 162 фунт-фута.

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

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

Первая промежуточная шестерня состоит из двух частей, которые позволяют небольшими корректировками устранить вращательный люфт в системе.

При сборке нижний двигатель крепится к монтажной пластине двигателя, сопрягая его ведущую шестерню с регулируемыми промежуточными шестернями на промежуточных валах. Затем верхний двигатель монтируется с помощью регулировочной пластины двигателя. Затем инженеры вручную вращают валы двигателей, перемещая промежуточные шестерни относительно своих валов, чтобы устранить вращательный люфт. Затем верхний двигатель снимается и новая регулировочная пластина обрабатывается точно по центру. Такой процесс сборки исключает люфт.

Подшипники поддерживают каждый промежуточный вал с обоих концов. Выходная шестерня соединена шпонкой с резьбовым валом ролико-винтовой передачи. Вал, гайка и узел выходного поршня обеспечивают линейные перемещения. Несоосность предотвращается с помощью линейного подшипника, который стабилизирует выходной поршень.

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

Параметры
Чтобы добиться одного оборота ротора резольвера за один ход поршня и исключить необходимость подсчета оборотов вала, инженеры НАСА рассказывают, что они могут использовать гармонический привод с резольвером. Такой привод должен иметь передаточное число, позволяющее ротору резольвера совершать один оборот за полный ход поршня.

В более новой, летной версии этого привода используются четыре двигателя мощностью по 15 л.с. Меньшие двигатели уменьшают вес, а также инерцию двигателя. Постоянный крутящий момент этих двигателей составляет 16,8 унций-дюйм/А, они работают при токе 100 А и 270 В, что обеспечивает необходимую силу для перемещения груза массой 45 000 фунтов.

Еще один дизайн позиционирования
Хотя этот позиционер с тройным ходовым винтом не был разработан для использования в космосе, он демонстрирует повышение точности и надежности. Это сокращает время, необходимое для точного позиционирования деталей в машинах, подъема или опускания платформ, создания точно квадратных упаковок и обеспечения ровности платформ для лазерного оборудования и оптических пирометрических телескопов.

Типичная система позиционирования винтов может использовать ручное управление с центральным приводом, управляемое тремя или четырьмя неподвижными стержнями для перемещения пластины. В этой конструкции в качестве основного механизма позиционирования используется тройной ходовой винт. Он перемещает пластину к неподвижной пластине или от нее, сохраняя при этом пластины параллельными друг другу.

Сборка состоит из 27 деталей заводского изготовления, девяти покупных деталей, таких как шестерни и подшипники, а также 65 различных болтов, шпоночных канавок, гаек, шайб и т. д. Все компоненты собираются на трехточечном кронштейне управления и одноточечном приводе. кронштейн. Эти узлы устанавливаются в точном положении для управления приводом на торцевой пластине основания полости.

Позиционер приводится в действие либо с помощью ручного рычага на одном из приводных штифтов, либо с помощью удаленного сервопривода. Положение перемещения считывается по шкале, указателю или с помощью светодиодного индикатора. Позиционную настройку можно регулировать с точностью до 0,1 мм.