Автореферат (Разработка методики расчета и проектирования актюаторов дискретного действия), страница 3

6. Влияние толщины актюатора на рабочую характеристику (радиускривизны - 30 мм, радиус опорной поверхности - 2.5 мм)Решена задача минимизации площади актюатора, реализующегопрохлопывание на заданную величину при заданном значении критическогодавления (были заданы ограничения на величину перемещения характернойточкипослепрохлопыванияикритическоедавление:∗∗[140,150]мкм, [85,95]Па). Геометрические параметры показанына Рис. 7.

В результате решения задачи оптимизации полученырациональные значения параметров.Рис. 7. Параметры актюатора для решения задачи оптимизацииС помощью метода смены подпространства управляющих параметровдля гофрированной мембраны получено изолированное решение (решение,которое нельзя получить при непрерывном нагружении от нулевой точки).Для этого произведена смена параметра продолжения на параметр глубиныгофрировки: движения по поверхности равновесных состояний11осуществлялось при неизменном значении давления (пунктирная линия наРис.

8).Рис. 8. Получение изолированного решенияФизический смысл изолированного решения, на наличие которогоуказал Феодосьев В.И., – это прохлопывание внешнего гофра, в случае, еслигофрированная мембрана помещена в парафиновую пробку, недопускающую деформирование остальных гофров.В пятой главе проводится расчет реальных и перспективныхактюаторов дискретного действия сложной геометрической формы поразработанной методике.В работе приводятся результаты численных исследований двухреальных конструкций актюаторов сложной геометрической формы,физико-механические свойства которых приведены в Таблице 1.ТБ элементПатент США№4160226ООО«Калужскийзаводавтоприбор»Таблица.1.Физико-механические свойства реальных исследуемых актюаторов.Материал слояЕ1,Е2,12μ6активного пассивного ГПа(*10 1/Cº) (*106 1/Cº)ГПа24НХ36Н1901501810.319НХ36Н195150171.30.3Первый актюатор представляет собой куполообразный элемент в видепологой оболочки вращения с U- образной прорезью и язычком в центрелопасти (патент США №4160226) (Рис.

9). Второй актюатор представляетсобой грушевидную сферическуй оболочку с U- образной прорезью иязычком с П- образным выступом, расположенным в центре лопасти (ОАО«Калужский завод Автоприбор») (Рис. 10). Толщина элементов 0.2 мм.12Рис. 9. Геометрические размеры, математическая и конечно-элементнаямодели актюатора сложной формы и его упругая характеристика (патентСША № 4160226)Рис.

10. Геометрические размеры, конечно-элементная модель актюаторасложной формы и его упругая характеристика и деформированная формапри температуре 65 С (ООО «Калужский завод автоприбор»)13В результате анализа параметров и рабочих характеристикрассмотренных актюаторов была предложена новая актюатора (Рис. 11),состоявшейся из двух частей, соединенных друг с другом сваркой илизаклепками: пластинчатого куполообразного элемента и язычка сразмещенным на нем электрическим контактом.

Пластинчатыйкуполообразный элемент выполнен в виде пологой оболочки вращения иимеет центральное отверстие. Один конец язычка жестко соединен с краемотверстия в пластинчатом куполообразном элементе, а подвижный конецрасположен в отверстии пластинчатого куполообразного элемента.Куполообразный элемент и язычок выполнены из биметалла иобращены друг к другу пассивными слоями. Проведено сравнениеработоспособности предложенной конструкции с существующимипереключателями. Значения полезных перемещений характерных точекактюатора новой конструкции превышает значения полезных перемещенийактюаторов существующих конструкций (Рис.

11).Деформированная формаактюатора существующейконструкции(патент США № 4160226)Деформированная формаактюатора предложеннойконструкцииРис. 11. Новая конструкция актюатора с язычком, сравнениедеформированных форм и упругих характеристик актюаторасуществующей конструкции (сплошная линия) и актюатора новойпредложенной конструкции (пунктирная линия)Предложенная конструкция позволяет варьировать величиныполезного перемещения свободного края щелкающего язычка иконтактного усилия, а также устранить явление дребезга.

Конструкциязащищена патентом на полезную модель.Решена задача определения оптимальных параметров актюатора сязычком для реализации прохлопывания при температуре, равной 40℃.14Таким образом, полученные результаты свидетельствуют обэффективности предложенной методики и возможности ее применения прирасчете и проектировании устройств, использующих актюаторы сдискретной характеристикой.Основные результаты и выводы1. Предложена методика численного анализа и синтеза актюаторовдискретного действия, позволяющая совершенствовать существующие исоздавать новые конструкции актюаторов с заданными параметрами.2. Разработано программное обеспечение для расчета и проектированияактюаторов: программа «Актюатор 1.0» – для анализа осесимметричныхактюаторов, программа «Актюатор 2.0» – для синтеза осесимметричныхактюаторов, макрос в Matlab – для синтеза актюаторов сложной формы.3.

Достоверность результатов, полученных с помощью авторскойпрограммы, подтверждена посредством сравнения с известнымирешениями эталонных задач, результатами решения в конечноэлементном комплексе и экспериментальными данными.4. С помощью авторской программы и конечно-элементного комплексаANSYS 14.5 получены новые результаты для задач нелинейногодеформирования актюаторов, показывающие влияние основныхконструктивных параметров на рабочую характеристику устройств.5. Созданы параметрические модели многопараметрических актюаторов иактюаторов сложной формы, с помощью которых была решена задачасинтеза для определения рациональных параметров актюаторовэлектротехнических устройств.6.

Подготовлены рекомендации по проектированию существующихконструкций актюаторов, подана патентная заявка на полезную модельновой конструкции актюатора, позволяющую существенно повысить егоэксплуатационные качества.Публикации по теме диссертации Николаевой (Подкопаевой) А.С.1.

Расчет перспективных конструкций актюаторов / А.С. Николаева [и др.]// Известия ВУЗов, Машиностроение. 2015. № 8 (665). С.73-78. (0.375 п.л./ 0.375 п.л.)2. Гаврюшин С.С., Макмиллан А., Подкопаева А.С. Синтезмикроактюатора дискретного действия по заданным функциональнымпараметрам // Известия ВУЗов, Машиностроение. 2014.

№ 1 (646). С. 5560. (0.375 п.л. / 0.35 п.л.)153. Подкопаева А.С. Анализ процесса деформирования микроактюатора //Известия высших учебных заведений, Машиностроение. 2012. № S. C.10-14. (0.3125 п.л.)4. ПодкопаеваА.С.Исследованиерабочейхарактеристикитермобиметаллического микроактюатора // Наука и образование:электронноенаучно-техническоеиздание.2011.URL.http://technomag.bmstu.ru/doc/220677.html (дата обращения: 25.10.2015)(0.375 п.л.)5. Николаева А.С. Расчет биметаллического микроактюатора сложнойформы//Инженерныйвестник.2014.URL.http://engbul.bmstu.ru/doc/750324.html (дата обращения: 25.10.2015) (0.5п.л.) (0.5 п.л.)6.

Николаева А.С. Подкопаев А.С. Расчет процесса нелинейногодеформирования гофрированных мембран // Машины и установки.Проектирование,разработкаиэксплуатация.2015.URL.http://maplantsjournal.ru/doc/790843.html (дата обращения: 25.10.2015)(0.375 п.л. / 0.375 п.л.)7. Gavriushin S.S., McMillan A., Podkopaeva A.S. Discrete action microactuator optimization // IOP Conference Series: Materials Science andEngineering. 2015.

URL. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757899X/74/1/012011/meta (дата обращения: 25.10.2015) (0.4375 п.л. / 0.3п.л.)8. Гаврюшин С.С., Николаева А.С., Подкопаева Т.Б. Расчет перспективныхконструкций термобиметаллических оболочечных элементов //Материалы ХХI Международного Симпозиума «Динамические итехнологические проблемы механики конструкций и сплошных сред»имени А.Г. Горшкова. Москва. 2015. С.19.

(0.125 п.л. / 0.1 п.л.)9. Подкопаева А.С., Гаврюшин С.С. Расчет исполнительного элементамехатронного устройства дискретного действия // Материалы XIXМеждународного Симпозиума «Динамические и технологическиепроблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г. Горшкова.Москва.

2013. С. 65-67. (0.125 п.л. / 0.1 п.л.)10. Подкопаева А.С. Анализ процесса нелинейного деформированиямикроактюатора // Конференция «Проблемы механики современныхмашин»: Сборник докладов. Улан-Удэ. 2012. С. 60-66. (0.125 п.л.)16.