Диссертация (Разработка методики расчета и проектирования актюаторов дискретного действия), страница 14

Язычок 3 также выполнен из биметалла,Рис. 5.11.Новая конструкция термочувствительного актюатора в изометрииРис. 5.12.Термочувствительный актюатор в недеформированном состояниисостоящего из слоев с разными температурными коэффициентами расширения(10 – слой с большим температурным коэффициентом расширения, 11 – слой с132меньшим температурным коэффициентом расширения).

Язычок 3 соединен спластинчатымкуполообразным элементом 2 так, что слои язычка 3 ипластинчатого куполообразного элемента 2 с одинаковыми температурнымикоэффициентами расширения (11 и 9) обращены друг к другу. Актюатор 1прикреплен к опоре 12 с возможностью поворота при прощелкивании.Неподвижный контакт 14 размещен на опоре неподвижного контакта 13.Устройствоработаетследующимобразом:приперегревеконтролируемого элемента (на чертеже не показан) актюатор 1, установленный,на опоре 12, деформируется с прощелкиванием, контакт 4 замыкаетэлектрическуюцепь,соприкасаясьснеподвижнымконтактом14,установленным на опоре неподвижного контакта 13 (Рис.

5.13). Благодарявыбранному отношению толщины пластинчатого куполообразного элемента 2 ктолщинеязычкапрощелкивает,3,когдапластинчатыйкуполообразныйэлемент2язычок 3 уже полностью деформирован в направлениипрощелкивания. Таким образом, в описанной конструкции достигаетсяувеличение реализуемых полезных перемещений и контактных усилий дляисключения дребезга.Рис. 5.13.Термочувствительный актюатор после перегрева контролируемого элемента133Проведено сравнение работоспособности предложенной конструкции ссуществующимипереключателями.Значенияполезныхперемещенийхарактерных точек актюатора новой конструкции превышает значенияполезных перемещений актюаторов существующих конструкций [147] (Рис.5.14).

Разная направленность перемещений при малых и больших температурахобъясняется тем, что из-за деформации куполообразной части актюатора местокрепления язычка поворачивается (отгибается) так, что конец язычкаперемещается вверх. Деформированные формы конструкций показаны на Рис.5.15.

В предложенной конструкции значение полезного перемещения выше, таккак перемещения купола и «язычка» складываются, а не вычитаются, как всуществующей конструкции.Рис. 5.14.Сравнение упругих характеристик актюатора (синяя линия – существующаяконструкция, красная линия – предложенная конструкция)Получено решение о выдаче патента (Термочувствительный актюатор:а.с. 2015123538 РФ / С.С. Гаврюшин, А.С. Николаева заявл. 18.06.2015) наполезную модель, соответствующую предложенной конструкции.134Таким образом, предложенная конструкция актюатора и разработаннаяметодика расчета рекомендуются для внедрения в практику расчета ипроектирования актюаторной элементной базы.Дальнейшей перспективой является создание актюатора с несколькимиязычками, расположенными один на другом подобно фракталу.Принагревании такой актюатор будет деформироваться подобно гирлянде.Рис.

5.15.Деформированные формы актюатора (слева - существующая конструкция,справа – предложенная конструкция)5.3. Решение задачи синтеза актюатора с язычкомРешена задача определения оптимальных параметров актюатора с язычкомдля реализации прохлопывания при температуре, равной 40℃:(кр − 40)→ Послеанализавлиянияразличных(4.3)параметровнарабочуюхарактеристику актюатора были выбраны три наиболее существенных.Параметрами актюатора при решении задачи синтеза являлись: длина и ширинаязычка, размер отверстия в куполообразной части актюатора (Рис. 5.16).Границы изменения параметров приведены в Табл.

14.Физико-механические характеристики слоев имеют следующие значения:модуль упругости активного слоя 1 = 1.9 ∙ 105 МПа, коэффициент Пуассона135активного слоя 1 = 0.3, коэффициент линейного теплового расширения1активного слоя 1 = 18 ∙ 10−6 , модуль упругости пассивного слоя 2 = 1.5 ∙℃105 МПа, коэффициент Пуассона пассивного слоя 2 = 0.3, коэффициент1линейного теплового расширения пассивного слоя 2 = 1 ∙ 10−6 . Актюатор℃шарнирно закреплен по внешнему контуру.Рис.

5.16.Параметры актюатора с язычкомВ результате решения задачи синтеза были определены оптимальныепараметры актюатора с язычком (Табл. 15), рабочая характеристика которогоудовлетворяет заданным условиям (Рис. 5.17). Время работы программы – 2.3часа.Таблица 14.Таблица 15.Границы изменения параметровОптимальные параметры актюатора сактюатора с язычкомязычкомязычка  [1.5,4] ммязычка = 3.87 ммязычка  [1.3,2] ммязычка = 1.39 ммb  [1.2,2] мм = 1.28 мм1365.4.

Выводы по пятой главе1. Для минимизации недостатков осесимметричных актюаторов на практикеиспользуютсяактюаторысложнойформы,методикарасчетаипроектирования которых недостаточно разработана.2. Разработаннаявдиссертацииметодикаанализаисинтезатермобиметаллических актюаторов сложной формы была применена длярасчета реальных элементов и показала свою эффективность.3. Предложена новая конструкция термобиметаллического актюатора,состоящего из двух сегментов с противоположенным расположениемактивного и пассивного слоев. В этой конструкции достигаетсяувеличение реализуемых полезных перемещений и контактных усилийдля исключения дребезгаРис.

5.17.Рабочая характеристика, соответствующая актюатору сложной формы соптимальными параметрами137ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ1. Предложенаметодикатермобиметаллическихчисленногоактюаторованализаидискретногосинтезадействия,позволяющая совершенствовать существующие и создавать новыеконструкции актюаторов с заданными параметрами.2. Разработано программное обеспечение для расчета и проектированияактюаторов:программа«Актюатор1.0»–дляанализаосесимметричных актюаторов, программа «Актюатор 2.0» – длясинтеза осесимметричных актюаторов, макрос в Matlab – для синтезаактюаторов 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 нелинейногодеформированияактюаторов,показывающиевлияниеосновныхконструктивных параметров на рабочую характеристику устройств.5. Созданы параметрические модели многопараметрических актюаторови актюаторов сложной формы, с помощью которых была решеназадача синтеза для определения рациональных параметров актюаторовэлектротехнических устройств.6. Подготовлены рекомендации по проектированию существующихконструкций актюаторов, подана патентная заявка на полезную модельновой конструкции актюатора, позволяющую существенно повыситьего эксплуатационные качества.138В качестве основного вывода следует отметить, что в работетеоретически обобщена и решена важная прикладная научно-техническаяпроблема, связанная с расчетом и проектированием термобиметаллическихактюаторов с дискретной характеристикой, используемых в конструкцияхсовременных технических устройств.139СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.

Агейкин Д. И. Датчики контроля и регулирования. М.:, Машиностроение,1965. 928 с.2. Аксельрад Э.Л. Расчет неоднородных по термоупругим свойствамоболочек и его применение к биметаллическим элементам приборов //Труды ЛИАП, 1957. Т. XXIV. С.41-96.3. Алексеевский В.В. Применение биметаллов в электроаппаратостроении.Ереван: изд-во: АН Арм. ССР, 1953. 255с.4. Андреев К.А., Цыганков В.Ю.

Анализ конструкций зарубежныхпрототипов датчиков давления // Наука и образование. МГТУ. им. Н.Э.Бауман. – 2011. №9. URL: http://technomag.edu.ru/doc/219081.html (датаобращения 20 апреля 2015).5. Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. М.:, Машиностроение, 1981.392 с.6. Арнольд В.

И. Теория катастроф. М.:, Наука, 1990. 128 с.7. Барышникова О.О. Разработка методов расчета и проектированияупругих трубчатых манометрических элементов: дисс. на соиск. уч.ст.канд. техн. наук. Москва. 1997. 171 с.8. Башнин Ю.А., Улановский Ф. Б., Перепелица И. В., Мосалов А. Н.Термобиметаллы:композиции,обработка,свойства.М.:,Машиностроение, 1986. 136с.9. Биметаллическое дисковое реле: а.с. 2009564 РФ / А.В.

Ступаренко, В.В.Писцов, И.Н. Тимофеев, М.Д. Мунтян, В.И. Лагута заявл. 30.04.1991;опубл. 15.03.1994. Открытия, Изобретения № 5.10.Биметаллический предохранитель: а.с. 2042987 РФ / Н.П. Рюмин, А.В.Володин заявл. 23.06.1994; опубл. 27.08.1995. Открытия, Изобретения №24.14011.Биметаллический предохранитель: а.с. 2145134 РФ / Н.П. Рюмин, А.В.Володин, А.В. Кузьмин заявл. 27.08.1998; опубл. 27.01.2000. Открытия,Изобретения № 3.12.Вайнберг М. М., Треногин В.

А. Теория ветвления решений нелинейныхуравнений. М.:, Наука, 1969. 527 с.13.Валишвили Н. В. Методы расчета оболочек вращения на ЭЦВМ. М.:,Машиностроение, 1976. 278 с.14.Валишвили Н. В. Об одном алгоритме решения нелинейных краевыхзадач. // Прикладная математика и механика 1968, Т. 32, № 6. C. 1089–1091.15.Валишвили Н.В., Гаврюшин С.С. Об использовании метода движения попараметруприконечно-разностномисследованиигеометрическинелинейных задач теории тонких упругих оболочек.

// ХII Всесоюзн.конф. по теории оболочек и пластин, Ереван, 1980, T.1, C.254-257.16.Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности.М.: Мир, 1987. 542 с.17.Вольмир А. С. Устойчивость деформируемых систем. М.: Физматгиз,1967. 984 с.18.Воробьев А.И., Кацнельсон О.Г. Термобиметалл и его применение вприборостроении и автоматике.

М.:, Госэнергоиздат, 1951. 126 с.19.Ворович И.И., Минакова Н.И. Проблема устойчивости и численные методыв теории сферических оболочек // Итоги науки и техники. Механикатвердых деформ. тел. Т.7. М.: Изд-во ВИНИТИ, 1973. С.5-86.20.Гаврюшин С.С. Алгоритмы исследования больших прогибов гибкихоболочек методами продолжения и их численная реализация // ТрудыXVI Межд. конф. по теории оболочек и пластин. Н.-Новгород, 1993. С.8089.14121.ГаврюшинС.С.Анализисинтезтонкостенныхэлементовробототехнических устройств с предписанным законом деформирования// Известия ВУЗов. Машиностроение. 2011. №.