RU2786523C2 - Device for assembly of piezo-converters - Google Patents

Abstract

FIELD: machine tool industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of machine tool industry; it can be used for assembly of piezo-converters of different structures, in particular for compression between each other of piezoceramic elements with electrodes (piezo-package) laid between them. The device for assembly of piezo-converters consists of a case with grips with equipment, fixed on it, and a vertical support pin, on which a carriage with a motor-gearbox is installed. In this case, the device contains a management and control unit performing a function of automatic turning off the motor-gearbox, on a shaft of which a torque adapter is installed for visual control of a compression force of the piezo-converter. At the same time, a hex key is connected to the torque adapter, a stopper coupling is installed under the carriage, made with the possibility of movement along the support pin and limitation of movement of the carriage, and the control unit contains contacts for connection of a digital voltmeter, contacts for connection of electrodes of the piezo-converter, and a switcher of “Measurement – voltage setting” modes.

EFFECT: creation of an effective and easy-to-operate structure of a device, used for compression of a piezo-package.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано для сборки пьезопреобразователей различных конструкций, в частности для сжатия между собой пьезокерамических элементов с проложенными между ними электродами (пьезопакета).The invention relates to the field of machine tools and can be used to assemble piezoelectric transducers of various designs, in particular for compressing piezoceramic elements with electrodes laid between them (piezopacket).

Известен способ сборки пьезоактюаторов прямого действия [1], заключающийся в последовательной установке в специализированную технологическую оснастку пьезокерамических элементов и электродов и последующей их стяжке ручным воздействием при помощи штока и силового наконечника.There is a known method of assembling direct-acting piezoactuators [1], which consists in sequential installation of piezoceramic elements and electrodes in specialized technological equipment and their subsequent manual screed using a rod and a power tip.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

- длительное время производства работ, обусловленное необходимостью применения ручного инструмента;- a long time for the production of work, due to the need to use a hand tool;

- возможность разрушения элементов пьезоактюатора при чрезмерном силовом воздействии (перетяжке);- the possibility of destruction of the elements of the piezoactuator with excessive force (constriction);

- отсутствие контроля величины крутящего момента затяжки.- lack of control of the tightening torque.

Наиболее близким по конструкции к заявленному изобретению является сверлильный станок [2], содержащий станину с закреплённой на ней вертикальной стойкой, на которой установлен узел шпиндельной головки с электродвигателем, для ограничения перемещения которых на стойке установлено зажимное кольцо с втулкой.The closest in design to the claimed invention is a drilling machine [2], containing a frame with a vertical stand fixed on it, on which a spindle head assembly with an electric motor is installed, to limit the movement of which a clamping ring with a sleeve is installed on the stand.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- ограниченные функциональные возможности, обусловленные конструкцией, предусматривающей организацию сверления, шлифования и фрезерования.- limited functionality due to the design, which provides for the organization of drilling, grinding and milling.

Задачей изобретения является оптимизация процесса сборки преобразователей различных конструкций.The objective of the invention is to optimize the process of assembling converters of various designs.

Технический результат - создание эффективной в работе и удобной в эксплуатации конструкции устройства, используемого для сжатия пьезопакета.The technical result is the creation of an efficient and easy-to-use design of the device used to compress the piezoelectric package.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается устройством, состоящим из корпуса с закреплёнными на нём тисках с оснасткой и вертикальным опорным валом, на котором установлена каретка с мотором-редуктором, согласно изобретения, содержащим блок управления и контроля, выполняющий функцию автоматического отключения мотора редуктора, на валу которого установлен динамометрический адаптер для визуального контроля силы сжатия пьезопакета.The problem is solved, and the technical result is achieved by a device consisting of a body with a vice fixed on it with equipment and a vertical support shaft, on which a carriage with a gear motor is installed, according to the invention, containing a control and monitoring unit that performs the function of automatically turning off the gear motor, on the shaft of which a dynamometric adapter is installed for visual control of the compression force of the piezo pack.

Заявленное устройство для сборки пьезопреобразователей поясняется с помощью:The claimed device for assembling piezoelectric transducers is explained using:

фиг. 1 - общий вид устройства;fig. 1 - general view of the device;

фиг. 2 - схема электрическая принципиальная устройства;fig. 2 - electrical circuit diagram of the device;

фиг. 3 - фотография устройства.fig. 3 - photo of the device.

Устройство состоит из корпуса 1, на котором закреплены тиски 2 с оснасткой 3 и вертикальный опорный вал 4. На опорном валу 4 установлена с возможностью перемещения по нему каретка 5 с закреплённым на ней мотором-редуктором 6 с валом редуктора 7. Под кареткой 5 на валу 4 установлена стопорная муфта 8 для ограничения перемещения каретки 5. На валу редуктора 7 установлен динамометрический адаптер 9 (например, WRG4-340), к которому прикреплён шестигранный ключ 10 для воздействия на стяжной болт 11 пьезопреобразователя 12. Управление мотором-редуктором 6, в том числе выбор направления его вращения, осуществляется при помощи электрически соединённого с ним блока управления и контроля 13.The device consists of a housing 1, on which a vice 2 with a snap-in 3 and a vertical support shaft 4 are fixed. On the support shaft 4, a carriage 5 is installed with the ability to move along it, with a motor-reducer 6 fixed to it with a gear shaft 7. Under the carriage 5 on the shaft 4, a locking clutch 8 is installed to limit the movement of the carriage 5. A torque adapter 9 (for example, WRG4-340) is installed on the gearbox shaft 7, to which a hex key 10 is attached to act on the coupling bolt 11 of the piezoelectric transducer 12. Control of the motor-reducer 6, including including the choice of the direction of its rotation, is carried out with the help of an electrically connected control and monitoring unit 13.

На передней панели электронного блока управления и контроля 13 выведены контакты 14 для подключения цифрового вольтметра (на фиг. не показан), контакты 15 для подключения электродов пьезопреобразователя 12 и переключатель режимов «Измерение - установка напряжения» 16. Переключатель 16 производит выбор канала измерения вольтметра, при нижнем его положении измеряется фактическое напряжение пьезопреобразователя с клеммника 15, при верхнем положении измеряется напряжение уставки, задаваемое при помощи подстроечного резистора 17, который также выведен на переднюю панель блока управления и контроля 13. Когда напряжение на клеммнике 15 превышает напряжение уставки, заданной при помощи подстроечного резистора 17, включается реле 18, размыкающее контакты 19 и 20 мотора-редуктора 6 и останавливающее сжатие пьезопреобразователя 12. Также на переднюю панель блока управления и контроля 13 выведены кнопки «ПУСК» и «СТОП» для ручного запуска и (или) остановки процесса вращения мотора-редуктора 6. Для устранения «дребезга» при первоначальном включении реле 18 включается также реле 21, жёстко блокирующее повторное включение реле 18. Для его разблокировки установлен переключатель 22.On the front panel of the electronic control and monitoring unit 13 there are contacts 14 for connecting a digital voltmeter (not shown in the figure), contacts 15 for connecting the electrodes of the piezoelectric transducer 12 and a mode switch "Measurement - voltage setting" 16. Switch 16 selects the channel for measuring the voltmeter, in its lower position, the actual voltage of the piezoelectric transducer is measured from terminal block 15, in the upper position, the setpoint voltage is measured, set using the trimmer resistor 17, which is also displayed on the front panel of the control and monitoring unit 13. When the voltage at terminal block 15 exceeds the setpoint voltage set using trimming resistor 17, the relay 18 is turned on, opening contacts 19 and 20 of the motor-reducer 6 and stopping the compression of the piezoelectric transducer 12. Also on the front panel of the control and monitoring unit 13 are the "START" and "STOP" buttons for manually starting and (or) stopping the process rotation of the motor reducer 6. For elimination of "bounce" at the initial switching on of relay 18, relay 21 is also switched on, which rigidly blocks the repeated switching on of relay 18. To unlock it, switch 22 is installed.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is carried out as follows.

Предварительно собранный пьезопреобразователь 12 устанавливают в оснастку 3 в тиски 2 так, чтобы стяжной болт 11 был соосен валу редуктора 7. Путем прокрутки стопорной муфты 8 опускают мотор-редуктор 6 так, чтобы шестигранный ключ 10 вошел в головку стяжного болта 11 до упора, после чего фиксируют стопорную муфту 8 и проверяют фиксацию тисков 2 к корпусу 1 и крепление оснастки 3 с пьезопреобразователем 12 в тисках 2.The pre-assembled piezoelectric transducer 12 is installed in the fixture 3 in the vise 2 so that the coupling bolt 11 is coaxial with the gearbox shaft 7. By scrolling the locking sleeve 8, the motor-reducer 6 is lowered so that the hex key 10 enters the head of the coupling bolt 11 until it stops, after which fix the locking sleeve 8 and check the fixation of the vice 2 to the body 1 and the fastening of the equipment 3 with the piezoelectric transducer 12 in the vice 2.

Подключают цифровой вольтметр с высоким внутренним сопротивлением (предел измерений 1000 В) к контактам 14, после чего подключают пьезопреобразователь к контактам 15, соблюдая при этом полярность. Далее устанавливают переключатель 16 в верхнее положение, включают вольтметр и выставляют на нем предел измерений 1000 Вольт. Подают питающее напряжение на устройство для сборки пьезопреобразователей, проверяют по вольтметру регулировку напряжения, поступающего от блока контроля и управления 13 путем вращения ручки подстроечного резистора 17 и задают напряжение уставки отключения мотора-редуктора 6, после чего переключатель 16 устанавливают в нижнее положение. Нажимают кнопку «Пуск», во время вращения мотора-редуктора 6 контролируют величину напряжения по вольтметру и величину силы сжатия по динамометрическому адаптеру 9. При достижении напряжения уставки, установленной в режиме установки напряжения, питание на мотор- редуктор 6 прерывается и привод устройства сборки пьезопреобразователей останавливается.Connect a digital voltmeter with high internal resistance (measuring range 1000 V) to contacts 14, after which the piezoelectric transducer is connected to contacts 15, while observing the polarity. Next, set switch 16 to the upper position, turn on the voltmeter and set the measurement limit of 1000 volts on it. The supply voltage is applied to the device for assembling piezoelectric transducers, the voltage regulation coming from the monitoring and control unit 13 is checked using a voltmeter by rotating the knob of the tuning resistor 17 and the voltage of the cut-off setting of the motor-reducer 6 is set, after which the switch 16 is set to the lower position. The “Start” button is pressed, during the rotation of the motor-reducer 6, the voltage value is controlled by the voltmeter and the compression force by the dynamometric adapter 9. When the voltage of the set point set in the voltage setting mode is reached, the power to the gear motor 6 is interrupted and the drive of the piezoelectric transducer assembly device stops.

Отключают подачу питающего напряжения с устройства для сборки пьезопреобразователей. Рукояткой стопорной муфты 8 поднимают мотор-редуктор 6 на необходимую высоту. Разжимают тиски 2 и вынимают пьезопреобразователь 12.The supply voltage is turned off from the device for assembling piezoelectric transducers. With the handle of the locking clutch 8, the motor-reducer 6 is raised to the required height. Unclench the vise 2 and take out the piezoelectric transducer 12.

Существенными отличительными признаками заявленного для устройства являются:The essential distinguishing features of the device claimed are:

- устройство позволяет производить сборку пьезопреобразователей различных конструкций;- the device allows the assembly of piezoelectric transducers of various designs;

- устройство позволяет производить сжатие пьезопакета до определённой величины заданной уставки напряжения;- the device allows to compress the piezoelectric package to a certain value of the specified voltage setting;

- устройство позволяет визуально осуществлять контроль величины крутящего момента затяжки при сжатии пьезопакета;- the device allows you to visually control the amount of tightening torque when the piezo pack is compressed;

- использование устройства позволяет отказаться от использования ручного инструмента в процессе сжатия пьезопакета пьезопреобразователей. - the use of the device makes it possible to refuse the use of a hand tool in the process of compressing the piezoelectric package of piezoelectric transducers.

Заявленные существенные отличительные признаки являются нам неизвестными из патентной и научно-технической информации и в соответствии с этим являются «Новыми».The claimed essential distinguishing features are unknown to us from patent and scientific and technical information and, in accordance with this, are "New".

На заявленное устройство выполнены рабочие чертежи, прочностные расчеты и изготовлен опытный образец, который успешно прошел испытания при сборке пьезопреобразователей на базе ООО «ЗВЭК “Прогресс”». В связи с этим заявленное нами устройство соответствует критерию «Промышленная применимость».On the claimed device, working drawings, strength calculations were made and a prototype was made, which was successfully tested during the assembly of piezoelectric transducers on the basis of ZVEK Progress LLC. In this regard, the device declared by us meets the criterion of "Industrial applicability".

Список источников:List of sources:

1. Патент RU 2680310 С1 (МПК H01L 41/277, дата публикации 20.02.2019).1. Patent RU 2680310 C1 (IPC H01L 41/277, publication date 20.02.2019).

2. Патент RU 59462 U1 (МПК B23B 39/00, дата публикации 27.12.2006).2. Patent RU 59462 U1 (IPC B23B 39/00, publication date 12/27/2006).

Claims (1)

Устройство для сборки пьезопреобразователей, состоящее из корпуса с закрепленными на нем тисками с оснасткой и вертикальной опорной шпилькой, на котором установлена каретка с мотором-редуктором, отличающееся тем, что содержит блок управления и контроля, выполняющий функцию автоматического отключения мотора-редуктора, на валу которого установлен динамометрический адаптер для визуального контроля силы сжатия пьезопреобразователя, при этом к динамометрическому адаптеру присоединен шестигранный ключ, под кареткой установлена стопорная муфта, выполненная с возможностью перемещения вдоль опорной шпильки и ограничения перемещения каретки, а блок управления содержит контакты для подключения цифрового вольтметра, контакты для подключения электродов пьезопреобразователя и переключатель режимов «Измерение - установка напряжения».A device for assembling piezoelectric transducers, consisting of a body with a vice fixed on it with equipment and a vertical support pin, on which a carriage with a motor-reducer is installed, characterized in that it contains a control and monitoring unit that performs the function of automatically turning off the motor-reducer, on the shaft of which a torque adapter is installed for visual control of the compression force of the piezoelectric transducer, while a hex wrench is attached to the torque adapter, a locking sleeve is installed under the carriage, which can move along the support pin and limit the movement of the carriage, and the control unit contains contacts for connecting a digital voltmeter, contacts for connecting electrodes of the piezoelectric transducer and the mode switch "Measurement - voltage setting".

Images