Введение к работе
Актуальность темы. Широкое внедрение лазерной техники и технологии в различных отраслях науки и техники обусловило актуальность создания средств управления оптическим лучом - сканирующих устройств (СУ), обеспечивающих высокую разрешающую способность, быстродействие и точность, большой диапазон сканирования, простоту регулирования частотой и амплитудой сканирования. Указанным требованиям наиболее полно удовлетворяют СУ пьезоэлектрического принципа действия, обеспечивающие одно-, двух- и многокоординатное сканирование, фокусировку и модуляцию по интенсивности лазерного луча, изменение пространственного положения осей вращения сканируемого элемента, обладающего несколькими степенями подвижности. Одним из факторов, оказывающих существенное влияние на характеристики СУ с пье-зоприводами являются температурные воздействия. Повышенные требования к точности СУ с пьезоприводами требуют учёта температурных воздействий при их проектировании.
Диссертационная работа посвящена созданию и исследованию новых СУ с пьезоприводами о учётом воздействия на них температурных полей,, отвечающих современным, требованиям науки и техники. Исследования, входят в состав работ, выполненных по координационному плану НИР MB и ССО СССР по проблеме ГИнер-ционно-импульсные системы" на І98І-Ї985 гг. (теш 1.2.1;9.1.2), и АН СССР по проблеме I.II.I - "Теория машин и систем машин" (тема I.II.1.8) на I985-I990'гг.
Цель работы - разработка основ расчёта и проектирования СУ с пьезоэлектрическими приводами, учитывающие температурные возмущения, и на их.базе создание новых конструкций с компенсацией ошибок от температурных воздействий. При этом основное внимание уделено:
разработке методики конечно-элементного моделирования температурных полей саморазогрева мономорфных и биморфных пье-зоприводов и решению динамической задачи со связанными термо-вязкоупругими эффектами;
определению влияния теплового воздействия на статические и динамические характеристики пьезоприводов;
оптимизации режимов работы пьезоприводов с целью обеспечения наибольшей величины их перемещений;
исследованию характеристик СУ с учётом тепловых воздействий;
разработке новнх конструкций СУ с компенсацией влияния теплового воздействия;
экспериментальному исследованию пьезоприводов и СУ на их основе.
Методы исследований. Теоретические исследования пьезоприводов и СУ осуществлены на основе общей теории колебаний механических систем, теории упругости с учётом пьезоэффекта и основ теории термовязкоупругости с применением численных методов. При этом использованы: метод конечных элементов, метода численного интегрирования систем дифференциальных уравнений и методы линейной алгебры. Экспериментальные исследования проводились с применением электромеханических способов и холесте-рических жидких кристаллов.
Новые научные результаты и основные положения выносимые на защиту. Разработаны методика численного моделирования температурных полей саморазогрева мономорфаых и биморфных пьезоприводов и методика для определения их статических и динамических характеристик с учётом теплового воздействия.: Получены оптимальные распределения величин коэффициентов теплоотдачи по поверхности пьезопривода, обеспечивающее его максимальные перемещения. Составлены и исследованы конечно-элементные модели СУ угловых перемещений с упругими шарнирами и выявлено влияние тепловых воздействий на его статические и динамические характеристики. Проведено оптимальное проектирование геометрии контура галтели упругих шарниров. Исследовано влияние теплового воздействия, на точность позиционирования СУ угловых перемещений. Проведены экспериментальные исследования пьезоприводов и СУ, и дана оценка результатов конечно-элементного моделирования.
Практическая ценность. Разработано математическое обеспечение ЭВМ, позволяющее моделировать пьезопривода мономорфной и биморфной конструкции различной геометрической формы, СУ с упругой связью сканируемого элемента с пьезоприводом, опреде-
лять их оптимальные параметры,, режимы работы и характеристики с учётом влияния внешних и внутренних тепловых воздействий. Разработаны оригинальные конструкции СУ с термокомпенсацией, защищенные авторскими свидетельствами СССР.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методики исследования пьезоприводов и СУ на их основе с учётом влияния тепловых воздействий, программы для ЭВМ моделирования динамики СУ, конструкции новых СУ использовались в хоздоговорных работах, проводимых на кафедре "Теория механизмов и машин" Государственного инженерного университета Армении и при разработке и усовершенствовании макетных образцов оптико-механических приборов в ереванском филиале ВНИИОФИ.
Апробация работы. Основные научные результаты диссертационной работы докладывались на:.
I городской конференции молодых учёных и специалистов по прикладной механике (Ереван,1986);
2 республиканской конференции аспирантов Арм.ССР (Ереван,1987);
3 республиканской конференции аспирантов Арм.ССР (Ереван, 1989);
IX республиканской межвузовской научной конференции по математике и механике (Алма-Ата,1989);
У Всесоюзном совещании по робототехническим системам (Геленджик,1990);
ХХХІІІ-ХХХУІІІ научно-технических конференциях професо-ров, преподавателей, научных работников и аспирантов ЕрПИ (Ереван,1986-1990).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в II научных работах, из них 2 авторских свидетельства СССР.
Объём работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Текст изложен на /32стр., рисунков ?Q ..список литературы включает ^'наименований.
