Электростатическое зажимное устройство

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Коробко Евгения Викторовна Кузьмин Владимир Алексеевич Ройзман Вилен Петрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Электростатическое зажимное устройство, содержащее непроводящее основание,электроды, каждый из которых снабжен окисной пленкой, расположенные на некотором расстоянии один относительно другого, выполненные заподлицо с опорной и обратной сторонами основания и присоединенные к источнику тока, пленки электровязкой суспензии, расположенные на опорной и обратной сторонах основания в непосредственном контакте с ним и окисными пленками электродов, отличающееся тем, что непроводящее основание выполнено в виде сплошного куба, при этом длину ребра куба куба определяют по выражению куба(0,85/2)(/)0,5/,где- модуль Юнга- плотность куба- максимальная частота колебаний, при которых проводят испытания.(56) 1. Матвеев С.Е., Кофанов Ю.Н., Ройзман В.П. Методы системного анализа вибрационной прочности изделий. - М. Радио и связь, 2002. - 180 с. 2. А.с. СССР 546075, МПК 02 13/00, 1977. 3. А.с. СССР 915192, МПК 02 13/00, 1982 (прототип). Техническое решение относится к преобразованию и распределению механической энергии при электрическом воздействии, в частности к электростатическим зажимным устройствам, и может быть использовано в машиностроении и радиоэлектронике для временной фиксации проводящих или диэлектрических изделий при механообработке и в качестве оснастки вибростендов для виброиспытаний. Испытания отдельных изделий и собранных из них блоков аппаратуры на вибрации и удары производят в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации, а следовательно, и крепят к столу вибростенда тем же способом, что и при эксплуатации. В связи с тем что не каждое изделие или блок радиоэлектронной аппаратуры можно закрепить непосредственно на столе вибростенда, применяют промежуточное приспособление электростатическое зажимное устройство, с помощью которого испытуемое изделие жестко крепится к столу вибростенда. Каждое известное электростатическое зажимное устройство определенной массы обладает собственной жесткостью, и может состоять из ряда конструкционных элементов, и, следовательно, имеет собственные резонансные частоты, на которых его вибрации, а значит, и вибрации установленного на нем испытуемого изделия значительно отличаются от вибраций, задаваемых вибростендом. Известно из 1, что для виброиспытаний по трем взаимно перпендикулярным направлениям изделий и блоков радиоэлектронной аппаратуры небольших габаритов и малого веса наилучшим является электростатическое зажимное устройство в форме куба, вырезанного из отливки легкого, но достаточно жесткого материала. Собственную резонансную частотутакого куба с достаточной точностью рассчитывают по формуле 1 0, Гц,2 где- объем куба- плотность куба 0 - жесткость куба (сила, вызывающая единичную упругую деформацию) определяют из выражения 0/куба,где- модуль Юнга- площадь сечения куба куба - длина ребра куба. Для сплошного куба из оргстекла с длиной ребра куба 100 мм при модуле Юнга 0,41010 Па с плотностью оргстекла 1,2103 кг/м 3 расчетная собственная резонансная частотасоставляет 2900 Гц. Известно электростатическое зажимное устройство 2 с использованием электровязкой суспензии. Оно содержит непроводящее основание, электроды, расположенные на некотором расстоянии один относительно другого, выполненные заподлицо с опорной поверхностью основания и подключенные к источнику электрического тока высокого напряжения. На поверхность каждого электрода нанесена окисная пленка. Слой электровязкой суспензии расположен на поверхности непроводящего основания и имеет непосредственный контакт с окисными пленками электродов и непроводящим основанием. Закрепляемый объект (деталь) помещают на этот слой. После включения источника элек 87692012.12.30 трического тока (подачи напряжения на электроды) слой электровязкой суспензии схватывается и фиксирует деталь относительно устройства. Недостатком известного устройства является необходимость применения специальных средств крепления самого зажимного устройства на станине станка или столе вибростенда, например механических захватов, болтовых соединений, снижающих жесткость, а также оперативность и универсальность зажимного устройства. Ближайшим к предлагаемому техническому решению (прототип) является электростатическое зажимное устройство 3. Электростатическое зажимное устройство содержит непроводящее основание и электроды, расположенные на некотором расстоянии один относительно другого на опорной и обратной стороне основания и выполненные заподлицо со сторонами основания. Стороны основания с электродами покрыты пленкой электровязкой суспензии, при этом каждый электрод покрыт окисной пленкой. Электроды, расположенные на опорной стороне основания и обратной стороне основания, подсоединены к источнику тока. Устройство крепится на станине станка или столе вибростенда обратной стороной основания, а деталь на опорной стороне основания при подаче высокого напряжения на электроды. Недостаток известного электростатического зажимного устройства состоит в том, что оно само имеет резонансы в диапазоне частот, на которых проводятся виброиспытания. Это приводит к искажению параметров вибраций, передаваемых со стола вибростенда на испытуемые изделия, и, как следствие, амплитуды их колебаний при фиксированной частоте колебаний существенно отличаются от амплитуд колебаний стола вибростенда, что недопустимо при виброиспытаниях и не позволяет получить реальные характеристики виброназгузок и оценить ресурс применения изделий и блоков радиоэлектронной аппаратуры при механических нагрузках. Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности виброиспытаний за счет отсутствия его резонанса в диапазоне частот проводимых испытаний. Поставленная задача решается следующим образом. Известное электростатическое зажимное устройство содержит непроводящее основание, электроды, каждый из которых снабжен окисной пленкой, расположенные на некотором расстоянии один относительно другого, выполненные заподлицо с опорной и обратной сторонами основания и присоединенные к источнику тока, пленки электровязкой суспензии, расположенные на опорной и обратной сторонах основания в непосредственном контакте с ним и окисными пленками электродов. Согласно предлагаемому техническому решению непроводящее основание выполнено в виде сплошного куба. При этом длину ребра куба куба определяют по выражению куба(0,85/2)(/)0,5/,где- модуль Юнга- плотность куба- максимальная частота колебаний, при которых проводят испытания. Это обеспечивает в электростатическом зажимном устройстве одинаковые движения всех его точек, так как максимальная частота испытанийизделия составляет 85 от собственной резонансной частотыкуба, а также отсутствие резонанса электростатического зажимного устройства и полную передачу колебаний стола вибростенда на испытуемое изделие во всем диапазоне частот испытаний. На фиг. 1 показан общий вид электростатического зажимного устройства. На фиг. 2 представлен график зависимости коэффициента передачи механических нагрузок от частоты колебаний проводимых испытаний. Устройство содержит непроводящее основание 1, на котором расположены покрытые окисной пленкой электроды 5 и пленки электровязкой суспензии 6. Электроды 5 размещены на некотором расстоянии один относительно другого, выполнены заподлицо с опорной и обратной сторонами основания и подключены к источнику тока 3. Пленки 3 87692012.12.30 электровязкой суспензии 6 расположены на опорной и обратной сторонах основания 1 в непосредственном контакте с ним и окисными пленками электродов 5. Основание 1 выполнено в виде сплошного куба с длиной ребра куба, изготовленного из легкого непроводящего материала, например оргстекла. Устройство установлено, например, на столе 2 вибростенда, а на опорной стороне непроводящего основания 1 в виде сплошного куба установлено испытуемое изделие 4. Устройство работает следующим образом. На опорную и обратную стороны основания 1, которое изготовлено из непроводящего материала, например оргстекла, наносятся пленки электровязкой суспензии 6, и электростатическое зажимное устройство размещается на столе 2 вибростенда обратной стороной. На опорную сторону основания 1 устанавливают испытуемое изделие 4. При подаче высокого напряжения от источника тока 3 на покрытые окисной пленкой электроды 5 электровязкая суспензия 6 схватывается и крепит само электростатическое зажимное устройство к столу 2 вибростенда и испытуемое изделие 4 к опорной стороне основания 1. Данное электростатическое зажимное устройство существенно повышает скорость крепления, так как время фиксации устройства с испытуемым изделием составляет секунды, а также повышает точность виброиспытаний. Пример виброиспытания изделий из алюминия, толщиной 15 мм, площадью контакта 12,55 см 2 и массой 51,5 г каждого изделия, на столе вибростенда с использованием электростатического зажимного устройства, основание которого изготовлено из непроводящего материала, например оргстекла, с длиной ребра куба куба, определенной по формуле куба(0,85/2)(/)0,5/, представленный график на фиг. 2, показывает, что коэффициент передачи механических нагрузок К равен единице в диапазоне частот 7-2500 Гц К 1/2,где 1, 2 - показатели датчиков ускорений, расположенных соответственно 1 - на изделии, 2 - на столе вибростенда. Таким образом, предлагаемое электростатическое зажимное устройство обеспечивает полную передачу колебаний стола на изделие без искажений коэффициента передачи механических нагрузок, что соответствует надежному креплению изделия, повышает точность виброиспытаний и способствует выполнению нормативных требований методик тестирования изделий и блоков радиоэлектронной аппаратуры при виброиспытаниях. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4