CC BY
47
УДК 62-529
Е.И. Бородёнкова
магистрант,
Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Н.М. Прис
канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Д.П. Лодыгин инженер-конструктор 1-й категории, ОАО «Рикор Электроникс»
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫСОКОТОЧНОЙ ТОРОИДАЛЬНОЙ НАМОТКИ ТОНКОЙ ПРОВОЛОКИ
Аннотация. В статье рассмотрена технология высокоточной тороидальной намотки тонкой проволоки на каркасы проволочных современных потенциометрических датчиков, применяемых в медицинской гражданской продукции, на основе использования специализированного намоточного высокоскоростного станка тороидальной намотки собственной разработки. Рассматриваются основные требования к проектируемому моточному оборудованию, пути реализации, требования к точности узлов и агрегатов.
Ключевые слова: тороидальная намотка, станок, тонкая проволока, высокоточная намотка, потенцио-метрический датчик.
E.I. Borodenkova, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
N.M. Pris, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev
D.P. Lodygin, JSC «Ricord Electronics»
WINDING TECHNOLOGY HIGH-PRECISION TOROIDAL THIN WIRE
Abstract. The article considers the technology of high-precision toroidal winding a thin wire to wire frames modern potentiometric sensors used in medical civil production, through the use of specialized high-speed winding machine toroidal winding of its own design. The basic requirements for the projected wire-wrap equipment, the realization, the requirements for precision components and assemblies.
Keywords: toroidal winding, machine, fine wire, precision winding, potentiometric sensor.
Современные потенциометрические датчики применяются практически во всех сферах гражданского машиностроения и приборостроения, в частности в изделиях медицинского назначения. Благодаря им реализуется обратная связь по положению в следящих системах, производятся тригонометрические измерения в соединениях, регуляторах направляющих шкивов, устройствах натяжения нитей и лент и т.д. Применение потенциометрических датчиков в изделиях медицинского назначения стало возможным благодаря реализации высоких требований к резистивным элементам, которые являются основным высокоточным элементом датчика. Специальные требования удалось обеспечить с помощью специальной технологии высокоточной тороидальной намотки тонкой проволоки.
Ключевой характеристикой большинства потенциометрических датчиков углового действия является линейность, которая определяется как пропорциональная разница между реальным выходным напряжением и напряжением, рассчитанным по положению вала (рис. 1).
Высокую линейность с малым допуском (порядка 0,5-1%) можно достичь, если обеспечить постоянство шага наматываемой проволоки и гарантировать зазор между соседними витками. В условиях повышенных требований к габаритам медицинской техники, потенциометрические датчики должны быть миниатюрными, но в то же время высокоемкостными. Одновременно эти два показателя могут быть достигнуты в том случае, если производить тороидальную
намотку тонкой проволоки с большим удельным сопротивлением. Диаметр провода может быть в диапазоне 0,025-0,2 мм.
Рисунок 1 - График линейности (максимальное отклонение идеальной характеристики от реальной)
Чтобы обеспечить постоянство шага, которое называется «раскладка», для такой тонкой проволоки необходимо специализированное технологическое оборудование, исключающее обрывы провода, замыкание соседних витков, непостоянство шага намотки. В настоящее время современные российские и зарубежные производители намоточного оборудования не выпускают модификаций станков, позволяющих одновременно обеспечить постоянство шага намотки для тонкой проволоки и гарантировать линейность раскладки с малым допуском. Таким образом, потребовалась разработка и изготовление намоточного оборудования собственного производства.
Разработка специализированного станка тороидальной намотки началась с выявления основных параметров, которые могут существенно повлиять на постоянство шага и «раскладку» проволоки по каркасу. Проектируемое оборудование должно было исключить образование «петли» в процессе «схода» резистивной проволоки, обеспечить постоянство силы натяжения провода, исключить «рывки и толчки» подвижной системы, исключить радиальный и осевой люфт каркаса в процессе намотки. Одновременно с этим, оборудование должно обеспечить необходимую дискретность, то есть минимально возможное соотношение между перемещениями применяемых двигателей.
венец зубчатый Рисунок 2 - Зубчатый венец станка тороидальной намотки
После проведения необходимых расчетов и испытаний, было решено, что намотка будет производиться путем сматывания провода с миниатюрной шпули, закрепленной на зубчатом венце, которая вращается вокруг поперечного сечения каркаса (рис. 2).
Провод сматывается со шпули с устройством регулирования натяга, огибает первичный центратор и распределяется укладчиком на вращающемся каркасе.
В процессе намотки каркас необходимо закрепить на рабочем столе. Рабочий стол (рис. 3) несет на себе основные узлы, отвечающие за поворот каркаса и закрепление его в пространстве. Закрепление каркаса на столе происходит за счет прижима вращающимися роликами с трех сторон под действием подпружиненных разжимных рычагов. Вращение каркаса происходит за счет зубчато-ременной передачи, соединяющей редуктор системы привода со шкивами вращающихся роликов. Подпружиненные разжимные рычаги имеют возможность перемещения в горизонтальной плоскости, так как вращающий момент от шкивов передается через специальные шарнирные стержни.
Рисунок 3 - Рабочий стол станка
Рабочий стол закрепляется на основе (рис. 4), которая состоит из несущего каркаса, системы ввода-вывода, блока питания, модуля управления двигателями. Все силовые и программные модули располагаются в несущем каркасе и закрыты от оператора.
Рисунок 4 - Основа станка тороидальной намотки
Зубчатый венец с необходимыми узлами, предназначенными для раскладки и поддержания натяга провода, располагается на намоточной голове (рис. 5).
Рисунок 5 - Намоточная голова
Намоточная голова несет на себе основные узлы, предназначенные для реализации вращения и позиционирования зубчатого венца со шпулей вокруг каркаса. Вращение шпули происходит за счет системы зубчатых передач. На намоточной голове реализована система слежения за вращением двигателя с использованием оптического энкодера.
Скорость вращения зубчатого венца и вращения каркаса программно синхронизирована, что позволяет распределять по кольцу любое требуемое количество витков провода.
Спроектированное оборудование для высокоточной и высокоскоростной намотки успешно изготовлено, и в данный момент применяется для изготовления потенциометрических датчиков изделий медицинского назначения.
В рамках реализации проекта разработки данного оборудования были сформулированы основные аспекты тороидальной намотки тонкого провода:
1. Намотка должна производиться по «безпетельной технологии», то есть необходимо обеспечить постоянство натяга провода в любом из моментов огибания каркаса.
2. Необходимо обеспечить постоянный момент поджатия шпули с резистивным проводом для реализации постоянного значения силы натяжения провода.
3. Необходимо обеспечить отсутствие люфтов в осевом и радиальном направлении каркаса в момент намотки провода.
4. Необходимо обеспечить такое вращение зубчатого венца, при котором будут отсутствовать рывки и заклинивания зубчатой передачи.
5. Необходимо обеспечить вариативность передаточных отношений двигателя, вращающего каркас и зубчатый венец.
Список литературы:
1. Четвертков, И.И. Потенциометры: производственно-практическое издание / И.И. Четвертков, Н.М. Коросько. - Москва: Советское радио, 1978. - 63 с.: ил. - (Элементы радиоэлектронной аппаратуры ; вып. 38).
