книги из ГПНТБ / Соловьев А.И. Проектирование механизмов приборов и аппаратов

Глава первая

ВВЕДЕНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПРИБОРОВ И АППАРАТОВ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

1. Промышленная и электрорадионавигационная автоматика

Непосредственное'управление тем или иным процессом требует от человека выполнения ряда функций: наблюдения и контроля при помощи измерительных приборов; сравнения наблюдаемых па­ раметров с их допустимыми значениями; определения при необхо­ димости нормы количественного и качественного воздействия на процесс и т. п.

Без непосредственного участия человека эти функции могут выполнять современные системы автоматики — отрасли техники, разрабатывающей методы и средства высвобождения физического труда человека при контроле и управлении техническими про­ цессами.

Автоматическое устройство включает: 1) входной (чувствитель­ ный) элемент или так называемый датчик, воспринимающий зна­ чение контролируемого параметра; 2) элемент, задающий значения •параметра, •контролируемого автоматическим устройством; 3) ре­ шающий (счетно-решающий) элемент, определяющий величину и Характер отклонения фактического значения контролируемого параметра от заданного и вырабатывающий соответствующую команду воздействия на процесс; 4) выходной (наполнитель­ ный) элемент, трансформирующий команду к органам управления процессом.

Функции входного элемента (датчика) систем промышленной, судовой и авиационной автоматики выполняют преимущественно механические, электромеханические, фотоэлектрические приборы, микродвигатели и сельсины; функции воспринимающего .контроли­ руемый параметр элемента выполняют механические, электриче­ ские и электронные устройства—преобразователи. Обработку ин­ формации и выдачу команд осуществляют -приборы или аппара­ ты, которыми являются, в частности, электронные счетно-решающие устройства. Функции выходных элементов систем автоматики вы-

лолняют показывающие, регистрирующие устройства, седьсины или электродвигатели в сочетании с механическим редуктором.

В качестве исполнительных устройств систем автоматики ислользуются различные механизмы. Примером простейшего устрой­ ства промышленной автоматики могут служить 'приборы активного контроля диаметров при наружном шлифовании цилиндрических деталей [16].

Рис. 1

В качестве датчика величины диаметра шлифуемого на станке цилиндра 1 (рис. 1) используется механизм индикатора часового

скользящую по потенциометрической фольговой дорожке на ци­ ферблате. Токоподводящая щетка и потенциометрическая дорожка вместе с тем являются структурными элементами задающего устройства — мостового выпрямителя 6 на диодах со сглаживаю­ щим пульсации тока фильтром, содержащим конденсаторы Q и С2 и дроссель 7; функции элемента управления питанием электро­ двигателя выполняет реле 9 типа РПС-5; функции элемента обрат­ ной связи — реле 8, типа РП-2.

Цепи реле 9 и 8 содержат добавочные сопротивления Ri, Rs, R3

si последовательно включенные с ними емкостные конденсаторы Сз, Сі, С5, выполняющие функции искрогасителей в момент раз­ мыкания контактов.

Чтобы исключить отрыв измерительного штока 2 от поверх­ ности обрабатываемого изделия 1, вращающегося с угловой ско­ ростью со, зубчатореечный механизм снабжен спиральной пружи­ ной 4 силового замыкания.

Примером устройства судовой автоматики может служить электромеханическая система эхолота НЭЛ-4 (рис. 2) — прибора автоматической регистрации глубины моря [15, 35].

Глубина оценивается промежутком времени, в течение которого

Рис. 2

Когда перо 24 находится на нулевой отметке шкалы 23, кула­ чок 17 размыкает контакты 16, прекращая тем самым питание по­ сылочного реле 2. Под действием пружины 30 контакты 29 замы­ каются. Заряженный до 1000 в конденсатор 28 разряжается через замкнутые контакты 29 на обмотку вибратора-излучателя /. По­ скольку конденсатор 28 совместно с обмоткой реле 2 образует зам-

кнутый контур, то разряд носит колебательный характер, собствен­ ная частота которого 10000 гц.

Никелевый пакет вибратора-излучателя колеблется с частотой, превышающей в два раза частоту колебаний магнитного поля, вы­ зывая упругие колебания воды.

Отраженные от морского дна колебательные волны, возвра­ щаясь к виброприемнику 3, воздействуют на его никелевый пакет и тем самым на магнитное состояние виброприемника. Переменное магнитное поле индуктирует в обмотке виброприемника 3 э. д. с.,,

ся при прохождении тока иод окрашивает ее в темно-фиолетовый' цвет. За время прохождения звуковых колебаний в воде коллектор- 20 поворачивает перо 24. Оставленный им на бумаге эхо-сигнал (штрих) находится от нуля на расстоянии, пропорциональном из­ меряемой глубине.

При непрерывной записи эхо-сигнала на ленте 26 образуется кривая 27, позволяющая проследить изменение глубины моря от­ носительно предварительно прочерченной нулевой линии 23. Кроме рассмотренной следящей, регистрирующей эхо-сигналы, параллель­ но действует система визуального слежения за работой эхолота.

При включенном тумблере 6 напряжение подается на обмотку

диску 13 с неоновой лампой 12. Когда при вращении этого диска лампа 12 окажется против нулевой отметки шкалы 11, кулачок 8 размыкает контакты 29, обесточивая реле 2 и тем самым возбуж­

вспышку неоновой лампы 12. За время между посылкой и приемом импульса диск 13 повернется на угол, соответствующий измеряе­ мой глубине.

Своеобразную полуавтоматическую и автоматическую следя­ щую систему, используемую, 'в частности, в авиации, представляет собою радиолокациоганое устройство. Здесь функции датчика-виб- ратора-излучателя /, в схеме, показанной на рис. 2, выполняет ра­ диопередатчик 1 (рис. 3), а функции вибратора-приемника выпол­ няет радиоприёмник 2 [57]. Оба они связаны антенным переключа­ телем 3 и включены в замкнутый энергетический контур, синхро­ низм действия элементов которого достигается с помощью синхро­ низатора 4. Генерируемые передатчиком высокочастотные колеба-

ння через волновод' излучаются с поверхности антенны 5 в про­ странство, встретив цель 6, отражаются и через переключатель 3 поступают їв приемник 2, а оттуда — в электроннолучевую труб­ ку 7 и наблюдаются в виде развертки сигнала на ее экране.

Непрерывность слежения за целью 6, т. е. согласование переме­ щения цели в пространстве с непрерывным ее восприятием экра­ ном электроннолучевой трубки 7, достигается с помощью сельсин-

.по-синхронной связи механизма 8 вращения антенны 5 и механиз­ ма поворота катушки 9 электроннолучевой трубки 7.

Сельсин-датчик 10, кинематически связанный с валом вращения антенны, электрически соединен с сельсином-приемником //, в свою очередь кинематически связанным с механизмом поворота катушки 9 электроннолучевой трубки.

2. Механизмы в промышленной и электрорадионавигационной

автоматике

В системах современной промышленной, судовой и авиационной автоматики широко используются самые разнообразные приборы, аппараты, простые и сложные счетно-решающие устройства, в ко­ торых сочетаются электриче­ ские или радиоэлектронные,

ные, зубчатые и другие ме­ ханизмы.

Характерными рычажны­ ми механизмами систем про­ мышленной и электрора­ дионавигационной автомати­ ки являются: механизм при­ бора активного контроля диаметров при внутреннем и наружном шлифовании (см. рис. 1); механизм централь­ ного прибора гидравличе­ ского лага {см. рис. 2); ме­ ханизм угломестного приво­ да самолетной радиолокаци­ онной антенны (см. рис. 3) и т. п.

Кулачковые механизмы выполняют функции преоб­ разователей вращательного движения кулачка в воз-

вратно-поступателыюе или колебательное движение щупа, модели­ рующее функцию того или иного аргумента, подобно тому как это» имеет место в приборах автоматического суммирования двух пере­ менных величин, в приборе практического определения величины изменения пеленга судна, в устройстве для учета погрешности по­ ложения антенны самолетного автоматического радиокомпаса за счет радиодевиации и т. п.

Зубчатые механизмы широко используются в целях кинемати­ ческой связи между задающими и исполнительными системами ав­ томатики. В радиотехнических устройствах они известны как ме­ ханизмы отработки сигнала, настройки радиоаппаратов" (вернье­ ры), механизмы азимутального привода радиолокационных антенн, передачи систем дистанционной настройки и управления и т. п. Семейство зубчатых механизмов промышленной и электрорадио­ навигационной автоматики наиболее многочисленно.

Фрикционные механизмы применяют в качестве простых пре­ образователен движения верньеров, ленточных передач в самопис­ цах, аппаратах звукозаписи и т. п.

Наряду с функциями преобразователей движения (передач) ме­ ханизмы 'в системах автоматики выполняют и функции простейших, счетно-решающих устройств: сумматоров, умножителей, интегра­ торов— а также функции .преобразователей в измерительных при­ борах, датчиков объема, давления, лути, скорости, ускорения. Осэбую значимость в системах электрорадионавигационной авто­ матики имеют гироскопические механизмы: гирокомпас, гировер­ тикаль, гирогоризонт и т. п.

3. Особенности проектирования механизмов промышленной и электрорадионавигационной автоматики

Проектирование механизмов включает в себя расчет и констру­ ирование. Механизмы промышленной и электрорадионавигационной автоматики в большинстве своем не испытывают сущест­ венных нагрузок. Поэтому их расчет сводится к определению кине­ матических и силовых параметров. Последние используются не для проверки элементов конструкции на прочность, как это бывает в машиностроении, а для определения необходимого и достаточного тягового усилия ведущего электродвигателя.

В практике расчет, ограниченный определением кинематиче­ ских и силовых параметров механизма, получил наименование ки­ нематического проектирования. Кинематическое проектирование--

передаточных механизмов типа азимутального привода радиолока­ ционной антенны, .механизма отработки сигнала в радиотехниче­ ских системах выполняется следующим образом:

1.Техническое задание на проектирование.

2.Описание принципа действия системы, эелементом которой является проектируемый механизм; составление ее краткой такти* ко-технической характеристики.

3.Составление функциональной схемы механизма, в первом приближении раскрывающей желаемую кинематическую связь меж­ ду его задающим и исполнительным элементами.

4.Вычерчивание (в изометрии) кинематической схемы, рас­ крывающей пути и средства осуществления функциональной схе­ мы, через использование цилиндрических, конических, винтовых зубчатых колес; червячных, мальтийских пар, муфт, сельсинов, •шкальных устройств и т. л.

5.Кинематический расчет механизма:

а) общее передаточное отношение от задающего к испол­

ных передаточных пар; д) вычерчивание отдельных передаточных пар кинематиче­

ской цепи [27].

7. Расчет механизма на точность:

а) выбор табличных значений боковых зазоров в зубчатых зацеплениях [20; 27; 29] с учетом диаметров делительных окруж­ ностей и технологии изготовления;

б) определение ошибок от упругих деформаций; в) определение приведенной к указателю шкалы ошибки

механизма [19; 27; 29; 36; 51]; г) расчет мертвых ходов (через цены оборотов);

д) составление таблиц мертвых ходов исполнительных эле­ ментов (сельсинов, линейных или синусно-косинусных вращающих­ ся трансформаторов).

8.Вычерчивание (в изометрии) кинематической схемы механиз­ ма с указанием (дробью) числа зубьев ведущей шестерни и ведо­ мого колеса, их модуля (сомножитель дроби) и мертвого хода каждой пары шестерен и соединительных муфт (кинематическая схема механизма сопровождается таблицей мертвых ходов ведо­ мых элементов).

9.Составление таблиц геометрических и силовых параметров