ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Томский политехнический университет

Кафедра ТАМП

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ТРЕБОВАНИЯ К КОМАНДНЫМ

ГИРОСКОПИЧЕСКИМ ПРИБОРАМ

Реферат по предмету «Гибкое автоматизированное производство»

Выполнил: студент группы 4420

Маркова Н.

Проверил: профессор, доктор техн. наук

Мартынов А. К.

Томск 2006 г.

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ТРЕБОВАНИЯ К КОМАНДНЫМ

ГИРОСКОПИЧЕСКИМ ПРИБОРАМ

Главное требование к гироскопическим приборам со стороны систем управления надводных, подводных кораблей, самолетов и особенно ракетно-космических комплексов – точность выдаваемой информации положения движущегося объекта.

Для ракетно-космических объектов существуют понятия: вывод на орбиту, обеспечение запрограммированной дальности, угла «рысканья», т.е. попадание ракеты в заданную точку.

Требования разработчиков ракетных комплексов:

1. Минимальный вес всех «пассажиров» и комплектующих ракет, т.к. это связано с энергетикой ракеты, поэтому все комплектующие должны иметь по возможности минимальный вес.

2. От габаритов комплектующих элементов зависят и габариты ракеты, следовательно командные гироскопические приборы должны быть минимальных габаритов.

3. Все возрастающие требования по точности выдаваемой информации приборами.

4. Высокие требования к надежности приборов.

5. Увеличение требований к ресурсу работы приборов особенно для ракет стоящих на дежурстве.

К современным прецизионным приборам предъявляются весьма жесткие требования по точности и надежности в условиях действия перегрузок, большого диапазона изменения температуры окружающей среды и высокой влажности (морской туман); по стабильности точностных характеристик на протяжении всего срока службы при малых весе и габаритах; по экономичности их производства.

Основным точностным параметром приборов является дрейф-угловая скорость изменения ориентации оси вращения в инерциональном пространстве для трехстепенного прибора, либо величина, эквивалентная дрейфу – для других типов приборов.

Для всех приборов, основанных на использовании свойств вращающегося ротора, независимо от схемы, величина дрейфа в конечном итоге может быть выражена формулой, являющейся математической записью известного закона прецессии:

, (1.1)

где М – суммарный момент помех, действующих на ротор вращающийся вокруг оси, перпендикулярный оси собственного вращения ротора – оси подвеса;

Н = UW - кинетический момент прибора;

U - осевой момент инерции ротора;

W - угловая скорость собственного вращения ротора.

Из формулы (1.1) вытекают два пути уменьшения дрейфа:

- увеличение кинетического момента;

- уменьшение вредных моментов. когда прецизионные шарикоподшипники отсутствовали, а уровень развития технологии не позволял реализовать эффективные способы подвеса - воздушного, газового, магнитного и других. Этот путь неизбежно приводил к увеличению веса и габаритов приборов. В настоящее время в связи с требованием миниатюризации приборов основное внимание уделяется уменьшению вредных моментов.

Момент помех, действующий на прибор, складывается из моментов от токопередающих устройств и измерителей углов и момента небаланса. По характеру изменения во времени момента помех целесообразно разбить его на постоянный и переменный, изменяющийся во времени по случайному закону. Действие постоянных моментов может быть скомпенсировано. Наиболее опасными являются моменты, представляющие собой случайные функции времени.

Таким образом, важнейшим требованием к конструкции прибора является обеспечение минимальных по величине и стабильности во времени момента помех, действующих на прибор в различных условиях эксплуатации.

Анализ конструкций приборов, их точностных параметров, уровня технологии их изготовления и характеристик применяемых материалов подтверждает эффективность второго пути уменьшения дрейфа. За последние 40 лет точность приборов возросла на два порядка. Конструкции современных приборов, как правило, симметричны, детали и узлы этих приборов изготовлены с точностью до долей микрона. Например, непараллельность образующих цилиндров, биение поверхностей относительно осей, овальность допускаются не более одного микрона;

Взаимное осевое расположение деталей выдерживается с точностью 0,5 микрона; допуск на изготовление газодинамического подвеса ротора – 0,2 микрона; допуск на смещение центра масс деталей и узлов относительно главной оси вращения не превышает десятой доли микрона.

В ранних конструкциях приборов в основном в качестве конструкционных материалов применялись углеродистые стали и латунь. В современных приборах применяются высоколегированные стали и специальные сплавы, обладающие специфическими физико-механическими свойствами. Характеристики некоторых материалов, применяемых для изготовления основных деталей приборов, приведены в таблице 1 конструкторско-технологические особенности деталей приборов точной механики.

С точки зрения стабильности момента помех все основные детали приборов целесообразно изготовить из одного материала. Однако к одним деталям и

Использование первого пути было характерно для ранних этапов развития, узлам прибора предъявляются жесткие требования только по механической прочности (например, к шарикоподшипникам). К другим деталям наряду с механической прочностью предъявляются дополнительные требования по плотности (ротор, кардановые кольца) и другим физико-механическим свойствам. Таким образом, в процессе реализации конструкции для каждой детали материалы должны быть выбраны на основе комбинации их свойств.

Выбор материала в первую очередь необходимо производить для наиболее ответственной детали или узла, а остальные должны обеспечить совместимость материала этих деталей и узлов.

В приборах диктующим узлом является узел шарикоподшипника . Детали шарикоподшипников изготавливаются из специальных высоколегированных сталей. Следовательно, остальные материалы должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к деталям, и обеспечить совместимость с материалами шарикоподшипниковых узлов.

В данном случае одним из главных требований совместимости является равенство коэффициентов температурного линейного расширения. Из таблицы 1 видно, что этому требованию наиболее полно удовлетворяют бериллий и сплав САС (спекаемый алюминиевый сплав).

В настоящее время бериллий еще сравнительно дорог и к тому же он токсичен при механической обработке. Поэтому для изготовления основных деталей приборов применяется сплав САС, состоящий из никеля, кремния и алюминия, каждая составляющая изготавливается методом распыления в вакууме, а затем в определенных пропорциях спекается в отдельные заготовки.

Таблица 1

К онструкторско-технологические особенности деталей точной механики точностные характеристики деталей приборов

Наименование показателя	Параметры деталей
	1980 г	1986 г	1990 г
Точность координат в мкм	10-5	3-2	1-0,5
Погрешность формы: нецилиндричность, в мкм неплоскостность, в мкм/мм	2,0 5/100	0,5 4/200	0,2 4/300
Погрешность расположения поверхностей: Неперпендикулярность, в мкм Неплоскостность, в мкм	3 4	0,8 1	0,5 0,3
Шероховатость поверхностей	0,16	0,08	0,05

Материалы деталей приборов

Характеристика материала	Сталь в.л.	ВТЧ-1	Мл-10	Д-16	САС-1	Бериллий
Плотность, г/см3	7,9	4,55	1,78	2,8	2,75	1,84-1,85
Ударная вязкость, кгс/мм2	7,5	4,5	0,3-0,4	-	0,2-0,25	0,5
Предел прочности, кгс/мм2	62	65	24	22	24-26	20-55
Относительное удлинение, %	20	15	5	13	1,0-1,5	0,2-2,0
Коэффициэнт температурного линейного расширения, 110-6/ град	11,09	8	26,8	22	14,5-15,4	10-12

Специфическая технология получения спеченного сплава марки САС не позволяет получить заготовки сложной конфигурации, поэтому в производстве используются заготовки в виде прутков и штабиков круглого сечения диаметром до 300 мм. Коэффициент использования материалов этих заготовок очень мал.

В свое время Государственный комитет по науке и технике СССР одной из наиболее важнейших своих программ определил программу 0.16.10 (Создание гибких автоматизированных производств).

В отрасли производства приборов точной механики (ПТМ) решение этих проблем существенно усложняется спецификой деталей и изделий:

1. Мелкосерийный характер основного производства.

2. Большой объем производства опытных образцов изделий.

3. Высокие требования к качеству и надежности изделий.

4. Обширная номенклатура применяемых конструкционных материалов.

5. Высокая точность размеров и взаимного расположения поверхностей деталей и узлов.

6. Высокое качество и низкая шероховатость поверхностей, не превышающая R_z= 0,05...0,03 мкм.

7. Миниатюрность деталей и элементов.

8. Высокая сложность и ажурность конструкций основных деталей, подвергающихся обработке резанием.

9. Фактическое отсутствие покупного металлорежущего оборудования, средств измерения, контроля и испытаний, специализированных для работы в условиях, перечисленных выше, и потребность ввиду этого в создании необходимой техники непосредственно на предприятии.

Существующий на сегодняшний день уровень разработки теоретических аспектов и системного анализа в области гибкой автоматизации производства не позволяет использовать какой-либо готовый аппарат или сложившиеся процедуры для создания ГПС в разнообразных производственных условиях.

Поэтому необходимы теоретические обобщения и выработка методологических принципов создания гибких производственных систем.

В связи с этим становится актуальной научная проблема проектной разработки и внедрения ГАП, ориентированной на специфику точного машиностроения, включающая моделирование и декомпозицию технологических процессов и оборудования, определение структуры и состава обрабатывающей системы, обеспечивающей высокую мобильность и производительность механообрабатывающего мелкосерийного производства.

Целью изучения курса «Гибкое автоматизированное производство механообработки (ГАП)» является ознакомление студентов машиностроителей с разработкой научно-методических основ проектирования и создания ГАП механообработки деталей точной механики, а также системотехнических аспектов реализации таких ГАП в условиях действующего производства, обеспечивающих резкое ускорение выпуска ИНТ за счет высокой интенсификации технологии производства.

Для достижения поставленной цели вначале было проведено моделирование технологических процесов с целью их группирования и унификации, а также гибких производственных модулей и других элементов ГАП. Следующим этапом было отображение групповой технологии на основное и вспомогательное технологическое оборудование и определение структуры ГАП. Полученная структура ГАП и ее функциональная модель позволили обоснованно подойти к созданию программно-аппаратных средств интегрированной системы управления.

Разработка и внедрение ГАП точной механообработки заключается в методологическом обеспечении процесса проектирования и внедрения ГАП, основанного на унификации объектов производства и технологических процессов, на концентрации предварительной, промежуточной и чистовой обработки внутри одного структурного подразделения с обязательным замыканием полного технологического цикла механообработки внутри этого подразделения, на новой структуре обмена информацией для организации многопроцессорных систем автоматизации контроля и управления технологией в производственных условиях, отличительными чертами которой являются машинонезависимость, многопроцессорность, модульность и диалоговый режим работы.

Разработанная методология позволяет проводить целенаправленную адаптацию систем к условиям конкретного производства на этапе внедрения.

Предложенные и реализованные организационно-технические принципы и конструкторско-технологические решения по созданию нового и модернизации существующего оборудования внедрены на 80 предприятиях 7 отраслей народного хозяйства и позволили получить большой экономический эффект.

Теоретические положения и разработанные документы используются в научной работе другими исследователями, а также включены в учебные программы для студентов вузов и курсов повышения квалификации специалистов и руководящих работников отрасли.