Введение

Развитие содержания курса ЭПУ стало возможным благодаря трудам русских и советских ученых в области приборостроения — Л. Эйлера, Н. Е. Жуковского, Н. П. Петрова, В. А. Гавриленко, Ф. В. Дроздова, Г. А. Апарина, И. С. Старикова, Т. А. Гевондяна, С. О. Доброгурского, С. С. Тихменева, Е. П. Попова, В. И. Феодосьева и др. Основоположником отечественной школы приборостроения проф. Ф. В. Дроздовым впервые был подготовлен и прочитан курс лекций по деталям приборов. Его перу принадлежит первая в отечественной технической литературе книга о проектировании деталей приборов *. Значительно обогатили содержание курса изданные в последние годы учебные пособия и книги авторов Л. Е. Андреевой [1], И. А. Грейма [13], Ю. Д. Первицкого [36], К. И. Заблонского [38], Г. И. Рощина [43], Б. А. Асс и др. [3], Ю. В. Милосердина, Ю. Г. Лакина [33] и многих других.
Общие вопросы проектирования элементов приборных устройств. Элементы приборных устройств (ПУ) подразделяются на элементы общеприборного назначения и специальные, типичные для отдельных отраслей приборостроения. В настоящем курсе, предшествующем конструкторским курсам по специальности, рассматриваются в основном элементы общего назначения. Под элементами понимают механические, электромеханические или электронные детали и сборочные единицы приборного устройства. Элементы ПУ выполняют функции преобразования энергии (привода) и информации, функции успокоения колебаний подвижных систем, защиты от внешних воздействий и др.
Требования, предъявляемые к конструкциям элементов ПУ, устанавливают, исходя из их назначения и условий эксплуатации. Наиболее общими и исходными являются требования по обеспечению функционирования (работоспособности) конструкции и ее надежности. Для этого разработаны и продолжают разрабатывать методы расчета и конструирования как приборов в целом, так и их элементов. Многие элементы ПУ устройств по своим качественным показателям доведены до высокого уровня, позволяющего их стандартизовать, т. е. устанавливать их типоразмеры и ряды эксплуатационных характеристик. Задача конструктора в этом случае состоит в подборе элемента, соответствующего требованиям конструкции ПУ. При изучении типовых элементов производится анализ их работы с учетом различных вариантов использования, а также и условий эксплуатации. Такой анализ необходим для уточнения методов расчета и конструирования элементов ПУ.
Проектирование (рис. 0.1) начинают с разработки принципиальной, структурной и функциональной схем приборного устройства. Подбор элементов ПУ осуществляется посредством функциональной схемы. Определяют входящие в схему элементы— преобразующие, усилительные, исполнительные и др., предусматривают последовательность и способ их соединения. Примером может служить функциональная схема измерительного устройства на рис. 0.2, а.
Первичный преобразователь — маятниковый чувствительный элемент 1 — служит для преобразования измеряемого линейного ускорения а (t) в поворот закрепленного на его оси якоря индуктивного преобразователя 3. Напряжение с обмотки этого преобразователя подается на нагрузку 6, с которой снимается выходной сигнал в виде напряжения Uа (t), пропорциональный измеряемому ускорению. В реальных условиях для повышения точности измерения и получения достаточного по уровню сигнала Ua (t) предусматривают (рис. 0.2, б) также усилитель 4 и обратную связь с вспомогательным преобразователем — моментным электродвигателем 5 и элементом сравнения 2 [54]. Следующим этапом является переход к конкретному конструктивному решению, содержащему, например, кинематическую, электрическую и другие схемы, а также варианты конструкций. В таких схемах уже более конкретно установлена элементная база, указаны характеристики входящих в схему элементов. Сами элементы при этом изображают в строгом соответствии с принятыми Единой системой конструкторской документации (ЕСКД) обозначениями (см. приложение 1), содержат технические характеристики устройства, например, напряжение питания, мощность, передаточные отношения и др. Такие схемы сопровождаются необходимыми расчетами и служат основанием для разработки конструкций элементов ПУ.
При разработке кинематических схем ПУ необходимо пользоваться установившимися терминами и понятиями. Основным из них является звено — деталь или совокупность неподвижно соединенных между собой деталей. Звенья могут быть условно жесткими и упругими. Термин «звено» относится к упрощенному обозначению деталей на схеме, еще не оформленных конструктивно. Так, например, на кинематической схеме (рис. 0.3, а) позициями 1, 2, 3 и 4 отмечены звенья. После конструктивного оформления (рис. 0.3, б) звенья получают наименования, которые отражают их различие в конструкции и назначении: 1 — основание, 2 — кривошип, 3 — шатун, 4 — ползун. Звенья служат для передачи перемещений ими сил от одного звена к другому. Принятое неподвижным звено называют стойкой. Кинематическая пара — это
подвижное соединение двух звеньев, взаимно ограничивающее их относительное движение, т. е. уменьшающее число степеней свободы. Число ограниченных степеней свободы (условий связи) обозначает класс кинематической пары (табл. 0.1).
Кинематические пары подразделяют на высшие и низшие. Высшие пары характеризуются контактом деталей в точке или по линии, а низшие — контактом по поверхности. На схеме (рис. 0.3, а) кинематические пары обозначены: I, II, III — опоры и IV — направляющая прямолинейного перемещения. Подвижное соединение звеньев часто осуществляется введением между ними промежуточных элементов, например подшипников качения. Совокупность подвижно соединенных звеньев образует либо открытую (рис. 0.3, б), либо закрытую (рис. 0.3, г) кинематическую цепь. Механизмом называется закрытая кинематическая цепь с неподвижно закрепленным одним звеном, например звено 1 (стойка) на рис. 0.3, а.

* См.: Дроздов Ф. В, Детали точного аппарато- и приборостроения ВНТИ НКТП СССР, 1936.




Механические элементы

Электрические элементы