Парфенов Е. М., Чанцев В. В. Электромеханические устройства радиоэлектронной аппаратуры
БИБЛИОТЕКА РАДИОКОНСТРУКТОРА
Москва
Советское радио
1972
Редакционная коллегия: Н. А. Барканов, А. П. Белоусов, И. А. Бруханский, Р. Г. Варламов, В. Л. Волгов, Н. К. Иванов-Есипович, К. К. Морозов, Е. М. Парфенов, В. Б. Пестряков (отв. редактор), А. И. Пименов, Н. Э. Сватикова, В. И. Смирнов, В. Г. Теселько, А. В. Шитяшин, С. Н. Шихаев, Н. И. Юшин.
Парфенов Е. М., Чанцев В. В. Электромеханические устройства радиоэлектронной аппаратуры. Москва, «Советское радио», 1972.
Рассматриваются вопросы назначения, классификации и методов конструирования электромеханических устройств РЭА. Даются определение, описание и классификация электромеханических модулей (ЭлММ), а также их основные конструктивные и технические характеристики. Приводится пример разработки электромеханического устройства с помощью ЭлММ. Основное внимание уделяется вопросу конструктивного обеспечения требований, предъявляемых к электромеханическим устройствам РЭА. Излагаются методы и средства испытаний электромеханических устройств.
Брошюра предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования, конструирования и производства электромеханических устройств РЭА, приборов точной электромеханики, счетно-решающих устройств и следящих систем. Она также может быть полезной студентам вузов радиотехнических и приборостроительных специальностей.
Редактор Ю. И. Суханов
Художественный редактор 3. Е. Вендрова
Технический редактор Г. 3. Кузнецова
Корректор Н. М. Кухтяева
Издательство «Советское радио»
Содержание книги Электромеханические устройства радиоэлектронной аппаратуры
Предисловие
1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ РЭА 1. Особенности использования электромеханических устройств
2. Классификация электромеханических устройств РЭА
3. Основные требования, предъявляемые к электромеханическим устройствам РЭА, их параметры и характеристики
2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ РЭА 1. Особенности конструирования бортовой РЭА
2. Методы конструирования электромеханических устройств бортовой РЭА
3. Система электромеханических модулей и ее применение
4. Классификация, конструкция и эксплуатационные характеристики ЭлММ
Цилиндрические зубчатые колеса в корпусе
Редукторы и мультипликаторы
Дифференциалы
Ограничительные механизмы
Установочные механизмы
Муфты электромагнитные
Муфты соединительные
Электроподогреватель
Стаканы
5. Конструирование электромеханических устройств РЭА с применением системы ЭлММ
Генератор пилообразного напряжения
Следящий электромеханический привод
6. Экономическая эффективность применения ЭлММ
3. КОНСТРУКТИВНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ УСТРОЙСТВАМ РЭА 1. Основные принципы конструирования, обеспечивающие получение оптимальных параметров электромеханических устройств РЭА
Обеспечение максимальной чувствительности и минимального мертвого хода электромеханических устройств
Предотвращение действия дополнительного момента, обусловленного колебаниями редуктора
Обеспечение требуемой точности электромеханических устройств
2. Расчет точности сложного электромеханического устройства
3. Расчет величины мертвого хода универсального малогабаритного редуктора
Составляющая значения мертвого хода, вызванная производственными погрешностями
Составляющая значения мертвого хода, вызванная зазорами в опорах вращения
Составляющая значения мертвого хода, вызванная упругими деформациями деталей
Составляющая значения мертвого хода, вызванная деформациями из-за изменения температуры
Составляющая значения бокового зазора, необходимая для смазки
Составляющая значения мертвого хода, вызванная из носом
4. Расчет величины мертвого хода поводковой муфты
5. Расчет величины мертвого хода жесткой крестовой муфты
6. Защита электромеханических устройств от механических воздействий
7. Защита электромеханических устройств от климатических воздействий
4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ РЭА 1. Общие требования к постановке эксперимента
Программа испытаний
Проведение испытаний
2. Средства контроля основных параметров электромеханических устройств РЭА
3. Надежность электромеханических устройств РЭА
Литература
ПРЕДИСЛОВИЕ
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) широко применяется во многих областях народного хозяйства: радиосвязь, радиовещание, телевидение, радиолокация, радионавигация, радиопеленгация, радиоастрономия, радиоакустика, радиотелемеханика, радиотелеграфия, радиофототелеграфия — вот тот далеко не полный перечень отраслей, где применяется радиоэлектронная аппаратура.
Как известно, некоторые отдельные задачи в РЭА решаются электромеханическими устройствами. К таким устройствам, в первую очередь, можно отнести: электромеханическую часть следящих систем; счетно-решающие устройства; приводы антенн, гетеродинов, аттенюаторов; программные, установочные и ограничительные механизмы; электромеханические переключатели; электромеханические коммутаторы; электромеханическая часть кодовых преобразователей и другие.
В настоящее время практически нет литературы, рассматривающей в комплексе вопросы назначения, классификации, расчета и методов конструирования электромеханических устройств РЭА. Методы конструирования приборо- и машиностроения неполны применительно к РЭА, так как при разработке электромеханических устройств не учитываются специфические требования, предъявляемые к РЭА.
Хотя в имеющейся технической литературе и рассматриваются отдельные вопросы конструирования электромеханических устройств, однако приводимые в ней сведения не отражают отличительные особенности конструирования электромеханических устройств РЭА и не позволяют провести четкую систематизацию конструкций этих устройств.
В настоящей брошюре, насколько позволяет объем, делается попытка комплексного решения вопросов, связанных с методами конструирования электромеханических устройств РЭА.
Авторы признательны канд. техн. наук В. А. Аудеру, инженерам В. С. Суханову и А. Н. Крупчатникову за любезно предоставленную возможность использовать в брошюре их отдельные материалы конструкции и чертежи. Авторы также считают своим долгом выразить глубокую благодарность доценту канд. техн. наук Ю. Д. Первицкому и канд. техн. наук В. И. Фролову за полезные замечания и предложения, высказанные ими при ознакомлении с рукописью. Авторы приносят благодарность В. П. Семину за оказанную помощь при подготовке рукописи к печати.
Глава 1. Назначение и область применения электромеханических устройств РЭА
1. Особенности использования электромеханических устройств
Развитие науки и технический прогресс за последние 30 лет привели к усложнению процессов научного исследования, увеличению объема производства и скорости производственных процессов в промышленности, росту скорости и дальности перемещений транспортных объектов, развитию военной техники. Это, в свою очередь, потребовало увеличения скорости и точности исполнения управляющих процессов, осуществления управления на расстоянии, выделения и обработки большого потока информации и строгого согласования последовательности управляющих воздействий. Ограниченные психофизиологические возможности человека не позволяли ему справляться со столь сложными управляющими функциями. Потребовалась автоматизация управляющих процессов, которая вылилась в создание быстродействующих сложных комплексов аппаратуры для сбора и переработки информации, формирования управляющих воздействий и контроля за аппаратурой в процессе работы.
Любую радиотехническую систему можно рассматривать как устройство со многими входами, на которые поступают различные сигналы, и с одним или несколькими выходами.
В зависимости от назначения РЭА информация должна восприниматься и функционально преобразовываться в выходные сигналы только по некоторым входным каналам. Поступающие по этим каналам сигналы несут полезную информацию, а сами каналы являются основным трактом РЭА. Сигналы, поступающие по всем остальным каналам, не несут полезной информации и являются помехами. РЭА должна являться по отношению к помехам фильтром, т. е. не должна пропускать помехового воздействия в каналы, несущие полезную информацию.
Так, например, для аппаратуры инерциальной навигации полезным сигналом является ускорение, для аппаратуры с радионавигацией — изменение состояния электромагнитного поля, для аппаратуры управления ракетами по тепловому излучению — температура цели и т. д.
Элементарное функциональное устройство можно изобразить в виде двухполюсника (рис. 1). На вход двухполюсника может подаваться определенного вида сигнал — электрический, световой, тепловой, сигнал, соответствующий пространственному перемещению, и др. Точно так же и на выходе Рис. 1. Двухполюсник. двухполюсника должен быть сигнал какого-то определенного вида.
Исходя из этого радиоэлектронную аппаратуру можно рассматривать как комплекс параметрических связей, определяющих эксплуатационные характеристики аппаратуры и ее частей. Такими параметрическими связями являются геометрические, кинематические и физические связи.
К геометрическим связям относятся линейные, плоскостные, пространственные размерные цепи, угловые цепи в плоскости и пространстве. Кинематические связи образуются кинематическими цепями, состоящими из зубчатых, фрикционных, винтовых, кулачковых и других видов передач. Физические связи характеризуются временными, весовыми, динамическими, электрическими, электромагнитными, акустическими световыми и другими видами параметров.
К показателям, определяющим эксплуатационные свойства аппаратуры, относятся: мощность, производительность, потребляемая энергия, к. п. д., точность, чувствительность, надежность, долговечность, степень удобства и простоты обслуживания. Эксплуатационные характеристики находятся в функциональной или стохастической зависимости от параметрических связей.
Конструирование любого объекта есть процесс выявления, организации и отражения в технической документации параметрических связей для получения оптимальных эксплуатационных характеристик объекта и его частей.
Все функциональные преобразования в РЭА осуществляются электрическими способами или с помощью пространственных перемещений. Поэтому элементы и устройства РЭА можно разделить на две группы:
1) устройства, меняющие свои параметры или состояние под воздействием электрического управляющего сигнала без изменения взаимного расположения деталей, например электронные лампы, полупроводниковые при боры, триггеры, датчики Холла и др.;
2) устройства, параметры или состояние которых из меняются в результате изменения взаимного расположения деталей. Такие устройства могут встречаться в высокочастотных, низкочастотных и импульсных схемах. Элементы низкочастотных и импульсных схем, меняющие свои параметры или состояние при изменении взаимного расположения деталей, а также кинематические связи между этими элементами и следует отнести к электромеханическим устройствам РЭА.
В зависимости от назначения РЭА в нее могут входить следующие электромеханические устройства:
— механизмы приводов (находят применение в таких блоках и узлах РЭА, как антенны РЛС, следящие системы, счетно-решающие устройства, гетеродины, аттенюаторы, системы охлаждения, записывающие устройства, реле, узлы настройки, отсчетные устройства и т. д.);
— механизмы настройки (верньеры, редукторы, дифференциалы, мультипликаторы);
— отсчетные устройства (датчики электромеханические, емкостные, индуктивные, фотоэлектрические, кодовые); счетчики, шкалы;
— записывающие устройства и переключающие устройства;
— ограничительные механизмы (предохранительные, возврата, ограничения скорости, упоры);
— установочные механизмы (программные, согласования, кулачковые, выдачи команд);
— коммутаторы;
— кодовые преобразователи;
— счетно-решающие устройства;
— следящие электромеханические устройства;
— соединительные элементы (соединительные муфты, зубчатые колеса, электромагнитные муфты, стаканы, фланцы);
— комплектующие (покупные) узлы и элементы (двигатели, тахогенераторы, потенциометры, сельсины,
- вращающиеся трансформаторы, гироскопы, амортизаторы и др.).
Перечисление электромеханических устройств говорит о многообразии выполняемых ими функций. Однако сфера применения электромеханических устройстве РЭА имеет тенденцию к сокращению. Объясняется это целым рядом недостатков, присущих электромеханическим устройствам. Это, как правило, продолжительность этапа макетирования, большой вес и объем электромеханических устройств, необходимость высокой точности изготовления, длительный производственный цикл при внесении изменений в кинематическую схему, отсутствие методик расчета, связывающих электрические и механические параметры, а отсюда и требования высокой квалификации и большого опыта и интуиции у разработчика электромеханических устройств, отсутствие приборов для измерения в динамике механических параметров, а следовательно, и сложность эксперимента. Однако несмотря на стремление сократить объем электромеханических устройств в РЭА, почти в любой современной РЭА механизмы и электромеханизмы составляют от 10 до 15% общего веса и объема.
Во многих случаях электромеханические устройства могут быть заменены электронными блоками. Так, счетно-решающие, переключающие и коммутационные устройства могут быть выполнены с применением дискретной вычислительной техники. Вместо механического сканирования радиолокационных антенн может быть применено электрическое сканирование луча. Электронные принципы можно использовать для перестройки частоты гетеродинов и получения временных интервалов. Однако использование в указанных случаях электронных блоков вместо электромеханических имеет существенные недостатки. Так, логические схемы для воспроизведения счетно-решающих функций и схемы для переключения и коммутации структурно сложны и состоят из многих элементов. Применение их не оправдано для воспроизведения небольших по объему простых счетно-решающих операций и переключений.
Электронное управление диаграммой направленности антенн, электронная перестройка частоты и получение временных интервалов, основанное на измерении длительности заряда конденсатора, имеют меньшую точность и малые интервалы изменения по сравнению с электромеханическими способами. К тому же некоторые специфические задачи в РЭА могут быть решены только электромеханизмами или механизмами. Важным вопросом является, в частности, дистанционное управление радиоустройствами. В этом случае эксплуатация аппаратуры упрощается, а электромеханическая часть значительно усложняется. Любое пространственное перемещение деталей и объектов, а также решение ряда других задач можно осуществить только при помощи электромеханических устройств. Таким образом, электромеханические устройства являются равноправной частью схемы РЭА, обеспечивают надежность и работоспособность аппаратуры и должны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к РЭА.
