Механизмы и несущие конструкции радиоэлектронных средств

Часть 1. МЕХАНИКА РЭС

Подготовку будущего инженера соответствующей специальности в области теоретических разделов механики, на которых базируются прикладные методы создания механизмов и несущих конструкций, осуществляют посредством чтения дисциплины «Механизмы и несущие конструкции РЭС».

«Механика РЭС», первая часть дисциплины, состоит из следующих разделов:

1. Основы теории механизмов.

2. Основы расчетов деталей механизмов на прочность, жесткость и устойчивость.

3. Элементы теории точности механизмов и основы взаимозаменяемости.

Первый раздел посвящён методам анализа и синтеза механизмов — устройств передачи механической энергии, движения и преобразования его параметров, характеристики процессов движения, в том числе колебательных. Особое внимание уделяется проектированию механизмов рациональной структуры, обеспечивающих требуемые значения кинематических и динамических параметров при минимальных потерях энергии и максимальной долговечности, т. е. наиболее полно соответствующих своему целевому назначению.

Используя методы второго раздела, можно выбирать свойства материалов, необходимых для изготовления деталей, добиваться рациональной формы последних, определять напряжения и деформации, возникающие при работе механизмов и несущих конструкций. В итоге это позволит обеспечить необходимый уровень надежности технического устройства при проектировании и эксплуатации. Также во втором разделе рассматривается поведение элементов механизма, нагруженных внешними и внутренними усилиями — напряженное и деформированное состояния материала деталей и методы обеспечения их прочности и надежности.

В третьем разделе освещаются проблемы обеспечения функциональной взаимозаменяемости механизмов РЭС по параметрам кинематической точности, которые в значительной степени определяют функциональную пригодность всего РЭС. Также изучаются теоретические и экспериментальные методы определения показателей кинематической точности и способы достижения их заданных значений при проектировании и изготовлении механизмов.

Общеизвестно, что механизмы входят в состав любого радиоэлектронного комплекса. По определению механизм, или передаточный механизм — это устройство для передачи механической энергии движения с преобразованием ее параметров от источника (двигателя, датчика, человека-оператора) к потребителю — устройству, для функционирования которого необходима энергия в виде механического перемещения. Механическими устройствами являются частью силовых приводов, устройств регистрации и воспроизведения информации, периферийного оборудования ЭВМ, автоматических манипуляторов и т. п. Несущие конструкции (каркасы и корпуса функциональных узлов, блоков и приборов) в свою очередь служат для размещения на них электрорадиоэлементов и соединительных проводников, т. е. самого радиоэлектронного средства. Знание всего вышеизложенного необходимо каждому инженеру, специализирующемуся в области проектировния РЭС.

Развитие механики и методов проектирования механических конструкций и механизмов во многом осуществлялось благодаря трудам русских и советских ученых. Среди них особо известны имена П. Л. Чебышева, Н. Е. Жуковского, Л. В. Ассур, С. П. Тимошенко, И. И. Артоболевского, Н. И. Колчина, В. А. Гавриленко, В. И. Феодосьева, Г. С. Писаренко, Н. Г. Бруевича, Л. И. Якушева, Б. А. Тайц, Л. Н. Решетова, Ф. В. Дроздова, В. В. Кулагина, С. О. Доброгурского, О. Ф. Тищенко и многих других.

В настоящее время развитие этих методов продолжается особенность современного этапа развития механических устройств состоит в том, что с появлением новых технических возможностей создаются и более оптимальные конструкции. В основном это происходит благодаря применению систем автоматизированного проектирования, использующих ЭВМ.

РЭС — увеличение интенсивности нагрузок вследствие миниатюризации аппаратуры, замена вычислительных механизмов электронными устройствами, использование механизмов с особыми кинематическими характеристиками (периферийное оборудование ЭВМ, лентопротяжные и сканирующие механизмы систем регистрации и воспроизведения информации), широкое применение автоматизированного проектирования.

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ

Глава 2. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ

2.1. Основные понятия и определения.

Теория механизмов — наука, изучающая методы анализа и синтеза механизмов. Синтез механизма проводится с использованием результатов анализа механизмов известной структуры.

Методы анализа подробно освещаются в трёх разделах:

а) структурный анализ;

б) кинематический анализ;

в) динамический анализ.

2.2. Структурный анализ механизмов.

В задачи структурного анализа входят такие подвопросы, как определение структуры состава механизма, классификация подвижных соединений звеньев — кинематических пар и определение степени подвижности механизма. Причём причины, приводящие в движение звенья, не рассматриваются.

Итак, механизм — это замкнутая кинематическая цепь, обладающая определенностью перемещений звеньев, т. е. при задании перемещения ведущего звена (или звеньев) все остальные — ведомые — получают вполне определенные перемещения. Структура механизма состоит из отдельных частей звеньев, соединенных друг с другом подвижно с помощью кинематических пар. Все неподвижные детали М считают одним звеном — стойкой. Среди подвижных звеньев различают ведущие — положения или перемещения их в каждый момент времени задают с помощью обобщенных координат, ведомые, положения и перемещения которых однозначно зависят от положений или перемещений ведуших.

Кинематическая классификация КП

Кинематической парой принято называть соединение двух звеньев, обеспечивающее их определенное относительное перемещение. Звенья, объединенные КП в связанную систему, образуют кинематическую цепь.

Классифицируя кинематические пары, стоит отметить, что по характеру относительных перемещений звеньев все пары делят на 5 классов. Класс пары определяется числом условий связи, наложенных на относительное перемещение звеньев: s = 6 — w, где 6 — число независимых перемещений свободного звена, w — число относительных независимых перемещений звеньев в паре. В винтовой паре 5-го класса линейное перемещение вдоль оси винта и вращательное вокруг нее связаны и образуют одно перемещение по винтовой линии.

Определение степени подвижности механизма.

Степень подвижности М — число независимых перемещений, которые нужно сообщить его ведущим звеньям, чтобы перемещения ведомых были однозначно определены.

Степени подвижности механизма определяется по структурным формулам. Структурная формула механизма — уравнение, отражающее структуру и позволяющее определить степень подвижности:

w = 6k — sum[i* (p)i]1, 5 + qs, (2.1)

где 6k — сумма подвижностей k свободных звеньев, обьединяемых в M; sum[i* (p)i]1, 5 — сумма связей, образующихся в i парах класса (p)i (от 1 до 5 класса);

qs — дополнительные подвижности в M, обусловленные спецификой его структуры.

Подвижности qs появляются в механизме в случае, когда перемещения части звеньев совершаются по одним и тем же поверхностям. Тем не менее общие ограничения позволяют звеньям перемещаться относительно друг друга, т. е. становится пассивными. Это равносильно появлению в M дополнительных подвижностей.

Степень подвижности многоконтурного M.

Сложные механизмы часто содержат несколько связанных замкнутых кинематических цепей — контуров, в каждом из которых может быть различное число ограничений. Для таких M степень подвижности определяется по формуле

w = (6 — qs/c) *k — sum (i- qs/c) * (p)i, (2.2) где c — число контуров в M .

Это уравнение получается из (2.1) и условия k = sum[ (p)i] - c, справедливого для любого M. Например, для двухконтурного M на рис. 2.5 а, в контуре 1 q1 = 0, в контуре 2 q2 = 2 и qs = 2, следовательно, w = (6 — qs/c) *k — sum (i- qs/c) * (p)i = 5*7 — 4*7 — 3*1 — 2*1 = 2.

В M на рис. 2.5 б, который подобен рассмотренному, но имеет q1 = 2, q2 = 3, qs = 5:

w = (6 — qs/c) *k — sum (i- qs/c) * (p)i == (6 — 5/2) *7 — (5 — 5/2) *9 = 2.