Г. И.РОЩИН
Несущие конструкции
и механизмы

Г. И. РОЩИН
Несущие конструкции
и механизмы
РЭД
Допущено Министерством
высшего и среднего специального
образования СССР в качестве
учебника для студентов вузов,
обучающихся по специальности
«Конструирование и производство
радиоаппаратуры»
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1981

ББК 32.844
Р81
УДК 621.396.6
Рецензент:
Кафедра «Конструирование электронно-вычислительной аппаратуры»
Рязанского радиотехнического института
Рощин Г. И.
Р81 Несущие конструкции и механизмы РЭА: Учебник
для вузов.— М.: Высш. школа, 1981.— 375 с. ил.
В пер.: 1 р. 10 к.
В книге рассмотрены используемые в РЭА несущие конструкции
различных уровней, типовые механизмы, их узлы и детали, передачи трением
и зацеплением, валы и оси, разъемные и неразъемные соединения,
подшипники качения, муфты, пружины; приведены основные сведения о
конструкционных материалах и методах термообработки; даны задачи расчета
размерных цепей и точности механизмов и т. д.
Предназначается для студентов вузов по специальности
«Конструирование и производство РЭА».
30406-271 iQ4_8i 2402020000 ББК 32.844
001@1)—81 6Ф
© Издательство «Высшая школа», 1981

ПРЕДИСЛОВИЕ
Широкое внедрение радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) во
все отрасли народного хозяйства и требование ее дальнейшего
развития, в частности ее микроминиатюризация на базе использования
достижений физики твердого тела, потребовали совершенствования
подготовки инженера — конструктора РЭА. Однако
совершенствование этой подготовки в свете ее приближения к требованиям
современного уровня науки и промышленности вызвало необходимость
пересмотра учебных планов и содержания ряда дисциплин. Такому
пересмотру и изменению подвергся курс «Конструирование
механизмов РЭА», по которому автором был выпущен учебник под тем
же названием.
В именуемом по новому учебному плану курсе «Несущие
конструкции и механизмы РЭА» в своей основе используется ряд
материалов прошлого издания.
Новым в расширенном и дополненном издании учебника
является рассмотрение типовых несущих конструкций, применяемых
в РЭА, в том числе базовых и нормализованных, требований к ним
и основ их конструирования. В разделе «Электрические машины и
их применение в РЭА» приводятся основные положения из теории
двигателей переменного и постоянного тока, методы регулирования
частоты вращения, а также общие сведения о микромашинах типа
сельсинов, вращающихся трансформаторах, тахогенераторах и их
использовании в РЭА. Дополнению и переработке подверглись все
разделы прежнего издания; особенно это касается разделов,
связанных с расчетом передач зацеплением в связи с выходом нового
ГОСТ 21354—75 «Передачи зубчатые цилиндрические эвольвент-
ные. Расчет на прочность».
Автор выражает благодарность председателю методической
комиссии по специальности «Конструирование и производство РЭА»
проф., д-ру техн. наук В. Б. Пестрякову за помощь в составлении
программы и ее Неоднократное обсуждение на комиссии, а также
коллективу кафедры «Конструирование электронно-вычислительной
аппаратуры» Рязанского радиотехнического института (зав.
кафедрой доц., канд. физ.-мат. наук В. А. Чикин), чьи критические
замечания способствовали улучшению рукописи и были учтены автором
при ее доработке.
Автор отмечает с благодарностью помощь коллектива кафедры
МАИ при обсуждении первоначального варианта рукописи.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу: Москва,
К-51, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».
Автор

ГЛАВА 1
ТИПОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЭА
§ 1.1. Назначение механизмов
Радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) используют в различных
отраслях народного хозяйства: радиосвязи, радиовещании,
телевидении, радиолокации, радионавигации, радиоастрономии,
радиотелеметрии и т. д. При этом в каждой из отраслей применяют свой
комплекс РЭА, отличающийся принципиальной схемой и своим
решением, характером связей между отдельными блоками, узлами и
деталями, условиями работы и эксплуатации.
Современная РЭА представляет собой комплекс
взаимосвязанных электронных, радиотехнических, электромеханических и
механических устройств, в которые могут входить также устройства
управления, индикации и контроля.
Между входящими в РЭА устройствами, часто выполняемыми в
виде отдельных блоков, имеют место механические и
немеханические виды связей.
Механизмы и механические узлы, которым свойственны
механические связи, являются составной частью большинства РЭА. Они
входят в состав механизмов настройки и отсчета бытовой и
измерительной аппаратуры, дистанционных передач и
синхронно-следящих систем, а также приводов антенных блоков самолетных и
корабельных радиолокационных станций (РЛС), а также приводов
антенн и систем слежения за искусственными спутниками Земли
(ИСЗ) и другими космическими аппаратами.
Механизмы настройки позволяют обеспечивать работу
радиоаппаратуры в соответствующем диапазоне частот. Механизм
настройки осуществляет перемещение элемента настройки на
определенную величину с определенной точностью за счет наличия
редукции с необходимым передаточным отношением.
Применение в РЭА дистанционного управления расширяет
возможности управления различными механизмами, позволяя
осуществлять эту функцию на расстоянии, размещать аппаратуру на
объекте в любом месте, централизовать управление несколькими
видами аппаратуры с одного места.
Синхронно-следящие системы РЭА, обеспечивающие передачу
в одном случае синхронного движения сигналов с пульта
управления на механизмы дистанционной настройки РЭА, в другом слеже-

ние за объектом с помощью перемещения в пространстве
различного типа антенных устройств, также в определенной части
содержат механизмы и механические узлы, способствующие выполнению
этими устройствами заданных функций.
Механизмы и механические узлы содержат отсчетиые
устройства, широко применяемые в измерительных приборах, а также уст-
Рис. 1.1. Схема конструкции ИСЗ «Молния-1»
ройства записи и воспроизведения информации, обеспечивающие
перемещение носителя информации.
Аппаратура, используемая на ИСЗ, космических кораблях и
орбитальных станциях, располагается в гермокабинах или вне их,
причем антенны располагают вне объекта (рис. 1.1). На
компоновочной схеме ИСЗ, имеющего по ряду узлов двойное
резервирование, РЭА 4 располагают внутри корпуса 5, а солнечные батареи 2,
антенны 1 ретранслятора с приводом 3 и телевизионные камеры 6
с системой наведения — снаружи.
На современных самолетах и вертолетах большинство блоков
РЭА обычно размещают в специальном радиоотсеке, который
располагается в носовой части фюзеляжа или за кабиной пилота. В
носовой части за радиопрозрачным обтекателем находится антенна
радиолокатора, на фюзеляже — антенны автоматического
радиокомпаса, в крыльях, хвостовой части фюзеляжа и хвостовом опере-

нии — маркерный радиоприемник, связная антенна и ряд других
узлов и блоков РЭА.
Размещение РЭА на кораблях зависит от типа корабля и вида
РЭА. Антенны обычно располагают на палубе и мачтах, пульты
управления и навигационные системы — в штурманской рубке,
приемно-передающую аппаратуру — в радиорубке. На рис. 1.2
антенны дальней космической связи 1 размещены на верхней
палубе, связные антенны 3 — на мачтах; навигационное
радиоэлектронное оборудование — на мачтах и в штурманской рубке 2.
Рис. 1.2. Места размещения РЭА на корабле
Наземную РЭА, располагаемую на подвижных объектах,
устанавливают в кабине водителя, иногда используя также часть или
весь кузов машины.
При компоновке отдельные комплексы и объекты РЭА
выполняют в виде стоек и шкафов, состоящих из отдельных блоков,
приборов и устройств; одной из разновидностей стойки или шкафа
является конструкция пульта. Входящие в эти объекты блоки и
приборы обычно имеют законченное конструктивное исполнение и
состоят из конструктивных модулей более низкого уровня
(функциональных узлов, ячеек, микросборок с различного типа устройствами
управления и регулировки). Таким образом, конструкциям РЭА
свойственен модульный принцип построения, причем
иерархически конструктивный модуль низшего уровня является составной
частью конструктивного модуля более высокого уровня.
Достоинствами входящих в РЭА механических устройств
являются их высокая надежность, простота конструкции и
эксплуатации. Для механических устройств по сравнению с электронными
узлами и блоками необходимо меньшее число регулировок и не

требуется контроль параметров, которые более стабильны во
времени. Однако механические устройства имеют большую массу, в
узлах механизмов возникают трение и износ, понижающие с
течением времени точность изделия и способные вызвать отказ. Кроме
того, механическим узлам свойственна инерционность; этот
недостаток становится часто большим препятствием при использовании
их в быстродействующих устройствах. Рациональное сочетание в
РЭА электронных и механических устройств позволит создать
системы, в которых будут устранены недостатки этих устройств.
§ 1.2. Классификация типовых механизмов
Механизмы, используемые в РЭА, работают в различных
режимах нагружения; они имеют различные показатели по точности,
прочности, массе, габаритам, что определяется их местом в
изделии и назначением.
Для рассмотрения особенностей конструкций и расчета
механизмов РЭА необходимо разбить их на отдельные группы по
какому-либо определенному признаку.
Исходя из функциональных особенностей работы механизмы
РЭА можно объединить в следующие группы:
1) механизмы приводов радиолокационных, связных, пеленга-
ционных и других видов антенн;
2) механизмы дистанционных передач;
3) механизмы следящих систем;
4) механизмы ручной настройки;
5) механизмы электромеханической настройки;
6) отсчетные механизмы;
7) механизмы перемещения носителя информации в
устройствах магнитной записи и воспроизведения.
Механизмы каждой группы имеют свои особенности как с точки
зрения конструкции, так и передаваемых нагрузок и характера
движения.
Механизмы приводов различных видов антенн составляют
самый широкий класс механизмов, обеспечивая антенне
определенный режим движения. Так, в самолетных РЛС зеркало и
излучатель могут перемещаться по азимуту и углу места с одновременной
стабилизацией по крену (рис. 1.3) Движение по азимуту и углу
места свойственно также зеркалам наземных и корабельных РЛС,
радиоастрономических и радиосвязных систем и космических
аппаратов.
Наибольший размер зеркала наземных и корабельных РЛС
составляет несколько метров, а мощность привода — несколько
киловатт. Антенные блоки этих станций размещаются на специальных
башнях, кабинах, платформах, палубах или мачтах.
Зеркала радиоастрономических систем (радиотелескопы),
радиосвязных (станция «Орбита») и подобных им систем имеют
многометровые габариты зеркал и более мощный, чем у наземных
РЛС, привод.

Механизмы приводов различного вида антенн, как силовые,
должны удовлетворять требованиям прочности, долговечности и
надежности; вместе с тем для снижения погрешности определения
положения объекта при наведении к ним предъявляют повышенные
требования по точности изготовления узлов и сборки.
К механизмам дистанционных передач можно отнести систему,
состоящую из редуктора антенного блока с передаточным числом
Рис. 1.3. Общий вид антенного блока самолетной
метеонавигационной РЛС «Гроза»:
/ — отражатель; 2 — излучатель; 3 — зубчатый сектор;
4 — ось азимутального вращения; 5 — корпус
и=\ и вращающихся трансформаторов ВТ, электрически
связанных с блоками развертки индикаторных устройств пилота и
штурмана. Эта связь обеспечивает дистанционную передачу угла
поворота зеркала антенного блока РЛС по азимуту на экран
индикаторного устройства.
В механизмы следящих систем входят приводы систем
автоматического сопровождения (САС), рулевые приводы, приводы
устройств гиростабилизации, приборные приводы различного типа
компенсационных устройств, программных механизмов и др.
Приводами САС являются приводы широкого класса систем,
предназначенных для слежения за объектами, перемещающимися в
пространстве. Рулевые приводы могут входить как в контур управления,
так и в контур стабилизации летательного аппарата. Приводы
устройств гиростабилизации используют для стабилизации положения
объекта в случае возможных колебаний его основания.
Как правило, механизмы, входящие в систему следящего
привода, должны иметь высокую кинематическую и динамическую
точность, а при передаче силовых нагрузок обладать необходимой
прочностью, надежностью и долговечностью.
Механизмы ручной настройки являются составной частью
измерительной, связной и радиовещательной аппаратуры, осуществляя
с помощью оператора ее настройку. Настройку производят путем

перемещения с помощью передаточного механизма элемента
настройки: ротора конденсатора переменной емкости, катушки
вариометра, поршня в резонансной камере объемного резонатора и т. п.
Механизмы электромеханической настройки используют для
дистанционной настройки радиоаппарата; они состоят из механизма
2
Рис 1.4. Общий вид (а) и кинематическая схема (б) механизма
настройки и отсчета (в) радиоволномера
настройки и следящей системы, датчик которой связан с ручкой
настройки и находится на пульте управления, а приемник входит
в конструкцию радиоаппарата, обеспечивая с помощью механизма
дистанционной настройки перестройку исполнительного
устройства. Это устройство может иметь плавную, фиксированную и
смешанную настройку.
На рис. 1.4, а—в показаны общий вид и кинематическая схема
измерительного прибора — радиоволномера с механизмом ручной
настройки. Настройку измерительной системы этого прибора
осуществляют перемещением в резонансной камере 1 поршня 2 с
помощью безлюфтовой винтовой пары 3 от ручки настройки 6. Отсчет

ведут по шкалам точного 4 и грубого 5 отсчета. При определенном
соотношении между длиной / вылета поршня и измеряемой длиной
волны л система находится в резонансе, что может бытъ^ отмечено
наибольшим отклонением стрелки измерительного прибора,
который соединяется с петлей связи 7.
Ввиду незначительной величины момента сил сопротивления
перемещению элемента настройки передаточные механизмы этой
группы можно отнести к кинематическим. К таким механизмам
предъявляются высокие требования по точности перемещения
элемента настройки.
Отсчетные механизмы обеспечивают отсчет величины
переменного параметра с заданной точностью,, создавая определенную
кинематическую связь между перемещающимся элементом настройки
и указателем. В отсчетных устройствах возможно также
использование цифровых индикаторов.
Примером этого типа механизмов может служить конструкция
отсчетного устройства (рис. 1.4, в), состоящего из шкал точного 4
и грубого 5 отсчета, а также передачи между ними, образованной
зубчатыми колесами zu z2, z\ и гъ. Такая конструкция не является
силовой, так как при перемещении шкал преодолевается только
момент от сил трения в кинематических парах, что ужесточает
требования к точности.
Механизмы перемещения носителя информации в устройствах
магнитной записи и воспроизведения осуществляют протягивание
носителя записи. Механизмы для протягивания носителя записи
имеют привод от электродвигателя и передачи зацеплением или
гибкой связью.
Передаточные механизмы этих устройств являются силовыми,
так как преодолевают момент сопротивления, возникающий от
протягивания и ускоренной перемотки носителя информации. Для
получения требуемого качества воспроизведения записи эти
механизмы должны обеспечивать стабильность скорости перемещения
носителя, что требует их исполнения с достаточно высокой точностью.
Несмотря на существующую в последнее время тенденцию
заменять механические узлы, их простота, высокая надежность,
меньшая потребляемая мощность позволяют утверждать, что такие
узлы будут еще достаточно долго использоваться в конструкциях
РЭА/
ГЛАВА 2
ТИПОВЫЕ НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ РЭА
§ 2.1. Назначение, принципы построения,
элементы стандартизации и унификации
конструкций
Несущие конструкции предназначены для размещения
электронной части РЭА и обеспечения ее функционирования в
реальных условиях эксплуатации.
10

Использование несущих конструкций позволяет улучшить
компоновку, теплоотвод, экранирование и заземление, а также повысить
надежность и технологичность составных частей и изделия в
целом.
Электронная часть современного радиоаппарата, блока,
комплекса или радиотехнической системы может содержать
определенное число дискретных элементов: интегральных микросхем (ИС)
различного уровня интеграции, полупроводниковых приборов,
резисторов, конденсаторов, трансформаторов, линий задержки и т. д.
Такие дискретные элементы входят в РЭА в виде составных частей
функциональных узлов, являющихся основой РЭА самого
различного назначения, начиная с блоков мощных радиопередающих
устройств и кончая миниатюрными транзисторными приемниками.
К РЭА могут быть отнесены бытовая и измерительная
аппаратура, стойки, шкафы и пульты радиоастрономических,
радиотелеметрических и радионавигационных систем, блоки и станции
наземной и связной радиолокационной аппаратуры. Функциональными
узлами (ФУ) считают усилители низкой, промежуточной и высокой
частоты, блоки питания, блоки развертки РЛС и т. д. При
компоновке РЭА необходимо учитывать взаимное расположение ее
составных частей и способ их перемещения друг относительно друга
при сборке и эксплуатации. Цель компоновки — оптимизация
функциональных, эксплуатационных, конструктивно-технологических и
эстетических показателей конструкции.
Для решения вопросов, возникающих при компоновке, следует
использовать накопленный опыт конструирования РЭА различного
назначения. Компоновочным решением конструкции может
являться моноблочный вариант и вариант, состоящий из сочетания
отдельных конструктивно законченных сборочных единиц — модулей.
При этом модульность конструкции характеризуется тем, что
высший конструктивный уровень модуля обеспечивает входимость
модуля низшего конструктивного уровня. Такой метод компоновки в
сочетании с функционально-узловым методом (ФУМ)
проектирования РЭА, в основу которого положен принцип деления
принципиальных электрических схем на отдельные функциональные и
конструктивно законченные сборочные единицы, нашел широкое
применение при конструировании РЭА.
Модульная компоновка изделия является наиболее
перспективной, так как позволяет также «сворачивать», «вытягивать» и
«разносить» в пространстве принципиальную электрическую схему
изделия, представляя ее в виде связанных путем размерной
координации модулей. Модульная компоновка обеспечивает:
а) свободный доступ к составным частям конструкции;
б) параллельность ведения технологических операций сборки;
в) простоту модернизации отдельных составных частей;
г) стандартизацию установочной и крепежной аппаратуры;
д) комплексную и индивидуальную защиту от внешних
воздействий;
е) хорошую ремонтопригодность.

Для обеспечения удобства эксплуатации могут использоваться
выдвигание, поворот и раскрытие.
При выдвигании (рис. 2.1, а) происходит полное или неполное
перемещение модуля низшего уровня по направляющим модуля
более высокого уровня. Связь модулей с общей электрической
схемой осуществляют с помощью удлиненного монтажного кабеля.
При повороте (рис. 2.1, б) перемещение модулей производится
по шарнирным сочленениям, соединяющим их ребра. Связь между
модулями осуществляют с помощью шлейфа проводов или гибкой
печатной платы.
с. 2.1. Модульная компоновка с помощью выдвигания (а), поворота (б)
и раскрытия (в)
При раскрытии (рис. 2.1, в) раскрытие стенок компоновочного
объема происходит по шарнирным сочленениям, расположенным в
ребрах раскрывающихся частей.
Наиболее оптимальным решением является применение в
конструкции всех трех указанных способов.
Основой каждого конструктивного модуля при его компоновке
является несущий элемент, представляющий собой каркасную или
рамочную конструкцию. Несущий элемент прежде всего должен
обеспечить механическую прочность и жесткость изделия,
технологичность его изготовления, удобство эксплуатации, теплоотвод и
ряд других требований, связанных с особенностью конструкции
изделия и его эксплуатацией.
РЭА может компоноваться в виде узлов, блоков, приборов,
стоек, шкафов (контейнеров) и устройств в качестве самостоятельной
системы, состоящей из нескольких стоек, пультов управления и т. д.
Под блоком понимают функционально и конструктивно
законченную сборочную единицу, состоящую из ячеек, закрепленных
в его несущей части. Блок, как правило, не имеет самостоятельного
эксплуатационного назначения и является составной частью
(модулем) модуля более высокого конструктивного уровня.
12

Прибором называют блок или систему блоков, имеющую
самостоятельное назначение.
Стойка — законченная конструкция, в которую входят
расположенные один над другим блоки, подчиненные определенному
ряду типоразмеров, принятому для данной модульной иерархии.
Шкаф (контейнер)—разновидность стойки; отличается
от нее отсутствием у входящих в него блоков лицевых панелей,
органов управления, контроля и измерения; корпус шкафа обычно
имеет на лицевой стороне сплошные дверцы.
е)
Рис. 2.2. Компоновочные схемы шасси и каркасов блоков
Пульт управления — устройство с блоками, узлами и
элементами, имеющими органы управления, информационные,
контрольные и сигнальные элементы и форму, удобную для работы
оператора. При унификации несущих конструкций пульт может быть
разновидностью стойки.
Компоновочные схемы перечисленных видов РЭА, а поэтому и
типы входящих в них несущих конструкций, определяются их
элементной базой.
При компоновке блоков приборной, бытовой, макетной и
лабораторной РЭА с использованием дискретных
электрорадиоэлементов (ЭРЭ), электровакуумных приборов, трансформаторов, элект-
ронно-лучевых трубок в качестве несущего элемента применяют
шасси или каркас блока. Шасси представляет собой плоскую или
объемно-панельную конструкцию, используемую для размещения
дискретных ЭРЭ и других деталей и узлов блока. На рис. 2.2, а
показана компоновочная схема плоского шасси / телевизора,
которое откидывается относительно корпуса 3 поворотом на 90° в
шарнирах А и В. Монтажные провода, расположенные на задней стен-
13

ке шасси, закрывают задним кожухом 2. В данном случае шасси —
это плата из гетинакса или стекло-текстолита, для повышения
жесткости окантованная по краям металлической рамкой. Шасси может
также изготовляться из легких алюминиевых или магниевых
сплавов с помощью литья или штамповки. На рис. 2.2, б представлена
компоновочная схема шасси в виде плоской панели 1 с отбортовкой;
шасси используют для размещения входящих в электрическую
схему деталей и узлов, в том числе дискретных ЭРЭ, с целью защиты
которых шасси с расположенными на нем деталями и узлами
закрывают кожухом 2.
4-а уровень
(каркасы стоек, шкафов, пультов)
3-й уровень
(корпусы и каркасы блоков)
2-й уровень
(шасси и панели)
1-й уровень
* (ячейки)
а)
Рис 2.3. Схема входимости (а) и примеры типовых несущих
конструкций (б—г) РЭА
14

Добавляя к горизонтальной части шасси 1 панель <?, для
присоединения которой применяют косынки 2 или плоскую стенку 4,
получают компоновочную схему, приведенную на рис. 2.2, в.
Конструкция обеспечивает хорошую жесткость при размещении на шасси
тяжелых дискретных узлов.
На рис. 2.2, г приводится компоновочная схема каркаса блока,
образованного двумя горизонтальными панелями /, передней 2 и
задней 4 панелями, соединенными фасонными профилями 3. На
рис. 2.2, д показана компоновочная схема каркаса блока, в которой
соединение панелей 1 и 2 обеспечивается стержнями 3, располага-
<
п
,:
1 11
rjnn a ? |1*
: :
:
и
аопа|
DDD D[|
Ф-
1
Ф-
Продолжение рис. 2.3
15

емыми по углам панелей. Компоновочная схема каркаса блока,
образованного панелью 1 с закрепленными на ней П-образными
скобками 2 с платами 3, дана на рис. 2.2, е.
Блоки РЭА различного назначения, в качестве элементной базы
использующие полупроводниковые приборы, ИС, микросборки и
дискретные ЭРЭ, имеют разъемный, книжный или кассетный
варианты конструкции, определяющие характер компоновки несущих
частей. Входящие в блоки модули более низкого уровня в виде
конструктивно законченной сборочной единицы, состоящей из узлов,
ИС, микросборок и навесных ЭРЭ, установленных на одну или
несколько печатных плат, называют ячейками. К ячейкам
следует относить также печатный узел (ГОСТ 20406—75) и типовой
элемент замены (ГОСТ 15971—74).
Применяемую в РЭА систему типовых несущих конструкций
(СТНК) можно представить схемой, показанной на рис. 2.3, а.
Несущие конструкции каждого конструктивного уровня даны на
рис. 2.3, б—г; в качестве конструкций первого уровня в РЭА
используют бескаркасные (рис. 2.3, б) и каркасные (рис. 2.3, в, г)
конструкции ячеек, в качестве конструкции второго уровня — шасси (рис.
2.3, б, в) и панели (рис. 2.3, г) блоков; в качестве конструкций
третьего уровня — корпусы и каркасы блоков, а в качестве
конструкций четвертого уровня — каркасы стоек, шкафов и пультов
РЭА.
Перечисленные виды несущих конструкций РЭА являются
типовыми.
Элементами стандартизации данных конструкций являются их
габаритные размеры, которые для некоторых видов РЭА
определены следующими стандартами:
1) ГОСТ 17046—71. Корпусы пультов самолетной РЭА;
2) ГОСТ 17045—71. Корпусы блоков самолетной РЭА. Типы;
3) ГОСТ 17413—72. Корпусы блоков и монтажные устройства
самолетной РЭА;
4) ГОСТ 12863—67. Основные размеры блоков;
5) ГОСТ 10317—79. Платы печатные. Основные размеры.
Стандартизация элементов аппаратуры осуществлена и в
соответствующих ОСТах, определяющих размеры и
конструктивное решение отдельных узлов и деталей несущих конструкций
РЭА.
Система типовых несущих (базовых) конструкций,
применяемых в ЭВА, дана в ОСТ 4ГО.410.077. Эти конструкции
предназначены для размещения электронной части конструктивных
модулей; их использование обеспечивает ее защиту от механических
воздействий, электромагнитных полей и способствуют
необходимому теплообмену.
Уровни конструктивных модулей несущих конструкций
ЕС ЭВМ даны в табл. 2.1; на рис. 2.4 показана система типовых
несущих конструкций ЕС ЭВМ.
Основные параметры и составные части каждого
конструктивного модуля определены тем же отраслевым стандартом.
16

Таблица О
Уровень модуля
Первый
Второй
Третий
Четвертый
Пятый
Конструктивная модульноегь
ИС в корпусе, электрорадиоэлемент (ЭРЭ),
специальный элемент
Типовой элемент замены (ТЭЗ)
Панель
Рама, блок
Стойка, тумба, пульт, шкаф
I!
Рис. 2.4. Система типовых несущих конструкций ЕС ЭВМ
Многократное использование элементов, деталей и узлов для
всей конструкции с целью сокращения их номенклатуры называют
унификацией конструктивных элементов. Унификацию
целесообразно проводить по номинальным размерам соединений, типу
посадок и соединений, применяемым модулям в передаточных
механизмах, сортаменту и маркам материалов. Необходима
унификация конструктивных модулей РЭА, размеров их посадочных
мест, присоединительных и установочных размеров. Показателем
унификации в несущих конструкциях может служить число
используемых в изделии типовых деталей и узлов. Такими деталями и
узлами могут быть стандартные ячейки, направляющие, типовые
каркасы блоков, стоек, шкафов, изготовляемые серийно.
17

§ 2.2. Основные виды конструкций
Система типовых несущих конструкций РЭА отражена в ряде
разработанных отраслевых стандартов. Рассмотрим наиболее
распространенные конструкции.
Такая система для наземной РЭА, выполняемая в виде шкафов,
шасси блоков и секций (ОСТ 4ГО.410.004), приведена на рис. 2.5.
Тип!
Рис. 2.5. Система типовых несущих конструкций наземной РЭА
Основными несущими конструкциями этой системы являются
корпус шкафа 3, который имеет несколько типоразмеров и
используется для установки в него шасси 2 с ячейками 1, выполняемыми
по ОСТ 4ГО.412.000. Шкафы (стойки), установленные в ряд и
соединенные болтами, могут иметь общий воздуховод 5, кабельную
коробку 6\ они размещаются на общем основании 4 в прицепе 7.
В зависимости от конструкции корпусы шкафов несущих
конструкций для наземной РЭА делят на три типа:
I — корпусы шкафов для выдвижных шасси блоков;
компоновочная схема построения: ячейка — блок — шкаф;
II — корпусы шкафов для единого выдвижного шасси с
секциями; компоновочная схема построения: ячейка — секция — шкаф
или ячейка — шкаф;
18

Рис. 2.6. Схемы конструкции ячейки с одной (а) и двумя (б) печатными платами блока
наземной РЭА

HI — корпусы шкафов для выдвижных шасси как одинарных,
так и сдвоенных (по высоте и ширине) блоков.
Корпусы шкафов имеют ширину L = 320 мм, глубину В = 590 мм
и высоту // = 860-^-1900 мм.
В зависимости от конструкции корпуса шкафа шасси
подразделяют на три типа:
I — шасси, устанавливаемое в корпусе шкафа типа I;
II — шасси, устанавливаемое в корпусе шкафа типа II;
III — шасси, устанавливаемое в корпусе шкафа типа III.
Шасси характеризуются шириной L, глубиной В и высотой Н.
Используемые в блоках наземной РЭА ячейки представляют
собой законченную сборочную единицу, состоящую из одной или
двух печатных плат с установленными на них микросхемами и
ЭРЭ, электрическим соединителем (вилкой) и лицевой панелью с
элементами крепления и контроля электрических цепей ячейки.
Ячейки могут быть с одной (тип I) и двумя (тип II) печатными
платами. Ячейка типа I (рис. 2.6, а) состоит из платы 1, лицевой
лланки 3 и вилки разъема 2. Печатная плата имеет три размера:
170X75, 170X110 и 170X200 мм. Ячейка типа II (рис. 2.6, б)
состоит из платы основной 3, дополнительной платы 2, лицевой
планки 1, вилки разъема 4, втулки 6 и шарнира 5.
Ячейки имеют бескаркасную конструкцию; несущим элементом
ячейки является печатная плата. Лицевая планка и вилка
разъема крепятся к плате с помощью винтов.
Пример установки ячеек в шасси блока приведен на рис. 2.7.
В шасси ячейки 1 устанавливают в вертикальном положении. Для
этого используют направляющие 5, которые крепятся к шасси 4
с помощью винтов. Направляющие изготовлены из прессматериа-
ла; на их концах предусмотрены выступы для фиксации лицевой
планки ячейки. На коммутационной плате 2 закреплены розетки
разъемов 3. Минимальный шаг установки одноплатных ячеек в
каркасе шасси 15 мм, двухплатных — 25 мм. При установке ячеек
в несколько ярусов необходимо образование в блоке сквозных
вертикальных каналов для конвекции воздуха.
Система типовых несущих конструкций наземной РЭА,
работающей в более жестких условиях эксплуатации, изображена на рис.
2.8. Она состоит из шкафов двух типов, которые применяют для
установки блоков. Блоки имеют четыре типоразмера; в двух
функциональная схема реализуется путем использования ячеек (тип I)
в двух других для этой цели используется плоская панель, на
которой размещаются необходимые ЭРЭ и электрический монтаж
(тип II).
Используемые в этих блоках ячейки, конструкция которых
представляет законченную сборочную единицу, состоят из одной
или двух печатных плат с установленными на них микросхемами,
навесными ЭРЭ, разъемами и элементами крепления. Ячейки по
конструктивному исполнению делятся на два типа: I —
одноплатные; II —двухплатные. Выбор типа ячейки производится в
зависимости от площади, необходимой для размещения микросхем и на-
20

весных электрорадиоэлементов. Ячейка типа I (рис. 2.9, а) состоит
из печатный платы 2, лицевой планки / и вилки разъема 3 типа
РППМ26, прикрепляемого к плате винтами 4. Ячейка типа // (рис.
2.9, б) имеет две платы / и 2, между которыми расположен разъем
3. В зависимости от плотности компоновки микросхем в ячейках
Рис. 2.7. Установка ячеек в шасси блока
могут применяться двусторонние и многослойные печатные платы.
Толщина двусторонних печатных плат 1,5 м, многослойных — до
2,1 мм. Шаг установки ячеек в блоке 12,5 мм.
Система построения корпусов блоков самолетной РЭА,
монтажных рам и стеллажей для установки блоков, определяющая их
основные типоразмеры, дана в ГОСТ 17045—71. Этот же ГОСТ
характеризует предельные размеры для конструктивных выступов
21

Шкаф
(стойка)
Блок
Ячейка
Tuni
Рис. 2.8. Система типовых несущих конструкций РЭА наземного
передвижного комплекса

{головок винтов, ручек и т. д.) на боковых, задней и. передней
стенках корпуса. Присоединительные и установочные размеры
корпусов блоков должны соответствовать ГОСТ 17413—72.
Корпус блока самолетной РЭА имеет модульную
сборно-разборную конструкцию. На корпусе блока устанавливают арматуру, не-
Граница монтажа
грсл!иц и мо н пажа
Рис. 2.9. Одноплатная (а) и двухплатная (б) конструкции ячейки
обходимую для его соединения, крепления, заземления,
размещения его на раме или в стеллаж и съема с них.
При конструировании блоков на микросхемах, которые
применяют в различных видах РЭА, используют разъемные и книжные
конструкции, определяющие характер их несущих частей. В
качестве модуля более низкого уровня в таких конструкциях
используют ячейку.
Разъемный вариант блока с использованием микросборок в
герметичном исполнении приведен на рис. 2.10. Он состоит из набора
ячеек 1 на бескорпусных микросборках. Корпус блока литой и
состоит из передней панели 2, задней панели 6, стенки 4 и съемных
боковых крышек 3 и 7 и верхней 5. Герметизация блока
осуществляется с помощью резиновых прокладок и стягиванием болтами
23

боковых крышек. Передняя панель имеет разъем и трубку для
откачки воздуха; на задней панели имеются штыри-ловители.
Типоразмер корпуса 2,5 К по ГОСТ 17045—71.
Книжная негерметичная конструкция блока показана на рис.
2.11. Блок состоит из передней 1 и задней 5 панелей, соединенных
Рис. 2.10. Герметичная разъемная конструкция блока
средней стенкой 2 и составляющих каркас блока, ячейки 6,
коммутационной печатной платы 3 и кабеля плоского тканого 4. Он
имеет вертикальную ось раскрытия и образован двумя секциями.
Ячейки каждой секции прикрепляют к средней стенке корпуса
блока.
Книжные конструкции блоков в герметичном корпусе
приведены на рис. 2.12. На рис. 2.12, а блок состоит из ячеек 6, основания
1, корпуса блока 3 и шарниров 4; крепление ячеек к основанию
производится с помощью винтов 5, а электрическая коммутация—
гибким печатным кабелем (ГПК) 7. Герметизация блока осущест-
24

вляется уплотнительной прокладкой2. Блок на рис. 2.12, бсостоит
из корпуса 2, к бобышкам которого винтами / закреплены ячейки
6, крышки 7, монтажной платы 5 с разъемами 4, которая для гер-
Рис. 2.11. Книжная
конструкция блока
Рис. 2.12. Герметичные книжные конструкции блоков
метизации залита компаундом 5. Герметизация корпуса
осуществляется паяным швом, состоящим из изоляционной прокладки 10
и проволоки 9; шов пропаян припоем 8.
25

Герметичная книжная конструкция блока с воздуховодом,
имеющая принудительное охлаждение, показана на рис. 2.13. Блок
состоит из набора ячеек 5 на бескорпусных микросборках,
установленных по его продольной оси. Корпус блока включает в себя
переднюю 4 и заднюю 6 панели, имеющие общее основание. Кожух
блока / сварной, его боковые стенки имеют ребра жесткости.
Герметизация блока осуществляется пайкой стыка кожуха с передней
Рис. 2.13. Герметичный блок книжной конструкции с
воздуховодом
и задней панелями блока. На передней панели расположены
разъем 2, трубка для откачки воздуха, отверстия 3 для подвода и
отвода воздуха с целью охлаждения ячеек блока. На задней панели
имеются штыри-ловители. Внутриблочное соединение выполнено с
помощью ГПК и объединительной печатной платы.
Элементами несущих конструкций в ячейках являются печатные
платы в бескаркасных и рамы с печатными платами в каркасных
конструкциях. Несущие конструкции — каркасы блоков.
При установке блоков в модуль более высокого уровня (стойку
или шкаф} несущими конструкциями последних являются
каркасы стоек и шкафов, называемые просто стойками или шкафами.
26

ГЛАВА 3
УСЛОВИЯ РАБОТЫ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИИ
И МЕХАНИЗМОВ РЭА
§ 3.1. Условия эксплуатации, виды внешних
воздействий и способы защиты
Условия эксплуатации РЭА зависят от внешних воздействий,
которые необходимо учитывать при конструировании. Эти
воздействия можно представить в виде сочетания климатических,
механических и радиационных факторов.
Климатическое воздействие на РЭА сводится к влиянию тепла
и холода, влаги, перепада давления, солнечной радиации,
химического и механического состава воздушной среды (находящихся в
ней частиц пыли и газов).
Климатические условия характеризуются четырьмя видами
климата: холодным, умеренным, жарким и сухим, жарким и влажным
(ГОСТ 16350—70).
Климатическое воздействие вызывает температурные
деформации деталей РЭА; при совместной работе деталей с различными
температурными коэффициентами линейного расширения (ТКО
могут возникать температурные напряжения. Такие напряжения
имеют место в деталях при их нагреве во время закрепления (
заделки) с двух концов.
При низких температурах (—50° С и ниже) конструкционные
материалы могут приобретать хрупкость, растрескиваться,
понижать свои механические характеристики; резина обычного
состава теряет свои упругие свойства и становится хрупкой.
При изменении температуры меняется вязкость смазок;
некоторые виды смазок при понижении температуры (—50ч—60° С и
ниже) увеличивают свою вязкость и могут служить причиной
отказа механизмов ввиду резкого возрастания момента сопротивления;
при высокой температуре густые смазки засыхают.
Высокая влажность воздуха вызывает коррозию, особенно
интенсивно протекающую при наличии в атмосфере растворов солей
и кислот. На поверхности металла влага образует пленку
электролита, вступающего в химическое взаимодействие с металлом.
Коррозия нарушает качество поверхности и механическую прочность
детали, а также контактную прочность проводников и
герметизацию изделия. Особенно сильно коррозия проявляется в местах
соприкосновения различных металлов, образующих гальванические
пары.
Понижение давления ухудшает теплоотвод, что ведет к
повышению температуры изделия. В герметизированных узлах это может
служить причиной их разрушения.
Солнечная радиация оказывает непосредственное воздействие
на элементы конструкции, находящиеся на открытом воздухе.
Радиация вызывает нагрев деталей и связанные с этим температур-
27

ные деформации; у пластмасс это вызывает изменение структуры,
химического состава и механических свойств материала.
Радиационное воздействие на больших высотах связано с
наличием у Земли радиационных поясов с максимальной
интенсивностью, приблизительно равной 10 Р/ч.
Находящиеся в воздухе механические частицы вызывают
механический износ поверхностей деталей; при наличии в воздухе
влаги, паров солей и газов процесс износа усиливается коррозией.
Для защиты от климатических воздействий наиболее
эффективно применение герметизации и термостатирования; для защиты
материалов от коррозии используют различные покрытия и
специальные марки сталей и сплавов, не подвергающихся разрушению
от коррозии.
Детали и узлы РЭА проверяют на влагоустойчивость, морозо-
и теплоустойчивость, высотность, водо-, брызго- и пылезащищен-
ность.
Механическое воздействие на РЭА сводится к вибрациям,
ударам, линейным перегрузкам.
Такое воздействие может проявляться как в процессе
эксплуатации, так и при транспортировке, причем уровень воздействий
определяется условиями эксплуатации и транспортировки. По
условиям эксплуатации РЭА делят на четыре вида: 1) наземную;
2) самолетную; 3) корабельную; 4) космическую.
Показатели вибрации, а также ударных и линейных перегрузок,
возникающих при эксплуатации, для различных видов РЭА
приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Вид РЭА
Частота
вибрации, Гц
Ускорение
при вибрации
g
Линейные
перегрузки g
Действие
удара g
Передвижная на
наземных транспортных
средствах
Самолетная
Корабельная
Космическая
2-80
3—500
5—35
До 200
200—2000
До 4
2—10
До 1,5
До 3
До 5
До 6
6-9
Нет
До 8—10
До 10
5—Ю
7—12
2-6
Механическое воздействие, сводящееся к вибрациям, создает
возможности увеличения амплитуды колебания деталей и
возникновения дополнительных нагрузок на эти детали от вибрационных
ускорений; особенно опасным следует считать появление
резонанса. Линейные перегрузки и удары вызывают появление
дополнительных нагрузок от сил инерции. Величины и вид внешних
механических воздействий зависят от вида аппаратуры и места ее
размещения на объекте.
28

Степень механической перегрузки при испытываемом
аппаратурой ускорении а может быть оценена коэффициентом инерционной
перегрузки
J=a/g, C.1)
где g — ускорение силы тяжести.
Инерционные перегрузки возникают за счет линейных
ускорений при взлете, маневрировании и посадке летательного аппарата
(ЛА), а также за счет вибраций и ударов, передаваемых на
места крепления аппаратуры при перемещении объекта. Считая
характер вибрации аппаратуры синусоидальным вида х==Л0 sin co0^,
получим
х= — Аощ sin со/. C.2)
Наибольшее ускорение по модулю
где Ао— наибольшая амплитуда колебаний; соо — угловая
частота собственных колебаний центра масс амортизируемого объекта.
Тогда коэффициент перегрузки
j = a/g=Аощ/g = Л о Bя./0J/? = A^tffl/g, C.3)
где fo = (Do/2tt — частота колебаний, Гц.
При ударе по закону смещения основания Xi=f(t)
JyA=XinJg- C.4)
Для ослабления действия вибраций и ударов узлы и блоки РЭА
устанавливают на упругие элементы — амортизиторы,
позволяющие за счет смещения амортизируемого объекта, т. е. за счет
деформации амортизатора, уменьшить частоту его колебаний, а
следовательно, и коэффициент инерционной перегрузки.
Для проверки аппаратуры на воздействие механических
факторов ее испытывают на вибропрочность, виброустойчивость,
ударную прочность и транспортирование. При этом под
вибропрочностью понимают способность аппаратуры противостоять
разрушающему действию вибраций в заданных диапазонах частот; под
виброустойчивостью — свойство аппаратуры выполнять
свои функции в условиях вибраций в заданном диапазоне частот и
ускорений; под ударной прочностью — свойство
аппаратуры противостоять разрушающему действию ударов заданной
величины и продолжать после их действия свои функции.
§ 3.2. Нормирование условий эксплуатации
Для обеспечения работоспособности РЭА в заданных условиях
эксплуатации в течение заданного срока службы необходимо при
конструировании нормировать условия ее эксплуатации, например
климатические и механические воздействия.
29

Нормирование условий эксплуатации осуществляют путем:
1) перечисления действующих факторов с указанием степени
их жесткости по ГОСТ 16962—71;
2) указания климатической категории и исполнения по ГОСТ
15150—69;
3) указания группы эксплуатации изделия;
4) перечисления действующих факторов с указанием их
числовых характеристик;
5) сочетания отдельных ранее перечисленных способов.
Первый способ нормирования применяют для изделий, не
относящихся к определенному району или объекту эксплуатации.
Степень жесткости характеризует работоспособность этих
изделий в различных условиях эксплуатации. ГОСТ 16962—71
определяет для каждой степени жесткости нормы на колебание
температуры, давление, диапазон частот, максимальные ускорения,
влажность и т. д.
Второй способ нормирования используют в тех случаях, когда
.заранее известны географический район эксплуатации изделия и
место его размещения (на открытом воздухе, в помещении и т. п.).
ГОСТ 15150—69 устанавливает десять климатических исполнений
;и пять климатических категорий изделия.
Третий способ нормирования применяют в тех случаях, когда
заранее известен объект, на котором изделие будет
эксплуатироваться, а также место размещения изделия на этом объекте
и район эксплуатации. При этом устанавливают способность
изделия противостоять внешним воздействиям путем обеспечения его
тепло- и виброустойчивости и т. д. В качестве нормативных
документов используют ГОСТ 16019—78, 17676—72 и 11478—75. ГОСТы
16019 — 78 и 17676—72 подразделяют РЭА на 13 групп в
зависимости от типа и условий эксплуатации, а ГОСТ 11478—75 — на
четыре группы в зависимости от устойчивости к климатическим
воздействиям. Нормами устойчивости являются соблюдение
резонансных, вибро-, ударо- и влагоустойчивых требований.
Четвертый способ нормирования используют в тех случаях,
когда условия эксплуатации отличаются от нормированных в
ранее рассмотренных случаях. Это бывает, когда:
1) изделие эксплуатируется в реальных условиях (глубины
океана, атмосфера других планет и др.);
2) эксплуатацию осуществляют на новых объектах (ИСЗ,
космические аппараты и др.);
3) изделие разрабатывается для конкретного объекта.
При этом числовые значения параметров внешних факторов
рекомендуют выбирать по ГОСТ 15150—69.
Пятый способ нормирования осуществляют путем нормирования
отдельных числовых значений параметров по ГОСТ 15150—69 и
указанием группы эксплуатации изделия по ГОСТ 17676—72.

§ 3.3. Виды покрытий
В процессе эксплуатации под влиянием внешних климатических
факторов поверхности металлических деталей РЭА могут
разрушаться; это разрушение называют коррозией. Коррозия
снижает качество изделия, срок его службы и может служить причиной
отказа работы.
Для защиты поверхностей металлических деталей от коррозии
применяют металлические, неметаллические и лакокрасочные
покрытия.
Виды, ряды толщин и обозначения для металлических и
неметаллических покрытий определены ГОСТ 9.073—77. Условные
обозначения материала покрытий приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Материал
покрытия
Алюминий
Железо
Золото
Индий
Кадмий
Кобальт
Медь
Никель
Условное
обозначение
А
Ж
Зл
Ин
Кд
Ко
м
н
Материал
покрытия
Олово
Палладий
Платина
Родий
Свинец
Титан
Хром
Цинк
Условное
обозначение
О
Пд
Пл
Рд
с
Ти
X
Ц
Этот же ГОСТ определяет способы нанесения покрытия и
следующие условные обозначения для каждого из них: катодное
восстановление *, анодное окисление (Ан), химический (Хим),
горячий (Гор), диффузионный (Диф), металлизационный (Мет),
конденсационный (Кон), контактный (Конт), вжигание (Вж) и
катодное распыление (Кат-рас).
Толщину покрытия выбирают в зависимости от материала и;
способа нанесения покрытия. Для цинка, меди, никеля, хрома и
других металлов и их сплавов при химическом способе нанесения,
или катодном восстановлении толщина покрытия составляет 0,5;
1; 3; 6; 9; 12; 15; 18; 21; 24; 30; 46; 42; 48 и 60 мкм, для золота,
палладия, платины, родия и других драгоценных металлов— 0,1;
0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12 мкм.
По механическим свойствам покрытия делят на микропористые
(пор), молочные (мол), твердые (тв) и электроизоляционные (из).
Виды дополнительной обработки покрытия и их условные
обозначения приведены в табл. 3.3.
Декоративные свойства покрытия определяют по ГОСТ
21484—76.
Условия эксплуатации металлических и неметаллических
покрытий по ГОСТ 14007—68 делятся на следующие группы: лег-
Не имеет обозначения, как наиболее распространенный.

Вил дополнительной
обработки
Гидрофобизирование
Наполнение в воде
Нанесение
лакокрасочного покрытия
Оксидирование
Оплавление
Условное
обозначение
гфж
нв
ЛКП
оке
опл
Вид дополнительной
обработки
Пассивирование
Пропитка лаком и
Пропитка маслом
Форматирование
Хроматирование
Та
др.
блица 3.3
Условное
обозначение
пас
прп
прм
фос
хр
кая — Л, средняя — С, жесткая — Ж и очень жесткая — ОЖ.
Каждая из перечисленных групп определяет содержание в атмосфере
коррозионно-активных агентов, макроклиматический район и
условия размещения изделия.
При выборе покрытия учитывают его назначение и свойства,
материал детали, условия эксплуатации, способ нанесения,
допустимость контакта сопрягаемых металлов, экономическую
целесообразность. ГОСТ 14623—69 дает рекомендации по виду
металлических и неметаллических покрытий для различных материалов в
зависимости от условий эксплуатации (ГОСТ 14007—68).
Обозначение покрытия по ГОСТ 9.073—77 производят в
следующем порядке: способ получения, материал,
физико-механические свойства, толщина, декоративные свойства и вид
дополнительной обработки. Например, полученное катодным восстановлением
кадмиевое хроматированное покрытие толщиной 15 мкм имеет
условное обозначение: Кд15.хр; полученное химическим способом
никелевое гидрофобизированное покрытие толщиной 9 мкм:
Хим.Н9.гфж, а неметаллическое фториднохроматнофосфатное:
Ан.Фтор.Хром.Фос.
Лакокрасочные покрытия представляют собой пленку лака или
краски, нанесенную в один или несколько слоев на поверхность
детали и высушенную при определенном режиме. Такие покрытия
защищают поверхность детали от коррозии, одновременно придавая
ей соответствующий цвет и блеск (колер). Покрытие наносят
кистью, распылением или окунанием. Данные покрытия применяют
для окраски корпусов, кожухов, панелей, шкал.
Основой лакокрасочных покрытий является органическое
пленкообразующее вещество и пигмент. Эти покрытия долговечнее
металлических, однако их не следует использовать для деталей,
подвергающихся вибрациям, гибке, пайке, сварке.
Нанесение краски в один слой недостаточно для получения
механически прочного покрытия. Увеличение толщины покрытия
достигается путем многослойного нанесения краски. Первый слой
(грунтовка) служит для образования хорошей сцепляемости
поверхности детали с последующими слоями краски. Для увеличения
сцепляемости с грунтом поверхность необходимо предварительно
подготовить (очистить от окалины, ржавчины, грязи, масла). Для
32

заполнения неровностей и углублений на поверхности применяют
шпаклевку. Последующие слои, наносимые на загрунтованную и
зашпаклеванную поверхность, позволяют придать покрытию
устойчивость и улучшают внешний вид детали.
Лакокрасочные покрытия по внешнему виду получаемой
поверхности (ГОСТ 9.032—74) подразделяют на семь классов, каждый
из которых имеет ряд показателей: блеск (в процентах), число
включений на один квадратный метр, наличие потеков, рисок,
качество фактуры покрытия и др.
По условиям эксплуатации согласно того же ГОСТа при
эксплуатации в особых средах покрытия подразделяют на водостойкие
D; 4/1; 4/2); специальные E), маслобензостойкие F), маслостой-
кие F/1); бензостойкие F/2); химстойкие G; 7/1; 7/2; 7/3),
термостойкие (8), электроизоляционные (9). В скобках для каждого
вида покрытия указывают соответствующее обозначение условия
эксплуатации. Дробное обозначение предусматривает их
разделение на ряд групп,
При выборе материала (марки) покрытия исходят из
материала детали, условий эксплуатации, требований к качеству
поверхности и ее устойчивости, твердости покрытия и допустимой
температуры сушки. В качестве покрытий применяются эпоксидные,
фторопластовые, молотковые кремнийорганические, масляные, полиуре-
тановые и другие эмали и фенольные и полиэфирные лаки.
Группы условий эксплуатации лакокрасочных покрытий
устанавливает ГОСТ 9.009—73. Такими группами являются легкая Л,
средние Сь С2, С3, жесткие Жь Жг, Жз, Ж4 и очень жесткие ОЖь
ОЖ2, ОЖз и ОЖ4.
При обозначении покрытия записывают: а) вид
лакокрасочного материала по ГОСТ 9825—73 с указанием цвета, стандарта или
ТУ на него; б) класс покрытия; в) условия эксплуатации с учетом
воздействия климатических факторов и особых сред. Обозначение
материала или системы покрытия, класса отделки и условий
эксплуатации отделяют точками. Обозначение покрытия синей эмалью
МЛ-152 по II классу, эксплуатирующегося на открытом воздухе в
промышленной атмосфере умеренного макроклиматического
района, имеет вид: эмаль МЛ-152 синяя ГОСТ 18099—78.П.Ж2.
Подготовка металлических поверхностей перед окраской
определена ГОСТ 9.025—74.
ГЛАВА 4
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НЕСУЩИМ КОНСТРУКЦИЯМ
И МЕХАНИЗМАМ РЭА
§ 4.1. Прочность и жесткость конструкций
Все детали механизмов и механических узлов, которые
относятся к несущим конструкциям, должны быть сконструированы
так, чтобы они полностью удовлетворяли техническому заданию
2—1451 33

и изготовлялись при наименьших затратах. К деталям механизмов,
механическим узлам и изделию в целом предъявляют следующие
требования^ прочность, жесткость, точность, износостойкость,
надежность, технологичность. Детали механизмов и механические
узлы, используемые в качестве несущих конструкций, кроме того,
должны обеспечивать теплоотвод, электропроводность и
экранирование от внешних и собственных внутренних электромагнитных
полей. ;
Прочность. Под прочностью понимают способность детали или
изделия под действием нагрузок сопротивляться разрушению
любого вида. Различают объемную прочность, которая
характеризуется наличием в деталиГточек, испытывающих напряженное
состояние и находящихся на значительном расстоянии друг от друга
и от места приложения внешней нагрузки, и контактную, или
поверхностную, прочность, определяемую напряженным
состоянием малого объема детали, непосредственно прилегающего к ме«
сту приложения силы (случай контакта двух тел с передачей
нагрузки в точке или по линии контакта). При недостаточной
объемной прочности наступает поломка детали, а при недостаточной
контактной прочности происходит изъязвление поверхности (пит*
тинг). Если нагрузки создают в детали переменные во времени
напряжения, то говорят об усталостной, или циклической,
прочности.
Несущие конструкции типа плат, панелей, шасси, каркасов
стоек и рам, работающих в условиях вибраций, должны
удовлетворять также требованию вибропрочности.
Для связной, широковещательной, измерительной РЭА
характерным являются малые нагрузочные моменты, так как при
работе обычно преодолеваются только силы трения во вращательных и
поступательных парах. Существовало мнение, что прочностных
расчетов таких деталей можно не делать или рассчитывать их
только на статическую прочность и жесткость. Однако для РЭА,
устанавливаемой на борту летательных аппаратов, следует учитывать
перегрузки от линейных ускорений, вибраций и ударов. Ускорения
при этих видах воздействий зависят от типа объекта, места
расположения аппаратуры в нем и могут доходить для некоторых
типов самолетной и ракетной аппаратуры до 10—\bg и более. При
перегрузках необходим расчет на прочность механических деталей
РЭА. При расчете кроме статических нагрузок нужно учитывать
нагрузки от сил инерции. Некоторые детали работают на изгиб с
кручением. В этом случае коэффициент запаса прочности
определяют по формуле
п = >\п], D.1)
где па и пх — коэффициенты запаса прочности по нормальным и
касательным напряжениям.
34

Выбор допустимого коэффициента запаса прочности [п] можно
осуществить по табл. 4.1 *.
Таблица 4.1
Степень точности расчета и исходных данных
[п]
При повышенной точности расчетов с учетом основных и
дополнительных динамических нагрузок, при контроле
расчетов на прочность натурными испытаниями ответственных
деталей и узлов
При расчетах с приближенным учетом динамических
нагрузок, неполным контролем прочности натурными испытаниями
При приближенной точности расчета без натурных
испытаний; для деталей из пластмасс и хрупких материалов
(керамика)
1,25—1,4
1,5-2
2-3
Запасы прочности по нормальным и касательным напряжениям
определяются по формулам:
D.2)
D.3)
где o'rN и %'гк — предельные нормальные и касательные
напряжения для расчетного сечения детали (для цикла с характеристикой
г и при расчетном числе циклов нагружений Nv).
Наиболее характерными циклами нагружений являются
статический (г= + 1) и симметричный знакопеременный (г = — 1).
Предельные нормальные напряжения в этих случаях для
пластичных материалов можно подсчитать для циклов с
характеристиками г= + 1 (растяжение) и г = — 1 (изгиб) по формулам:
а+1 = ат/К+и D.4)
а11 = а.1ЛГ//С_1, D.5)
g_1n=g__1 f/N6/Np < зт, D.6)
где ат — предел текучести; o-\N — ограниченный предел
выносливости; о~\ — предел выносливости при симметричном цикле; /C+i и
К-\ — коэффициенты отличий детали от стандартного образца; Л^б —
базовое число циклов нагружений (при испытании стальных
стандартных образцов iVo=107); Л/р — расчетное число циклов
нагружений.
Коэффициенты отличий детали от стандартного образца:
К—\=
D.7)
* При расчетах на прочность и жесткость здесь и далее в квадратных
скобках обозначают допустимую величину.
2< 35

где kGy kM{ku'), kUy kK — коэффициенты концентрации напряжений,
масштабного фактора, шероховатости поверхности и качества
заготовки.
Для цикла с г=0 можно приближенно принять величину
предельного напряжения oq'= A,45—1,65) а'-ь
При определении предельных касательных напряжений
используют те же формулы с заменой а на х.
При работе деталей на
контактную прочность напряжения в
месте контакта зависят от
геометрии соприкасающихся тел. При
расчете механизмов РЭА на
контактную прочность используют
формулу Герца — Беляева,
позволяющую определить контактные
напряжения в зоне контакта для
случая сжатия двух цилиндров
(рис. 4.1).
2 При рассмотрении
напряженного состояния в месте контакта
двух цилиндров радиусами R\ и
i?2 и длиной / по образующей
предполагают, что нормальная
нагрузка Fn передается через
узкую площадку шириной 2А и
длиной /.
Напряжения, нормальные к
площадке контакта, изменяются
по эллиптическому закону; их наибольшая величина, как показал
Герц, располагается в месте наибольшей деформации цилиндров:
Рис. 4.1. К расчету контактных
напряжений
D-8)
где Fn/l = qn — удельная нагрузка, Н/мм; \х — коэффициент
Пуассона; EUVf—2EiE2/ {Ei+E2) —приведенный модуль упругости, МПа;
(l/p)np=l/pi±l/p2 — приведенная кривизна в зоне контакта, мм*1;
pi='/?i и р2 = /?2 — радиусы кривизны контактирующих
поверхностей цилиндров в точке контакта, мм.
Знак минус принимают при вогнутой поверхности в месте
контакта одного из цилиндров. С определенными допущениями эту
формулу используют для расчета зубьев передач на контактную
прочность.
Несущие конструкции типа каркасов, рам и стоек при
статическом действии нагрузок могут быть рассчитаны по методам,
принятым для расчета рам. Поскольку схема нагружения рам часто
является достаточно сложной, при расчете не удается получить
результатов, близких к действительным (особенно при ударном
36

воздействии нагрузок). Таким образом, исследование такого типа
конструкций осуществляется при проведении натурных испытаний.
Расчет на вибропрочность несущих конструкций типа платы
сводится к определению наибольших напряжений исходя из вида
деформации, вызванной действием вибраций в определенном
диапазоне частот, и сравнением полученных значений с допустимыми.
Этот расчет можно свести к нахождению собственной частоты
колебаний f, при которой плата с определенными размерами и ме*
ханическими характеристиками имеет прогибы и напряжения в
пределах допустимых значений. При этом частота колебаний
платы не должна быть близка к ее резонансной частоте /0.
1 1
1 J
1 1
1 !
"i
'////////. /////////
\—p
1 - 'i-
6 7
%
\
Щ J
1
8
i
i
Ц
9
i
!_ J
10 11 12 13 rt 15 16 17 18 10
Рис. 4.2. Схемы крепления пластины по контуру:
— жесткое крепление;~-^— шарнирное крепление, —сторона без опоры
Для расчета частоты собственных колебаний платы с
расположенными на ней микросхемами, резисторами и прочими ЭРЭ
существенным является выбор характера ее крепления по контуру.
Варианты возможных закреплений даны на рис. 4.2.
Если принять плату ТЭЗа с размещенными на ней ЭРЭ за
пластину с определенным типом заделки по контуру, то частота
ее собственных колебаний [3]
/= Ю5ЛТм/Св?й/а2, D.9)
где /См — коэффициент, учитывающий влияние материала платы
(табл. 4.2); Кв — коэффициент, учитывающий влияние массы
расположенных на плате элементов; В — частотная постоянная; h —
толщина платы; а — длина платы.
Коэффициент
где Мэ — масса элементов, равномерно размещенных на плате;
Ми — масса платы.
Значения Кв для различных соотношений Мэ/Ми даны в табл.
4.3.
37

М атериал платы
Сталь
Магниевые сплавы
Алюминиевые сплавы
к*
1,0
0,97
0,95
Материал
Гетинакс
Эпоксидные
Фенольные
Таблица 4.2
платы
СМОЛЫ
СМОЛЫ
к*
0,54
0,52
0,47
Таблица 4.3
мэ/мп
мэ/мп
мэ/мп
0,71
0,6
0,44
0,38
8
10
0,33
0,3
12
24
0,28
0,2
Частотная постоянная В зависит от вида закрепления платы
по контуру и соотношения размеров сторон а и b (табл. 4.4).
Таблица 4.4
Вариант
закрепления по контуру
(рис. 4.2)
Частотная постоянная В в зависимости от отношения сторон платы ajb
0,2
0,5
1,0
1,5
2,0
2.5
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
13
14
15
16
17
18
19
23,8
24
36,5
23,9
52,4
36,6
52,5
36,7
52,6
23
0,9
3,1
9,3
8,6
9,1
8,4
3,9
4,4
23,1
28,6
30,2
40,2
32,1
55,3
41,4
56,2
42,2
57,2
23
5,7
9,4
18,3
10,6
15,5
9,6
15,4
13,8
24,1
45,8
55
55
67,6
67,3
63,1
74,1
74,1
83,8
23
22,9
27,3
56,2
17,3
41,4
13,1
54,5
41,4
27,3
74,4
98,8
81,8
131,1
90,9
104,7
102,5
135,4
141,4
23
51,5
56,2
120 9
27,9
85,9
17,4
119,4
86,4
32,0
114,5
160,9
120,7
221,4
127,6
165,7
170,6
224,6
228,7
23
91,6
96,3
211,7
42,4
148,4
22,1
210,3
149,1
37,6
166
241,2
171,5
337,9
176,9
245,4
248,5
340,6
343,7
23
143,1
147,9
328,6
Г0,8
228,9
26,9
327,1
229,6
43,8
В несущих конструкциях типа каркасов, рам, стоек и блоков
отдельные узлы РЭА могут быть представлены балочными схема-
38

ми. При их расчете на вибрспрочность и виброже.'ггкссть
собственная частота колебаний такого узла [3]
12
D.11)
где ф — коэффициент, величина которого зависит от способа
закрепления деталей; / — длина пролета балки, м; Е — модуль
упругости материала балки, Па; / — момент инерции сечения балки,
м4; т — приведенная погонная нагрузка от массы балки и массы
расположенных на ней элементов, Н/м. Значения коэффициента ср
в зависимости от вида закрепления балки для различных гармоник
даны в табл. 4.5.
Таблица 4.5
Вил закрепления балки
Оба конца закреплены
жестко
Один конец закреплен
жестко, другой лежит на опоре
Оба конца лежат на опорах
Один конец закреплен
жестко, другой свободен
Козффи:.п. чг <р в занисимосш or номера гармоники
1
3,56
2,45
1,57
0,56
2
9,82
7,95
6,3
3,5
3
19,3
16,6
14,1
9,83
л
31,9
28,4
24,2
19,3
5
47,4
43,3
39,1
31,9
Приведенная погонная нагрузка от распределенной и
сосредоточенной масс
D.12)
где то — равномерно распределенная погонная нагрузка от
массы балки; ms — дополнительная сосредоточенная нагрузка; s— но-
Таблица 4.6
Вид закрепления балки
Один конец
закреплен, другой свободен
Оба конца оперты
Один конец
защемлен, другой оперт
Оба конца
защемлены
Коэффициент Кs в зависимости от <*s=xs/l
0,1
0
0,19
0,31
0,04
0,2
0,02
0,69
1,07
0,37
0,3
0,08
1,31
1,86
1,2
0,4
0,21
1,81
2,27
2,12
0,5
0,46
2,0
2,09
2,52
0.6
0,85
1,81
1,16
2,12
0,7
1,38
1,31
0,72
1,2
0.8
2,1
0,69
0,21
0,37
0.9
2,97
0,19
0,02
0,04
39

Таблица 4.7
1
2
3
Схема закрепления конструкции
J
i
/ ^:^"
Вид крепления и нагрузки
С шарнирными опорами и
распределенной нагрузкой
С консольным закреплением
и распределенной нагрузкой
С шарнирными опорами и
сосредоточенной нагрузкой,
приложенной на расстоянии а
от точки крепления
Наибольший прогиб 8п1ах
*|11ах ШЕ]
5тах~ 384?/
Qa2 (/ aJ
"а ЗЕЛ
Частота /, Гц
49. /,
/2 V q
/2 |/ ^
/ 5

Продолжение табл. 4.7
Схема закрепления конструкции
Вид крепления и нагрузки
Наибольший^прогиб 8
Частота /, Гц
J
•о
///////у '///
—*>-
а ж
//////////////
*t—
Прямоугольная пластина
жестко закрепленная по
контуру. Нагрузка равномерно
распределена по поверхности
зшшшш
Прямоугольная пластина,
шарнирно опертая по контуру.
Нагрузка равномерно
распределена по поверхности
ШПШШБ
при а > b
= 22,37 X
X
а = 9,87A

мер нагрузки; s0 — число нагрузок; Ks — коэффициент приведения
сосредоточенной нагрузки от сосредоточенной массы к равномерно
распределенной, выбираемый по табл. 4.6 в зависимости от as-^
= Xslk xs — расстояние сосредоточенной нагрузки от начала балки,
/ — длина балки.
Физико-механические характеристики материалов деталей,
применяемых в несущих конструкциях, приведены в табл. 5.1—5.G
[4].
Наиболее благоприятным распределением частот среди группы
деталей является возрастание собственной частоты от детали,
непосредственно воспринимающей колебания, к следующим,
последовательно с ней соединенным, при отношении частот не менее
1,5-2.
Согласно ОСТ 4ГО.010.009, печатные платы с ЭРЭ в РЭА без
амортизации не должны иметь резонансных частот до 60 Гц, а с
амортизацией — менее 1,5/g, где fs — частота колебаний блока на
амортизаторах.
Жесткость. Под жесткостью понимают способность детали под
действием нагрузки сопротивляться образованию деформации
выше допустимых значений. Расчет на статическую жесткость
сводится к определению линейных f и угловых 8 прогибов и сравнению
их с допустимыми значениями, которые выбирают из условия
выполнения изделием своих функций.
Это свойство важно для таких деталей РЭА, как валы и оси,
платы, рамы, стойки, каркасы и др. Так, недостаточная статическая
жесткость валов и осей может являться причиной потери точности
механизма, а недостаточная жесткость платы — отказа ТЭЗа или
электронного узла (блока), в стойке которого он размещается.
При воздействии на РЭА вибраций недостаточная жесткость платы
может являться причиной плохой виброжесткости конструкции.
В табл. 4.7 даны из [5] зависимости для подсчетов наибольших
прогибов и собственных частот колебаний балок и пластин в
зависимости от способа закрепления балки в опорах и пластины по
контуру. Здесь q — величина распределенной нагрузки, Н/мм2; Е —
модуль упругости, МПа; / — момент инерции сечения, мм4; Q —
нагрузка, Н; Д — толщина пластины, мм; D = EA2/\2(l—jiJ — жесг-
кость пластины на изгиб; k\ и &2 — коэффициенты, зависящие от
отношения а/b (табл. 4.8).
42
Таблица 4.8
а'Ь
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
0,0453
0,053
0,0616
0,0697
0,077
0,0138
0,0165
0,019
0,021
0,023
ajb
1,5
1,6
1,7
1,8
2,0
0,084
0,091
0,096
0,102
0,11
0,024

§ 4.2. Точность конструкций
Под точностью понимают свойство механизма
обеспечивать в допустимых пределах погрешности положения и
перемещения ведомых звеньев при определенных законах движения
ведущих звеньев. Точность механизма обеспечивается за счет снижения
погрешностей линейных размеров и взаимного расположения
звеньев, а также погрешностей формы кинематических пар,
снижения деформаций и износа.
Во многих случаях точность работы радиотехнических
приборов, устройств и установок зависит от точности работы входящих
в них механизмов. Нарушение их точности вызывается тем, что
при изготовлении деталей механизмов и их сборке, а также в
процессе эксплуатации происходит искажение размеров и формы
звеньев, изменяется характер сопряжений в кинематических
парах; при работе механизмов от передаваемых нагрузок и внешних
воздействий могут возникать деформации деталей. Все эти явления
вызывают изменение кинематики и динамики механизмов, влияют
на их точность.
Вопросы исследования и оценки точности являются сложными
задачами и решаются с использованием методов расчета точности
кинематических цепей (ГОСТ 21098—75), математической
статистики и метрологии с учетом технологии производства и условий
эксплуатации. Более детально вопросы теории точности
механизмов будут рассмотрены в гл. 12.
§ 4.3. Теплоотвод, электропроводность,
экранирующие свойства конструкций
Несущие конструкции РЭА должны способствовать
необходимому теплоотводу, обладать электропроводностью, а в случае
необходимости и экранирующими свойствами.
Теплоотвод. В большинстве РЭА лишь небольшая часть
подводимой мощности используется на полезное преобразование
сигнала; остальная часть выделяется в виде тепловой энергии. Перенос
тепла из одной части РЭА в другую и вывод ее в окружающую
среду осуществляется ^за_ счет ^теплопроводности, конвекции и
излучения^ их совокупность определяет тепловой режим РЭА [6].
Передачу тепла с помощью теплопроводности определяют по
формуле
Q1 = X-^-5, D.13)
dx
где Q\ — количество теплоты, передаваемое за счет
теплопроводности в единицу времени от одной изотермической поверхности
сопрягаемых тел к другой, Вт; X — коэффициент теплопроводности
тела, определяемый по таблицам физических констант, Вт/(м-К);
5 — площадь поперечного сечения теплового потока, м2; dT/dx—
градиент температуры, К/м.
43

Передача тепла с помощью конвекции подчиняется закону
Ньютона— Рихмаыа:
Q2=hS(T-Tc), D.14)
где Q2 — количество теплоты, переносимое газом или жидкостью
в единицу времени от одной поверхности к другой или в
окружающую среду, Вт; h — коэффициент конвективной теплопередачи,
Вт/(м2-К); S — площадь поверхности теплоотдачи, м2; Т —
температура поверхности твердого тела, К; Тс — температура
окружающей среды, К.
Количество теплоты, отводимой от плоской поверхности 1 к
параллельной ей плоской поверхности 2 с помощью излучения
(лучеиспускания),
ЧШШЪm DЛ5)
где еп = приведенная степень черноты системы по-
1/si + 1/Е2— 1
верхностей со степенью черноты в\ и 82 каждой из них; Со =
= 5,673 Вт/(м2-К4)—коэффициент излучения абсолютно черного
тела; Т\ и Т2 — температуры поверхностей 1 и 2, К; S\ — площадь
первой поверхности, м2. Более сложные случаи положения
поверхностей рассмотрены в [6].
При разработке несущих конструкций для соблюдения
требований теплоотвода в соответствии с D.13) — D.15) необходимо
создание в электронном узле или блоке условий для отвода тепла
от источников тепла во внешнюю среду. В зависимости от вида
РЭА эта задача может решаться по-разному. Например, в
микроэлектронной аппаратуре (МЭА) с применением бескорпусных
интегральных микросхем (ИС) и больших гибридных
интегральных схем (БГИС), где плотность упаковки очень высокая, а
газовые каналы невелики, теплоотвод осуществляется за счет
теплопроводности. В РЭА с дискретными ЭРЭ, мощными
трансформаторами и дросселями с несущими элементами типа шасси или
каркаса блока отвод тепла из-за наличия воздушных каналов
происходит как за счет теплопроводности, так и за счет конвекции.
Улучшение теплоотвода обеспечивается принудительным
движением воздушного потока с помощью вентилятора.
Для улучшения теплоотвода за счет теплопроводности
необходимо использовать материалы с высоким коэффициентом
теплопроводности. Такими материалами являются медь, алюминий и
их сплавы. Последние предпочтительнее ввиду меньшей плотности,
удельного веса и стоимости.
Увеличение размеров сечения теплоотводящих деталей и
площади их контакта также способствуют теплоотводу. При этом для
хорошей передачи тепла от одной детали к другой необходимо до-
44

биваться снижения тепловых сопротивлений за счет уменьшения
шероховатости контактирующих поверхностей и повышения
удельного давления, способствующих повышению площади контакта.
Малое тепловое сопротивление между тепловыделяющими и
теплопроводящими элементами конструкции способствует лучшему
выравниванию температуры. Наличие между ними изоляционных
прокладок, слоя лака или краски увеличивает тепловое
сопротивление в сотни раз; загрязнения и неровности, образующие
воздушные прослойки, также ухудшают тепловой контакт. Вместе с тем
применение в зазорах прокладок с большой теплопроводностью,
уменьшение зазоров в зоне контакта за счет снижения
шероховатости контактирующих поверхностей улучшают
теплопроводность. Материалами с малым контактным тепловым
сопротивлением являются медь и алюминий, а из материалов покрытий —
кадмий, олово, свинец.
Для повышения теплоотвода от несущих конструкций типа
плат с дискретными ЭРЭ, затрудненного ввиду низкой
теплопроводности материала платы (стеклотекстолит, гетинакс и другие
типы пластмасс), вводят дополнительные теплоотводящие
массивные шины; для передачи тепла шины могут иметь тепловой
контакт с несущим элементом ячейки в виде рамы.
В блоках микроэлектронной аппаратуры с применением
бескорпусных микросборок, имеющих большую плотность упаковки,
теплоотвод в основном происходит за счет теплопроводности от
подложек через несущую рамку и корпус блока. Поскольку
температура нагрева подложек может доходить до 100—120° С
(материал— керамика или ситалл), а воздушные промежутки между
ячейками ограничены, необходимо обеспечить перечисленные
условия теплоотвода за счет теплопередачи. В первую очередь это
относится к герметичным конструкциям, поскольку здесь тепло-
отвод в основном обеспечивается только этихм способом.
Дополнительно могут рекомендоваться также и компоновка в корпусе более
«горячих» ячеек ближе к корпусу блока, увеличение площади
контакта теплопроводящих участков несущих конструкций между
собой и с корпусом блока, увеличение контактного давления.
При теплоотводе с помощью конвекции необходимо обеспечить
увеличение площади теплоотвода и хорошее обтекание
воздушным потоком нагретых зон; более нагретые зоны следует
располагать ближе к теплоотводящим стенкам, а теплочувствительные
элементы защищать теплоотражательными экранами.
Естественное охлаждение за счет конвекции возможно при давлении свыше
4200 Па и относительно невысокой окружающей температуре, т. е.
затруднено в самолетной РЭА при низком давлении и ее
расположении вне гермоотсека, а также в жарком климате. Для
улучшения охлаждения за счет конвекции в корпусах РЭА делают
вентиляционные, отверстия; охлаждение может быть также усилено
применением принудительного воздушного охлаждения путем
установки в блоке вентилятора с соответствующими каналами
для прохода воздуха между ячейками. В отдельных случаях ис-
45

пользуют также жидкостное охлаждение как при протекании
жидкости, так и за счет ее испарения. .
Для увеличения количества теплоты, отводимой за счет
лучеиспускания, вибирают материалы или их покрытия с более
высоким коэффициентом лучеиспускания, зависящим от приведенной
степени черноты поверхности.
Расчет тепловых режимов конструкции проводят по методике,
описанной в [7]; он возможен после составления тепловых схем
конструкции законченного изделия в целом.
Электропроводность. Несущие конструкции всех
конструктивных уровней РЭА должны иметь надежный и стабильный
электрический контакт между собой; их используют в качестве нулевого
28-32°
Рис. 4.3. Контактные соединения лепестка / с корпусом 2
потенциала, т. е. потенциала Земли. Все точки электрической
схемы (блока, прибора, стойки и т. п.), которые должны быть под
потенциалом Земли, закорачивают на них. Для этой цели применяют
различные заземляющие контактные устройства: надежно
соединяемые с несущей конструкцией лепестки заземления, которые с
точками схемы могут соединяться гибкими перемычками;
разборные контактные устройства в виде зажимов; клеммы заземления;
заземляющие полозки и др.
Лепестки заземления наиболее распространены при
радиомонтаже. Они должны иметь надежный и стабильный контакт с
несущей конструкцией, обладать малым переходным сопротивлением.
Лепестки заземления выполняют с помощью штамповки из тонкой
листовой меди или латуни, а также из листового биметалла АПМ
(алюминия, плакированного медью). Контактное соединение
лепестка / (рис. 4.3) с несущей конструкцией 2 из листового
алюминиевого сплава может выполняться [8]:
46

а) фрикционно-пластическим методом с использованием
деформирующего элемента — стальной заклепки 3 с конусной головкой
(рис. 4.3, а);
б) посредством холодной сварки давлением без (рис. 4.3, б) и
с замыкающей (рис. 4.3, в) головкой;
в) путем точечной или аргонодуговой сварки (рис. 4.3, г).
В несущих конструкциях, изготовленных литьем и прессованием
из алюминиевых и магниевых сплавов, контактное соединение
лепестка / с корпусом 2 осуществляют фрикционно-пластическим
методом путем использования самонарезающегося винта 3 с
последующей опайкой его головки (рис. 4.3, д).
KoMnaQfid
Рис. 4.4. Схемы конструкций самоконтрящихся клемм
заземления
Зажимы заземления применяют в тех случаях, когда необходимо
иметь разъемное контактное соединение. Самоконтрящуюся клемму,
конструкция которой приведена на рис. 4.4, а, используют для
корпусов из алюминиевых сплавов. Она состоит из контактного
элемента U самоконтрящегося зажима 2, промежуточного контактного
элемента 3, гайки 4 и шайбы 5; контакт промежуточного
контактного элемента с корпусом 6 осуществляют сваркой. Конструкция
аналогичной клеммы с самонарезающимся винтом 1 дана на рис.
4.4, б; клемму этого типа применяют для магниевых корпусов.
Схемы обеспечения электрического контакта (металлизации) деталей
корпуса блока самолетной РЭА показаны на рис. 4,5, а, б. Схема
заземления амортизируемого блока на рис. 4.5, в состоит из гибкой
длины 3} которая одним концом соединяется с клеммой 4 на
корпусе блока 5, а вторым припаивается к наконечнику 2 из АПМ,
электрически соединенному с базовой рамой 1.
В бортовой РЭА надежный электрический контакт между
обеими частями корпуса обеспечивают установкой в месте стыка его
деталей двух промежуточных несъемных контактных элементов 1 из
тонкой листовой меди или латуни, закрепляемых винтами 2, и
одной съемной прокладки 4 (рис. 4.6, а), выполняемой из бериллиевой
бронзы. По всему контуру съемная прокладка имеет упругодефор-
мируемые зубцы, разведенные в разные стороны. При стягивании
стыка корпуса блока болтами 3 за счет деформации зубцов съемной
47

прокладки при ее соприкосновении с несъемными прокладками
создается надежный электрический контакт между обеими частями
корпуса (рис. 4.6, б).
Рис. 4.5. Схемы обеспечения электрического контакта деталей корпуса блока
самолетной РЭА с выходом на клемму заземления винтового (а) и
контактного (б) типов, а также схема заземления блока на амортизаторах (в):
/ — клемма; 2 — передняя панель; <5 — верхняя панель; 4 — задняя панель; 5—съемная
панель; 6 — лепесток заземления; 7 — дно; 8 — провод
Для осуществления
надежного электрического
монтажа и заземления при
создании несущих конструкций
всех конструктивных
уровней следует:
а) не допускать
использования крепежных узлов и
деталей для присоединения
заземляющих
элементов,'если они для этого специально
не предназначены;
б) создать высокую
электропроводность заземления
узлов и блоков;
в) иметь надежный
электрический контакт
выдвижных, откидных или съемных
блоков с каркасами или
панелями, в которых они
установлены;
48
Рис. 4.6. Конструкция места разъема
блока, обеспечивающая электрический
контакт

г) обеспечить надежный электрический контакт экранных
оболочек кабелей с общим заземлением в местах ввода экранированных
кабелей в блоки или узлы.
Экранирование. Почти вся РЭА нормально работает в том
случае, когда полезный сигнал напряжением Uc, воздействующий на
оконечный каскад, превышает напряжение помех ?/п. Помехи делят
на внешние и внутренние. К внешним относят промышленные,
атмосферные, космические и искусственные помехи мешающих
радиостанций и помехи, представляющие собой электромагнитные поля
различной интенсивности.
Внутренние помехи связаны с наличием электромагнитных,
электрических и магнитных полей, создаваемых внутри
радиоаппаратуры устройствами для преобразования сигнала. Наиболее
эффективным способом защиты от различных полей является
экранирование [9]. Рассмотрим использование для экранирования
несущих конструкций или некоторых конструктивных дополнений к
ним.
Причиной различных видов радиопомех являются
электромагнитные поля помехи, в общем случае имеющие магнитную и
электрическую составляющие. Задача экранирования сводится к
уменьшению или полному устранению электромагнитного поля
радиопомех путем применения электромагнитных экранов, одинаково
хорошо защищающих РЭА от электрических и магнитных полей
помех. В ряде случаев одна из составляющих поля помех не имеет ре-
шаюшего значения. При этом можно отдельно создавать защиту
от электрического и магнитного полей, причем часто является
достаточным экранирование электрического поля помех. Такие случаи
имеют место, когда:
а) экранируемое радиоустройство или наиболее его
чувствительная часть не реагируют на составляющую магнитного
поля;
б) при поляризации электромагнитного поля составляющая
магнитного поля мала по сравнению с составляющей электрического
поля;
в) частота помех настолько низка, что распространения
электромагнитных волн не происходит и помеха возникает только за счет
электрической индукции.
Способ экранирования от электрического поля, создаваемого
телами А и В, показан на рис. 4.7, а. Для устранения связи между
проводящими ток телами А и В, последовательно с которыми
включен источник синусоидальной э. д. с. Е, а в цепи тела В — резистор
сопротивлением г, вводят электрически соединенный с землей экран
С, охватывающий тело А.
Условие экранирования, т. е. исключение влияния
электрического поля, создаваемого телом Л, на тело В, сводится к
следующему:
1) экран должен охватывать экранируемый элемент (тело А),
чтобы полностью перехватить все создаваемые им электрические
силовые линии;
49

2) материал экрана обязан обладать хорошей
электропроводностью, а его соединение с землей должно иметь минимальное
сопротивление току частотой f.
Аналогичный эффект экранирования наблюдается и при
расположении поля снаружи экрана.
Способ экранирования от внешнего магнитного поля
какого-либо дискретного элемента, например индуктивной катушки,
представлен на рис. 4.7, б. Магнитные силовые линии внешнего магнит-
¦¦ММ
Рис. 4.7. Схемы экранирования
ного поля проходят по стенкам экрана /, защищающего
экранируемый элемент 2. В этом случае экран должен обладать малым
магнитным сопротивлением по сравнению с сопротивлением
пространства внутри его. В результате внешнее магнитное поле помех не
влияет на режим работы цепи с катушкой индуктивностью L.
Способ защиты цепей РЭА от воздействия магнитного поля,
создаваемого катушкой 2 индуктивностью L, показан на рис. 4.7, в.
Экран 1, замыкая силовые линии катушки 2 за счет толщины
стенок, локализует создаваемые ею помехи.
Материалы магнитных экранов должны иметь высокую
относительную магнитную проницаемость \ir. Такими материалами
являются пермаллой и мягкая листовая сталь.
Толщина экрана h при защите от воздействия
электромагнитного поля должна выбираться из условия /г>6, где 6 — глубина
проникновения тока в толщу экрана. Величина
8 = У p//[V [мм], D.16)
где р — удельное сопротивление материала экрана, Ом-мм2/м; f —
частота тока помех, кГц; ixr=\ial\io — относительная магнитная
проницаемость (jiia — абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м, jio —
магнитная постоянная, равная проницаемости вакуума, Гн/м).
Для латуни и алюминия \Xr=U для большинства сталей \хг =
= 50^-2000, для пермаллоя цг=12 OOO-f-30 000. Для защиты от
высокочастотных электромагнитных полей экраны рекомендуют вы-
50

полнять из немагнитных материалов с металлическим покрытием
высокой электрической проводимости, а для защиты от
низкочастотных полей A02—104 Гц)—из стали и пермаллоя. Чтобы
улучшить теплоотвод, в экранах допускаются отверстия с размерами,
меньшими lU длины волны генерируемой помехи. При [=1000 кГц
достаточна толщина экранов из латуни и алюминия Л = 0,5-^0,6 мм,
из стали — /г = 0,1 мм, из пермаллоя /г = 0,02 мм.
Исходя из приведенных соображений, можно сделать вывод, что
несущие конструкции типа каркасов блоков, приборов, стоек,
шкафов, образующие вместе с кожухом или панелями замкнутый
объем, при наличии хороших электрических контактов между частями
конструкции обеспечивают экранирование от внешних
электромагнитных полей помех.
Для экранирования электромагнитного поля помехи,
создаваемого внутри РЭА отдельными дискретными элементами схемы,
следует использовать несущие конструкции типа плоских пли
панельного типа шасси с соответствующими конструктивными
дополнениями, способствующими образованию вокруг элемента,
создающего помехи, замкнутого объема.
Экранирование ячеек и функциональных узлов РЭА на
микросхемах рекомендуется осуществлять с помощью металлических
экранов, располагаемых в корпусе блока между ячейками так, чтобы
они вместе с каркасом блока образовывали вокруг них замкнутый
объем. В качестве материала экрана используют металлические
посеребренные пластины из латуни или фольгированный диэлектрик.
Экран должен иметь надежный контакт с переходными контактами
и через них с заземленной шиной платы.
В блоках книжной конструкции герметизированных и без
герметизации экраном для защиты от внешних помех служит корпус
блока. Для защиты элементов схемы от взаимных помех
используют несущие конструкции типа рамок, образующие в собранном
блоке замкнутые объемы. Для экранирования и обеспечения
надежного электрического контакта необходимо правильно выбрать форму
и толщину рамок.
§ 4.4. Надежность конструкций
Под надежностью понимают свойство объекта выполнять
заданные функции, сохраняя во времени значения установленных
эксплуатационных показателей в заданных пределах,
соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического
обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки (ГОСТ
13377—75).
Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять
свою работоспособность в течение некоторого времени или
некоторой наработки.
Долговечность — свойство объекта сохранять свою
работоспособность до наступления предельного состояния при
установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность — свойство объекта,
заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин
возникновения его отказов, повреждений и устранению их
последствий путем ремонта и технического обслуживания.
Надежность является одним из основных предъявляемых к
механизмам РЭА требований. Причиной ненадежной работы
является отказ. Отказ как качественный показатель изделия зависит от
многих случайных величин — от изменения качества материала
изделия, состояния оборудования и инструмента при обработке,
изменений температуры и т. д. Так как процессы отказов носят
случайный характер, при расчете надежности используют методы
теории вероятностей.
Повышение надежности РЭА является основной проблемой,
стоящей перед конструкторами при ее разработке. Отказы в
механизмах РЭА могут происходить из-за:
1) конструктивных ошибок и недоработок, снижающих
надежность изделия (недостаточная прочность элементов изделия; плохая
защита от влаги, пыли; неучтенные механические и температурные
деформации и т. д.);
2) производственных дефектов (раковины, трещины,
включения примесей, пониженные физико-механические характеристики
материала);
3) неправильной эксплуатации изделия;
4) плохого ремонта и повреждений;
5) естественного износа, старения, недостаточной усталостной
прочности.
Для повышения надежности механизмов, механических узлов
и деталей РЭА можно рекомендовать следующие пути:
1) создание конструкции с наименьшим числом деталей;
2) обеспечение для деталей изделия требований прочности,
жесткости и износостойкости, теплоотвода, электропроводности,
экранизации и др.;
3) резервирование (метод повышения надежности путем
применения резервных устройств) и восстановление (метод повышения
надежности с помощью устранения отказов в изделии во время
эксплуатации путем проведения ремонта или заменой вышедшей из
строя детали);
4) обеспечение стабильности физико-механических
характеристик материалов;
5) учет влияния внешних воздействий;
6) разработку технологии сборки, обеспечивающей выполнение
технических требований к изделию;
7) тщательный контроль изделия на всех этапах
изготовления.
Особенно большое число отказов связано с недооценкой
внешних воздействий, испытываемых аппаратурой при эксплуатации и
транспортировке: вибраций, ударов, колебаний температуры и т. д.
Например, некоторые стали при низких температурах становятся
хрупкими, магниевые и алюминиевые сплавы при высоких темпера-
52

турах окисляются. Детали из резины подвержены старению от
солнечной радиации и высокой температуры; при температурах ниже
—40° С некоторые сорта резины теряют упругость и становятся
хрупкими, а пластмасса теряет пластичность. В этих случаях для
повышения ресурса применяют резину на основе кремнийорганических
каучуков. Внешние условия определяют и состояние смазочных
материалов. Так, для большинства смазок вязкость может меняться
с изменением температуры, что часто является причиной отказа
механизма при низких температурах. В то же время в условиях
вакуума для жидких смазок есть опасность возгонки; в этом случае
используют твердые смазки, удовлетворительно работающие при
высоких и низких температурах и допускающие большие удельные
давления. Иногда при проектировании системы с высокой
надежностью недостаточно одного уменьшения числа элементов или
деталей.- Необходимо еще дублирование элементов и цепей, используя
резервирование.
Механизм, узел или деталь после отказа должны обладать
способностью к восстановлению — ремонтопригодностью.
Если узел или деталь не восстанавливаются, то под
ремонтопригодностью такого невосстанавливаемого элемента понимается его
приспособленность к удобной замене.
Поскольку одной из причин отказов является износ, то
высокую надежность механизмов РЭА с точки зрения
износоустойчивости можно получить, применяя приработку, исключающую прира-
боточные отказы, а также с помощью осмотра и профилактической
замены элементов, создающих износовые отказы. Повышенная
износоустойчивость обеспечивается выбором соответствующих сортов
смазок, отвечающих условиям эксплуатации, надежной работой
смазочных систем, выбором материала, его твердости, наличием
уплотнений или герметизацией.
Рассмотрим отдельные рекомендации по узлам и деталям, а
также соединениям с точки зрения повышения их надежности.
Подшипниковые узлы. Часто причиной отказа является выход
подшипникового узла из строя вследствие недопустимого износа,
загустевания или загрязнения смазки, заклинивания тел качения
ввиду отсутствия температурной компенсации и ряда других
причин.
Для уменьшения естественного износа следует правильно
выбирать вязкость смазки и ее состав. При низкой температуре
нужно использовать низкотемпературные или специальные смазки. При
работе узла в условиях вакуума следует применять, например,
дисульфид молибдена; вместо смазки используют также покрытие тел
качения тонким слоем антифрикционного материала. Для
температурной компенсации применяют конструкцию крепления вала с
«плавающей» опорой.
При конструировании деталей, в которых могут возникать
переменные напряжения, следует избегать резких переходов между
сечениями, проточек и впадин у нагруженных мест. Поскольку
микронеровности, оставшиеся от обработки, являются микроконцент-
53

раторами напряжений, необходимо шероховатость поверхности
выбирать оптимальной. Для защиты от коррозии особое внимание-
нужно обращать на правильный выбор материала детали и вида
защитного покрытия.
Соединения. При переменных напряжениях применяют сварные-
и клеевые соединения. При использовании болтовых соединений
необходимы хорошая затяжка и стопорение. В узлах с большим
числом звеньев, образующих размерную цепь, для увеличения
допусков на звенья рекомендуют осуществить различные упрощения,
позволяющие сделать размерную цепь короче.
Контроль качества является существенным фактором
повышения надежности изделия. Основными видами контроля
механизмов, деталей и узлов РЭА являются:
1) проверка механических характеристик материалов,
используемых для изготовления деталей, на соответствие техническим
условиям;
2) проверка точности изготовления деталей и узлов на
соответствие техническим условиям;
3) контроль технологического процесса изготовления и сборки;,
4) выборочный контроль изготовленных изделий на
соответствие техническим условиям;
5) стендовые и натурные испытания.
§ 4.5. Технологичность конструкций
Под технологичностью конструкции понимают
использование таких конструктивных решений деталей, узлов и изделия в-
целом, которые обеспечивают наиболее быстрое и экономичное
освоение изделия в производстве путем применения
высокопроизводительных и наиболее прогрессивных способов формообразования с
минимальными затратами рабочей силы.
Технологичная конструкция позволяет рационально
использовать производственное оборудование и материалы, не требует
сложной подготовки производства, позволяет осуществить
автоматизацию производственных процессов и контроль при выпуске.
Технологичность конструкций тесно связана с серийностью: изделие,
изготовленное в условиях мелкосерийного производства, для
крупносерийного может оказаться нетехнологичным.
Технологичные конструкции РЭА должны обеспечивать широкое
внедрение стандартизации, нормализации и унификации деталей,,
полуфабрикатов, материалов, а также типизацию технологических
процессов.
Для оценки технологичности конструкции применяют
следующие показатели:
1) отношение числа оригинальных (не типовых) деталей к
общему числу деталей;
2) отношение числа новых оригинальных деталей к деталям,
уже освоенным производством;
54

3) распределение деталей по величине допуска;
4) распределение деталей по видам обработки;
5) вид применяемой сборки и возможная степень ее
автоматизации.
ГЛАВА 5
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
И МЕХАНИЗМОВ РЭА
§ 5.1. Требования к конструкционным материалам
Выбор материала деталей несущих конструкций и механизмов
РЭА зависит от назначения и условий эксплуатации,
определяющих эксплуатационные и технологические требования к материалу
изделия, выполнение которых должно обеспечивать возможность
применения наиболее прогрессивных видов формообразования.
Выбор материала возможен только при полном знании его физико-
мехаиическнх и технологических свойств с учетом стоимости.
Эксплуатационные требования к материалу изделия
гависят от условий их работы в механизме. Их выполнение
определяется свойствами материала, основными из которых являются:
1) объемная или поверхностная прочность с учетом таких
механических характеристик, как предел прочности ав, предел текучести
От, условный предел текучести ао,2, предел выносливости а_ь
твердость по Бринеллю НВ или Роквеллу HRC;
2) жесткость, характеризуемая модулем упругости Е;
3) упругость, определяемая пределом упругости ау;
4) ударная вязкость, зависящая от удельной работы,
затрачиваемой на разрушение образца определенного поперечного сечения;
5) износостойкость с учетом твердости поверхности НВ (HRC)
и допустимого для данного материала удельного давления [р\;
6) антифрикционность, характеризуемая коэффициентом трения
скольжения /;
7) коррозионная стойкость;
8) плотность р;
9) удельные механические характеристики (ав/р, Ог/р @0,2/9) у
o-i/р);"
10) электропроводность, теплопроводность, магнитные
характеристики и др.
Технологические требования к материалу
характеризуют возможность изготовления изделия в производственных
условиях с оптимальной трудоемкостью. Они сводятся при обработке
давлением к пластичности, при изготовлении литьем — к хорошим
литейным качествам, при обработке резанием — к хорошей
обрабатываемости в сочетании с возможностью изменения механических
характеристик и свойств материала за счет применения термической
и термохимической обработок.
Экономические требования к материалу изделия
определяются его себестоимостью и дефицитностью, так как в стоимость
55

изделия входят стоимость материала и все производственные
затраты, идущие на его изготовление. Ввиду различных затрат на
подготовку и изготовление такие технологические процессы обработки
материала, как штамповка, литье под давлением, прессование,
экономически выгодны только для массового и крупносерийного
производства и нерентабельны для индивидуального и мелкосерийного
из-за больших затрат на оснастку. Поэтому конструктор должен
знать все современные технологические процессы
формообразования и при создании конструкции работать вместе с технологом,
выбирая наиболее экономичные из них.
§ 5.2. Материалы конструкций
При изготовлении несущих конструкций и деталей механизмов
РЭА используют большое количество материалов, выбор которых
определяется разработчиком на основании назначения и условий
эксплуатации конструкции с учетом требований технологии и ее
массы.
Рассмотрение конструкционных материалов начнем с уточнения
номенклатуры их основных марок, сортамента, технологических
свойств и рекомендаций по применению тех или иных материалов
для определенного типа деталей несущих конструкций п
механизмов РЭА. Следует отметить, что при конструировании несущих
конструкций и деталей механизмов РЭА используют черные
металлы, сплавы титана, цветные металлы (медь, алюминий, магний) и
их сплавы ,неметаллические материалы. В табл. 5.1 приведены
основные параметры различных материалов, используемых при
конструировании РЭА.
Таблица 5.1
Материал
Конструкционная углеродистая
качественная сталь
Конструкционная легированная
сталь
Сплавы титана
Сплавы меди
Сплавы алюминия
Сплавы магния
Пластмассы:
текстолит (ПТК)
стеклотекстолит
стекловолокнит
капрон
прессматериалы
Плотность р,
кг/мЗхЮз
7,8
7,8
4,54
8,8
2,7
1,8
1,35
1,6-2,7
1,8
Ы
2,2
Предел нроч-
нос'ш ав ,
МПа
320—750
700—1500
800—1200
300—500
200—500
100—280
68—100
250—300
80—200
60—100
30—50
Удельная
прочность с?в/р • 10~~3
40—96
90—192
177-265
34—56
74—185
55—155
55—75
110—140
45—110
55—90
14—23
56

Рассмотрим основные характеристики в области применения
перечисленных конструкционных материалов [4, 10].
Черные металлы. К черным металлам, используемым при
конструировании деталей несущих конструкций и механизмов РЭА,
относят следующие виды стали: углеродистую обыкновенного
качества, качественную конструкционную углеродистую, конструкционную
легированную, конструкционную легированную коррозионностоикую
и др.
Рис. 5.1. Виды профилей из сортового стального
горячекатаного проката:
а — уголок равнобокий; б — уголок неравнобокий; в — двутавр;
г — швеллер
Рис. 5.2. Виды стальных фасонных гнутых профилей
Углеродистую сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380—71)
в зависимости от нормируемых показателей подразделяют на
группы А, Б и В; ее широко используют при производстве сортового и
листового проката. Сталь изготовляют следующих марок: СтО,
Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб и Ст7. Некоторые виды профилей
сортового проката из этой стали приведены на рис. 5.1, а—г. Из
данной стали изготовляют также стальные фасонные гнутые (ГОСТ
11474—76) и холодногнутые профили (рис. 5.2). Малоуглеродистые
сорта этой стали хорошо свариваются. Сортовой и листовой прокат
из такой стали используют в несущих конструкциях некоторых
видов наземной РЭА типа каркасов рам, стоек и оснований.
Качественная углеродистая конструкционная сталь (ГОСТ
1050—74) бывает низко-(С<0,25%), средне-(С = 0,3-^-0,45%) и
высокоуглеродистая @0,45%).
При содержании углерода до 0,3% стали отличаются высокой
пластичностью и вязкостью, хорошо свариваются и куются, однако
не подвержены закалке. Увеличение содержания углерода сопро-
57

Таблица 5.2
Марка стали
08; 08 кп
10
15
20
25
30
35
10
45
50
60
60Г
65 Г
70Г
Механические
характеристики, МПа
324
334
373
412
451
490
530
569
598
628
677
696
736
784
196
206
226
245
275
294
315
334
353
373
402
412
431
J51
Относи1ель-
ное
удлинение, %
33
31
27
25
23
21
20
19
16
14
12
11
9
8
Твердость,
НВ
131
143
149
163
170
179
207
217
229
241
255
269
285
285
Применение
Детали с высокой пластичностью; штампуемые и
свариваемые детали; детали, изготовляемые гибкой; детали,
подлежащие цементации поверхности (валики, зубчатые колеса,
корпуса, шайбы, болты, винты, втулки)
Детали, изготовляемые ковкой, штамповкой, резанием с
достаточной вязкоеibio без упрочнения термообработкой (осп,
валики, шестерни, винты, болты, гайки, втулки)
Детали, изготовляемые резанием, с повышенной
прочностью за счет термообработки при средней вязкости (осп,
валы, зубчатые колеса, червяки, шпонки, детали крепежа)
Детали с высокой твердостью за счет термообработки и
износостойкостью при хороших прочностных характеристиках
(кулачки, пружинные кольца, пружинные цанги, тормозные
диски, муфты)

вождается повышением прочностных характеристик, однако
пластичность при этом снижается. Твердость и прочность средне- и
высокоуглеродистых сталей можно повысить путем термической
обработки.
Марки качественной углеродистой конструкционной стали, ее
механические характеристики и примеры применения даны в табл.
5.2; буква Г означает повышенное содержание марганца (стали
60Г, 65Г, 70Г).
Конструкционная легированная сталь (ГОСТ 4543—71)
содержит примеси легирующих элементов, каждый из которых имеет
условное буквенное обозначение: X—хром, М — молибден, С —
кремний, Н — никель, Г—марганец и т. д. Легирующие элементы
повышают механические характеристики и твердость, улучшают про-
каливаемость, вязкость, жаропрочность, коррозионную стойкость
стали, причем каждый из легирующих элементов может придавать
эти свойства избирательно. Применение легированных
конструкционных сталей эффективно лишь при использовании различных
методов термической и термохимической обработки. Марки
наиболее часто применяемых конструкционных легированных сталей
приведены в табл. 5.3. Буквой А в конце обозначены стали
повышенного качества.
Коррозионностойкие (нержавеющие) конструкционные
легированные стали, марки которых даны в табл. 5.3, обладают высокой
прочностью и износостойкостью; их используют при изготовлении
ответственных деталей механизмов РЭА.
Материал может поставляться в виде сортового и фасонного
проката, листов, лент, труб, полос, что оговаривается
соответствующим ГОСТом и ТУ.
Титан и его сплавы. Титан сочетает высокую прочность, вязкость
с малой плотностью при высокой коррозионной стойкости,
вследствие чего обладает в ряде случаев преимуществами перед сталью и
сплавами алюминия. К недостаткам титана следует отнести низкую
теплопроводность и низкий модуль упругости. В конструкциях РЭА
используют сплавы титана с алюминием, оловом, марганцем,
медью. Основные марки титановых сплавов даны в табл. 5.4.
Сплав ВТ5 прокатывается, штампуется и куется в горячем
состоянии, сваривается аргонодуговой и контактной сваркой,
удовлетворительно обрабатывается резанием, обладает хорошей
коррозионной стойкостью, но низкими антифрикционными свойствами.
При использовании сплава ВТ4 для деталей простой формы
допускается штамповка в холодном состоянии. По свойствам сплав
близок к сплаву ВТ5. Сплав ВТ10 обладает высоким
сопротивлением ползучести и высокой термической стойкостью;
удовлетворительно сваривается.
Титановые сплавы применяют в качестве литейных материалов,
с заливкой форм в среде инертных газов или вакууме. Для литья
при изготовлении корпусных деталей используют сплав ВТ5, чему
способствует также близкий к стали его температурный
коэффициент линейного расширения.

Таблица 5.3
Марка стали
Вид термообработки
Механические харатерисш-
ки, МПа
Твердость,
ИВ
Применение
15Х, 15ХА
20Х
40Х, 40ХА
20ХН
40ХН
ЗОХНЗА
12ХНЗА
12Х2Н4А
20ХГСА
ЗОХГСА
38Х2Ю
38Х2МЮА
2X13
4X13
1Х17Н2
Стали легированные конструкционные (ГОСТ 4543—71)
Нормализация
Цементация
Закалка с отпуском
Нормализация
Цементация
Закалка с отпуском
Цементация
Закалка с отпуском
Цементация
Закалка с отпуском
Закалка с отпуском
Азотирование
Закалка с отпуском
Азотирование
687
784
981
784
981
981
932
1128
784
1079
950
1100
590
637
784
588
784
784
687
932
637
833
550
870
200
>500
200
290
200
>500
300
325
280
>500
340
>500
300
400
210
>500
260
>500
Детали, требующие повышенной
прочности и износостойкости
(шестерни, червяки, валы, кулачки, оси)
Детали, требующие повышенной
вязкости сердцевины и твердости
поверхности при цементации (оси,
валы, зубчатые колеса, червяки)
Детали, изготовляемые сваркой и
резанием, требующие повышенной
прочности и достаточной вязкости и
работающие при знакопеременных
нагрузках (оси, валы, рычаги, стойки)
Азотируемые и силовые детали,
работающие на выносливость
(пальцы, кулачки, зубчатые колеса)
Закалка с отпуском
То же
Стали легированные коррозионностонкие (ГОСТ 7350—77)
859
981
1150
658
784
890
300
280—320
280—340
Коррозионностойкие детали,
требующие высокой прочности (валы,
зубчатые колеса, пальцы и др.)

Таблица 5.4
Марка сплава
ВТ4
ВТ5
ВТ10
Механические
характеристики, МПа
°в
800—900
800—950
1000—1170
ат
700—800
700—850
920—1000
Относительное
удлинение, %
15-22
12—25
9—14
Медь и ее сплавы. Медь отличается высокой
электропроводностью и теплопроводностью, диамагнитными свойствами, хорошей
коррозионной стойкостью. В чистом виде медь (марки Ml, M3)
поставляют в виде лент и прутка и используют для изготовления
заклепок, экранов, теплоотводящих шин, рам ячеек и печатного
монтажа в платах. В конструкциях механизмов РЭА применяют сплавы
меди: бронзу и латунь.
Б рол зой называют сплав меди с различными элементами,
кроме цинка и некоторых сплавов с марганцем и никелем. Бронза,
кроме меди как основного компонента может содержать олово,
свинец, алюминий, железо и др. Бронзу обозначают Бр., а ее
компоненты буквами: А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо, К —
.кремний, Мц—марганец и т. д. Оловянные бронзы обладают
хорошими антифрикционными, антикоррозионными и литейными, а
ряд марок (бериллиевые) и упругими свойствами. Ее применяют
для изготовления опор с трением скольжения, венцов червячных
колес, гаек винтовых передач, пружин. Из оловянных бронз
наиболее распространенные марки: Бр.ОФ 10-1, Бр.ОЦ 4-3, Бр.ОЦС
5-5-5.
Безоловянные бронзы по литейным, антифрикционным и
другим качествам хуже оловянных, однако ряд других показателей
(механическая прочность, коррозионная стойкость) у них выше.
Наиболее распространенные марки безоловянных бронз: Бр.АЖ
9-4, Бр.АЖН 10-4-4Л, Бр. АМц 10-2, Бр.Б2. Бериллиевая бронза
Бр.Б2 обладает высокими механическими, антифрикционными и
упругими свойствами и идет на изготовление таких деталей, как
пружины, контакты, мембраны. Механические характеристики и
способы применения некоторых марок бронз даны в табл. 5.5.
Латунь — сплав, в котором основными компонентами
являются медь и цинк. Латунь обладает достаточно высокими
механическими, технологическими свойствами и высокой коррозионной
стойкостью. Добавка в сплав алюминия повышает его коррозионную
стойкость. Латунь используют для изготовления арматуры, втулок,
шайб, винтов, корпусов. Марки некоторых литейных латуней:
ЛС59-1, ЛКС80-3-3, ЛМцС58-2-2; для обработки давлением
используют марки Л96, Л63, ЛС60-1 и др.
Алюминий и его сплавы. Чистый алюминий ввиду его низкой
механической прочности применяют редко (провода, шкалы, стрел-
61

Таблица 5.5
Марка бионзы
Бр.ОФ 10-1
Бр.ОНФ 10-1
Бр.ОЦС 5-5-5
Бр.АЖ 9-4Л
Бр.АЖН 10-4-4Л
Бр.АМц 9-2Л
Бр.Б2
Бр.КМц 3-1
Механические харашерис-
чики, МПа
св
200
300
290
150
180
400
500
600
400
500
1250
750
ат
140
200
170
—
—
200
240
330
300
250
1150
Способ получения
заготовки
Литье в землю
Литье в кокиль
Центробежное литье
Литье в землю
Литье в кокиль
Литье в землю
Литье в кокиль
» » »
» » »
Отожженная
Нагартованная
Прокат
Применение
Антифрикционные детали, работающие
при высоких скоростях скольжения (венцы
червячных колес, втулки, гайки винтовых
передач)
Антифрикционные детали, работающие
при малых скоростях и повышенных
удельных давлениях, фасонное литье (втулки,
червячные колеса, зубчатые колеса с
винтовым зубом, арматура)
Регулировочные прокладки, пружины,
упругие элементы

ки). Чаще используют сплавы алюминия, в которых за счет
добавок и термической обработки значительно повышается прочность,
что делает их ценным конструкционным материалом. Они
обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошо обрабатываются
резанием, с помощью давления; некоторые из них обладают
необходимыми литейными качествами и позволяют применять сварку и
пайку. При изготовлении сварных конструкций из сплавов
алюминия используют различные виды контактной, аргонодуговую,
газовую и атомно-водородную сварки. Различают деформируемые и
литейные сплавы алюминия.
Деформируемые сплавы имеют химический состав,
определенный по ГОСТ 4784—74; наиболее распространенной группой
являются сплавы алюминия с медью, называемые дуралюминами.
Деформируемые сплавы подразделяют на неупрочняемые и упроч*
няемые термической обработкой. К первым относят алюминий и его
сплавы с марганцем и магнием: АДО, АД1, АМц, АМг, АМг2, АМгЗ,
АМг5, АМгб, ко вторым —АДЗЗ, АВ, Д1, Д1П, Д16, В65, Д19, АК4,
АК6, АК8. Механические характеристики прутков из алюминия в
зависимости от марки сплава, диаметра и относительного
удлинения прутка, а также вида обработки приведены в табл. 5.6.
Из деформируемых сплавов соответствующих марок
изготовляют фасонные профили, виды которых приведены на рис. 5.3.
Данные виды профилей используют для изготовления корпусов блоков,
каркасов шасси, стоек, рам путем сварки или соединением деталей
с помощью крепежных деталей и заклепок. Кроме указанных
профилей ОСТ 4ГО.065.000 приводит используемые при изготовлении
несущих конструкций РЭА и ЭВА сечения прессованных
алюминиевых профилей.
Таблица 5.6;
Марка
силаьа
В95
Д1
Д16
Д20
АК4
АК6
АК8
АМг2
АМгЗ
АМгб
АДО, АД1
Механические
характеристики, МПа
>500
>540
>380
>430
>360
>360
>360
>460
>180—
z,<JU
>180
>270
60-120
>400
>430
>330
>300
>240
—
—
—
—
>80
> 120
Диаметр
прухка d,
м м
<22
20—130
<130
22—130
<300
<300
<300
<150
<300
<300
<300
<300
Вид 1ермической обрабспки
Закалка и искусственное
старение
Закалка и естественное
старение
То же
»
»
»
»
Без термической обработки
» » »
» » »
» » »

Относительное
удлинение,
/0
>б
>6
>\2
>\0>
>8
>8
>\2'
>1О
>\3
>13
>\ъ
>2Ъ

Литейные сплавы согласно ГОСТ 2685—75 в зависимости от
химического состава делят на пять групп. Так как одним из основных
компонентов является кремний, эти сплавы называют силумина-
м и. Кроме кремния в их состав могут входить магний, марганец,
медь, титан и другие металлы. В РЭА наиболее применимы сплавы
второй группы на основе алюминия и кремния: АЛ2, АЛ4, АЛ4В,
АЛ9, АЛ9В, обладающие повышенной коррозионной стойкостью,
необходимыми литейными свойствами, удовлетворительной
свариваемостью. Термообработка их состоит в закалке с последующим ис-
а)
Рис. 5.3. Виды прессованных профилей из сплавов алюминия:
а — уголок равнобокий; б — уголок неравнобокий; в —тавр; г —
швеллер; д — двутавр
кусственным старением. Такие сплавы используются при
изготовлении рам несущих конструкций РЭА, корпусов механизмов, стоек,
литых лицевых панелей, плоских и объемных конструкций шасси и
других литых деталей.
Сплавы магния. Такие сплавы как МЛЗ, МЛ5, МЛ6, МЛ 12 и
МЛ 15, из-за их малой плотности, большой удельной прочности,
хороших литейных качеств используют для изготовления деталей РЭА
с помощью литья под давлением, в кокиль и песчаные формы.
Магниевые деформируемые сплавы МА2, МА5, МА8, МАИ
подвергаются ковке и штамповке; при производстве деталей из этих
сплавов можно осуществлять сварку и механическую обработку.
Неметаллические материалы. К неметаллическим материалам,
используемым при конструировании несущих конструкций и
механизмов РЭА, относятся пластмассы и резина.
Пластмассы обладают хорошими диэлектрическими
свойствами; их механические характеристики зависят от марки
пластмассы. Пластмассы подразделяют на термореактивные и
термопластичные.
Термореактивные пластмассы при повторном нагревании не
переходят в пластичное состояние, так как в процессе изготовления
входящие в ее состав смолы полимеризуются и превращаются в ве--
щество с новыми свойствами.
Термореактивные пластмассы в свою очередь можно разделить
на монолитные (фторопласт-4), слоистые (текстолит, гетинакс,
листовой стеклотекстолит) и композиционные, в состав которых, кроме
смолы, входит наполнитель в виде стекловолокна,
хлопчатобумажных волокон и других материалов.
64

Таблица 5.7
Вил пластмассы
Полиэтилен низкой
плотности
Полиэтилен высокой
плотности
Полипропилен
Винипласт
Полиметилакрилат
Полистирол
Пластик СНП-2
Полиамиды
Фторопласт-3
Фторопласт-4
Текстолит
Гетинакс
Стеклотекстолит
гост, ту вту
ГОСТ 16337—70
ГОСТ 16338—70
МРТУ 6-05-1105—67
ГОСТ 9639—71
ТУ 6-05-1344—71
ГОСТ 20282—74
ГОСТ 13077—77
ТУ 6-05-1309—72
ГОСТ 13744—76
ГОСТ 10007—72
ГОСТ 5—78
ГОСТ 2718—74
ГОСТ 10292—74
Предел прочности, МПа, при
растяжении
10—15
21—33
25-40
55
42—70
35—40
40
45—75
30—37
21—25
68-100
70—100
165—300
сжатии
„
25—60
60
80
77—95
100
—
70—100
50-60
12
120—180
—
—
изгибе
7,5
40—80
80
100
91 — 110
40—90
85—100
85—120
60—80
14
120—160
105—125
—
Модуль
упругости при
растяжении
?-10—3, МПа
0,1—0,2
(при изгибе)
0,5—1,0
(при изгибе)
0,7--1,2
—
2—3,5
2,7—3,1
2—3,1
1,5—1,6
1,0—2,0
0,5—0,8
4—6,F
12—21
21

Теплостойкость
(морозостойкое п>)
100
(-60)
128
(-60)
160
(-5)
70 (-70)
50—74
(—40)
80-110
(-40)
100 (—130)
50-90
— D0-60)
70—130
(-195)
250 (—269)
130 (—60)
150 (—60)
250 (—60)
Способ
переработки*
1—7
1, 2, 3, 4
1-4,7
4, 7
2, 4
1, 2, 4, 5,
6, 8
1, 2
1
1, 2, 4
2, 6, 7
6, 8
6, 8
6
* 1 — литье под давлением; 2 — прессование; 3 — напыление; 4— экструзия; 5 — выдувание; 6— механическая обработка; 7 — сварка;
8 ¦— склеивание.

Термопластичные пластмассы при нагревании размягчаются, и
получаемый в результате этого материал можно использовать для
вторичной переработки. 1\ термопластичным пластмассам относят
полиэтилен, полипропилен, винипласт, фторопласт-3, полиметилак-
рилат и др.
Широко используемый в РЭА текстолит получают методом
горячего прессования хлопчатобумажной ткани, пропитанной фенол-
формальдегидной смолой. Текстолит производят марок ПТ и ПТК
(конструкционный) и А, Б, В, ВЧ, Г (электротехнический). Он
обладает хорошими диэлектрическими и антифрикционными
свойствами. Допустимая рабочая температура текстолита составляет от
—60 до + 130° С. Текстолит используют для крепежных планок,
панелей, щитков, стоек и шестерен.
Стеклотекстолит в качестве основы имеет стекловолокно и
выпускается двух видов — электротехнических марок СТ, СТУ, СТК,
СТЭФ, СФ-1, СФ-2, широко используемый при изготовлении
печатных плат, панелей, шасси, и конструкционный марки КАСТ.
Гетинакс отличается от текстолита только основой, в качестве
которой используется бумага; его применяют для иготовления
печатных плат.
Фторопласт-4 является хорошим диэлектриком, обладает малым
коэффициентом трения, легко обрабатывается резанием; идет на
изготовление несущих деталей типа стоек, втулок, прокладок.
Композиционные термореактивные пластмассы используют для
электротехнических и конструкционных деталей там, где требуются
повышенные механическая прочность и термостойкость, особенно
свойственные композиционному стеклотекстолиту. Этот материал можно
также применять в виде прокладочного материала при
изготовлении многослойных печатных плат.
Полиамиды относятся к термопластичным пластмассам и
используются для изготовления втулок, зубчатых колес, каркасов,
корпусов и электроизоляционных деталей литьем. Материал
хорошо работает на трение и износ, но плохо теплопроводен.
Полиэтилен, как высокочастотный диэлектрик, используют в
качестве каркасов, защитных экранов, стоек. Полиметилакрилат
(плексиглас) применяют для изготовления защитных стекол, шкал.
Некоторые механические характеристики пластмасс и способы
переработки приведены в табл. 5.7.
Резину используют в РЭА в качестве электроизоляционных,
герметизирующих и уплотнительных прокладок, амортизаторов,
Резины бывают общего и специального назначения.
§ 5.3. Методы термической и химико-термической
обработки
Термическая обработка деталей РЭА может изменить
механические свойства материала: увеличить прочность и твердость,
улучшить пластичность, повысить износостойкость, улучшить структуру
материала. При термической обработке детали происходит ее на-
66

грев до определенной температуры, выдержка и последующее
охлаждение.
При изготовлении деталей РЭА используют отжиг,
нормализацию, закалку (объемную и поверхностную), отпуск, старение,
цементацию, азотирование, цианирование.
Отжигу подвергают детали, получаемые с помощью литья и
сварки (корпусы, рамы, стойки и т. д.). В результате этого
улучшается однородность структуры, уменьшается твердость и снимаются
внутренние напряжения.
Нормализацию осуществляют для понижения
поверхностной твердости и снятия внутренних напряжений, возникших в
результате различных видов пластической деформации: ковки,
резания и т- Д. Нормализация занимает промежуточное место между
отжигом и закалкой.
Закалку применяют для стальных деталей, содержащих не
менее 0,3% углерода с целью повышения твердости, прочности и
изменения структуры материала. Закалка повышает механические
характеристики валов, шестерен, кулачков, пальцев и других
деталей. Для получения светлой и блестящей поверхности у
легированных сталей осуществляют светлую закалку—нагрев детали в
среде диссоциированного аммиака. Кроме того, применяют закалку
ТВЧ. Предельное значение получаемой твердости HRC = 60-~65.
Отпуску подвергают детали, прошедшие закалку. Цель
отпуска— снятие внутренних напряжений, повышение пластичности
и вязкости4 при сохранении достаточно высоких механических
характеристик. Различают три вида отпуска — высокий, средний,
низкий.
Высокий отпуск, или термоулучшение (^отп = 550-^650° С),
производят для получения наибольшей вязкости при достаточно
высоких пределах прочности. Термоулучшению подвергаются
углеродистые стали марок 40, 50, 50Г, легированные марок 40Х, 40ХН,
38Х2МЮА, 35ХГСА.
Средний отпуск (toTU = 350^-500° С) используют для получения
структуры, обладающей повышенными пределами прочности,
выносливости и твердостью.
Низкий отпуск (^отп= 150—200° С) применяют для снятия
внутренних напряжений при сохранении структуры закалки.
Старение производят для стабилизации свойств и размеров
детали после отливки, сварки или проката, а также после
термической обработки. Старение заключается в длительном выдерживании
детали в течение 50—90 ч при низкотемпературном нагреве
(искусственное старение) или комнатной температуре (естественное
старение). Старению могут подвергаться стальные детали типа
станин, корпусов, рам, а также детали из сплавов цветных
металлов.
Цементация — насыщение поверхностного слоя стали
углеродом для увеличения в процессе последующей закалки
поверхностной твердости. Цементации подвергают стали, содержащие менее
0,2% углерода. Толщину цементированного слоя выбирают в зави-
3* . 67

симости от размера детали; она может доходить до 1,5 мм. После
цементации и закалки несколько искажаются форма, размеры и
состояние поверхности детали, поэтому в дальнейшем ее следует
подвергнуть дополнительной механической обработке.
Азотирование (поверхностное насыщение
азотом) применяют для деталей, изготовленных из легированных
сталей (обычно с примесью алюминия), чтобы получить твердую (до
HRC = 65-f-70) износо- и коррозионностойкую поверхность.
Толщина слоя незначительна (несколько десятков микрометров) при
почти полном отсутствии искажения размеров.
Цианирование используют для повышения поверхностной
твердости деталей за счет насыщения поверхности углеродом и
азотом в цианистых солях.
При конструировании деталей, проходящих термообработку,
необходимо:
а) выбирать марку материала в соответствии с требованиями к
детали и видом термической или химико-термической обработки;
б) делать плавные переходы от одного сечения к другому с
максимально большим радиусом галтелей;
в) изготовлять детали сложной конфигурации из легированной
стали как менее деформируемой при закалке;
г) оставлять резьбу сырой;
д) снимать фаски в деталях с острыми кромками для снижения
концентрации напряжений.
ГЛАВА 6
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИИ РЭА
§ 6.1. Основные вопросы, решаемые
при разработке конструкций
Рассмотренные ранее классификация и схемы входимости
типовых несущих конструкций РЭА используют при разработке новых
конструкций. При этом могут меняться лишь размерные
геометрические ряды конструктивных модулей, 'плотность их упаковки и
схемотехнические параметры с одновременным совершенствованием
«существующих типовых конструкций и появлением новых
перспективных решений.
Рассмотрим основные вопросы, связанные -с разработкой новых
и совершенствованием существующих типовых несущих
конструкций, приведенных на рис. 2.4. При решении такой задачи
необходимо предусматривать:
1) системное проектирование разрабатываемого изделия путем
использования функционально-узлового метода и модульной
компановки, обеспечивающее конструктивную входимость модулей
соответствующего уровня иерархической структуры;
68

2) возможность изготовления путем применения прогрессивных
методов формообразования с допустимыми затратами;
3) надежное выполнение несущими конструкциями основных
предъявляемых к ним требований;
4) удобство сборки и эксплуатации изделия.
Таким образом, к несущим конструкциям при их разработке
можно предъявить следующие требования: 1)
функционально-технические; 2) конструктивно-технологические; 3) эксплуатационные;
4) специальные.
Функционально-технические требования
определяют данные конструкции по прочности, жесткости, массе,
габаритам, тепломассообмену, .виброзащите; они должны составляться
с учетом требований технического задания.
Конструктивно-технологические требования
позволяют найти наиболее рациональное конструктивное решение
и технологию. При разработке конструкции необходимо
обеспечить:
а) стандартизацию, т. е. использование при выборе размеров
стандартных размерных рядов, минимальной номенклатуры
применяемых материалов, унификацию конструктивных элементов,
создание взаимозаменяемости;
б) надежность путем выбора конструкционных материалов в
соответствии <с условиями эксплуатации, защиту от внешних
воздействий (механических, климатических, электромагнитных,
радиационных) и создание нормального теплового режима;
в) «модульность», т. е. возможность расчленения конструкции
на отдельные сборочные единицы (модули);
г) соблюдение промышленной эстетики (дизайна);
д) требуемую серийность производства;
е) использование прогрессивных методов изготовления и
ремонта при выполнении заданных эксплуатационных требований и
высокую степень готовности изделия для -серийного производства;
ж) механизацию и автоматизацию технологических процессов
изготовления;
з) соблюдение общих технических требований в соответствии
с действующими стандартами.
Эксплуатационные требования сводятся к
осуществлению изделием своих рабочих функций путем выполнения
требований эксплуатационной надежности и безопасности работы.
Эксплуатационная надежность должна обеспечить безотказность,
долговечность и ремонтопригодность конструкции в течение
заданного срока службы при правильном выборе соответствующего
конструктивного решения, которое позволяет предупредить,
обнаружить и устранить отказы и неисправности с помощью проведения
технического обслуживания и ремонта, учитывающих удобство
работ при ремонте, погрузке и транспортировке.
Специальные требования вытекают из особенностей
конструкции и оговариваются техническим заданием; обычно они
зависят от особенностей работы и эксплуатации изделия.
69

§ 6.2. Каркасные и бескаркасные
пластинчатые конструкции
(модули первого уровня)
К пластинчатым бескаркасным и каркасным конструкциям
относятся .несущие элементы модулей первого конструктивного
уровня, которые называют ячейками. Они представляют собой
конструктивно законченную сборочную единицу. Каркасный вариант
модуля первого уровня применяют -в РЭА с повышенными
требованиями к вибропрочности и
виброустойчивости, а также при использовании в модуле
двух печатных плат и более.
Рассмотрим основные конструктивные
особенности несущих конструкций модуля
этого типа.
В каркасных пластинчатых
конструкциях основой является металлическая рама,
форма и размеры которой зависят от
конструкции модуля. Плату, на которой
размещают ИС и ЭРЭ, закрепляют на раме с
помощью винтов или заклепок, в результате
чего образуется несущий элемент модуля.
Функции несущего элемента в
бескаркасной конструкции (рис. 6.1, а, б)
выполняет сама печатная плата, поэтому и сам
модуль часто носит это же название.
По конструктивному оформлению
печатные платы могут быть двусторонними
или многослойными. На лицевой стороне
двусторонней платы устанавливают ИС и
ЭРЭ, на противоположной стороне
производят печатный монтаж. Многослойные
печатные платы (МПП) применяют при
повышенных требованиях к плотности
компоновки ИС; число слоев в них может доходить
до 16.
Толщина двусторонней печатной платы
определяется ее габаритными размерами, сортаментом
применяемого материала, механическими требованиями к вибропрочности и
виброустойчивости; толщину такой платы рекомендуют выбирать
в пределах 1—2 мм. Толщина МПП зависит от метода
изготовления, числа слоев и толщины используемых материалов; ее берут в
пределах 0,8—3 мм.
Печатные платы следует выполнять прямоугольной формы
с предпочтительным соотношением сторон (ГОСТ 10317—79) 1:1 —
1 :2 при минимальном размере стороны 10X10 мм и 2:3 при
наибольшем размере стороны 240X360 мм. Для двусторонних и
многослойных печатных ллат по ОСТ 4ГО.010.009 рекомендуются
следующие размеры сторон (.м.м): 135X110, 135x240, 140X130,
70
о) 5)
Рис. 6.1. Схемы
установки микросхем и ЭРЭ на
печатной плате

140X150,140X240, 150x200, 170X75, 170X10, 170X130, 170Xl507
170x175, 170x200. Толщину плат нужно выбирать из ряда 0,8;
1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм.
Как правило, конструктивные модули первого уровня
представляют собой одноплатную конструкцию, хотя в них и допускают
применение двух плат и более. Расстояние между платами в этих
случаях должно выбираться минимальным с учетом прогиба плат
при их эксплуатации. Корпусные микросхемы 2 со штырьковыми
выводами и ЭРЭ 3 следует устанавливать рядами и только с одной
стороны .печатной платы / (рис. 6.1, а), а микросхемы 2 с планар-
ными выводами — как с одной, так и с двух сторон платы. При
этом навесные ЭРЭ 3 рекомендуют крепить с той стороны, где
установлена вилка разъема 4 (рис. 6.1, б). Бескорпуоные
микросборки устанавливают на теплоотводящее металлическое
основание толщиной 0,5—1,5 мм или .индивидуальную шину толщиной
0,2—0,5 мм. Материалом основания шины берутся алюминий, медь
или их сплавы. Металлическое основание и шины .крепят к плате
с помощью клея ВК-9.
Шаг установки корпусных микросхем на печатной плате
следует выбирать с учетом координатной сетки (ГОСТ 10317—79). Шаг
кратный 2,5 мм, берут для микросхем с шагом расположения
выводов 2,5 мм, а кратный 1,25 мм—для микросхем с шагом
расположения выводов 1,25 мм. В узлах координатной сетки
располагают центры монтажных и переходных отверстий. Монтажные
отверстия используют для установки микросхем и дискретных ЭРЭ,
переходные отверстия обеспечивают электрическое соединение
монтажа между платами. Для улучшения электрического контакта
отверстия металлизируют, выполняя их с целью облегчения
размещения микросхем на 0,1—0,3 мм более диаметра их выводов;
обычно их диаметр составляет около 0,8 мм.
Металлизированные отверстия на одно- и двусторонних
печатных платах, а также на наружных слоях МПП должны иметь
круглые или прямоугольные контактные площадки. Диаметры
контактных площадок составляют не менее 1,2 мм.
Для улучшения теплоотвода в технически обоснованных
случаях допускается устанавливать микросхемы с планарными выводами
на теплоотводящие металлические шины; толщина шин берется
в пределах 0,2—0,5 мм, а с изоляционной прокладкой — не более
0,6 мм.
Основными деталями ячейки (рис. 6.2, а) являются лицевая
планка 7, печатная плата 3 и разъем 6 типа ГРППЗ; на лицевой
планке может быть закреплена колодка с контактами для
контроля электрической схемы. На плате 3 размещены ЭРЭ 4 и
микросхемы 5. Ячейку крепят к корпусу блока невыпадающими
винтами 2.
Конструкция ячейки с печатными контактами 1 на плате
с разъемом типа РППМ17 приведена на рис. 6.2, б. Плату 4 крепят
к лицевой планке 2 с помощью пустотелых заклепок 5.
Микросхемы 5 и ЭРЭ располагают с одной стороны платы, печатный моч-
71

таж —с другой. Конструкция ячейки, использующей печатные
узлы 2, которые устанавливают на печатной плате 1 путем
закрепления выводных концов печатных узлов в металлизированных
отверстиях ячейки, представлена на рис. 6.3, а. Разъем <?,
размещаемый на плате, используют для электрического монтажа. Конструк-
Граница монтажа
2
ппппгг—
IUUUUU
ппппп
UUULJLL
"innnnn \ !
UUUUU
ппппп
JJUUUU
г
Рис. 6.2. Бескаркасная конструкция ячеек с односторонней установкой
микросхем и ЭРЭ
ция печатного узла на микросхемах приведена на рис. 6.3, б.
В него входят печатная плата 1 и микросхемы 2, располагающиеся
с двух сторон платы.
Для изготовления печатных плат .используют материалы,
приведенные в табл. 6.1. Для одно- и двусторонних печатных плат
обычно применяют стеклотекстолит и гетинакс, хотя тепло- и дугостой-
кость последнего значительно ниже. Механические характеристики
приведенных материалов даны в табл. 5.6 Для МПП, кроме
стеклотекстолита, используют фольгированныи диэлектрик различных
типов, а для разделения слоев — прокладочную стеклоткань. Для
теплоотводящих шин применяют медную ленту.
Разъемы, используемые для внутриблочной коммутации, вилку
которых закрепляют на плате, а розетку — на корпусе блока, при-
72

ведены в табл. 6.2. Разъем подбирают, исходя из требуемого числа
контактов, частоты и максимальной величины рабочего тока и
максимального рабочего напряжения на один контакт, а также
необходимой теплостойкости.
jL
J
Вид,
а)
Граница монтажа
Рис. 6.3. Схема ячейки с печатными узлами (а) и
конструкция печатного узла (б)
Для внешней коммутации блоков на микросхемах, кроме
малогабаритных разъемов, применяют также неразъемные элементы
в виде тканых кабелей, плоских гибких печатных кабелей (ГПК),
соединительных плат и переходных контактов. Использование
плоских ГПК в блоках книжной конструкции позволяет повысить
надежность, уменьшить габариты и массу изделия.
73

Таблица 6.1
Maiepna.i
Стеклотекстолит:
фольгированный
листовой
Фольгированный
диэлектрик
тонкий:
для
микроэлектронных устройств
для
многослойного монтажа
для
многослойного печатного
монтажа
Стеклоткань
прокладочная
Фольгированный
гетинакс
Медная лента
Марка
СФ-1-35
СФ-2-35
СФ-1-50
СФ-2-50
СФ-1Н-50
СФ-2Н-40*
СТЭФ-1
ФДТ-1
ФДТ-2
ФДТЭ-1
ФДМ-1
ФДМ-2
ФДМТ-1
СП-1
СП-2
СПТ-3
ГФ-1-35
ГФ-2-35
ГФ-1-50
ГФ-2-50
Ml
ГОСТ или ТУ
ГОСТ 10316—78Е
ГОСТ 12652—74
ТУ ИЖ 47—64
ТУ ИЖ 54-67
ТУ ИЖ 51—66
ТУ ИЖ 67—70
ТУ 16503085—71
ТУ 16503085—71
ГО^Г 10316—78Е
ГОСТ 1173—77
Толщина
материала,
м м
0,8—3,0
0,8—3,0
0,5—3,0
0,5—3,0
0,8—3,0
0,8—3,0
0,5-3,0
0,5
0,1
0,2;
0,25
0,1; 0,2;
0,25
0,025; 0,06;
0,025; 0,06
1,5; 2,0;
2,5; 3,0
—

Толщина
фольги,
мкм
35
35
50
50
50
50
—
50
35
35
35
—
—
35
35
50
50
50,80
* Буква Н означает повышенную нагревостойкость (до 180° С).
Конструкция металлической лицевой планки показана на
рис. 6.4, а. Имеющиеся в лицевой планке резьбовые отверстия МЗ
используют под невыпадающие винты, которыми затем ячейку
крепят к корпусу блока. В лицевой планке для контроля параметров
электрической схемы модуля может устанавливаться до 24
контактных втулок.
Лицевая планка на рис. 6.4, б состоит из пластмассового
основания / и упругих пружин 2.
Для одноплатной конструкции ячеек ширина лицевой планки
составляет 10,5 мм, для двухплатнои— 12 мм.
Повышение жесткости и прочности бескаркасных ячеек,
применяемых в книжных конструкциях блоков, можно получить путем
закрепления на плате дополнительных элементов в виде втулок U
располагаемых по углам -склеенных между юобой двух МПП я
74

Таблица 6.2
Тип разъема
Число контактов
Шаг
KOHiaKiOBv
мм
Кошакшая пара
ГРППЗ
ГРПМЗ
ГРППМ5
ГРППМ7
ГРППМ8
ГРППМ10
ГРПМ1
ГРПМ2
ГРПМЗ
ГРПМ9
ГРПМ10
РППМ8
РППМ17
РППМ26
СНП34
14; 16; 24; 36; 46; 58
14; 15; 16; 24; 31; 36; 46; 61
16; 18; 35
18; 30; 48; 64; 90
16; 32; 48
18; 30; 48; 64; 90
31; 45; 61; 90; 122
30; 46; 62; 90; 122
14; 15; 16; 24; 31; 36; 46; 61
14; 18; 30; 31; 42; 52; 62
18; 30; 48; 64; 90
8; 9; 15; 16; 32; 40
12; 16; 20; 24; 30; 36; 44;
52; 56
28; 38; 50'; 72
20; 30; 46; 69; 113; 135
48;
5
5
2,5
2,5
о
2,5
3,5
3,5
5
3,75
2,5
3,75
5
3,75
2,5
Вилка — розетка
То же
Печать — розетка
Вилка — розетка
То же
и упоров 3 (рис. 6.5, а).
Микросхемы 4 устанавливают с двух
сторон платы. Электрическое
соединение с объемным
монтажом блока осуществляется
монтажными проводами через
колодку 5.
На рис. 6.5, б это
достигается установкой на плате 3 с
микросхемами 2 гладкой
накладки 1 и накладки в виде петли
5, прикрепляемых с помощью
пустотелых заклепок 4.
Примеры конструктивного
решения модуля первого
уровня с каркасом приведены на
рис. 6.6, а, б. На рис. 6.6, а в
качестве каркаса используют
раму 2, на которой
пустотелыми заклепками 3 закреплена
плата 4 с микросхемами 5. Для
надежного соединения вилки
разъема 6 с розеткой блока на
раме имеются штыри-ловители 7. Крепление ячейки
осуществляется невыпадающими винтами 1. На рис. 6.6, б каркасом служит
рама /, по краям которой имеются два прилива с отверстиями,
используемыми в качестве осей вращения. Плату 2 с микросхемами
3 крепят к раме пустотелыми заклепками 4. Электрическая
коммутация осуществляется ГПК 5.
Рис. 6.4. Конструкции лицевой
планки ячейки
75

ЯПГ
Zfflg. I
I
tflj
fflj
Рис. 6.5. Конструкция бескаркасной ячейки
повышенной жесткости

hnnnn
LJ LI Li 11 U
f Г1 П Г i И П
LJULJUU
+1I0 /S4°''+ +
ТТТПТ
IllSil
TTTTTT
+ °d
4 +II0
1
Рис. 6.6. Конструкции каркасных ячеек

Конструкция ячейки блока книжной конструкции на гибридных
микросхемах с повышенной интеграцией для использования в
герметизированном корпусе (см. рис. 2.12) показана на рис. 6.7, а.
Несущим элементом является выполненная из металла рамка 1, на
А-А
1
I
il
1
]
и
!]
1
1
_ 1
1
I
1
ш lif Hi1
Рис. 6.7. Конструкции ячейки (а) и несущей рамки (б)
конструкции герметичного исполнения
блока книжной
одной стороне которой установлены бескорпусные микросборки 2,
имеющие подложки из ситалла и выводные концы 5, которые
-соединяются с контактными площадками печатной платы. С другой
стороны рамки в углублении закреплена печатная плата 4,
имеющая контактные площадки 5 для присоединения ГПК. Соединение
печатной платы и подложек микросборок с рамкой клеевое. Конст-
78

рукция несущей рамки приведена на рис. 6.7, б. В качестве
материала рамки при изготовлении литьем под давлением используют
алюминиевые сплавы марок АЛ2, АЛ6 и АЛ9, а при производстве
Рис. 6.8. Конструкция ячейки разъемного герметичного
блока
штамповкой или механической обработкой — АМц, АМг2, АМг5,
Д1, Д16идр.
Размер Я «сечения рамки определяется конструктивными
размерами платы по толщине и микросборок ло высоте; ширина и длина
рамки зависят от размеров блока.
79

Конструкция ячейки разъемного герметичного блока приведена
на рис. 6.8, а. Ячейка состоит из печатной платы 5 и закрепленных
на ;ней (пустотелыми заклепками теплоотводящих металлических
шин 4. Бескорпусные микросборки 3 установлены на металлические
шины с двух сторон печатной платы. К торцу одной из сторон через
металлические шины крепят лицевую планку 2, имеющую приливы
для невыпадающих винтов 1. С другой стороны платы установлены
контакты 6, которые служат для электрического соединения ячейки
с объединительной печатной платой блока. Отвод тепла от ячейки
1
Рис. 6.9. Конструкции рам с приливами для установки плат (а) и со
сплошным основанием (б)
обеспечивает лицевая планка, которая должна иметь хороший
контакт с шинами платы.
Ячейку на рис. 6.8, б используют в герметичных блоках
книжной конструкции с воздуховодом. Она состоит из П-образного
металлического основания 5, к которому с помощью сварки
присоединен воздуховод 1 прямоугольной формы. Воздуховод имеет приливы
для крепления к блоку и обеспечения шарнирного соединения
ячеек. Микросборки 4 прикрепляют к основанию с двух сторон.
Электрическое соединение ячейки с объединительной печатной
платой блока осуществляется ГПК, который присоединяют к
контактным площадкам 3, расположенным на печатной плате 2.
Несущие элементы рассмотренных ячеек даны на рис. 6.9.
Конструкция рамы для ячеек разъемных блоков, выполняемых литьем
под давлением из алюминиевого сплава, показана на рис. 6.9, а.
Для крепления печатной платы на раме предусмотрены приливы
с отверстиями; для крепления ячейки к блоку с одной стороны
рамы расположены приливы с отверстиями под штыри — ловители.,
а с другой — приливы под резьбовые отверстия.
80

В разъемных блоках на микросхемах и микросборках в
качестве ячейки используют сварную раму. Ее особенностью является
наличие сплошного основания, выполняющего функции теплоотвода
и ребер с наружной стороны. На раме крепят невыпадающие винты
и штыри-ловители. Конструкция рамы, изготовляемой литьем под
давлением и выполняемой в виде сплошного основания,
обеспечивающего лучший теплоотвод, приведена на рис. 6.9, б.
В герметичных блоках на бескорпусных микросборках (см.
рис. 2.13) в качестве основания ячейки (см. рис. 6.8, б) используют
раму, состоящую из П-образной гнутой пластины 5 и воздуховода 1..
Рис. 6.10. Схемы крепления лапок к плате (а) и группового
крепления печатных плат в ячейке (б)
Пластина выполнена из листового материала и имеет пазы для
осуществления электрического соединения выводов микросхем
с контактами печатной платы, устанавливаемой в П-образный
зазор рамы. Пластину с воздуховодом, изготовляемым литьем под
давлением, соединяют сваркой. Материал деталей рамы —
алюминиевые сплавы.
В ячейках при креплении 'печатных плат допускается
использование лапок 2, располагаемых по углам в четырех точках и
прикрепляемых к плате заклепками 3 (рис. 6.10, а). При
необходимости для повышения жесткости в средней части платы ставят упоры.
Групповое крепление печатных плат / к рамке 2 и в многоплатных
ячейках следует производить согласно рис. 6.10, б, где 3—
прижимная планка, 4 — винт, 5 — втулка.
Для отвода тепла от микросхем и микросборок рекомендуется
использовать кондуктивные теплостоки в виде теплоотводящих шин
(см. рис. 6.8, а) и металлических оснований (см. рис. 6.9, б).
Толщина теплоотводящих шин составляет 0,4—0,8 мм, а
металлических оснований — 0,4—1 мм; при необходимости их толщину можно
увеличивать. Материал шин и оснований — алюминий и его сплавы,
в технически обоснованных случаях — медь и ее сплавы.
Для создания надежного теплового контакта в ячейке между
металлическим основанием (шинами) и рамой производят пайку,
сварку, склеивание, а также используют заклепочные и винтовые

соединения. В местах контакта применяют теплопроводные пасты
с коэффициентом теплопроводности выше 0,5 Вт/(м-К). При
использовании винтовых соединений тепловое сопротивление
контакта может быть уменьшено путем повышения чистоты обработки
•сопрягаемых поверхностей, увеличения усилия сжатия, применения
напыленных или гальванических покрытий, а также мягких
металлических прокладок. При отводе тепла от ячеек за счет
лучеиспускания для теплоотводящих поверхностей ячеек следует
использовать покрытия, степень черноты которых составляет не
менее 0,9.
Размеры печатной платы (рис. 6.11) Lx no оси х и Ly по оси у
зависят от числа -микросхем в ряду пх и числа рядов пу, шагов по
оси х tx и по оси у ty, размеров краевых полей на плате х{ и х2
(обычно Xi=*2), #1>и у2:
F.1)
где у\ — краевое поле
внешней коммутации, у2—
краевое поле элементов
контроля, 1Х и 1У —
размеры между крайними
выводами корпуса
микросхемы по осям х и у.
Полученные значения
корректируют до
рекомендуемых по ОСТ 470.010.009,
при этом размеры х\, х2,
Ух и t/2 необходимо
выбирать с учетом
рекомендаций ОСТ 4ГО.010.030 и
ОСТ 4ГО.010.011.
Размеры сечения рамы зависят от целого ряда факторов:
габаритных размеров рамы, вида ее закрепления по контуру при
установке ячейки в блок, величины и характера -силового иагружения,
а также взаимодействия ее с платой при передаче нагрузки -с
платы на раму. Последнее существенно, .потому что в одном случае
при определенных условиях рама и плата могут работать как одно
целое (в случае надежного соединения платы с рамой по контуру),
в другом случае— самостоятельно. Для примерных расчетов
наибольших напряжений ib раме и плате могут быть использованы
схемы и зависимости, приведенные в табл. 4.7 (схемы 1 или 3 в
зависимости от принятого силового нагружения).
Необходимый момент сопротивления сечения ячейки из условия
прочности на изгиб, лри нагружении по схеме 1 табл. 4.7
1-х
Рис. 6.11. Схема для определения
габаритных размеров платы
К]г
[°и]г
F.2)
82

а по схеме 3
Ki]r [аи]г
где 'вместо / подставляют один из габаритных размеров платы.
Значения q или Q определяют, исходя из массы платы и
расположенных на ней микросхем и ЭРЭ, с учетом сил инерции от
вибрационных ускорений, наибольшие значение которых вычисляют по
C.3). Допускаемое напряжение, считая характеристику цикла
[*»]-i = °-il[n]K-i^*-i/[n]. F.4)
Допустимый коэффициент запаса прочности [п] следует брать
по табл. 4Л, а коэффициент отличия детали от стандартного
образца ввиду малых размеров сечения и отсутствия сильных
концентраторов напряжений /(_i~l. Значение предела выносливости в-\
зависит от материала и может быть взято из соотношения о-\ —
— 0,4~0,45ав. По подсчитанной величине №и и примерной форме
сечения могут быть определены его окончательные размеры.
При использовании в ячейках микросборок толщина несущей
рамки (см. рис. 6.7, б)
Я = Д1 + А + А11 + АУ + Д2, F.5)
где Ai = 0,5-r-l мм — величина зазора между плоскостью печатной
платы и плоскостью рамки; h — толщина печатной платы; hn —
толщина .металлической перемычки в рамке; Ау — установочная
высота микросборки, состоящая из толщины подложки и высоты
элементов бескюроуеной микросхемы; А2 — величина зазора (в
цифровых ячейках Д2 = 0,5-т-1 мм, в аналоговых при экранировании
Д2 = 3-^4 мм).
Пути усовершенствования РЭА приводят, особенно для
бортовой РЭА, к ее микроминиатюризации. Значительные достижения
в области интеграции элементной базы микроэлектронной
аппаратуры и техники монтажа, а также развитие новых принципов
компоновки определили следующие направления:
а) внедрение модульного принципа с использованием БГИС
и'корпуса блока в качестве несущего элемента;
•б) увеличение плотности упаковки;
в) уменьшение массы и габаритов несущих конструкций за счет
улучшения систем теплоотвода и рационального выбора их
габаритных размеров и размеров сечений.
Миниатюрная конструкция аналоговой функциональной ячейки
(ФЯ) приемно-усилительных трактов высокой частоты [11]
показана и а рис. 6.12, а. Ячейка имеет 10 корпусированных микросхем 2,
закрепленных на плате /; кроме того, на плате находятся ЭРЭ 3
и каркасные индуктивные катушки 4. Ячейка размещена в корпусе-
экране 5; коммутацию осуществляют с помощью разъема с
выводными штырями 6.

Конструкция аналоговой ФЯ из бескорпусных микросборок 2
и тонкопленочных индуктивных элементов 4У навесных ЭРЭ 3
располагаемых на МПП U заключенных в корпусе-экране 5 с
наружной коммутацией в виде штыря 6, приведена на рис. 6.12, б
Рис. 6.12. Конструкция аналоговой ФЯ
§ 6.3. Конструкции типа шасси, панелей,
корпусов, каркасов, блоков и приборов
(модули втрого и третьего уровней)
Формирование конструкций блоков РЭА, которые считают
модулями третьего уровня, может происходить согласно схеме входи-
мости (см. рис. 2.3) двумя путями:
1) 1-й уровень_>2-й уровень ^3-й уровень;
2) 1-й уровень_+3-й уровень.
При формировании блоков и приборов по первому пути в
качестве модулей второго уровня, которые используют для размещения
в них модулей первого уровня типа ячеек, применяют несущие
конструкции, называемые шасси и панелями. Так, в блоках
наземной РЭА согласно изображенным на рис. 2.5 и 2.8 схемам вхо-
димости шасси является несущим элементом, используемым для
размещения ячеек.
84

Шасси является также несущим элементом в бытовой РЭА типа
телевизора, радиоприемника, радиолы, а также в ряде конструкций
макетной и приборной РЭА (см. рис. 2.2) и используется для
размещения таких дискретных ЭРЭ, как трансформаторы,
конденсаторы, микромодули, ФУ на печатных платах.
Шасси, которые применяют в бытовой РЭА как основание для
размещения деталей и узлов, входящих в электрическую схему
Рис. 6.13. Схема компоновки узлов и блоков на шасси в радиоле «Ригонда»
радиоаппарата, обеспечивают необходимую механическую
прочность изделия, удобство сборки, ремонта и эксплуатации.
Конструкция шасси этого типа РЭА определяется общей компоновкой
изделия, взаимным размещением его блоков и узлав.
Шасси имеет коробчатую плоскую форму и может
изготовляться путем литья ,из легких сплавов или штамповки; в отдельных
случаях детали шасси соединяют винтами. При литье 'Используют
прецизионные способы: под давлением; в кокиль; в оболочковые
формы. Это позволяет получать тонкостенные конструкции, не
требующие дополнительной обработки.
В таких конструкциях шасси для установки деталей
предусматривают различные отверстия и вырезы, перегородки и отбортовки
используют для увеличения жесткости конструкции,
экранирования отдельных блоков, установки деталей в другой .плоскости. При
85

выполнении шасси в виде металлического кар,каса коробчатой
формы одну из его плоскостей, например верхнюю, при
горизонтальном положении каркаса (см. рис. 2.2, б, в,) применяют для
крепления на ней трансформаторов, электролитических конденсаторов,
блоков конденсаторов переменной емкости, электронных ламп и др.
rHrdHi
A* i
Ш
\
j
iTT jJTrt
\
j \
\
rl
Ф
=^
1
Ijl Ы 1.1 l;i/
\
'J v
Рис. 6.14. Установка ячеек в шасси блока наземной РЭА
На другой плоскости размещают мелкие детали: резисторы,
конденсаторы, расшивочные панели и т. д. Схе.ма компоновки узлов
и блоков на такого типа шасси в радиоле «Ригонда» показана на
рис. 6.13, где 1 — шасси, 2 — «клавишный переключатель
диапазонов, 3 — ручка настройки, 4 — ферритовая антенна, 5 — блок УКВ,
6 — блок настройки с КПЕ, 7 — усилитель промежуточной частоты»
86

Плоские шасси могут устанавливаться в корпусе радиоаппарата
как горизонтально, так и вертикально (ом. рис. 2.2, а). Такие шасси
могут быть как из металла, так и из стеклопластика или гетинакса.
Для повышения'жесткости по краям делают отбортовку или
прикрепляют по .контуру обечайку.
Установка ячеек в шасси блока наземной РЭА показана на
рис. 6.14. На раме шасси 3 крепят направляющие 2\ ячейки /
входят (в пазы направляющих. На переходной планке 4 закреплены
розетки 5, в которые входят при установке ячеек в блок вилки
коммутационных разъемов 6.
J Б-Б
Рис. 6.15. Шасси блока с ячейками (а) и с плоской панелью (б)
Конструкцию шасси, используемую в блоках наземной РЭА,
согласно схеме сходимости на рис. 2.8 применяют для: 1)
размещения ячеек с элементами электрической схемы; 2) установки
плоской панели iB виде пластины (листа).
Шасси первого типа (рис. 6.15, а) состоит из литого основания 1
и передней панели 2 с обрамлением 4. В панель запрессованы
шпильки 3, которые используют для соединения панели с
основанием. На основании с шагом /i = 12,5 мм нарезаны резьбовые
отверстия МЗ для установки напрявляющих (стоек).
Шасси второго типа (рис. 6.15, б) отличается от первого тем,
что на литое основание 1 с передней панелью 2 винтами закреплена
панель 6 в виде листа, необходимая для размещения элементов
электрической схемы. К панели шасси на втулках 5 винтами 4
крепятся ребра 3, устанавливаемые с целью повышения жесткости
конструкции.
Основание шасси .изготовляют литьем из алюминиевого сплава
АЛ9, передняя панель — штампованная из листа конструкция;
материалом панели является алюминиевый сплав АМг2М2 (ГОСТ
21631—76).
87

Панель — это конструктивная разновидность шасси,
поскольку при компоновке рам и стоек РЭА ее используют для размещения
модулей первого уровня типа ячеек (рис. 6.16). Она представляет
собой конструктивно законченную единицу. В панель входят
заднее основание 5, кронштейны 4, пластины с направляющими
пазами 3; между направляющими устанавливают ячейки 7.
Рис. 6.16. Схема панели с ячейками
На заднем основании напротив вилки каждой ячейки 2
закреплены розетки 1. Общую коммутацию осуществляют с помощью
расположенных на основании колодок 6. Детали панели
изготовляют штамповкой из листовой стали марок 10, 20 или алюминиевых
сплавов типа АД1, АМц, АМг5, Д1, Д16А, а кронштейны — литьем
из сплавов АЛ2, АЛ9 или из пресс-материала. В панели возможна
использование отдельно изготовленных направляющих.
Корпусы блоков, являющиеся согласно схеме входимости (на
рис. 2.3) несущей конструкцией третьего уровня, используют в са-
имолетной, различного типа наземной и приборной РЭА.
Корпусы блоков самолетной РЭА с применением дискретных
ЭРЭ (ГОСТ 17045—71) имеют основные размеры, приведенные
в табл. 6.3. Габаритные размеры корпусов, определяющие объем,
88

Таблица 6.3
Т и п о р а з-
м е о корпуса
б л ока
1М
1.5М
2М
2,5М
зм-
1К
1,5К
2К
2,5К
зк
4К
1С
1,5С
2С
2,5С
ЗС
4С
5С
6С
Габаришые размеры, мм
57,0X194X250
90,5X194X250
124,0X194X250
157,0X194X250
190,5X194X250
57,0X194X319
90,5X194X319
124,0X194X319
157,0X194X319
190,5X194X319
257,0X194X319
57,0X194X420
. 90,0X194X420
124,0X194X420
157,0X194X420
190,0X194X420
257,0X194X420
324,0X194X420
390,0X194X420

Типоразмер корпуса
блока
1Д
1.5Д
2Д
2,5Д
зд
4Д
5Д *"
6Д
1МН
1 5МН
2МН
1КН
1,5КН '
2КН
Габаршные размеры, мм
57,0X194X497
90,5X194X497
124,0X194X497
157,0X194X497
190,5X194X497
257,0X194X497
324,0X194X497
390,5X194X497
57,0X88X250
90,0X88X250
124,0X88X319
57,0X88X319
90,5X88X319
124,0X88X319
представлены в виде параметрического ряда с коэффициентом 1,61.
При этом объем блока U выбирают, исходя из потребляемой
мощности W, т. е. U=f(W).
Корпусы'блоков самолетной РЭА (ОСТ 4ГО.410.003) имеют
модульную сборно-разборную конструкцию и \в общем случае состоят
из передней, верхней и задней панелей, дна и крышек. На деталях
корпуса блока устанавливают арматуру, 'необходимую для
соединения, крепления, заземления, установки на монтажную раму или
в стеллаж и съема с него. Механическое соединение деталей
корпуса блока производят (кроме съемных крышек) <с помощью
винтов и самоконтрящихся гаек. Допускается соединение деталей
производить пайкой в соляной ванне или на заклепках. На передней
панели следует располагать арматуру для крепления корпуса
блока к монтажной раме, установки, переноса и съема с нее. На
задней панели корпуса блока крепят соответствующее число вилок,
внешних разъемов и необходимую арматуру.
Корпусы блоков должны допускать использование следующих
вариантов системы охлаждения:
а) естественной воздушной вентиляции;
б) принудительной воздушной вентиляции с помощью
вытяжных вентиляторов;
в) централизованной системы охлаждения на отсос;
т) централизованной системы охлаждения на нагнетание.
89

Конструкции типовых корпусов блоков самолетной РЭА
приведены на рис. 6.17. На рис. 6.17, а показана конструкция корпуса
с Г-образными крышками 3. В корпус входят также передняя
панель 1У верхняя панель 2, задняя панель 4 и дно 5. Корпус блока
с П-образной крышкой 4 изображен на рис. 6.17, б, где 1 —
передняя шанель, 2— угольники, 3— задняя панель, 5 — дно. Конструк-
Рис. 6.17. Конструкции типовых
корпусов блоков самолетной
РЭА
ция корпуса блока с верхним радиатором дана на рис. 6.17, в9
где 1 — боковые крышки, 2 — передняя панель, 3 — верхняя
панель— радиатор, 4 — задняя панель, 5 — дно. Каждая деталь
и сборочная единица корпуса могут иметь несколько вариантов
конструктивно-технологического исполнения. Так, передняя панель
может быть выполнена штампованной, а в случае повышенной
механической прочности и жесткости — литой.
Тонкостенные штампованные детали корпуса блока изготовляют
из листового алюминиевого сплава 1915М, профилированные — из-
сплава Д16 (ГОСТ 13737—68) или АМг-6 (ГОСТ 8617—75),
литые— из сплава АЛ9 (ГОСТ 2685—75). Механическое соединение
90

деталей корпуса блока производят с помощью винто*в и
самоконтрящихся гаек. Кроме того, допускается использование пайки в
соляной ванне или заклепки.
Для защиты поверхностей корпусов блоков, работающих на
трение, используют .неметаллические покрытия (оксидирование, хро-
матираваН'Ие и др.); наружные поверхности корпусов имеют
лакокрасочные локрытия.
Рис. 6.18. Конструкции корпуса блока наземной РЭА с
использованием ячеек (а) и плоской панели с ЭРЭ (б)
Конструкции корпусов блока наземной РЭА, имеющие ячейки
и плоскую панель с ЭРЭ, приведены на рис. 6.18, а, б.
Конструкция блоков базируется на литых основаниях (шасси)
и обеспечивает: размещение в блоке ФУ, ЭРЭ и других дискретных
элементов, входящих в электрическую схему; выдвигание блоков
из шкафа и фиксацию их в выдвинутом положении; закрепление
блоков ,в шкафу; принудительную вентиляцию; необходимую
прочность.
Блок с ячейками (рис. 6.18, а) состоит из шасси 5,
установленных на нем направляющих (стоек) 2, коммутационной платы 4
91

с розетками разъемов; конструкция использованного в блоке шасси
приведена на рис. 6.15, а. В направляющих блока, закрепленных
стяжками 6, устанавливают ячейки /; минимальный шаг установки
ячеек /i = 12,5 мм. Розетки 5 разъема типа РППМ-26 создают
межблочное электрическое соединение. Упор 8 предназначен для
фиксации блоков в выдвинутом положении, а замок 7 — для
закрепления блока в шкафу.
Входящее в шасси блока
обрамление обеспечивает
уплотнение блока при его
установке в шкаф.
В блоке с панелью
(рис. 6.18, б) ,на шасси 3
закрепляют плоскую
панель в виде листа 1
толщиной 2,0—3 мм,
используемую для установки на
ней всех элементов
электрической схемы; панель
крепят к шасси винтами
2. Блок имеет вилку
разъема для межблочного
электрического
соединения 5, упор для фиксации
блока в выдвинутом
положении 6 и замок 4 для
закрепления блока в
шкафу.
Конструкция
используемых в блоке направляю-
(а\ щих (стоек) приведена на
рис. 6.19, а, а конструкция
узла крепления ячеек в
них — на рис. 6.19, б. Стойку 1 >к шасси 3 крепят винтами 2. Ячейка
6 вилкой разъема 5 соединяется с розеткой 4; розетка закреплена
на коммутационной плате 7.
Конструкции каркасов блоков при использовании в качестве
элементной базы ИС, микросборок и ЭРЭ показаны на рис. 6.20—
6.22. Различают разъемные или книжные конструкции в
негерметичном ^ли герметичном исполнении. Выбор конструкции каркаса
блока производят, исходя из технических требований и анализа
таких определяющих факторов, как надежность, ремонтопригодность,,
габариты, масса, тепловые режимы, условия эксплуатации и др.
Каркасы блоков следует проектировать прямоугольной формы;
в технически обоснованных случаях форма может отличаться от
прямоугольной.
Каркасы разъемных блоков обеспечивают съемность ячеек,
простоту конструкции и электрических соединений. В каркасах блоков
книжной конструкции создается доступ к микросхемам, микросбор-
92
Рис. 6.19. Конструкции направляющей
и узла крепления ячейки в ней (б)

Рис. 6.20. Конструкция разъемного каркаса блока
с двухрядным (а) и однорядным (б) расположением
ячеек

кам и другим ЭРЭ, монтажу во включенном состоянии, что
позволяет легче найти дефект или неисправность. Целесообразно в таких
блоках применять однотипные конструкции ячеек. Несущая часть
каркасов блоков книжной конструкции должна обеспечивать
раскрытие ячеек. Рассмотрим конструктивные особенности некоторых
¦каркасов блоков.
Рис. 6.21. Каркас негерметичного блока книжной конструкции
Разъемный блок на рис. 6.20 состоит из набора ячеек 1 на
микросхемах и навесных ЭРЭ. Ячейки установлены в направляющие
блока 2 параллельно лицевой панели в два ряда по высоте.
Несущим элементом блока является каркас блока — шасси 3, деталями
которого являются передняя панель 5 и штыри-ловители 4.
Каркас разъемного блока на рис. 6.20, б состоит из набора
ячеек 1 на микросхемах и навесных ЭРЭ. Корпус блока включает
переднюю панель 7, заднюю панель 4 и стенки — .верхнюю 6 и ниж-

нюю 2. На задней панели установлены разъемы 5 типа ГРПМ1
и фиксаторы 3. Детали каркаса соединены на винтах, образуя
жесткую конструкцию. На верхней и нижней стенках для фиксации
в блоке ячеек закреплены направляющие из треос-материала.
Книжная конструкция блока в негерметизированном
исполнении приведена на рис. 6.21. Блок имеет вертикальную ось
раскрытия ячеек 1 на микросхемах и микросборках и состоит как бы из
двух частей, в которых располагаются ячейки блока. Каркас
состоит из передней панели 2, задней панели 5, средней рамы 4 и двух
боковых -стенок 7. Для поворота ячеек в блоке имеется шарнирное
соединение <?, а для фиксации ячеек — стяжной винт 6.
Электрический монтаж в блоке между ячейками осуществляют ГПК. Для
улучшения теплообмена в блоке отсутствует верхняя стенка.
Каркас имеет размер 1,5К (ГОСТ 17045—71).
Конструкция каркаса герметичного блока книжной конструкции
с вентиляторам показана на рис. 6.22, а. Блок имеет вертикальную
ось раскрытия ячеек и состоит из набора ячеек на бескорпусных
микросборках. Каркас блока образуют передняя панель 4 и задняя
панель 7 вместе с поперечными планками 2. Герметизацию
обеспечивают припайкой кожуха / к передней и задней панелям блока-
Панели для крепления ячеек имеют приливы. На передней панели
есть трубка для откачки воздуха и разъем; внутриблочное
соединение обеспечивают ГПК и объединительной печатной платой 6.
Вентилятор 3 «создает перемешивание воздуха 'внутри блока. Блок
имеет типоразмер 1,5К (ГОСТ 17045—71).
Конструкция каркаса герметичного блока с вертикальной осью
раскрытия ячеек приведена на рис. 6.22, б. Здесь ячейки 4 на
бескорпусных микросборках закреплены в раме 5, В1месте с передней
панелью 3 образующей жесткий каркас. Рама блока литая и
соединяется с панелью винтами. Герметизацию блока производят
путем установки рамы с ячейками в корпусе 1 с последующей пайкой
корпуса с рамой блока. Внутриблочный электрический монтаж
выполнен с помощью объемных проводов 2. На панели имеются
герметичные разъемы, трубка для откачки воздуха и
штыри-ловители.
Внутренний объем всех герметичных -блоков заполняется сухим
азотом под давлением не более 12-104 Па и после заполнения
герметизируется.
Для обеспечения лучшего теплоотвода при конструировании
блоков необходимо соблюдать следующие требования:
1) металлические детали ячеек должны иметь надежный
тепловой контакт между собой и с каркасом блока по наибольшей
поверхности;
2) при охлаждении за счет естественной вентиляции наружные
поверхности блоков могут быть оребрены; шаг ребер 8—10 мм,
высота не более 20 мм.
В блоках с принудительной вентиляцией необходимо соблюдать:
1) ориентацию воздушного потока вдоль большего габаритного
размера ячейки;
95

a) s)
Рис. 6.22. Схемы каркасов герметичных блоков

2) воздушное охлаждение индивидуальное или
централизованное;
3) приточно-вытяжную систему вентиляции;
4) надежное уплотнение.
Герметизация блока обеспечивается герметичным исполнением
корпуса и его внешних разъемов и выполняется с помощью уплот-
нительных прокладок или паяного 'Соединения корпуса (основания)
с крышкой (кожухам). Выбор способа определяет условия
эксплуатации.
/ (до сжатия)
аН11
1
ip
ш^/////////л
1
-———-_
Рис. 6.23. Герметизация корпуса блока уплотнительной
прокладкой (а) и паяным швом (б)
Герметизация корпуса с помощью уплотнительных прокладок
приведена на рис. 6.23, а. Толщину стенок корпуса .выбирают в
зависимости от его объема и избыточного давления. Ширина фланца
B = 2k-\-2fid, F.6)
пде Л — толщина стенки корпуса блока; d — диаметр крепежного
болта.
Толщина фланца hx берется в пределах A,5—4) Д.
Размеры канавки и прокладки находятся из следующей
зависимости:
at=\,\bbm,
F.7)
где а — ширина канавки; t — глубина канавки; b и т — ширина
и вьисота резинового уплотнения.
Расстояние
4—1451
F.8)
97

Число болтов определяется расчетом по величине избыточного
давления и усилия, обеспечивающего деформацию упругого
элемента. Обычно шаг болтов Р= A0—15) d.
При использовании паяного соединения (рис. 6.23, б),
образованного основанием 5, крышкой 4, прокладкой 1, проволокой 2
и припоем «3, необходимо:
а) предусматривать канавку вблизи паяного соединения с целью
устранения перегрева блока в момент осуществления пайки;
б) делать прокладку прямоугольного сечения из термостойкой
резины;
в) выбирать диаметр проволоки меньше ширины зазора между
крышкой и корпусом на 0,1—0,2 мм;
г) создавать покрытия деталей паяного соединения в
зависимости от их материала для улучшения пайки.
Проволоку в паяный шов укладывают «ад прокладкой по всему
периметру соединения. Один конец .проволоки выводят из зоны
соединения через паз в крышке. При пайке расстояние по всему
периметру соединения заполняют легкоплавким припоем. Припой
и флюсы выбирают в соответствии с ОСТ 4ГО.033.000.
Допускается повторяемость пайки не более трех раз. При установке блока
наружная поверхность паяного соединения не должна являться
установочной поверхностью блока. В блоке элементы его
крепления следует располагать на максимальном расстоянии от паяного
соединения.
§ 6.4. Конструкции стоек, шкафов, пульта
(модули четвертого уровня).
Направляющие в несущих конструкциях
В литературе по РЭА понятия стойки и шкафа не имеют
четкого определения. По ГОСТ 17600—72 стойку можно определить как
изделие, используемое для установки в проемы своего каркаса,
обшитого листовыми панелями, вста.вных блоков с размерами по
ГОСТ 12863—67 или ,в соответствии с другими стандартами
(рис. 6.24, а).
Шкаф — разновидность стойки; входящие© шкаф блоки не
имеют лицевых панелей, органов управления, контроля и
измерительных элементов. Корпус шкафа обычно имеет на лицевой
стороне сплошные дверцы. Для улучшения доступности ко всем
элементам схемы внутренняя часть шкафа может выдвигаться и
развертываться (рис. 6.24, б).
Пульт отличается от стойки формой, удобной для работы
оператора. На лицевых панелях пульта, кроме органов управления,
могут размещаться шкалы для считывания информации,
контрольные, сигнальные и измерительные элементы (рис. 6.24, в).
За основной размерный модуль, определяющий размер проема
в конструкциях разрабатываемых стоек, можно принять величину,
равную 20 мм. Размеры проемов в стойке должны соответствовать
размерам вставных блоков (ширине L, высоте Н и глубине В) со-
98

гласно ГОСТ 12863—67. Эти размеры определяют габариты
каркаса блока или органичивают объем, занимаемый
электрорадиоэлементами.
Комплектные и частичные вставные блоки, а также блочные
каркасы, используемые для размещения частичных блоков, имеют
следующие размеры: L-480 мм; Я-120, 160, 200, 320, 400 мм;
Б = 300 (комплектный вставной блок); /-40, 80, 120, 160, 320 мм;
//=140, 180, 220 мм; 6 = 275, 395 мм (частичный вставной блок);
L = 484 mim; #=160, 200, 240 мм; ? = 300, 420 мм (блочный каркас).
Конструкция стоек должна:
г а) ())
Рис. 6.24. Конструкции стойки (а), шкафа (б) и пульта {в)
1) обеспечивать удобный доступ ко всем элементам, требующим
регулировки, ремонта и омены;
2) удовлетворять требованиям техники безопасности, прочности,
жесткости и промышленной эстетики;
3) (создавать необходимый теплоотвод, экранирование,
заземление.
РЭА, скомпонованная в виде стоек, может эксплуатироваться
•стационарно и на .передвижных объектах в: 1) закрытых
отапливаемых помещениях; 2) закрытых неотапливаемых помещениях.
Нормирование условий эксплуатации осуществляют по ГОСТ
16962-71 или ГОСТ 15150-69.
По механическим воздействиям согласно табл. 3.1 условия
эксплуатации определяются следующими показателями:
а) ударной ^нагрузкой не более 10 g\
б) вибрационным ускорением до 4 g при [ = 80 Гц;
в) сейсмоударным ускорением до 8 g длительностью 30—50 мс.
Рекомендуют следующие размеры стоек: Я = 640, 800, 880, 1000,
4*
99

1120, 1200, 1280, 1360 и 1600 мм; L-280, 320, 440 и 520 мм; ? = 320,
440, 520 и 600 MiM.
Выбор размера стойки (шкафа) и ее конструктивного решения
во многом определяется назначением РЭА, местом ее установки
и условиями эксплуатации.
На рис. 2.4, 2.5, 2.8 и 6.24 показаны примеры компоновки шкафа
и стойки наземной стационарной РЭА. Приведенные конструкции
Рис. 6.25. Способы соединения деталей каркаса несущей
конструкции в узлах
отличаются друг от друга наличием общего для всех блоков
каркаса, защищающего их от механических повреждений.
Межблочный монтаж размещен внутри несущей части каркаса стойки,
Каркас стойки выполняют из стального листового и фасонного
проката (ом. рис. 5.1), а также фасонных стальных гнутых профилей
(см. рис. 5.2). Кроме того, для его изготовления используют
прессованные алюминиевые профили (см. рис. 5.3) и специальные
литые детали и прессованные профили из алюминиевых сплавов. При
необходимости повышают жесткость отдельных мест каркаса.
Выбор материала каркаса определяется габаритами и массой блоков,
условиями эксплуатации, а также требованиями прочности и
жесткости конструкции.
Соединение деталей каркаса выполняют путем сварки (рис.
6.25, а) либо с использованием крепежных деталей. Для
соединения деталей каркаса / в узлах используют специальные тройники 2
100

(рис. 6.25, б, в). При соединении с помощью крепежных деталей
применяют самонарезающиеся винты. Для правильной ориентации
блоков и удобной их установки в проем в конструкции стоек
используют направляющие.
Для удобного доступа к монтажу стойка сзади имеет
двухстворчатые дверцы. Боковые стороны стойки и крышка облицовываются
тонколистовым прокатом из алюминиевых сплавов толщиной 1,5—
2 мм. Для улучшения охлаждения боковые панели стойки и
крышка могут иметь отверстия для вентиляции или жалюзи.
Такого типа стойки
Шкаф
Блок
Секция
156
152
пх156 (для сдарных конструкций)
пх152 (для спорных
конструкций)
У^типоразмера
блок
/' R типоразмера.
Блок
/ Ш типоразмера
Блок ^
' У типоразмера
Блок
'Штипоразмера
Ряд
(шкафы) входят в состав
исследовательского
лабораторного оборудования,
небольших
телевизионных станций,
радиостанций и радиотехнических
систем при
соответствующих условиях
эксплуатации.
Для РЭА,
размещаемой в закрытых объемах
и защищенной от
прямого воздействия
атмосферных осадков и солнечной
радиации, используют
стойки (шкафы),
размеры которых и взаимное
расположение в них
блоков выбираются
конструктивно в зависимости от
функционального
назначения и компоновки
изделия в объекте.
Отраслевой ставдарт ОСТ 4Г0.410.204 рекомендует для выбора
размера стойки (шкафа) по высоте Я и ширине L исходя из
выбранных размеров блоков пользоваться схемой, приведенной на
рис. 6.26. Высота стойки (шкафа) Я определяется числом рядов т,
а ширина L —числом секций п. Минимальная высота ряда #min =
= 221 мм, минимальная ширина секции Lmin=156 мм. Блоки II,
III, IV и V типоразмеров получают путем определенного сочетания
нескольких блоков I типоразмера, имеющих каркас площадью
156X221 мм.
Конструкция стойки РЭА, размещаемой в закрытом и
защищенном от прямого воздействия осадков помещении, приведена на
рис. 6.27. Ее основными узлами являются каркас 7, в который
устанавливают радиотехнические блоки 2. Охлаждение стойки
осуществляют с помощью вентилятора 4. Разъемы 3, размещаемые на
панели стойки, используют для подсоединения ее электрической
схемы к системе. Внутриблочпый монтаж осуществлен объемными
4*—1451 101
Рис. 6.26.
Схема построения
шкафа (стойки)
типоразмеров

жгутами б и плоским кабелем 5. Для заземления используют
болт 7.
Несущая часть стойки, называемая корпусом, имеет каркасную
конструкцию двух типов: сварную; сборную. В зависимости от
расположения панели разъемов корпус имеет два вида: 1) с верхним
расположением разъемов; 2) с боковым расположением разъемов.
Рис. 6.27. Конструкция стоики (шкафа) наземной РЭА
Наиболее экономичной и технологичной в настоящее время
считается сборная конструкция корпуса.
Корпус сборной конструкции стойки (шкафа) изготовляют из
стандартных алюминиевых прессованных профилей и двух типов
рам, выполненных из сплава АЛ2 литьем под давлением и
соединенных стандартными крепежными деталями. Крепление литых
рам на различной высоте позволяет получать отсеки для установки
блоков различного типоразмера. Конструктивная схема корпуса
102

этого типа и его размеры показаны на рис. 6.28. Корпус состоит из
рам 1, 3 я 4, стоек 2, кабельной коробки 5, обшивок 7 и 8; сверху
на каркасе установлен вентилятор 6. Конструкция входящих в кор-
'2222
Рис. 6.28. Конструктивная схема сборной стойки (шкафа;
ч-
Рис. 6.29. Конструкция деталей корпуса стойки:
а —стопка; б—рама; в — направляющие; г — стенка
пус стойки деталей дана «а рис. 6.29, а—г. Корпусы стоек имеют
защитное лакокрасочное покрытие (синяя эмаль ПФ-115, ГОСТ
6465—76).
103

Для передвижной наземной РЭА ОСТ 4Г0.410.004 определяет
три конструкции стоек (шкафов); они показаны на рис. 2.5. Каркас
стойки (шкафа) представляет собой сборную конструкцию, детали
которой изготовляются литьем и соединяются ,с помощью
крепежных деталей.
Если выбирать размеры блоков и приборов такими, чтобы было
удобно компоновать их в стойки (секции) одинакового
типоразмера, то в результате объединения получим шкаф с повышенной
прочностью несущей части за счет межсекционных -соединений.
Рис. 6.30. Способы повышения доступности к элементам шкафа
В качестве несущего каркаса стойки, шкафа и пульта могут
быть использованы универсальные сборно-каркасные конструкции
(УСКК), номенклатура деталей, специализированные профили из
алюминиевых оплавов и узлов которых определена ОСТ 4Г0.065.000.
Для обеспечения высокой ремонтопригодности в конструкциях
шкафов используют компоновочные юхамы (рис. 6.30),
обеспечивающие выдвижение внутренней части шкафа с помощью
различных .механических систем (рис. 6.30, а—в), ее поворот (рис. 6.30, г)
« повороте раскрытием (рис. 6.30, д) [12].
Конструкция пульта РЭА приведена на рис. 6.24. Его несущей
частью является каркас, выполняемый аналогично каркасам .стоек
и шкафов. При конструировании несущей части пульта кроме
размещения различных электронных, считывающих, сигнальных и
управляющих элементов следует обеспечить удобство работы
оператора. При выборе габаритов итульта самолетной РЭА необходимо
руководствоваться ГОСТ 17046—71.
104

Важным элементом в несущих конструкциях блоков, панелей,
¦стоек, шкафов и пультов являются направляющие,
обеспечивающие правильную ориентацию модуля и его фиксацию, например
установку ячеек в блоках, шасси и панелях, а также выдвижение
и установку блоков в стойках, шкафах, пульте. Рассмотрим их
основные конструктивные схемы.
Рис. 6.31. Конструктивные схемы направляющих
На рис. 6.31 .показаны некоторые конструктивные схемы
направляющих, «используемых для установки ячеек в блоках, панелях
и приборах РЭА. Направляющие, отлитые из капрона или других
видов конструкционных пластмасс (рис. 6.31, а), прикрепляют
к каркасу винтами; возможно крепление нескольких
направляющих к боковой стенке (рис. 6.31, б). Гнутый упругий .профиль
направляющих (рис. 6.31, в—г), присоединенный к каркасу винтами,
заклепками или путем точечной аварки, хорошо удерживает ячейку.
Направляющие формируют путем вырубки и отгибки материала
основания (рис. 6.31, д), объемной штамповкой выступов
различной формы (рис. 6.31, е, ж). Отогнутый материал основания в виде
105

ушек используют также для крепления отдельно выполненных
направляющих (рис. 6.31, з). Кроме того, направляющие создают
с помощью фрезерования пазов в толстом листе (рис. 6.31, и) или
профильном основании блока, а также в виде отдельных стоек
(рис. 6.31, л). Поджим ячейки сбоку силами упругости
обеспечивают установкой в пазы направляющих пластинчатых пружин (рис.
6.31, к). При установке блоков в стойки (шкафы) в качестве
направляющих используют фасонные профили, боковые поверхности
стоек, телескопические направляющие.
§ 6.5. Пути повышения несущей способности
и способы изготовления конструкций
Снижение массы деталей и узлов РЭА имеет существенное
значение, особенно в авиации, где каждый лишний килограмм массы
уменьшает грузоподъемность, скорость, маневренность и радиус
полета. В наземной РЭА снижение массы изделий уменьшает
расход металла и затраты на ее транспортирование.
Возможности снижения массы деталей изделия связаны с видом
силового нагружен'ия, формой и размерами принятых сечений,
определяющих величины напряжений и деформации. Зависимости,
используемые для расчетов на прочность и жесткость при изгибе,
позволяют оценить относительную выгодность используемых
сечений по массе коэффициентами k\ и k2, так как масса
пропорциональна площади сечения:
Wlm\ F.9)
J/mi F.10)
где W — (момент сопротивления сечения изгибу; / — .момент
инерции сечения; S—площадь сечения; т — масса единицы длины.
Таким образом, увеличение W и / при постоянной 5 является
одним из путей снижения массы конструкции.
Кроме того, уменьшение массы возможно при обеспечении рав-
нопрочности детали и конструкции в целом, т. е. наличии
одинакового запаса прочности как в сечениях отдельных деталей, так
и во всей конструкции.
Форма детали, удовлетворяющая поставленной задаче по рав-
нопрочности и равножесткости конструкции, не всегда может быть
реализована технологически. Следовательно, получение таких
конструкций сводится к местному увеличению их жесткости и
прочности. Рассмотрим некоторые способы получения этих конструкций.
Одним из путей решения поставленной задачи, используя
зависимости F.2) in F.3), является выбор из набора стандартных
профилей (см. рис. 5.1—5.3) наиболее рациональных. Кроме того,
можно использовать специальные закрытые профили (рис. 6.32),
для изготовления которых применяют гибочные машины. Закрытые
профили можно получить и из стандартных открытых профилей
путем их сварки, а также с помощью некоторых типов открытых
профилей.
406

В несущих конструкциях РЭА типа каркасов стоек, шкафов,
пультов, корпусов блоков для создания необходимой жесткости при
применении профилированного тонкого листа для несущих частей
в профиль вводят различные 'подкрепляющие элементы: косые
(рис. 6.33, а) и шрямые (рис. 6.33, б) перегородки, ребра (рис.
6.33, в), отбортовки (рис. 6.33, г), накладки (рис. 6.33, д) и
коробчатые сечения (рис. 6.33, е, ж).
Рис. 6.32. Конструктивные схемы фасонных профилей из
листового проката
Рис. 6.33. Схемы увеличения жесткости в несущих конструкциях
107

Рис. () ?Л. Местные высадки в деталях,
повышающие их жесткость
J
Для повышения жесткости деталей типа угольников, плаиок
и листов на их кромках создают местные высадки 1 (рис. 6.34).
Для повышения жесткости поверхности листа (рис. 6.35)
производят загибку его кромок 3
и краев отверстии 2, а
также выдавку 1 и зиговку
4 рельефов.
Выбор вида
соединений деталей влияет на
прочность
рассматриваемых конструкций и
зависит от материалов,
условий эксплуатации, требо--
ваний к прочности,
жесткости и точности
конструкций, а также
возможностей производства.
Наиболее применимы
соединения сваркой, пайкой,
заклепками, клеевое
(неразъемные), винтами и
болтами (разъемные).
При изготовлении
каркасных конструкций
распространены сварные
соединения, обеспечивающие
хорошую прочность
конструкции, технологичность
изготовления и высокие
эксплуатационные
качества. При этом используют
аргоподуговую,
электродуговую, точечную и
роликовую контактные
сварки. Конструктивные
элементы, виды, условные
изображения и обозначе-
ни51 швов сварных
соединений определены в ГОСТ
2.312-72.
При проектировании каркасов стоек и шкафов точность
размеров конструкции во время сварки обеспечивается соблюдением
необходимой последовательности соединения деталей и
использованием специальных стапелей. Последовательность
сварки^обеспечивается изготовлением сначала плоских рамных деталей, а затем
формированием объемной конструкции каркаса с помощью
угольников, косьшок и раскосов, создающих необходимую жесткость
и прочность конструкции (рис. 6.36, а). Для получения в раме из
уголка требуемых размеров заготовку деталей для нее следует
108
Рис. 6.35. Приемы повышения жесткости
тонколистового прока!а

производить в соответствии с рис. 6.36, б. Расчет размеров
угольника / производят по формулам:
=</ +Д; t=-
-*—
L,H,2
^ А
Lf 2
L2I
+ 1
¦С:
A
У
b
.-. >>
S)
Рис. б.Зб. Конструкции сварного каркаса стойки (а) и схема для
расчета детали / (б)
где 6, d, R — ширина, толщина и радиус сечения профиля.
При Л = 200-=-1000 мм Д = /П4/2 на размер А.
При разработке деталей и узлов, подвергающихся точечной
сварке, необходимо учитывать наибольший вылет электродов
используемых типовых сварочных машин, равный 500 мм. Такие
соединения нельзя подвергать химическому травлению и анодному
оксидированию, а также использовать гальваническое покрытие,
поскольку в зазоры между деталями проникает раствор
электролита, который промывкой полностью удалить не удается, в-следст-
в'ие чего металл начинает активно окисляться.
В настоящее время вместо сварки часто используют болтовые
соединения и самонарезающиеся винты.
При производстве деталей несущих конструкций РЭА
применяют штамповку, которая состоит из разделительных и
формообразующих операций. К разделительным относятся операции отрезки,
вырубки, пробивки, надрезки и др., с помощью которых
изготовляют .плоские детали и заготовки (рис. 6.37, а); формообразующими
являются операции гибки, лзыдавкн, отбортовки, вытяжки, высадки
и др. (рис. 6.37, б).
109

Чаще всего детали подвергают гибке (каркасы, детали шасси,
детали корпусов блоков и др.). Следует учитывать, что при этом
происходит утонение .материала в месте .изгиба, которое тем
больше, чем меньше радиус гибки, а это может привести к появлению
трещин.
Минимальный радиус гибки для листового проката в холодном
состоянии при толщине листа s
R^kfas, F.11)
Отрезка
Зыридт и продивш
Просечка
Надрезш
Рис. 6.37. Виды операций при штамповке
где k\ — коэффициент, зависящий от марки материала и
(выбираемый по ГОСТ 17040—71; k2—'Коэффициент, определяемый углом
гибки (при а = 90° Л2 = 1,0; при а = 60° ?2=1,3; при а = 45° ?2=1,5;
k\ = 1,5ч-2 — алюминиевые сплавы).
Форма выкройки при гибке детали .вне пределов кромки
показана на рис. 6.38, а, в пределах кромки—иа рис. 6.38, б, при гибке
края детали под прямым углом—на рис. 6.38, в, а по сфере — на
рис. 6.38, г, при округлении края детали в одной плоскости — на
рис. 6.38, д. Получаемые при этом детали приведены на рис.
6.38, е—к.
Диаметры отверстий определяют в зависимости от толщины
листа s: при s = 0,6-т-1,5 мм d = 3-r-5 мм, при s=l,5-=-3 mm d=
= 5-^8 мм.
При конструировании плоских деталей необходимо уделять
особое внимание их жесткости. Жесткость обеспечивается выбором
необходимой толщины детали, что часто неприемлемо из-за увели-
110

чения ее маюсы. В этих случаях увеличивать жесткость листа
можно путем применения .всевозможных выдавок, отбортованных краев,
зигов. Прежде всего это относится к большим плоским
поверхностям. Формы выдавок (рис. 6.39, а) могут быть прямоугольными,
круглыми, кольцевыми и т. п. Рекомендуемые соотношения при
Рис. 6.38. Формы выкроек при гибке деталей
Рис 6 39. Формы выдавки (а), зиговки (б) и разбортовки (в—д)
выдавке: #=B4-5)s, /?@,5-=-l)s. Размеры D и Dj выбирают
конструктивно.
Размеры з'иг-овок (рис. 6.39, б) зависят от толщины «материала
и бывают нормальные и уменьшенные. При нормальных размерах
и 5 = 0,5ч-1 мм, /1 = 20 мм, R = 4 мм; # = 3 мм, inpn уменьшенных
/1 = 10 мм; /? = 2,5 мм, Н = 2 мм.

Формы разбортовок для утопления головок винтов, нарезания
резьбы, а также повышения жесткости и формирования
направляющих показаны на рис. 6.39, в—д. Рекомендуемые 'соотношения
при разбортовке: i?^l + l,5s; #^0,8d, диаметр предварительного
отверстия d=D + s + 0,85R—2H.
Выдавку и разбортовку широко используют при изготовлении
деталей несущих конструкций типа корпусов блоков, шасси и
панелей.
§ 6.6. Корпусы и корпусные детали
механизмов
Корпусы и корпусные детали РЭА используют для закрепления
всех подвижных и неподвижных частей механизма; они
обеспечивают правильное взаимное расположение всех деталей устройства,
воспринимают действующие нагрузки, защищают внутреннюю
полость от загрязнения, способствуют созданию жесткой и надежной
конструкции.
Механизмы РЭА в зависимости от своего расположения на
объекте и функционального назначения могут выполняться как
самостоятельные устройства, на которые действует весь комплекс
климатических воздействий, так и в виде отдельных узлов РЭА.
К корпусным деталям относятся корпусы редукторов привода
антенн наземных и самолетных РЛС, корпусы
приемопередатчиков, следящего привода, измерительных приборов, отсчетных
устройств, бортовых ЭВМ и др.
Требования, предъявляемые к конструкциям корпусов и
корпусным деталям, зависят от назначения, условия эксплуатации,
конструктивной и компоновочной схем, места установки на объекте и
ряда других факторов. Основные требования сводятся к
следующему:
а) удобству сборки, регулировки и эксплуатации изделия;
б) оптимальным габаритам и массе конструкции;
в) прочности, жесткости и надежной защите деталей от пыли,
влаги, механических воздействий;
г) обеспечению необходимой точности расположения
деталей;
д) технологичности изготовления.
Выполнение большинства перечисленных требований
обеспечивается правильным выбором конструктивной схемы, материала,
размеров стенок, расположения ребер жесткости, приливов, метода
формообразования и т. п.
Корпусы механизмов и узлов РЭА бывают цельные коробчатой
формы с крышками (рис. 6.40, а), разъемные с разъемом вдоль
осей валов (рис. 6.40, б), разъемные соосные с разъемом поперек
осей валов (рис. 6.40, в), разъемные развернутой схемы с разъемам
поперек осей валов (рис. 6.40,^, одноплатные (рис. 6.40, д), двух-
платные с параллельными платами или платами, расположенными
под прямым углом (рис.6.40, е), сборные коробчатой формы, со-
112

стоящие из пластин, угольников и крышек, соединенных Бинтами
и штифтами (рис. 6.40, ж).
Для фиксации положения одной детали корпуса относительно
другой используются штифты, центрирующие заточки, выступы,
впадины. Присоединительные места и места разъема обычно имеют
утолщенные <платики. В местах размещения подшипников корпус
имеет приливы в виде бобышек.
Цельный корпус создает затрудненную сборку и применяется
редко. В редукторах малой мощности используют корпусы с
разъемом лоперек осей валов; .корпусы одно- и двухплатные требуют
специального пыле- и влагозащитного устройства и должны быть
встроены в общий защитный кожух или корпус.
д) е) ж)
Рис. G.40. Конструктивные схемы корпусов механизмов
Сборный корпус .применяют в макетных, мелкосерийных и еди-
шинных конструкциях, когда изготовление цельного или разъемного
корпуса нерентабельно. Такой корпус состоит из отдельных
деталей, соединяемых с помощью винтов и фиксируемых штифтами.
Корпусные детали изготовляют литьем, прессованием,
штамповкой, сваркой; детали сборных корпусов предварительно
-подвергают механической обработке.
Для литых корпусных деталей в мощных редукторах наземных
конструкций РЭА используют чугун марок СЧ21—40 и СЧ15—32.
Для производства малогабаритных корпусных деталей литьем
применяют силумины АЛ2, АЛ4 и АЛ9, магниевые сплавы МЛЗ, МЛ5,
МЛ9; в отдельных случаях их изготовляют из бронзы и латуни.
ИЗ

При проектировании литого корпуса необходимо выдерживать
равномерную толщину стенок, переходы от тонких стенок к
приливам делать плавными, без резких изменений сечения,
обрабатываемые поверхности относительно необрабатываемых для улучшения
условий обработки следует выставлять с учетом припуска на
обработку на 2—6 мм и делать по возможности «а одной высоте.
Элементы литого корпуса должны иметь соответствующие литейные
уклоны.
Толщина стенок корпуса должна быть по возможности
наименьшей; она выбирается исходя из габаритов, метода литья и
материала конструкции. Достижение необходимой прочности и жесткости
корпусной детали обеспечивается выбором материала,
применением ребер жесткости, местных приливов и утолщений (бобышек
и платиков), особенно по плоскости разъема и в местах установки
электродвигателя ,и подшипников. В силовых механизмах РЭА
малой и средней мощности (до 1 кВт) толщину стенки корпуса при
изготовлении литьем из лег-
Габлица 6.4 ких сплавов берут в
пределах 3—5 мм, для
кинематических механизмов и
механизмов приборного типа —
1,5—3 мм. Минимальные
толщины стенок корпуса в
зависимости от способа
отливки при литье из легких
сплавов даны в табл. 6.4.
Литье под давлением
позволяет получать высокое качество поверхности детали без
дополнительной обработки с шероховатостью по 9—10-му классу и
высокой точностью размеров (деталь повторяет геометрию и
микрорельеф поверхности пресс-формы). При литье в оболочковую
форму (по выплавляемым моделям) могут быть получены детали
с шероховатостью по 5—7-му классам.
В разъемных корпусах фиксирование одной детали
относительно другой осуществляют центрирующими заточками («при круглой
форме корпуса) или двумя штифтами (при некруглой форме
корпуса). Штифты ставят на наибольшем возможном расстоянии друг
от друга. Шаг соединяющих обе части корпуса 'болтов в
соединительном пояске Р= A0-r-15)d, где d — диаметр болта,
принимаемый при толщине стенки А равным d= A,2ч-1,6) А.
Малогабаритные корпусные детали «могут изготовляться
прессованием из пластмасс: фенопласта, аминопласта, композиционных
пластмасс. Их достоинствами являются стойкость, высокие
электроизоляционные свойства, малая масса и стоимость.
Форма прессованных корпусных деталей не должна
препятствовать свободному течению массы при заполнении ею пресс-формы,
поэтому следует стремиться к упрощению формы детали. Плоские
поверхности высотой более 5—6 мм должны иметь технологические
уклоны.
114
Способ получения
В землю
В оболочковую форму
В кокиль
Под давлением
Минимальная
юлщина стенок,
мм
3
2,0-2,5
1,5—2,0
0,5—1,0

Для гтвышения жесткости и прочности пластмассу можно
армировать сеткой или проволокой. Места переходов от меньшего
сечения к большему следует выполнять с помощью радиусов
закруглений и уклонов. По конструктивным соображениям стенки
деталей следует утолщать при наличии отверстий, приливов, ступиц
с канавкой, поясков и буртиков, рифлений и др. Для упрочнения
торцов детали используют буртики, а для повышения жесткости —
ребра жесткости. Оптимальная их толщина — 0,6—0,8 толщины
сопрягаемой стенки. При -прессовании в детали может быть
установлена металлическая арматура (штифты, винты, втулки и др.).
Металлические штампованные детали корпуса изготовляют
с «помощью вырубки, гибки и вытяжки из листа и полос. В качестве
материала здесь применяют стали 10, 15, алюминиевые сплавы
Д1А-М, Д16А-М, В95. Их соединяют винтами, сваркой, пайкой,
склеиванием.
Для изготовления деталей сварных корпусов используют
листовую и профильную сталь марок 10, Ст2, сплавы алюминия АМг,
АМц, АМгб, Д1 и Д16. Свариваемые детали могут предварительно
подвергаться гибке и объемной штамповке. Обычно «производят
аргонодуговую сварку, а в отдельных случаях, для топких деталей,
используют контактную сварку. Для снятия внутренних
напряжений лосле сварки корпусы подвергают отжигу.
Детали сборных корпусов изготовляют из листа; они имеют
существенный недостаток — большой объем механической
обработки.
Двухплатные корпусы часового типа изготовляют из листового
материала. Соединение и фиксацию панелей (плат) производят
с помощью -cjoeK, имеющих заточки под развальцовку или резьбу,
при последующей затяжке гайками. Материал
панелей—декапированная сталь, дюралюминий, титановые сплавы.
Высокую точность размеров между отверстиями в корлусе
обеспечивают расточкой по координатам, сверлением по кондуктору
я шаблонам. Расточка по координатам дает наивысшую точность
и производится на координатно-расточных станках. Предельные
отклонения межосевых расстояний ±fa в корпусе под валы
зубчатых колес регламентированы СТ СЭВ 642—77 (т<\ мм) и СТ СЭВ
641—77 (при т^\ мм).
Места под головки винтов, болтов, гаек в виде приливов или
бобышек обрабатывают по 4-му .или 5-му классу, стыковочные
и установочные поверхности — ло 5—8-му, а посадочные
поверхности под подшипники, являющиеся опорами валов,—по 6—9-му
классам шероховатости. Наружные поверхности корпуса
защищают лакокрасочным покрытием с предварительной грунтовкой и
шпаклевкой, внутреннюю поверхность корпуса грунтуют.
Защита (Механизма в корпусе от попадания пыли
обеспечивается при частичной герметизации фетровыми, манжетными,
лабиринтными уплотнениями, для стыковочных мест — прокладками из
резины и пластмасс. Для герметичных корпусов применяют
резиновый шнур, резиновые прокладки, паяный шов (см. рис. 6.23, б).
115

1 Редуктор
У
ГЛАВА 7
ПЕРЕДАЧИ ТРЕНИЕМ
§ 7.1. Общие положения
Для преобразования вращательного движения используют
различные типы передач: фрикционную роликами, гибкой связью,
зубчатые, червячные, планетарные, волновые. Передачи, понижающие
угловую скорость,
называют редукторами, а
повышающие —
мультипликаторами. К
передачам трением
относят фрикционные
передачи роликами и
гибкой связью.
Передачи • обычно
имеют
электромеханический привод, а
иногда в отдельных видах
РЭА ручной.
Рассмотрим некоторые
кинематические и силовые
соотношения в передачах
с такими приводами.
В двухступенчатой
передаче с приводом от
электродвигателя М
(рис. 7.1, а) при
частоте вращения двигателя
П\ вал 2 имеет частоту
вращения п2у а вал 3—
пг. Передаточным
отношением ступени i
называют отношение
угловых скоростей валов
/ и 2:
G.1)
Рис. 7.1. Схемы использования
инческого привода
элекгромеха-
Тогда
/г2=/г1//,__2; n? =
_2/2-з-
•Развиваемый электродвигателем крутящий момент при
мощности W\ и угловой скорости вращения coi
Тл = IOWiAoi G 2)
11/1' V * /
или
у I = C/OOU Vv 2//^j, [/ .О)
где Т\ — в Ы • мм; W\ — в Вт; coi — в с ~х\ пх — в мин ~*.
116

Коэффициент полезного действия ступени определяется
отношением мощностей на валах 1 и 2:
Th-a = WyWV G.4)
Тогда мощности на валах 2 и 3
W2 = Wli\l_2; Wz = W2t\2^=Wxx\^2f\2^. G.5)
При известном крутящем моменте на валу 1 Т\ крутящие
моменты на валах 2 и 3
T2 = Tlil_^2x\l_2\ Ts = T2i2_.Ar\2_^ G.6)
Привод с крутящим моментом Г3 и частотой вращения пъ
может быть использован при соединении выходного вала 3:
а) с валом 4 с помощью муфты (рис. 7.1, б) для кругового или
секторного обзора пространства;
б) с валом 4 кривошипно-кулисного механизма (рис. 7.1, в) для
качания зеркала антенны на угол \|? с помощью кулисы 5;
в) с винтом 4 (рис. 7.1, г) для поступательного перемещения
гайки с поршнем 5 на длину / в камере 6 при настройке
измерительной системы волномера в резонанс с измеряемой частотой.
При использовании в приводе кулачковых, мальтийских,
рычажных, стержневых механизмов можно получать различные
законы движения исполнительного звена.
Зависимость между развиваемым двигателем крутящим
моментом Гдв и противодействующими моментами определяется
основным уравнением движения механизма:
где /п — момент инерции механизма, приведенный к валу
электродвигателя; со — угловая скорость вращения электродвигателя; Тс —
момент сил сопротивления исполнительного механизма,
приведенный к валу электродвигателя; ср — угол поворота звена приведения
(вала электродвигателя).
В этом уравнении величину У„ j . = / л
dt 2 tf<p
называют динамическим момент ом.
В случае, когда момент инерции механизма не изменяется с
углом поворота ф, dJn/dq^O. Тогда уравнение G.7) принимает вид
Тг + Тс = Тлл. G.8)
При определении динамического момента / { = Jn — Л18 Уг"
ловое ускорение звена приведения e=da)/dt рассчитывают при
исследовании переходного процесса работы механизма, который
типичен для моментов разгона, останова и реверса. В первом
приближении угловое ускорение можно определить, предположив, что оно
117

постоянно (е = const) до достижения механизмом за время tu
скорости сон (рис. 7.2). При этом
e = iojt,r G.9)
Среднее значение угловой скорости в промежутке времени tn
при известном угле поворота фп
=<P..#.i [град/с]-
G.10)
В электроприводах механизмов РЭА
часто используют электродвигатели
постоянного тока с независимым или
смешанным возбуждением и асинхронные
переменного тока с короткозамкнутым
ротором. При изменении угловой скоро-
j сти о) от 0 до сон динамический момент
Тл^Ттах—Тц изменяется линейно (рис.
7.3, а), где Гтах=71пуск — пусковой
момент электродвигателя; Тн= Тс — номи-
Рис 7.2. Графики изме- нальный момент электродвигателя, при-
нения угловой скорости « г 'г
w и угла поворота ф от нимаемыи равным моменту сопротивле-
времени / ния привода.
0)н
Zfiiax
Рис. 7.3. Графики 7"д=/(«>), со=НО и e=f(t)
Динамический момент Гд=/((о) можно получить из уравнения
прямой в отрезках:
т.
+—=1,
откуда для любого момента времени
Т —(Т —Т)
118
сон — со
dt
G.11)
G.12)

Считая величины Гтах, Тп, ыи и /п постоянными, не зависящими от
времени /, после интегрирования уравнения G.12) найдем
необходимое для разгона время
шах ~ / н J 0)н — ш / max — ' н
max — J н ¦* max — ' н wh оз
Следовательно, время, в течение которого угловая скорость
достигнет некоторого значения со,
где В = /псон/(^тах—Ти)—электромеханическая постоянная
привода, т. е. время, в течение которого привод, разгоняясь от го = 0,
достигает скорости сон при постоянном ускорении, соответствующем
начальному моменту (/ = 0).
Подставляя t = B в уравнение G.14), получим
В = В1п
или
In ^L

Ниоткуда
0,б32а)н.
н
е
Решая уравнение G.14) относительно го, получим
@ = 0^A-е-'/*). G.15)
Дифференцируя G.15) по t, находим
e = -^L=J^e-^. G.16)
Если в G.15) принять, что разгон заканчивается при о) = 0,95(оп
(рис. 7.3, б), то время разгона /П = ЗВ. Из G.16) определим
максимальное угловое ускорение в момент пуска:
smax = ^и/В « Зсон//И. G.17)
Для механизма со звеньями, совершающими вращательное и
поступательное (плоскопараллельное) движения, приведенный
момент инерции
Jll=m1 («1Ю2 + Л +Щ (W^iJ+Л (^2/^iJ + • • •
<»МУ> GЛ8)
119

где vu V2, ..., vn — скорости центров масс звеньев; coi, @2, :.., (On—¦
угловые скорости звеньев; /ь h, • •> Jn — моменты инерции звеньев
относительно собственных центров масс.
Для механизмов со звеньями, совершающими только
вращательное движение,
-I- .^ + К (<•>>! J=Jx + Л//1-2
G.19)
Расчеты показывают, что при передаточных отношениях
редуктора fp> 1 приведенный к валу электродвигателя момент инерции
/п мало отличается от момента инерции ротора /р. При расчетах
принимают
Уи^Ур + Ум/4^A,1-1,4)Ур, G.20)
где /м — момент инерции приводимого в движение механизма.
В теории электропривода при определении момента инерции
ротора электродвигателя используют связь между его величиной и
маховым моментом, обозначаемым в каталогах через GD2:
Jv = Mf? = QD*/{4g), G.21)
где М — масса ротора; R — радиус инерции.
Приближенно моменты инерции звеньев можно вычислить,
если звенья условно расчленить на отдельные цилиндры. Тогда
искомые моменты инерции определяют как сумму моментов инерции
составляющих цилиндров.
Для сплошного цилиндра массой М, диаметром d момент
инерции относительно продольной оси J = Md2/8. При известной
плотности р и длине / момент инерции цилиндра
J = Md2/8 = nd4pl/32 = 0,\d4pl [кг-м2]. G.22)
Указанные зависимости можно использовать также для
определения динамических составляющих нагрузок в отдельных
звеньях механизма. Динамические нагрузки, связанные с неравномерным
движением звеньев, могут возникать в одних случаях только в
периоды пуска и остановки агрегата, в других — в течение
установившегося периода работы.
Для нахождения по G.8) крутящего момента Гдв необходимо
рассчитать приведенный к валу двигателя момент сил
сопротивления Тс.
Для механизмов на рис. 7.1, а, б момент сил сопротивления
k
^j (Ут.посг + ^г. пер)
rc_J^L + _l_ j G23)
где Тс.м — момент сил сопротивления исполнительного звена
мехавала антенны; т)Р — к. п. д. редуктора;
—моменты сил трения на валах; k — число валов.
низма, например вала антенны; т)Р — к. п. д. редуктора;
120

Момент сил трения на каждом валу определяют как сумму
постоянной составляющей момента сил трения Гт.Пост, не зависящей
от нагрузки, и переменной составляющей Гт.пер, зависящей от нее,
Достоинствами фрикционных передач роликами и гибкой связью
являются простота конструкции, бесшумность работы и высокий
к. п. д. @,96—0,98). К недостаткам следует отнести наличие
упругого скольжения, ведущее к непостоянству передаточного отношен
ния и потерям на трение. Эти передачи применяют в механизмах
настройки различных контуров радиовещательной, приемно-пере-
дающей и измерительной аппаратуры, а также в приводах
записывающей аппаратуры.
§ 7.2. Фрикционные передачи роликами
Фрикционные передачи роликами осуществляют передачу
движения между параллельными и пересекающимися валами (рис.
7.4). Сила трения возникает на образующей роликов (рис. 7.4, а, б)
lfl
\
X
X
щ 1
й
а)
U,
Рис. 7.4. Схемы фрикционных передач
или на их торцовых поверхностях (рис. 7.4, в). Сила нормального
давления на торцах Q/2 создается силами упругости составляющих
ролик дисков 1 и 2.
Размеры передачи зависят от диаметров роликов D\ и ?>2,
межосевого а= (Di + D2)/2 или конусного L — 0,bVD\-\-D\
расстояний.
Передаточное отношение передачи с учетом упругого скольжения
i = ni/n2 = D2z/Du G.24)
где |=1,01ч-1,03 — коэффициент, учитывающий скольжение и
зависящий от модуля упругости материала, шероховатости
поверхности, наличия смазки и условий эксплуатации.
5—1451 121

Для силовых передач i^6—8; для несиловых ?<10.
Передача работает при FTV^Ft\ для надежности берут
где ^тр —сила трения; /^ — передаваемое окружное усилие; Т{ —
крутящий момент на ведущем ролике; |3= 1,2-ьЗ — коэффициент
запаса сцепления.
Если FTV = 2Qf/2 = $Ft = 2$Ti/Du то сила поджатия роликов при
параллельных валах
Q = 2pr1/(D1/). G.25)
При торцовом касании (см. рис. 7.4, в) эта сила в два раза
меньше.
Коэффициент трения скольжения / зависит от материала,
шероховатости поверхности и условий смазки. В случае контакта без
смазки при стальном и бронзовом роликах /=0,1-^-0,18; при
стальных роликах { = 0,15-f-0,2; при стальном и текстолитовом роликах
/=0,2ч-0,25.
При передаче движения между пересекающимися осями валов
(см. рис. 7.4, б) сила нормального давления Qn между
коническими роликами создается осевой силой поджатия на один из роликов.
На ролике 1 для передачи крутящего момента Т\
=. G.26)
Силы Qu Q2 и Qn образуют силовой треугольник и являются
исходными для расчета пружин и роликов; расчет последних на
прочность ведут по удельной нагрузке
[4 G.27)
Допустимая удельная нагрузка [q] зависит от материала
роликов и условий работы (берут из справочной литературы).
Точность работы фрикционной передачи роликами зависит от
значений погрешностей размеров роликов и величины зазора в
опорах, а также стабильности коэффициента трения скольжения.
§ 7.3. Передачи гибкой связью
Передачи гибкой связью применяют для передачи вращения
между валами при относительно больших межосевых расстояниях.
Такие передачи используют при любом расположении валов, но
особенно между параллельными валами.
Передачи гибкой связью состоят из ведущего и ведомого
шкивов и гибкой связи. По характеру сцепления гибкой связи со
шкивами их подразделяют на передачи трением (ременные передачи),
передачи с креплением концов гибкой связи к шкивам (ленточные
передачи) и передачи зубчатым ремнем. Работа ременной
передачи при использовании сил трения (рис. 7.5) связана с упругим
122

скольжением ремня по шкивам, причиной которого является
изменение усилия по дуге обхвата от значения F\ до F2 на ведущем и от
F2 до F\ на ведомом шкивах. Изменение усилия вызывает
проскальзывание гибкой связи по шкивам, поскольку деформация ремня
зависит от величины передаваемой им нагрузки. С учетом
скольжения ремня по шкивам передаточное отношение определяют по
G.24). Для таких передач 1^8; в механизмах настройки РЭА
ввиду малого передаваемого момента передаточное отношение может
доходить до /=16.
В качестве гибкой связи используют шнуры из шелка, капрона,
резины, пластмасс, стальные тросики и ленту, а также плоский или
клиновой ремень.
Рис. 7.5. Силовая схема передачи гибкой связью
Шкивы изготовляют из стали, легких сплавов и пластмасс.
Наименьший размер шкива в кинематических передачах Z?iminr-
= 6-т-8 мм. Угол обхвата ведущего шкива <ц = 100-М 50°; для
увеличения угла обхвата и силы натяжения гибкой связи применяют
натяжные ролики.
Начальная сила натяжения гибкой связи
F0=oQS, G.28)
где ао — напряжение предварительного натяжения, зависящее от
типа гибкой связи; 5 — площадь сечения гибкой связи.
Для силовых передач гибкой связью ремнем из синтетических
волокон с полиамидным покрытием при толщине ремня 6^1 мм
напряжение предварительного натяжения ао= 12-1-15 МПа; для
передач, используемых в механизмах настройки, ввиду меньшей
упругости применяемых материалов и малой величины
передаваемого окружного усилия о>о = 0,5-!-1 МПа. Передача окружного
усилия Ft = F\—F2 вызывает перераспределение начальной силы натя-
5*
123

жения Fo при П\ = 0 (рис. 7.5, а) до значений F{>F0 в ведущей
ветви и F2<F0 в ведомой при azi>0. Для создания сил трения
необходимо, чтобы F2>0 (рис. 7.5, б). Из системы уравнений
Ft = 2T1/D1 = Fl-F2; )
2FO=FX + F2 j l '
получим
Л = ^о+^1/А; F^Fo-TJD,. G.30)
Предельное соотношение между силами fi и ^2 определяется
формулой Эйлера
Fx = F2ef\ G.31)
где /—коэффициент трения скольжения ремня; а — угол обхвата.
Из G.30) и G.31) начальная сила натяжения
Угол обхвата гибкой связью меньшего шкива
аг = 180° - 57,3 Dz-D* . G.33)
а
При небольших крутящих моментах Т\ расчет передачи ведут
по формулам G.28) — G.33), задаваясь сечением ремня,
коэффициентом трения скольжения и геометрией передачи.
Для увеличения разности F\—F2 в механизмах настройки угол
обхвата ai увеличивают до 360° и более за счет многооборотного
обхвата шкива. Предварительное натяжение гибкой связи
осуществляют с помощью натяжного устройства, а также путем
предварительного растяжения при ее установке на шкивы и прикрепления
ее конца к шкиву через пружину. Расчет силовых передач на
прочность производят по кривым скольжения [13].
Передачи гибкой связью при ее непосредственном соединении со
шкивами применяют, когда требуется осуществить прецизионное
перемещение исполнительного звена, так как здесь исключена
возможность проскальзывания гибкой связи по шкивам за счет ее
жесткого закрепления на них. В качестве гибкой связи используют
металлическую ленту или стальные тросики.
Достоинством передачи гибкой связью, в качестве которой
используют зубчатый ремень, является отсутствие скольжения.
Зубчатый ремень на внутренней поверхности имеет выступы или
зубцы, расположенные с шагом Рр (рис. 7.6, а); зубцы входят в
соответствующие впадины на шкивах. Ремень состоит из жесткой
кольцевой основы в виде тросиков 2 и резиновой массы 1.
Согласно отраслевой нормали ОН 6-07-5—63, ремень характеризуется
модулем m==Pv/n, общей толщиной Я, высотой зуба h, шириной В,
углом профиля 2у:=50° и толщиной s зуба. Стальные тросики диа-
124

метром d = 0,3-^0,75 мм
размещают с шагом 1—1,2 мм на
расстоянии Д от основания ремня.
Основные размеры ремня в
зависимости от модуля
приведены в табл. 7.1. Число зубьев
ремня берется равным 32; 36;
40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 90;
100; 112; 125; 140; 160.
Рекомендуемые значения
модуля зубчатого ремня в
зависимости от передаваемой
мощности даны в табл. 7.2.
При расчете размеров
зубчатого шкива определяют
диаметр начальной окружности
А), соответствующей
положению стальных тросиков в
зубчатом ремне, когда ремень на- Рис. 7.6. Основные размеры зубчато-
ХОДИТСЯ на ШКИВе: го ремня (а) и шкива (б)
G.34)
Таблица 7.1
т, мм
2
3
4
5
/г, мм
1,2
1,8
2,4
3,0
S, ММ
2
3
4
5
Ь, м1м
8; 10; 12,5;
16
12,5; 16; 20;
40
20; 25; 32;
40
25; 32; 40; 50
Я, мм
3
4
5
6
А, ММ
0,6
1,3
Таблица 7.2 Минимальное число зубьев на шкиве zm\n
зависит от модуля ремня: при m = 2-f-4 mm 2min =
т, мм
2;3
3; 4
4; 5
w, кВт = 16; при т = Ъ мм 2тт= 18.
Наружный и внутренний диаметры, а также
шаг впадин шкива Рш = Р$ (рис. 7.6, б) находят
До 0,4 из выражении:
0,4—3 н
3~5»5 Pm = nDJz = Pp — 2nb/z, b^360°/z,
где б —угловой шаг впадин шкива.
G.35)
125

Радиус скруглений зубьев у головки и ножки шкива R = 0,25m.
Ширину основания впадины у шкива s' рассчитывают с учетом
бокового / = 0,35т и радиального e^0,3m (s' = s—2etg'Y+//cosу)
зазоров.
ГЛАВА 8
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
§ 8.1. Общая характеристика и классификация
Зубчатые передачи являются наиболее распространенным видом
передач; их применяют в широком диапазоне передаваемых
мощностей и окружных скоростей. В механизмах РЭА зубчатые
передачи используют в
качестве кинематических для
передачи небольших
крутящих моментов.
Отдельные виды механизмов,
например механизмы
сканирования
радиолокационных антенн
летательных аппаратов,
механизмы наземных антенн
различного назначения,
имеют зубчатые передачи,
работающие в условиях
значительной нагружен-
ности* (рис. 8.1).
Достоинствами
зубчатых передач являются
высокая нагрузочная
способность и высокий к.п.д.,
постоянство
передаточного отношения,
компактность, удобство
эксплуатации, высокая
долговечность и надежность в
работе. К недостаткам
можно отнести повышенные
требования к точности из-
Рис. 8.1. Двенадцатиметровая параболическая готовления И сборки, ПО-
антенна системы «Орбита»: явление шума при боль-
/-зеркало; 2- привод^азимута; 5 - привод на- ^ окружны/
стях.
* Здесь и далее под нагруженностью понимают удельную нагрузку,
т. е. нагрузку, приходящуюся на единицу длины зуба.
126

Для передачи движения при параллельном расположении осей
колес применяют цилиндрические зубчатые передачи (рис. 8.2, а, б),
при пересекающихся осях — конические с прямым (рис. 8.2, в) и
косым (рис. 8,2 г) зубом, червячные (рис. 8.2, д). Зубчатые
передачи, у которых оси колес перемещаются в пространстве, называют
планетарными (рис. 8.2, е).
По расположению зубьев
относительно оси колеса
зубчатые колеса подразделяют на
прямозубые (рис. 8.2, а) и ко-
созубые (рис. 8.2, б, г).
Зацепление зубчатых колес может
быть внешним и внутренним.
По профилю зубьев такие
передачи делят на
эвольвентные, циклоидальные, цевочные,
часового профиля и др. В
механизмах РЭА наиболее
распространены эвольвентные
зубчатые передачи.
Рис. 8.2. Виды зубчатых передач
Рис. 8.3. Схема зацепления двух
зубчатых колес
Меньшее зубчатое колесо (z\) называют шестерней, а большее
(Z2) —колесом; термин «зубчатое колесо» является общим.
Зацепление зубчатых колес z\ и z2 кинематически можно
представить как качение без скольжения двух окружностей
диаметрами dw\ и dW2, называемых начальными; для передач без
смещения они совпадают с делительными d\ и d2 (рис. 8.3).
127

Положение линии зацепления, т. е. траектории общей точки
контакта зубьев при ее движении относительно неподвижного звена
зубчатой передачи, определяется углом зацепления aw (ГОСТ
16530—70).
Окружность зубчатого колеса, делящуюся при его нарезании на
равное число частей длиной Р, называемых шагами, и имеющую
стандартный модуль, называют делительной. Диаметр такой
окружности находят из равенства Pz = nd:
Модуль
m=d/z = P/n [мм] (8.1)
является основной характеристикой зубчатого колеса; зубчатые
колеса с модулем 0,1 мм^т<1 мм называют мелкомодульны-
м и. Для снижения номенклатуры и унификации режущего и
мерительного инструментов модули стандартизованы СТ СЭВ 310—76
(табл. 8.1).
Таблица 8.1
Ряд;
Первый
Второй
0
1
,14;
,75;
0,12; 0,15;
2,0; 2,5; 3
0,18; 0,22;
2,25; 2,75;
0
,0;
0,
3
2;
4,
28;
5;
0,
0;
0
4,
25;
5,0
,35;
5; 5
/Я, ММ
3,3; 0,
и т. г
0,45;
,5 и т
4; 0,
0,55;
д.
5; С
0,'
),б;
Г; 0
,9;
3; 1,0;
1,125;
1,25;
1,375;
Примечания: 1. Первый ряд следует предпочитать второму. 2. Для
цилиндрических косозубых и шевронных колес значения модуля относятся к
нормальному сечению. 3. Для конических колес значения модуля относятся к
делительной окружности по торцу. 4. Для червячных передач модуль определяют
в осевом сечении червяка.
У передачи, которая состоит из зубчатых колес z\ и г2,
изготовленных без смещения, начальные dw и делительные d окружности
зубчатого колеса совпадают, т. е. dw\=du dw2 = d2.
Точку касания начальных поверхностей зубчатых колес
называют полюсом зацепления П.
Отношение угловой скорости coi ведущего зубчатого колеса к
угловой скорости со2 ведомого называют передаточным отношением,
а отношение числа зубьев зубчатого колеса z2 к числу зубьев z\
шестерни — передаточным числом и:
i = coj/wg = dwJdWl, | ?]
u = z2!zv j
Для замедляющих передач абсолютные значения i и и
совпадают.
В силовых передачах для зубчатой пары наибольшее значение
передаточного числа м = 6~8; в отдельных случаях оно может
доходить до 12,5 (ГОСТ 2185—66).
128

§ 8.2. Параметры цилиндрических прямозубых колес
При нарезании зубчатого колеса нормального зацепления (без
смещения исходного контура) * (см. рис. 8.3)
(8.3)
Высота зуба берется равной h = ha + hf. При ha = h*m, h/ =
= (hj+c*)m9 где ft* — коэффициент высоты головки; с* —
коэффициент радиального зазора (по ГОСТ 16532—70 ft* =1; с* = 0,25),
диаметр вершин зубьев
dd=d + 2hlm = m(z + 2), (8.4)
а диаметр впадин
df=d-2(h*a + c*)m=m(z-2,5). (8.5)
Межосевое расстояние зубчатой пары
). (8.6)
Исходный контур инструментальной рейки, используемый при
нарезании зубчатых колес, имеет согласно СТ СЭВ 308—76 при
т^\ мм и СТ СЭВ 309—76 при т<\ мм угол профиля а = 20°.
Ширина венца зубчатого колеса Ь (bw — рабочая ширина
зубчатого венца) определяется как произведение межосевого
расстояния aw или делительного диаметра d на соответствующий
коэффициент ширины зубчатого венца: b = aw^ba:=d^)bdy причем if>bd =
= 0,5г|;ба(г/Ч=1). Выбор г|)ьа можно осуществить по табл. 8.2.
На
0,01—0
0,1—0
0,25—0
,1
,25
,40
Таблица 8.2
Применение
Кинематические и легконагруженные передачи
Легко и средненагруженные передачи при повышенной
жесткости валов
Передачи повышенной и высокой нагруженности при
достаточной жесткости валов
При увеличении коэффициента ширины зубчатого венца для
обеспечения контакта по всей длине зуба необходимо повышать
жесткость валов и точность изготовления зубчатых колес.
* При рассмотрении параметров зубчатых колес индекс w относится к
начальной поверхности (окружности), индекс а — к поверхности (окружности)
вершин и к головке зуба, индекс / — к поверхности (окружности) впадин и к
ножке зуба, индекс Ь — к основной окружности.
129

§ 8.3. Конструкции и методы изготовления
зубчатых колес. Смещение инструмента
при нарезании зубьев
Форма и размеры зубчатых колес силовых и кинематических
передач зависят от числа зубьев, модуля, диаметра вала, материала
и технологии изготовления.
U
Г
а) 6) б) г)
Рис. 8.4. Конструктивные схемы зубчатых колес без ступиц
Ъ
t
-у—
1
Рис. 8.5. Конструктивные схемы зубчатых колес со ступицей
Зубчатые колеса больших диаметров можно изготовлять без
ступицы (рис. 8.4), соединение с валом осуществляют с помощью
шпонки (рис. 8.4, а), винтов (рис. 8.4, б, в) и шлиц (рис. 8.4, г).
При наличии ступицы (рис. 8.5) для уменьшения массы и момента
инерции в колесах делают отверстия и выточки. Ориентировочно
берут: /)с= A,4-7-1,6)/), /с= @,8-т-2)/); с= @,2-7-0,5N; so= B,5-f-
-т-3,5)m; jD0= (da + Dc)/2', do= (da—Dc)/5\ f = 0,5/n.
Податливость обода может быть симметричной (рис. 8.5, а, в)
и несимметричной (рис. 8.5, б); на рис. 8.5, г показан жесткий обод.
При диаметре делительной окружности d^. B—3)D, где D —
диаметр отверстия в ступице под вал, зубчатые колеса выполняются в
виде вала —шестерни (рис. 8.6, а, б).
130

Конструктивные схемы сборных зубчатых колес приведены на
• рис. 8.7. Их закрепление на ступице обеспечивается посадкой с
развальцовкой и кернением (рис. 8.7, а—в), соединением на винтах
(рис. 8.7, г) и с помощью шлиц.
Материал зубчатых колес силовых передач механизмов РЭА —
конструкционная углеродистая или легированная сталь марок 35,
45, 20Х, 40ХН, 4X13 и др.
с соответствующей
термообработкой (обычно
НВ = 2504-400);
азотируемая сталь марок 38Х2Ю,
38Х2МЮА. Механические
характеристики
некоторых марок сталей
приведены в табл. 5.2 и 5.3.
Детали
кинематических и слабонагруженных передач изготовляют из конструкционной
углеродистой стали, дюралюминия (Д16Т), бронзы и пластмасс
(текстолита, полиамидов).
Для стальных колес с твердостью боковой поверхности зубьев
НВsgl320 при плавно изменяющейся или постоянной нагрузке в це-
Рис. 8.6. Конструктивные схемы
малогабаритных зубчатых колес
*)
г)
Рис. 8.7. Конструктивные схемы сборных зубчатых колес:
а, б —• соединение развальцовкой; в — соединение кернением; г — соединение на
винтах
лях лучшей приработки зубьев передаточное число зубчатой пары
следует выбирать целым, а при переменной нагрузке и высокой
твердости зубьев — в виде отношения чисел, не имеющих общих
сомножителей. Для уменьшения динамических нагрузок при входе
и выходе зуба из зацепления в быстроходных передачах
назначают модификацию профиля (фланкирование)—срез части эволь-
вентного профиля зуба при вершине.
Металлические зубчатые колеса изготовляют резанием и
накаткой. Нарезание зубчатых колес производят путем копирования и
обкатки.
Копирование состоит в профилировании боковых поверхностей
зубьев модульными (дисковыми или пальцевыми) фрезами.
Поворот заготовки на угловой шаг т осуществляют с помощью
делительной головки. Этот метод малопроизводительный и
недостаточно точный.
131

При обкатке в процессе нарезания зубьев на заготовке
зубчатого колеса ей и режущему инструменту сообщают такое
относительное движение, которое они имели бы в составленной из них
передаче. Режущим инструментом может быть рейка, червячная
фреза или долбяк.
Зубчатые колеса из термопластичных пластмасс изготовляют
литьем под давлением. Высокие требования, предъявляемые к
зубчатым передачам по точности, плавности работы и долговечности,
часто приводят к дополнительным зубоотделочным операциям:
приработке, обкатке, притирке, шлифованию, шевингованию.
При нарезании зубчатых колес режущим инструментом, когда
число зубьев на нарезаемом колесе меньше некоторого
минимального значения 2 = 2mm, происходит подрезание ножки зуба у
основания, которое ведет к уменьшению рабочей высоты зуба и
снижению его прочности. Минимальное число зубьев
zmn=2h*a/sm*a. (8.7)
Для стандартного зацепления А*=1; тогда при а = 20° zmin=17.
Для устранения подрезания ножки зуба при нарезании колес с
2<2mm прибегают к исправлению профиля путем смещения
режущего инструмента. При этом изменяются профиль зубьев за счет
использования различных участков эвольвенты одной и той же
основной окружности и толщина зуба у основания и вершины. При
смещении инструмента делительная прямая рейки не совпадает с
начальной окружностью заготовки нарезаемого колеса. Величина
смещения хт определяется коэффициентом смещения х. При этом
смещение от центра колеса считают положительным (х>0), а к
центру — отрицательным (х<0). При нарезании зубчатых колес со
смещением возможны два типа передач.
Первый тип передач получают при нарезании шестерни с
положительным смещением #i>0, а колеса — с отрицательным х2<0.
Суммарное смещение x^ = X\ + x2=^Q. При этом происходит
одинаковое увеличение толщины зуба у шестерни и ширины впадины у
колеса. Делительные окружности при Хъ = 0 совпадают с
начальными, а межосевое расстояние и угол зацепления остаются
неизменными. ГОСТ 16532—70 рекомендует следующие величины
смещений:
a)Xl=+0?, л:2= —0,3 при 12<г1<20 и z2>22
для кинематических передач и при 14^Zi^20 и и^3,5—для
силовых передач;
б) я1 = + 0,5, х2 = —0,5 при 10^2i^:30 (нижнее предельное
значение 2i = 10 для 22^29, 2i = 12 для z2^22, Zi = 14 для 18)
При Xz =
132
+ x2)m; (8.8)
; df2=d2-2(h*a+c*-x2)m. (8.9)

Для второго типа передач суммарное смещение х2 =
(обычно х{>0 и х2>0). Диаметры начальных окружностей dw\ и
dw2 больше диаметров делительных, причем делительные
окружности не соприкасаются. В такой передаче
При этом увеличивается угол зацепления, что ведет к снижению
коэффициента перекрытия [16] и возрастанию прочности зуба.
§ 8.4. Оценка точности изготовления зубчатых колес.
Мертвый ход и его устранение
Погрешности при изготовлении зубчатых колес приводят к
повышению динамических нагрузок, вибрации, шума и нагрева
силовых передач; те же погрешности в кинематических передачах
нарушают согласованность движения ведущих и ведомых звеньев,
вызывая изменения положения и перемещения ведомых звеньев.
Неточность изготовления зубчатых колес приводит к отклонению
основного шага, погрешностям профиля и направления зуба и др.
Точность изготовления зубчатых колес и передач
регламентируется соответствующими ГОСТами, предусматривающими для их
оценки двенадцать степеней точности, причем для каждой из них
установлены нормы на кинематическую точность, плавность работы
и контакт зубьев колес и передач. Для зубчатых колес в передаче
существуют определенные виды сопряжений, характеризуемые
боковым зазором jn и допуском на него Tjn, а также допуском на
межосевое расстояние ±/а.
Зубчатые колеса передаточных механизмов должны иметь 7-ую
(до и =10 м/с) или 8-ую (до v = 6 м/с) степень точности. При
повышенных требованиях к точности перемещения зубчатые колеса
изготовляют 6-й степени точности.
Для цилиндрических передач по СТ СЭВ 642—77 (при т<1 мм)
установлено пять видов сопряжений: Я, G, F, Е и Д
определяющих величину гарантированного бокового зазора /nmin (рис. 8.8, а)
и четыре вида допусков на него Tjn, обозначаемых в порядке
возрастания h, g, f, е. Допуск е используют для сопряжений Е и D.
СТ СЭВ 641—77 (при т^\ мм) устанавливает шесть видов
сопряжений: Я, ?, Д С, В, А (рис. 8.8, б) и восемь видов допусков на
боковой зазор Тзп' К d, с, Ъ, а, х, у, z. Сопряжение Я имеет
гарантированный боковой зазор /nmin=0. Погрешности изготовления
зубчатых колес и передач зависят от задаваемой степени точности.
Величина бокового зазора определяется видом сопряжения по
нормам для каждого вида. Передачи с модулем тп<\ мм и
нерегулируемым расположением осей, имеющие 7-ю степень точности, по
всем трем нормам при сопряжении колес G обозначают следующим
образом: 7—G (СТ СЭВ 642—77); при гп^\ мм, той же степени
точности и сопряжении D: 7 — D (СТ СЭВ 641—77).
Сопряжение Я используют для передач, имеющих стабильный
температурный режим, при одинаковом температурном коэффици-
133

енте линейного ресширения корпуса и зубчатых колес. При
колебаниях температуры и применении различных материалов для
корпуса и зубчатых колес в передачах необходимы сопряжения с
гарантированным зазором, исключающим заклинивание передачи
при уменьшении межосевого расстояния. Действительная величина
бокового зазора jn' при температуре Г, отличающейся от 20° С,
[a3^T3tK-20*)-aK(TK~20>)], (8.10)
Рис. 8.8. Виды сопряжений и величины гарантированных
боковых зазоров в передаче при т<\ мм (а) и m^l мм (б)
где jn — боковой зазор, соответствующий выбранному виду
сопряжения (по СТ СЭВ берут его вероятное значение); jnt — изменение
величины бокового зазора от температуры; а3.к и ак — ТК1
материала зубчатых колес и корпуса; aw — межосевое расстояние
зубчатой пары.
Отрицательный результат при вычислении // свидетельствует
о возможности заклинивания; в этом случае следует перейти к
сопряжению с большим боковым зазором.
В реверсивных передачах наличие бокового зазора вызывает
ошибку перемещения ведомого колеса, а также появление
дополнительных динамических нагрузок, что часто нежелательно.
Для зубчатой пары z\—z2 в зависимости от величины бокового
зазора jn между зубьями, измеряемого по общей нормали к
профилям, мертвый ход определяется углом поворота подвижного колеса
относительно неподвижного (рис. 8.9, а), когда боковой зазор
между зубьями выбирается полностью:
fyu = Jn/(r со* aw) [рад], (8.11)
где jn — боковой зазор, мм; г — радиус начальной окружности, мм;
aw — угол зацепления, град.
Для цилиндрической прямозубой передачи при а^ = 20°
b?» = 7AjJ{mz) [утл. мин], (8.12)
где
134
¦в мкм; пг — в мм.

Вероятные максимальные значения боковых зазоров jn для
прямозубых цилиндрических колес с исходным контуром по СТ СЭВ
309—76 {т<\ мм) даны в табл. 8.3 (выдержки из СТ СЭВ 642—77).
Так как пбфм^^бфмг, то FфМ1)/(бфМ2) =r2/r\=z2/z\ = ui-2.
Отсюда мертвый ход ведомого колеса z2 в зависимости от его
величины у ведущего колеса z\
осрм =8c0Mi/#i-_2' (8.13)
Рис. 8.9. Схемы зубчатых передач
Диаметральный зазор в опорах зубчатых колес, равный для
каждой из них A#i и Д#2 (рис. 8.9, а), вызывает дополнительный
мертвый ход, величина которого на ведомом валу 2
Д/7]
, ДЯ2 A#i 4- Ai72
1 =
Г2 Г2
(8.14)
Суммарный мертвый ход
(8.15)
Определим суммарный или приведенный мертвый ход при
боковом зазоре jn для многоступенчатой зубчатой передачи, обозначив
индексами 1, 2, 3 и 4 —порядковые номера валов, а 6ф2, бф3 и бф4 —
соответственно мертвый ход на валах 2, 3 и 4 (рис. 8.9, б).
* На величину мертвого хода также влияют прогибы и скручивание валов,
толщина смазки, износ, изменение температуры.
135

Таблица 8.3
Вид
сопряжения
до 12
Вероятные максимальные значения бокового зазора j мкм,
при межосевом расстоянии, мм
св. 12 до
20
св. 20 но
32
св. 32 до
50
св. 50 до
80
св. 80 до
125
При 0,1</п<0E i
н
G
F
Е
D
Н
G
F
Е
D
G
F
Е
D
22
32
45
65
90
25
34
48"
70
95
40
50
70
95
24
38
50
75
ПО
28
42
55
80
110
45
60
85
ПО
26
45
60
90
130
32
48
63
95
130
50
70
100
130
30
50
70
105
150
38
55
75
ПО
160
60
80
120
160
35
56
80
130
180
42
63
85
130
190
70
95
140
190
40
63
95
140
210
48
70
95
150
220
80
105
160
220
При 0,5<т<1,0 мм
6
7
g
И
G
F
Е
D
Н
G
F
Е
D
G
F
Е
D
25
35
48
63
95
32
45
55
75
100
50
60
80
105
26
40
53
75
ПО
34
48
60
85
ПО
55
63
90
120
30
45
60
95
130
38
53
63
95
130
60
75
100
140
34
53
70
105
160
42
60
80
ПО
160
63
85
120
160
38
60
85
130
190
45
63
90
130
190
70
95
140
190
42
63
95
140
210
50
75
105
150
220
85
ПО
160
220
48
80
ПО
160
240
00
85
120
170
250
95
125
180
250
136

Для замедляющей передачи (редуктора) согласно зависимости
(8.13) приведенный к валу 4 мертвый ход
J > (8.16)
^2-3 «1-4 «1-4
или в общем виде при п валах
«1-л
(8.16а)
При использовании передачи в качестве ускорителя
(мультипликатора) величина мертвого хода передачи, приведенного к
валу 1,
р ^2-3^3-4' (8.17)
или в общем виде при п валах
(8Л7а)
Таким образом, для уменьшения мертвого хода в зубчатых
передачах механизмов РЭА можно рекомендовать следующее:
1) применение зубчатых колес с минимальным боковым
зазором и опор с минимальным радиальным зозором;
2) рациональную разбивку передаточного числа редуктора по
ступеням;
3) селективную сборку зубчатых колес;
4) использование зубчатых передач с регулируемым
межосевым расстоянием;
5) выбор валов с достаточной жесткостью на кручение.
Устранение мертвого хода за счет уменьшения бокового зазора
\п и зазора в опорах — наиболее эффективный путь. При выборе
уменьшенного бокового зазора ]п передачу необходимо проверить
на отсутствие заклинивания от перепада температуры, обеспечивая
jn' = jn—jnt>0, где jn —действительная величина бокового
зазора, определяемая по (8.10).
Рациональный подход к разбивке передаточного числа
вытекает непосредственно из формул .(8.16) и (8.17), согласно которым
для уменьшения приведенного мертвого хода разбивку общего
передаточного числа передачи следует производить из условия
Wi_2<^2-3< —<w(n-i)-n, T- e- путем увеличения передаточных
чисел последних ступеней за счет уменьшения начальных.
При селективной сборке для уменьшения зазора jn необходимо
выполнять измерение и сортировку зубчатых колес по k группам
согласно величине jn* = jn/k в каждой группе с последующей
сборкой деталей из этих групп.
Для устранения мертвого хода применяют люфтовыбирающие
(разрезные) зубчатые колеса (рис. 8.10).
137

Основой конструкции таких колес является сдвоенное зубчатое
колесо: одно жестко закреплено с валом, а другое перемещается за
счет моментной пружины (рис. 8.10, а) или пружины (рис. 8.10, б)
растяжения (сжатия).
Для обеспечения передачи зубчатым колесом момента Гк
момент, создаваемый пружиной,
Тп? = ?ГК9 (8.18)
где р = 1,5-^-3 — коэффициент запаса.
При использовании пружин растяжения момент Гпр создается
усилием пружины Fnp (рис. 8.11). Для п пружин при расстоянии от
оси пружины до центра колеса rf Fnl)r'n = $TK, откуда
Fup^TJ(r'n). (8.19)
Обычно усилие пружины F^ создается смещением подвижного
зубчатого колеса относительно неподвижного на kz зубьев.
Пружину рекомендуют выбирать невысокой жесткости, чтобы kz--=3-r-6.
Тогда величина растяжения каждой пружины, необходимая для
создания усилия jFnp,
t (8.20)
где т — торцовый модуль; г — радиус начальной окружности
зубчатого колеса.
По величинам .Fnp и ДЯ выбирают размеры пружины.
Теоретический к. п. д. безлюфтовой цилиндрической прямозубой
передачи при окружной силе Ft<.3- 104 Н
v[—F I(F -\-F -\-2F ), (8.21)
где J^tpi — сила трения на зубе колеса, возникающая от окружной
силы при одностороннем контакте, F^ — дополнительная сила
трения на боковых поверхностях зуба от FRV.
По формуле Понселье,
(8.22)
где / — коэффициент трения скольжения на поверхности контакта
зубьев; с= (Т7/ + 3000)/{Ft+ 180) —коэффициент, учитывающий
увеличение силы трения в мелкомодульных кинематических передачах,
когда передаваемые крутящие моменты малы.
Подставляя (8.22) в (8.21), получим
/1 1 ~
+2Р) +
138
«1—Л??/A+2р) (—+—). (8.23)

А~А
Рис. 8.10. Конструкции разрезных зубчатых
колес
Рис. 8.11. Расчетная схема для
определения усилия на пружине

Для определения к. п. д. зубчатой передачи (с колесами без
выборки бокового зазора) при передаче малых моментов можно
использовать (8.23), приняв р = 0. Вследствие дополнительных потерь
на трение в зубьях колес от усилия пружины FUX) к. п. д. передачи с
разрезными колесами ниже к. п. д. обычных передач; с уменьшением
окружной силы и разности z\—z2 он резко снижается.
§ 8.5. Расчет цилиндрических передач
на прочность
В механизмах РЭА кинематические передачи при их слабой наг-
руженности обычно на прочность не рассчитывают. При возрастании
удельной нагрузки на зуб расчет передачи на прочность становится
необходим, так как перегрузка может вызвать поломку зубьев,
выкрашивание и схватывание боковых поверхностей, что приводит
к выходу механизма из строя. При этом разрушение
контактирующих боковых поверхностей зубьев связывают с появлением
избыточных контактных напряжений, а излом — с избыточными
напряжениями изгиба. Разрушение зубьев носит усталостный характер,
т. е. для каждого зубчатого колеса зависит от числа циклов нагру-
жений.
Контактные напряжения возникают в месте контакта зубьев при
передаче нагрузки; предполагают, что размеры образующейся
площадки контакта малы по сравнению с размерами зуба.
Для зубчатых передач характерны контакты по линии или в
точке. Расчет контактных напряжений в месте контакта двух тел
основан на исследованиях Герца. При рассмотрении напряженного
состояния в месте контакта по образующей двух цилиндров
радиксами R\ и R2, с модулями упругости Ех и Е2 и длиной /
предполагают, что сила нормального давления Fn передается через узкую
площадку контакта шириной 2Д и длиной / (см. рис. 4.1).
Напряжения, нормальные к площадке контакта, изменяются по
эллиптическому закону; их наибольшие значения приходятся на место
наибольшей деформации цилиндров и определяются по формуле D.8).
При вращении цилиндров под нагрузкой контактные
напряжения, возникающие на их поверхности, циклически изменяются во
времени. Их избыточная величина вызывает появление на
поверхности усталостных микротрещин; в условиях многократного нагру-
жения при обильной смазке, когда смазка попадает в трещину, это
способствует выкрашиванию частиц металла с контактной
поверхности. Кривую контактной выносливости строят по выражению
(он^н)т = const, где NH — число циклов нагружений, т = 6.
Аналогичные процессы наблюдаются и при работе зубчатых передач.
Следовательно, формулу Герца можно использовать для расчета
зубчатых колес на контактную прочность.
Силы, действующие в зацеплении. При зацеплении прямозубых
зубчатых колес в полюсе П (см. рис. 8.3) действующая по общей
нормали к профилям зубьев сила нормального давления Fn (без
учета силы трения) раскладывается на окружную Ft и радиальную
140

Fr силы. В момент однопарного зацепления сила Fn передается
одним зубом колеса. При моменте Т\, приложенном к зубчатому
колесу zx диаметром du зависимость между силой Fn и ее
составляющими определяется формулами:
r=Fttgaw;
n=Ft/coisaw. J
Удельная нагрузка. Удельной нагрузкой считают наибольшее
значение нагрузки, приходящееся на единицу длины линии
контакта зубьев:
qn=Fnll*=Ft/(bwcosaw)9 (8.25)
где / s— суммарная длина линий контакта зубьев (для прямозубой
передачи h = bw).
Величина силы Ft при работе передачи за счет дополнительной
внешней силы FBm увеличивается до расчетного значения (Ft)$.
Причиной возрастания силы Ft является влияние режима работы
приводимого в действие устройства, особенно в период пуска и
цикла рабочих операций. Таким образом, расчетное значение
окружной силы
(Fi)?=:Ft+Fiaa = Ft(l+F1JFi)=FiK^ (8.26)
где Кд — коэффициент динамичности внешней нагрузки.
Величина &д зависит от вида пуска (холостой, плавный, резкий),
характера приложения нагрузки в период циклической работы
приводимого агрегата и других факторов, она может задаваться
техническими условиями при проектировании или определяться по
среднестатистическим данным экспериментальных исследований,
а также путем расчета. Для механизмов РЭА и ЭВА характерен
режим работы, близкий к статическому, поэтому можно принимать
При работе зубчатых колес в передаче имеет место
неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. Причиной появления
неравномерности распределения нагрузки по длине зуба является
деформация валов (рис. 8.12,а), которая в зависимости от
положения шестерни относительно опор ведет к перераспределению
нагрузки вдоль образующей зуба, вызывая в отдельных местах ее
концентрацию. При симметричном расположении шестерни
относительно опор прогиб валов почти не изменяет распределения нагрузки по.
длине зуба (концентрация нагрузки минимальная). При
несимметричном и консольном расположении опор относительно зубчатых
колес имеет место их взаимный перекос, что нарушает правильный
контакт зубьев и ведет к перераспределению удельной нагрузки от
некоторого номинального значения q = Ft/bw (рис. 8,12, б) до
значения <7тах = <7 + <7/ (Рис- 8.12, в). Концентрация нагрузки приводит к
увеличению контактных напряжений и напряжений изгиба у краев
зуба. Приработка зуба при НВ^ЗэО постепенно уменьшает это яв-
141

ление и при постоянной нагрузке может совсем ее устранить.
Благоприятно сказывается также уменьшение ширины зубчатого венца.
Удельная нагрузка в зоне концентрации с учетом только
неравномерности ее распределения
<7max—? ~\~qf=q (I ~\~qr/q)==qKH$> (8.27)
где \+q'jq =
длине зуба.
* —коэффициент неравномерности нагрузки по
Рис. 8.12. К определению концентрации нагрузки по длине
зуба
Коэффициент Кн$ учитывает перегрузку отдельных мест зуба
вдоль линии контакта, которая возникает в связи с деформацией
валов, корпуса, опор; он зависит от ширины и твердости материала
зубчатых колес и точности их изготовления. Для определения Кщ
можно воспользоваться графиками, приведенными в приложении к
ГОСТ 21354—75. Его величину можно также оценить по формуле
if /—^-s f* (л i (^ ~\Г i /"* /^ *\ /й 9й^
где Ср — коэффициент, учитывающий наклон зуба; Cq —
коэффициент, учитывающий расположение зубчатых колес относительно
опор; Си — коэффициент, учитывающий твердость зубчатых колес;
Соб — коэффициент, учитывающий жесткость обода.
Для прямозубых колес Ср=1, для косозубых Ср=1,2. Выбор Се
осуществляют по табл. 8.4.
Таблица 8.4
Расположение шестерни относительно
опор
Симметричное
Несимметричное
Консольное
Коэффициент Cq при расположении колеса
симметричном
0,1
0,2
0,35
несимметричном
0,2
0,3
0,45
консольном
0,35
0,45
0,5
* Индекс Н здесь и далее имеют параметры, связанные с расчетом по
контактным напряжениям, индекс F — параметры, связанные с расчетом на изгиб.
142

со.
Для расчета Кт по (8.28) при НВ = 200^350 Сн = 0,5-^0,6. При
жестком ободе СОб=1, при ободе с утонченными краями СОб = 0,9.
Для узких зубчатых колес, располагаемых между опорами вала,
при ЯВ^ЗбО и скорости у<10 м/с можно принимать /Снр=1.
На величину динамической составляющей нагрузки влияет
погрешность основного шага Ръ (рис. 8.13). Если Рь2>Рьи то вторая
пара зубьев вступает в
зацепление в точке Ь' до выхода на
линию зацепления в точке Ь.
При этом изменяется
мгновенное значение передаточного
отношения и происходит
кромочный удар (при Ръ2<Ръх —
срединный удар). Величина этой
нагрузки зависит также от
скорости v, размеров передачи и
ряда других факторов.
Удельная нагрузка на зуб с учетом ее
концентрации по длине зуба и
динамической составляющей FA Рис 8Л3. схема соударения
от погрешностей зацепления при кромочном ударе
зубьев
(8.29)
где qmaxbw — статическая составляющая нагрузки (окружная сила)
с учетом концентрации; Khv=-1 H — —коэффициент
динамической нагрузки.
В (8.29) коэффициент Knv учитывает появление динамической
составляющей FR от динамического момента TK=JBm^ с 2 ,
dt
где /в.м и d^/dt— момент инерции и угловое ускорение
вращающихся ведомых масс. Его возникновение связано с погрешностью
основного шага зубчатых колес, вызывающего кромочный удар при
1 Таким образом,
rs 1 ,
А Я© = 1 ~Г
1
2ТгКг-
(8.30)
Н/мм;
где WHv = FJllbio — удельная окружная динамическая сила,
Т\ — крутящий момент на шестерне, Н-мм.
Удельная окружная динамическая сила оценивается по формуле
WHv = bHgoV Vojtt < WHvtmv (8.31)
где бя — коэффициент, учитывающий направление зуба и твердость
материала колес (табл. 8.5); g0 — коэффициент, учитывающий
погрешность зацепления по шагу; при /п<3,5 мм для 6-й степени
точности go = 38, для 7-й g'0^47, для 8-й g0 = 56.
143

Твердость
НВ
нв
нв
поверхносш зуба
1>350
2>350
Прямые
Прямые
Косые
Прямые
Прямые
Косые
Виды зубьев
без модификации
с модификацией i
без модификации
с модификацией i
головки
юловки
головки
ч> ловки
Таб;
гица 8.5
0,006
0,004
0,002
0,014
0,010
0,004
Если значения Whv, вычисленные по (8.31), превышают
(табл. 8.6), то их следует при т<3,5 мм принимать равными
Степень
точности
6
7
wHv max»
wFv max»
Н/мм
160
240
Та
Степень
точности
8
9
блица 8.6
wHv max'
wFv max»
И /мм
380
700
Для зубчатых механизмов с прямым зубом при у<5 м/с,
^350, а1С^100 мм &hv= 1,2ч-1,05 при 7-й степени точности, Khv =
= 1,25-М ,08 при 8-й степени точности. Большие значения Khv
получаем при высоких скоростях и недостаточной статической нагру-
женности зуба передачи.
Расчет зубьев на прочность по контактным напряжениям.
Расчет зубьев ведут при их контакте в полюсе П (см. рис. 8.3),
поскольку эта зона обладает наименьшей контактной прочностью
ввиду того, что нагрузка передается одной парой зубьев, а
скольжение зубьев способствует развитию микротрещин и выкрашиванию
частиц металла.
Расчет на прочность прямозубых и косозубых цилиндрических
передач стандартирован ГОСТ 21354—75. Рассмотрим основы этого
расчета с некоторыми упрощениями, приемлемыми при расчете
зубчатых механизмов РЭА с прямым эвольвентным зубом.
Контакт зубьев с радиусами кривизны pi и р2 определим как
контакт двух цилиндров радиусами Rx и R2 (см. рис. 4.1).
Используя формулу Герца D.8), приняв некоторые упрощения и обобщив
(8.25) —(8.29), запишем выражение для удельной нагрузки на зуб:
bw cos aw
cos aw
cos aw
(8.32)
144

где FHt = Ft — исходная величина окружной силы, И; 6w —рабочая
ширина зубчатого венца, мм; ?е>#/ = удельная
окружная сила, Н/мм.
Приведенная кривизна (см. рис. 8.3)
Р /пр
1
Pi
¦ ±
1
Р2
dwl sin aw dw2 sin aw
= 2(u±l)
udw\ sin aw
3.33)
где dw\ — начальный диаметр тестер- ,
ни, мм. Знак плюс берут для наружно- н
го, а знак минус — для внутреннего за- 6нцтп
цепления. Тогда, подставив (8.32) и
(8.33) в D.8), получим
-V-
cos awud wl sin ат2л A — \
u ± \)Enp
ud
wl
Заменяя
2aw на
"на 1Чн /vho /]/i
Рис. 8.14. Зависимость
контактной выносливости
поверхностей зубьев от
базового числа циклов
^пр/я A ~~" Iх2) на ^м> определим
контактные напряжения в прямозубой передаче в форме,
рекомендованной методикой СЭВ (ГОСТ 21354—75) *:
и ± 1
[МПа].
(8.34)
При ?i = ?I2==2,bl05 МПа и jli = 0,3 (для стальных колес) ZM =
-270 МПа, при aw = 20° ZH= 1,76.
При проверке зубчатой передачи на контактную прочность
должно выполняться условие <7и^:[ал], где [вн] — допускаемое
контактное напряжение**.
Допускаемое контактное напряжение рассчитывают, используя
кривые предельных контактных напряжений. Зависимость
предельного напряжения в'н от числа циклов Агц в полулогарифмических
координатах приведена на рис. 8.14, где оиить — нижний (базовый)
предел контактной выносливости, соответствующий базовому числу
циклов Л/яо; онша — верхний предел контактной выносливости;
онш — предел контактной выносливости, соответствующий числу
циклов Nhu<Nh<Nho.
* ГОСТ рассматривает случай (wHt)p = Wut, т. е. при /Сд = 1.
¦"* В ГОСТе допускаемое контактное напряжение обозначают стяр С целью
сохранения единого стиля в книге допускаемое контактное напряжение
обозначено [он], а при изгибе [о>].
145

Базовый предел контактной выносливости внпть и базовое
число циклов Nm зависят от твердости рабочих поверхностей
зубьев (табл. 8.7). Базовое число циклов для термически обработанных
стальных зубчатых колес примерно равно Nm = 12(HRCL =
= 12(#В/10L, верхний предел контактной выносливости при NHac^
~O,OO5Af#o> он ишь = 2,4сгя шпь. Для бронз Л^но=Ю7, аяшпа=1,56
ОнПшЬ-
Таблица 8.7
Материал
Способы термической или
термохимической
обработки
Твердость
поверхности
Я llm b,
МПа
Углеродистая
или
легированная сталь
Безоловянная
бронза
Оловянная
бронза
Отжиг,
нормализация или
термоулучшение
Объемная закалка
со средним или
низким отпуском
Поверхностная
закалка
Цементация и нит-
роцементация
Азотирование
Закалка с
отпуском
Закалка с
отпуском
НВ < 350
HRG = 38 -г- 50
HRC = 40 -т- 56
HRC = 54 -ь 64
HV = 550 ч- 750
НВ >80
НВ >60
2НВ + 70
18HRG + 150
17HRG + 200
23HRC
1050
2НВ
2,3 НВ
На участке NH<NHo для линии контактной выносливости
справедлива зависимость (Ынаиш)т= (Л^яосгн iimb)m=const. Для
стальных зубчатых колес т = 6, для колес из бронзы т = 8. Тогда
У
(8.35)
где V~NhoINhe=Khl — коэффициент долговечности, учитывающий
влияние срока службы передачи. Этот коэффициент определяет
возможность повышения допускаемых напряжений при NH<NHo. Для
зубчатых колес из стали 2,4^/Chl^I, а для колес из бронзы
Допускаемое контактное напряжение
ы=
аЯПт
aH\\mb
Khl,
(8.36)
где Sh — коэффициент безопасности.
146

Коэффициент безопасности принимают SH= 1,2 ввиду
возможности получения у зуба неоднородной структуры по объему.
Для зубчатой пары выбирают наименьшее значение из двух
допускаемых контактных напряжений [он]\ и [ан]ъ определяемых в
зависимости от материала шестерни и колеса и числа циклов на-
гружений.
Зубчатые передачи могут работать в режиме постоянной и
переменной нагрузки. Расчетное число циклов при постоянном
режиме нагрузки и одностороннем вращении
NHE=NH = G0nct, (8.37)
где п — частота вращения зубчатого колеса, об/мин; с — число
зацеплений зуба за один оборот колеса; / — время работы передачи
за расчетный срок службы, ч.
При переменных режимах нагрузки (с отклонением от номинала
свыше 20%) определение эквивалентного числа циклов нагрузки
Л'я\е осуществляют, суммируя все повреждения [13].
Межосевое расстояние aw находят из (8.34), считая
(X/J-ff
Тогда из условия контактной прочности стальных зубьев зубча-
3/ 2 2
тых колес, обозначая у 0,5Z# ZU=Ka=4:8,5, получим проектную
формулу в виде
7:^^-l. (8.38,
Для цилиндрических прямозубых зубчатых колес -фьа берут по
табл. 8.2. Для уменьшения концентрации нагрузки по длине зуба
и плохой прирабатываемости при высоких твердостях зубчатых
колес (при НВ^350) берут грьо^0,25. Поскольку для зубчатых
колес используют не только сталь, но и другие материалы, формула
(8.38) может иметь более общий вид:
± 1) Л/ (Г1)р «"»«*'*'» . (8.39)
V [ая.]2 И^ьа
Принимая 2i^l7 (из условия неподрезания зуба), z2 = Z\U,
получим m = 2aw/(zi + z2). Для стандартного модуля тст^т при
передаче без смещения или при х =0 окончательную величину
межосевого расстояния определяют по (8.6).
Для проектных расчетов межосевых расстояний зубчатых
передач применяют ЭВМ с соответствующей программой расчета*.
* Расчет геометрии зубчатых колес с использованием ЭВМ проводят в
соответствии с ГОСТ 20183—74.
147

Наименование
Массив принятых значений
модулей по СТ СЭВ 310—76
Массив значений твердости НВ
зубчатых колес
Массив значений числа циклов
нагрузки
Массив чисел оборотов зубчатых
колес
Массив нижних значений
допускаемых напряжений
Массив верхних значений
допускаемых напряжений
Массив допускаемых напряжений
для Nh циклов
Массив допускаемых напряжений
для зубчатой пары
Допускаемое напряжение для
зубчатой пары
Срок службы зацепления
Модуль упругости материала
шестерни
Модуль упругости материала
колеса
Приведенный модуль упругости
Крутящий момент на шестерне
Коэффициент динамичности
внешней нагрузки
Число зубьев на шестерне
Число зубьев на колесе
Передаточное число
Модуль
Коэффициент динамической
нагрузки
Коэффициент неравномерности
нагрузки по длине зуба
Обозначена при расчете aw
mCT A7)
НВЬ2
«1,2
ЫИ,2
[Gя]а1,2
Ы
t
Е\
Е2
*д
г\
22
а
да
Khv
Таблица 8.8
Обозначена в
программе
WA7)
KB B)
NH B)
0B)
SIQB B)
SIGA B)
SIGN B)
SIG B)
SG
L
El
E2
EP
T
G
11
12
U
AMOD1
G
S
148

Продолжение табл. 8.8
Наименование
Принятое значение модуля по
стандарту
Коэффициент длины зуба
Приближенное межосевое
расстояние
Точное межосевое расстояние
Обозначена при расчете aw
mCT
а
aw
Обозначена в
программе
AMOD
D
А1
А
Структурная схема учебно-методической программы расчета
межосевого расстояния зубчатой пары внешнего зацепления по
формуле (8.39) с использованием зависимостей (8.35) — (8.37) и
рекомендаций табл. 8.7 при НВ^350 приведена на рис. 8.15. Составленная
на ее основе программа расчета aw на алгоритмическом языке
ФОРТРАН для принятых в табл. 8.8 обозначений дана в табл. 8.9.
Расчет зубьев на прочность по изгибу. При расчете на
прочность по изгибу прямого зуба согласно схеме на рис. 8.16 приняты
следующие допущения:
1) нагрузка приложена к вершине зуба и передается одной
парой зубьев;
2) зуб рассматривают как консольную балку.
При расчете зуба* сила нормального давления Fn = FFn
переносится по линии действия в точку А, лежащую на оси зуба.
Разложим эту силу на составляющие F/t = Fncosaw и F'r = Fn sin aw =
= /7/*tg aw, принимая угол наклона a/;=aw. Наибольшее значение
напряжений в зоне растянутых волокон, где обычно возникают
трещины,
Концентрацию напряжений у корня зуба учитывают, вводя
коэффициент концентрации напряжений k0. Тогда наибольшее
значение напряжений
6F'tl
bwSl
К
bwSx
k,.
Если l=Vm, Sx = S/xm, то с учетом концентрации нагрузки по
длине зуба и дополнительных динамических нагрузок получим
bwm
6Г
S'
За основу методики расчета взяты основные положения ГОСТ 21354 75.
149

Описание массивов
. QB), КВB). SI(iBB), SIGAB). SIGNB). SIC,B) N11B)
Ввод значений массива модулей m
Oi WA)=(U до WA7)=3,5
т
Описание формаюв
Ввод исходных данных
U.T.S. G.D, El, E2. КВA), К В B), L. С, 11, 12
Вывод на печать значений исходных данных
Вычисление
NH(J), SIGB(J), SIGA(J), SIGN(J)
j stop]
Рис. 8.15. Структурная схема вычисления aw

Таблица 8.9

Оператор
001
002
003
004
005
006
007
008
009
010
011
012
013
014
015
016
017
018
019
020
021
022
023
024
7
9
103
107
109
10
*
*
*
Программа
DIMENSION WA7), Q B), KB B), NHB), SIGAB),
SIGN B), SIGBB), SIG B)
DATA W/0.1,0.12,0.15,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5,
0.6,0.8,1., 1.25,1.5,2.,2.25,3.,3,5/
FORMAT A6)
FORMAT (F 10.2)
FORMAT A0X, 'AMOD1 = ' ,F5.2,5X, 'AMOD=' ,F5.2,
5X, 'Al = ' ,Fl0.3, 'A=' ,Fl0.3)
FORMAT BX/11 = ', 15, 4X/I2=/, 15, 4X, 'L=',
16, '№=' ,215)
FORMAT BX, 'G=' ,F5.2, 2X, 'C=' ,F5.2, 2X, 'S=I',
F5.2, 2X, 'D=' ,F5.2, 2X, 'U=' ,F5.2, 2X, 'T=' ,F8.2,
/,2X, 'El = ' ,Fl0.2, 2X, 'E2=' ,Fl0.2, 2X, 'Q=' ,2F8.1
READ 9, G, C, S, D, U, T, El, E2, Q
READ 7, 11, 12, L, KB
PRINT 109, G,'C, S, D, U, T, El, E2, Q
PRINT 107, 11, 12, L, KB
DO 10 J=l,2
NH (J)=IFIX F0.0*L*Q(J))
SIGB (J) = B.*KB(J) 4-70.)/1.2
SIGA(J) = 2.4*SIGB(J)
SIGN (J) = SIGB (J) * A.2E — 3*KB (J)
* * 4/NH(J))**(l./6.)
SIG (J) = SIGN (J)
IF (SIGA (J). LT. SIGN (J)) SIG (J) = SIGA (J)
IF (SIGB (J). GT.SIGN(J)) SIG (J) = SIGB (J)
CONTINUE
SG = SIGA)
IF (SIG B). LT. SIG A)) SG = SIGB)
EP = 2. *E1 *E2/(E1 +E2)
Al =0.82*(U + l.)*((T*C*G*S*EP)/(SG**2
151

Продолжение табл. 8.9

Оператор
025
026
027
028
029
030
031
032
033
20
30
*
Программа
*D * U))**(l./3.)
AMOD1 -2. *A1/(I1 +12)
DO2i0 J= 1,17
IF(W(J). GT.AMOD1) GO TO Ъ'Л
CONTINUE
AMOD = W (J)
A = AMOD* A1 +I2)/2.
PRINT 103, AMOD1, AMOD, A1,A
STOP
END
где
Г_6Г_
э = Уг — коэффициент формы зуба. Тогда
формула для проверки зуба на изгиб при F't = Ft и F'T=Fr имеет
вид
(8.40)
bwm
где [gf]—допускаемое напряжение по изгибу для цикла г.
Коэффициент формы зуба зависит от числа зубьев колеса и
коэффициента смещения инструмента х. Он может быть определен из
графика (ГОСТ 21354—75. Приложение 1, рис. 27). Значения YF при
х = 0 для различных z даны в табл. 8.10.
z
17
20
yf
4,35
4,12
30
40
3
3
,85
,75
Таблица
z
50
80
3,73
3,6
8 10
Коэффициент Kf$ зависит от тех же факторов, что и Кш\ при
НВ<350 и у<10 м/с можно принять /(fp = ^Chp=1.
152

Коэффициент Kfv определяют по (8.30) с учетом (8.31) и
заменой в них буквы Н на F. При этом для прямозубых колес без
модификации головки 6f = 0,016, а с модификацией 6^=0,011.
Максимальные значения удельной окружной динамической силы wFvm*x
в зависимости от степени точности при т<3,5 мм даны в табл. 8.6.
Если значения wFv, вычисленные по
(8.30), превышают Wfv max, их следует
принимать равными этим предельным
значениям.
Вводя вспомогательный коэффициент
Км, после преобразования из (8.40) найдем
чу*
Для прямозубых передач /CM=1>4. Если
НВ г^350, то при консольном расположении
зубчатых колес if>bd = 0,3-f-0,4, при
несимметричном tybd = 0,4-7-0,5, и при симметричном
фьс* = 0,5-1-0,6. при распространенных
методах обработки, когда несколько
коэффициентов близки или равны единице и не
учитываются, допускаемое напряжение
[if] = —-— KfcKfl, (8.42)
где '.crpiimb — базовый предел выносливости
материала зубьев при изгибе для
пульсирующего цикла; SF — коэффициент
безопасности (при вероятности неразрушения 0,99
Si? =1,7; при вероятности неразрушения
выше 0,99 SF = 2,2); KFc — коэффициент, учи- рЙСш 8.16. Схема к рас-
тывающий характер действия нагрузки (при чету зуба на изгиб
одностороннем приложении нагрузки KFc~
= 1, при реверсивном нагружении /Cfc=0,7—0,8); KFl —
коэффициент долговечности.
При НВ<350 \fi3^K
Базовое число циклов для всех марок сталей А^0^4-106,
эквивалентное число циклов NFE = NH для постоянного режима нагрузки
определяют по (8.37).
Величина базового предела выносливости для углеродистых и
легированных сталей, содержащих углерода более 0,15%
(например, стали марок 40, 45, 40Х, 40ХН, 40ХФА, 40ХН2МА и др.), при
НВ= 180—350 GF\imb= 1,8 НВ МПа, а для тех же сталей при
объемной закалке без обезуглероживания при HRC = 45^-55 oFhmb = 550-f-
--600 МПа. Для зубчатых колес из бронзы при одностороннем
нагружении °FUmb=l,o<3_l9 a ol2
6-1451
153

§ 8.6. Конические зубчатые передачи
Особенности геометрии. Конические зубчатые передачи
применяют для передачи движения между валами, оси которых
пересекаются под углом 2. Наиболее распространены передачи с углом 1^90°
(рис. 8.17). Эти передачи сложнее цилиндрических в изготовлении
и монтаже, так как требуют специальных станков и инструмента.
Кроме допусков на линейные размеры следует соблюдать допуски
на межосевой угол S и утлы наклона образующих начальных
конусов 6i и бг, а при монтаже — допуски на точность совпадения
вершин конусов.
В конических передачах начальные и делительные конусы
зубчатых колес г\ и г2 соприкасаются по своим образующим и
перекатываются друг по другу без скольжения. Вершины конусов
находятся в точке пересечения О осей этих колес. Зубчатый венец
ограничивает внешний и внутренний торцы колеса. Размеры зубчатых
колес обозначают по их внешнему торцу (индекс е) и среднему
сечению (индекс т). В соответствии с ГОСТ 19624—74 зубчатые
колеса без смещения при прямом зубе и торцовом модуле те,
выбираемом по СТ СЭВ 310—76, для 2 = 90° имеют следующие
параметры:
1) внешнее конусное расстояние Re=0,5meYzlJrzb
2) среднее конусное расстояние Rm = Re—0,5Ь;
3) ширина зубчатого венца Ь = tybRRe^0,3Re;
4) углы делительных (начальных) конусов 62 = 90°—6i, tg6i =
= 21/22;
5) внешний делительный диаметр dei=.mezi; dt2 = meZ2\
6) внешний диаметр вершин daei=dei + 2AaeCos6f, dae2 = de2 +
+ 2/iaeCOS6-2, ГДе hae^^d^el A*a=lj
7) внешняя высота зуба he = hae + hfe = h*ame+ (h*a + c*) me =
- Bh*a + c*)me9 где с* = 0,2;
8) расчетное расстояние B = Recos8.
Передаточное число в конической передаче B = 90°)
u = z2/z1 = s\n 82/sin Sx = tg 82 = ctg 8X. (8.43)
Погрешности зубчатых колес зависят от точности изготовления;
их определяют по СТ СЭВ 313—76 при т<\ мм, по СТ СЭВ 186—
75 при т^ 1 мм.
Силы, действующие в зацеплении. Действующую в зацеплении
по нормали к зубу силу Fn раскладывают на окружную Ft и
распорную F'r (рис. 8.17, а). Сила F'r для шестерни хх имеет радиальную
Fr и осевую Fa составляющие:
(8.44)
l = F'rl sin b{=Fn tgaw sin
Для колеса z2 сила Fn является осевой, а Fa\ —радиальной.
154

Расчет на контактную прочность и изгиб. Расчет на прочность
ведут по среднему сечению зуба, обозначая модуль тт, диаметры
колес dm\ и dm2, а конусное расстояние Rm. При этом коническую
передачу с числом зубьев г\ и г2 заменяют эквивалентной ей в этом
сечении цилиндрической передачей, имеющей межосевое
расстояние awm = 0,5(dv\ + dv2). Эквивалентные зубчатые колеса имеют
диаметры
и число зубьев
= dm2/cos Ъ2,
= z2/cos
(8.45)
(8.46)
Рис. 8.17. Схема конической передачи (а) и геометрия
конического зубчатого колеса (б)
При расчете по D.8) приведенная кривизна в зоне контакта
1 __ 1 , 1 __ 2 cos 5i ,
Pup
Pi P2 dm\ sin dw
sin
dm\ sin (Xw \
Так как
' и J
t; cos Ь2 = с
2(Re — 0,5 b)
dml =mmzx= l U^
Pup (Re — 0tob)u si
ytl2 + 1
. (8.47)
155

Выражения для удельной нагрузки на зуб, контактного
напряжения и внешнего конусного расстояния по аналогии с зубчатой
цилиндрической передачей записывают в следующем виде:
(8.48)
bw cos
0,
(8.49)
(8.50)
Коэффициент 0,85 является опытной величиной; он учитывает
снижение нагрузочной способности конической передачи по
сравнению с аналогичной цилиндрической; \pbR = bw/Re.
По аналогии с прямозубой цилиндрической передачей
проверочную формулу на изгиб можно записать в виде
0,85 тп
(8.51)
где
Коэффициент формы зуба определяют по табл. 8.10 в
соответствии с эквивалентным числом зубьев zv.
§ 8.7. Винтовая зубчатая и реечная передачи
Винтовую зубчатую передачу применяют при перекрестном
расположении валов для передачи движения с помощью косозубых
цилиндрических колес. При таком расположении осей начальные
цилиндры колес соприкасаются в
точке, следовательно, зубья имеют
точечный контакт. Основным
недостатком таких передач является
повышенное скольжение в зацеплении
и связанный с этим большой износ
зубьев колес, а также склонность к
заеданию даже при малых
нагрузках. В РЭА эти передачи
используют главным образом как
кинематические для передачи движения в
механизмах настройки измерительных
линий, резонаторов и др.
Условие равенства проекций
скоростей на начальных цилиндрах ше-
156
Линия
Рис. 8.18. К расчету скоростей
в винтовой зубчатой передаче

стерни v\ и колеса v2 на нормаль к линии зуба (рис. 8.18) при 2 =
= Pi+'{$2 = 90° имеет вид
юх cos ^i = v2 cos ?2» (8.52)
где Pi и р2 —углы наклона зубьев шестерни и колеса, град;
60 000
еоооо
Передаточное отношение в винтовой зубчатой передаче
d2cosh _ d2 ,r.
cos
(8.53)
Желательно брать 1^:5. Обычно для получения требуемого
значения /, оставляя диаметры одинаковыми, изменяют углы наклона
зубьев колес. Значения pi и |32 для наиболее часто встречающихся
передаточных чисел при одинаковых диаметрах колес и угле 2 = 90"
приведены в табл. 8.11.
Таблица 8.11
Передаточное
отношение /
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Угол наклона зуба колеса
ведущего
Pi
45°
56°19'
63°26'
68° 1-2'
71°34'
ведомого
45°
33°4Г
26°34'
21°48'
18°26'
Передаточное
отношение /
3,5
4,0
4,5
5,0
Угол наклона зуба колеса
ведущего
Pi
74°3'
75°58'
77°36°
78°4Г
ведомого
15°57'
14°2'
12°24'
Основным параметром зацепления является нормальный,
выбираемый по стандарту, модуль тп. Диаметры начальных
(делительных) окружностей зубчатых колес определяют по формуле
d = mxz = mnzjcos fJ,
где тх — осевой модуль.
Реечная передача служит для преобразования
вращательного движения в поступательное и наоборот; ее применяют в
механизмах настройки измерительных линий и других устройствах.
Основной характеристикой такой передачи является модуль т=Р/я.
Деталями реечной передачи являются зубчатое колесо и рейка;
зубья рейки могут нарезаться как непосредственно на детали,
которая перемещается, так и на отдельной заготовке плоской формы.
§ 8.8. Планетарные передачи
Планетарными называют механизмы, имеющие зубчатые
колеса с перемещающимися осями (рис. 8.19); колеса с
перемещающимися осями называют сателлитами, а деталь Н, на которой
157

закреплены оси сателлитов,—вод и л ом. Зубчатые колеса,
относительно которых обкатываются сателлиты, считают центральны-
м и; неподвижное центральное колесо — опорным.
Используя различные схемы, можно обеспечить этому виду
передач широкие кинематические возможности, компактность и
малую массу. К недостаткам планетарных передач относятся
повышенные требования по точности изготовления и монтажа. К. п. д.
при одних и тех же значениях у планетарной передачи часто даже
выше, чем у непланетарной, однако для больших передаточных
чисел к. п. д. некоторых схем имеет малые значения. Наиболее
распространенные схемы планетарных передач приведены на рис.
8.19, а—д. Число сателлитов в планетарных передачах, если
позволяет схема, обычно берется а^2. Расположение сателлитов по
окружности равномерное, что позволяет разгрузить опоры от
радиальных нагрузок и распределить мощность по нескольким потокам.
Вместе с тем из-за наличия погрешностей колес и монтажа
некоторая неравномерность распределения нагрузок по сателлитам
остается. Ее можно оценить коэффициентом неравномерности /СНер =
= F't/Ft, где F'% — действительная нагрузка; Ft — номинальная
нагрузка. Коэффициент /Снер зависит от числа сателлитов и степени
точности изготовления колес. Примерные значения /Снер в
зависимости от числа сателлитов приведены в табл. 8.12.
Таблица 8.12
Число сателлитов
а = 2
а>3
Коэффициент неравномерности Кя р в
зависимости от степени точности
5
1,19
1,25
6
1,31
1,42
7
1,5
1,65
Планетарные передачи применяют в механизмах настройки РЭА
(верньерные устройства), в механизмах приводов антенн и т. д.
Для исследования кинематики движения планетарных передач
используют метод остановки водила (метод Виллиса), в результате
чего получаемый механизм (механизм с остановленным водилом)
считают приведенным (обращенным).
Для схемы на рис. 8.19, а передаточное отношение при
остановленном водиле (приведенный механизм)
ш -я/у = ?2?i___ZL. (8.54)
п3 — пн zxz2 *i
У реального механизма я3 = 0. Подставляя значение /г3 = 0 в
(8.54), получим (п\—пы)/—пн = —гъ1ги откуда
">ilnH = i)__H= I +z3/zv (8.55)
К. п. д. передачи по этой схеме rii-н —0,98, рациональные
пределы передаточного отношения r3i_H = 4-f-8.
158

н / / И;
С; Si
2-1Мд
-с?
к-
1
L
n!i
N4|
Л.
-cT*
1.^
C3
S
2
x
о.
с
3
X
и
О)
об

Аналогично для схемы на рис. 8.19, б передаточное отношение
i\_H= — =1-Ь -^- (8-56)
пи zz
Рациональные пределы i3i_h = 8-t-16. I\. п. д. tji_h = 0,96-^-0,98.
Для схем на рис. 8.19, в, г при передаче движения от водила ti
к зубчатому колесу zx (при Лз = 0) передаточное отношение
zxz2
а при закрепленном зубчатом колесе Z\ {п\ — §) и свободном
Для многоступенчатых планетарных передач (рис. 8.19, д) при
последовательном соединении входных и выходных валов ступеней
общее передаточное отношение
'¦i-// = ('i_tf)% (8.59)
где r'i-я — передаточное отношение одной ступени; п — число
ступеней.
Силы, действующие на сателлит. Для рассматриваемых схем
планетарных передач (рис. 8.19) окружное усилие в зацеплении
пары колес z\ и z2 при заданном крутящем моменте Т{ с учетом
неравномерности распределения нагрузки
Ftl_2 = -^Kmr (8.60)
Для нахождения остальных сил используют уравнения статики;
Применяя их, получим
для схемы на рис. 8.19, а
для схемы на рис. 8.19, б
R — Р 4 + ^2 _
Гн — г п_2 ; г/2'-з — **н
A-d2
для схем на рис. 8.19, в, г
dc, — do] do
-^// = ^/1-2 7 ' Г t2'-3= Гn_2—r >
й2 и2
160

Для схемы на рис. 8.19, д силы, действующие в каждой
ступени, определяют, как и в схеме на рис. 8.19, а.
Особенности расчета планетарных передач заключаются в
подборе чисел зубьев по условиям соседства, соосности и сборки, а
также в определении нагрузочного момента и относительной
скорости в зацеплении при подсчете Khv-
Условие соседства должно обеспечить гарантированный зазор
между сателлитами. Для этого необходимо, чтобы AD>Ra2 (см.
рис. 8.19, а), где AD = OAsmfi = 075m(zi + z2)sinfi; i?a2~0,5/n(z2 + 2).
Тогда формула для проверки условия соседства принимает вид
(z -1-2 ) sin ~—^>(z -4-2) (8.61)
а
Это условие можно проверять и графически.
Условие соосности находят из условия равенства межосевых
расстояний между зацепляющимися парами зубчатых колес. Для
схем на рис. 8.19 эти условия приведены в табл. 8.13.
Таблица 8.13
Схема на
рис. 8.19,я
awl-2 =
Z\ -f- Z2 =
— 23 —• Z2 ИЛИ
Схема на
рис. 8.19, б
тх Bi + 22) =
Схема на
рис. 8.19, в
aw\-2 =
= т2B3—22,)
Схема на
рис. 8.19, г
&18)\—2 ==
ТП\ B\ -j- 2<%) =
== m2 B2 + 23)
Схема на
рис. 8.19, д
Для каждой
ступени, как в
схеме на рис.
8.19, а
Условие сборки должно обеспечить свободный вход зубьев
сателлитов во впадины между зубьями центральных колес. Это
достигается определенным угловым размещением зубьев и впадин
колес. Соответствующие зависимости по проверке для схем на рис.
8.19, в, г даны в табл. 8.14.
Таблица 8.14
Схем-а на рис.
8.19, а
2l + Z3
а
Схема на рис.
гг'+г г
ad
8.19, б
— N
Схема на
8.10, в
ad
рис.
> г
^3
N
Схема на рис.
Для каждой
как в схеме
8.19, а
8.19, д
ступени,
на рис.
Примечание. jV — целое, положительное или отрицательное число; d —
общий наибольший делитель чисел Z2 и z%'.
Нагрузочный момент Т\ определяют с учетом неравномерности
его распределения по сателлитам:
Г;= Л ктг (8.62)
1 а [
161

Скорость колеса при подсчете Khv учитывают в относительном
движении.
Радиальные нагрузки на валы зависят от радиальных
составляющих сил AFr, возникающих в зацеплениях зубчатых колес от
неравномерности распределения нагрузки между сателлитами.
Для нахождения передаточного отношения каждой зубчатой
пары рекомендуют следующие зависимости:
для схемы на рис. 8.19, а
4-2
для схемы на рис. 8.19, б
для схем на рис. 8.19, в, г
Щ ~1,1- iH =iH 1и~1
§ 8.9. Волновые зубчатые передачи
Волновые передачи могут быть фрикционными, зубчатыми,
винтовыми и т. д. Наиболее распространены волновые зубчатые
передачи, применяемые в малогабаритных механизмах летательных
аппаратов, ракет и спутников, а также в механизмах настройки РЭА,
приводах механизмов космических аппаратов.
Волновые зубчатые передачи имеют ряд преимуществ по
сравнению с другими видами передач:
1) миниатюрность вследствие одновременного зацепления
большого числа зубьев (многопарности зацепления) и благоприятных
условий контакта;
2) большую редукцию ввиду мелкого модуля зацепления и
малого различия в числах зубьев колес;
3) высокую кинематическую точность за счет беззазорности и
многопарности зацепления, а также симметричности зон
зацепления относительно оси вращения;
4) возможность передачи движения в герметизированное
пространство.
Недостатком таких передач является сложность их
изготовления.
Простейшая схема волновой зубчатой передачи приведена на
рис. 8.20. Она состоит из генератора упругих волн 1, гибкого 2 и
жесткого 3 колес. Гибкое зубчатое колесо изготовляют в виде
тонкостенного стакана или цилиндра, на поверхности которого
нарезают зубья. Зубья зубчатых колес входят в зацепление на
определенных участках (зонах) только при деформации гибкого колеса.
Вставленный внутрь гибкого колеса генератор деформирует его так,
что в зоне его продольной оси зубья гибкого и жесткого колес вхо-
162

дят в полное зацепление (рис. 8.20, поз. /); в зоне же поперечной
оси зацепление полностью отсутствует (рис. 8.20, поз. //). На
промежуточных участках зубья находятся в неполном зацеплении
(рис. 8.20, поз. ///, IV). Число зон (волн) зацепления, создаваемых
генератором, s^2. При вращении генератора эти зоны
перемещаются, создавая последовательную волновую деформацию гибкого
зубчатого колеса.
Рис. 8.20. Схема волновой зубчатой передачи
Из трех звеньев волновой передачи одно обычно ведущее,
второе— ведомое, а третье — неподвижное (или имеет дополнительный
привод — дифференциальная волновая передача).
Передаточное отношение волновой передачи определяют, имея в
виду, что за один оборот генератора ведомое зубчатое колесо
поворачивается на число угловых шагов, равное разности чисел
зубьев ведомого Zbm и неподвижного (остановленного) колес z0:
= пг/пВм = zBJ(zBl/l — z0) = zBJs,
(8.63)
где пг —частота вращения генератора; лвм —частота вращения
ведомого колеса. Разность зубьев zBM—z0 берется равной числу зон s.
Для волновой передачи (рис. 8.20) при остановленном
(закрепленном) гибком колесе 2 передаточное отношение от генератора /
к жесткому колесу 3
11 о == 1ЪГ11Ъг> :^= Zo[Zr> — Zo)* (Qk f)d-\
1—3 Г; " oi \ о ?/i y(j.\J^j
163

а при остановленном колесе 3
'i_2= — *2/(*з —*2)- (8.65)
В (8.65) отрицательный знак свидетельствует о различном
направлении вращения ведущего и ведомого звеньев. Обычно /^50.
Двухступенчатая схема волновой передачи позволяет получать
передаточные отношения до нескольких тысяч.
К. п. д. волновой передачи зависит от кинематической схемы,,
конструкции генератора и вида трения между генератором и
гибким колесом, числа волн, профиля зубьев и других факторов. Для
приведенной на рис. 8.20 кинематической схемы при высокой
точности изготовления передачи и полной нагрузке г\ = 0,8-^-0,85; при
уменьшении нагрузки к. п. д. снижается.
При расчете размеров элементов передачи исходят из того, что
передаточное отношение и кинематическая схема известны. Тогда
для выбора геометрических размеров элементов передачи можно
использовать следующие зависимости:
zBM=is, (8.66)
Zq=zbu-s. (8.67)
Модуль зацепления, выбираемый из условия получения
передачи определенных габаритов, которые определяются размером
делительного диаметра d=mz одного из колес: для жесткого dm, для
гибкого dv\
m=dJz^=dTlzT. (8.68)
Полученное значение модуля округляется до ближайшего
большего значения по СТ СЭВ 310—76.
Величина деформации гибкого колеса по диаметру при
установке генератора
L=dx — dr=m(z3K — zT) = ms. (8.69)
Профиль зубьев колес — эвольвентный с исходным контуром»
выбираемым по СТ СЭВ 309—-76 при т<\ мм и по СТ СЭВ 308—76
при mljsl мм с углом профиля ао = 2О°. Кроме того, применяют
модифицированные исходные контуры с углом профиля ао = ЗО°.
Радиальную деформацию гибкого колеса в долях модуля
выбирают в пределах А, = Д/2/п = 0,7~1,2; при нормальной деформации
Я=1. Снижение X увеличивает процент многопарности зацепления
и уменьшает напряжение в гибком колесе, большие значения X
увеличивают глубину захода зубьев, что повышает их несущую
способность. Уменьшение X достигается уменьшением высот головок
зубьев обоих зубчатых колес путем применения смещенияXz=X\+X2>О
(xi>0, *2>0), либо использованием модифицированного
режущего инструмента с ао = ЗО° и коэффициентом высоты головки зуба
Ла*<0,8[14].
Ширину зубчатых венцов выбирают из условия b = tybdd;
рекомендуют брать tybd=zОД-т-0,3, причем меньшие значения для
меньших i и незначительных нагрузках.
164

В настоящее время разработан ряд конструкций волновых
передач применительно к различным условиям работы. Рассмотрим
особенности конструкции элементов таких передач.
Механические генераторы, создающие деформацию гибкого
колеса, различаются: видом трения рабочих поверхностей
генератора и гибкого колеса (трение скольжения или трение качения);
наличием (отсутствием) регулировочного устройства величины
деформации гибкого элемента; числом возбуждаемых волн деформации;
расположением генератора (наружное или внутреннее);
характером деформации (свободная или принудительная).
Для силовых передач применяют
механические генераторы с трением качения,
создающие свободную (рис. 8.20) или
принудительную (рис. 8.21) деформации гибкого
элемента. Для повышения прочности
гибкого колеса между ним и шариками
устанавливают промежуточное тонкостенное
кольцо.
Гибкое зубчатое колесо во время
работы непрерывно деформируется. Поэтому
важен выбор материала и конструктивного
оформления гибкого колеса, а также
технологии его изготовления.
Высоконапряженное состояние гибких колес приводит к
необходимости использования сталей с
повышенной вязкостью и менее чувствительных
к концентрации напряжений с последующей
термообработкой (стали марок 20ХНЗА,
40ХНМА с НВ —300—350 при высокой напряженности, стали марок
ЗОХМА, ЗОХГСА, 40Х — при средней и малой напряженности).
Жесткие колеса испытывают меньшую напряженность и для их
изготовления применяют марки сталей, используемые при средней
и малой напряженности.
Конструктивное оформление гибкого зубчатого колеса зависит
от схемы волновой передачи. Обычно такое колесо выполняют в
виде тонкостенного стакана длиной / с зубчатым венцом шириной Ь
(рис. 8.22). Стакан к валу крепят с помощью зубчатого соединения
(рис. 8.22, а). Для соединения стакана с фланцем вала используют
податливое дно (рис. 8.22, б). Конструкцию гибкого зубчатого
колеса (рис. 8.22, в) применяют для передачи движения через
герметичную стенку. Податливость гибкого зубчатого колеса зависит от
отношения b/l (b/l\). Во внутренней полости гибкого зубчатого
колеса размещают отдельные узлы редуктора, муфты,
электродвигатель.
При разработке конструкции в первом приближении можно
принимать: Л! = @,005-^0,01) d; D = df—2hu h = hx— @,01—0,5) т\
/^ @,8-M,0)D; &,= @,15-0,25N; #1= E-т-10)/п; R2^ Bч-3)Л.
Окончательные размеры гибкого колеса уточняют после проверки
его на прочность.
165
Рис. 8.21. Схема
генератора трения качения
принудительной
деформации:
t — генератор; 2 —
шарики; 3 — гибкое колесо; 4 —
промежуточное кольцо

Расчет зубьев на смятие. Проверку условных напряжений
смятия на поверхностях зубьев производят считая, что зубья
соприкасаются как плоские поверхности по всей высоте захода Ар, причем
глубина захода в зоне контакта изменяется линейно от нуля до
максимума (рис. 8.23). При рабочем числе зубьев zp, рабочей
ширине венца Ьт глубине захода hv = khm, крутящем моменте на
выходном валу Т2 условие прочности на смятие Ихмеет вид
0,5 bwzpnp bwl
где Ft/zp = FtV' — окружная сила, приходящаяся на один зуб.
(8.70)
Рис. 8.22. Схемы конструкции гибкого зубчатого колеса
ОС -а-
Рис. 8.23. К расчету зубьев на смятие
Принимая &л=1,5; zp = 0,25z (для двухволновой передачи на
рис. 8.20), получим
10Г2
откуда диаметр гибкого колеса при bw =
(8.70а)
(8.71)
При длительной работе и удовлетворительной смазке для
стальных колес при НВ = 300 [аСм]=Ю-=-30 МПа, при недостаточной
смазке [crCM]=5-f-8 МПа.
166

Проверка прочности гибкого звена. Точный расчет гибкого
зубчатого колеса, особенно при выполнении его в форме стакана,
весьма сложен. Если колесо имеет форму кольца со средним
диаметром dCp, шириной Ь и толщиной Я, то напряжение изгиба при
его деформации Д для реальной конструкции [15]
/Сф, (8.72)
где /Сф= 1,3-^-2,5— коэффициент формы, учитывающий повышение
жесткости реальной конструкции кольца. При []
А =
5,43?/*/<ф
Напряжение кручения в кольце по сечению
^ _ Т2 _ Т2 _ 2Г2
2Soh
hKK
5.73)
(8.74)
где So — площадь круга, ограниченная средней линией кольца,
Кк = 0,2-^0,3— коэффициент, учитывающий неравномерность
распределения напряжения кручения [14].
Окончательную проверку прочности ведут по D-.1).
ГЛАВА 9
ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
§ 9.1. Геометрия и кинематика передачи
Червячные передачи (рис. 9.1) применяют для передачи
движения при перекрещивающихся в пространстве (обычно под прямым
углом) осях валов. Такие передачи состоят из червяка 1 — винта с
определенным профилем винтовой
нарезки и червячного колеса 2.
Передачи работают по принципу
работы винтовой пары. Как
правило, ведущим звеном является
червяк, а ведомым — колесо.
Основными преимуществами
червячных передач по сравнению с
другими видами являются:
а) возможность получения
больших передаточных чисел в одной
паре, что приводит к значительному
уменьшению габаритов;
б) плавность зацепления и
бесшумность работы;
в) возможность самоторможения.
Рис. 9.1. Червячная передача
167

лов.
К недостаткам следует отнести:
а) низкий к. п. д.;
б) применение для колеса дорогих антифрикционных материа-
В РЭА червячные передачи используют в механизмах настройки
и отсчета (верньерные устройства), приводах радиолокационных
антенн, механизмах записи.
Рис. 9.2. Основные геометрические параметры червячной
передачи
Геометрические расчеты червячных передач во многом
аналогичны расчетам зубчатых.
Червяки в зависимости от профиля винтовой нарезки
подразделяют на следующие основные типы:
1) архимедовы; в осевом сечении такие червяки имеют
трапецеидальный профиль с углом профиля ах = 20°; в торцовом сечении
битки очерчены по архимедовой спирали. Червяки могут нарезаться
на обычных токарных станках, однако их шлифовка затруднена
ввиду необходимости применения шлифовальных кругов
специального профиля;
2) конволютные с криволинейным профилем в осевом сечении
и прямолинейным в нормальном сечении; червяк шлифуется
кругами с прямолинейными образующими;
3) эвольвентные с эвольвентным профилем в торцовом сечении.
Червяк подобен косозубому эвольвентному колесу, у которого
число зубьев равно числу витков червяка. Шлифование профиля
витков производят плоской торцовой стороной шлифовального круга
на специальных червячно-шлифовальных станках; червячное
колесо нарезают червячной фрезой.
168

Геометрия передачи. В червячной передаче с архимедовым
червяком различают (рис. 9.2) начальные диаметры dwX и dw2;
делительные диаметры червяка / и колеса 2 d\ и d2. В передачах без
смещения исходного контура при нарезании dw\=d\y dw2 = d2.
Расстояние Рх осевой нарезки червяка называют шагом, а отношение
Рх/п = т — модулем зацепления в осевом сечении червяка.
Резьба червяка может быть однозаходной и многозаходной;
число витков червяка обозначают z\, число зубьев на колесе z2.
Согласно СТ СЭВ 267—76 модули предпочтительного ряда в осевом
сечении червяка должны выбираться из ряда т = 0,10; 0,125; 0,16;
0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0;
5,0 и т. д.; допускается использование модулей 0,12; 0,15; 0,3; 0,6;
1,5; 3,0; 3,5 и т. д. Рекомендуются следующие коэффициенты
диаметра червяка q (ряд 1): 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0.
Некоторые сочетания т, q и z\ по ГОСТ 2144—76 даны в табл. 9.1.
Делительный (начальный) диаметр d и диаметры вершин da и
впадин df витков при Ла*=1,0, hf* = ha* + c* при с* = 0,2 (СТ СЭВ
266—76) выражают в виде*
(9.1)
Длина нарезанной части червяка
>A1+0,062:2)/72 при
Угол обхвата витков червяка колесом !
ления аад = 20°. При этом
1 = l\ 2;
= 70-f-120°, угол
зацеп(9.3)
При zx=\ kli=2m, при zx = 2 ?H=l,
при ^=4 &H = //z.
Ширину венца b2 находят в соответствии с углом обхвата
червяка колесом 26(b2^0,75dai).
Делительный угол подъема винтовой линии y вычисляют из
выражения
tg у = nmz1/nd1 = zjq. (9.4)
Межосевое расстояние в червячной передаче без смещения
(9.5)
Расчет геометрии проводят по ГОСТ 19650—74.
169

Таблица 9.1
1
1
т
0
,25
12
q
16
20
,5; 16;
20
1
1;2;
1; 2;
4
4
2
m
1,6
,0; 2,5;
3,15
10;
8;
12
10
16
q
5; 16; 20
; 12,5;
;20
Zx
1; 2;
1; 2;
4
4-
Кинематика передачи. При вращении витки червяка скользят по
зубьям колеса; скорость скольжения vs направлена по касательной
к винтовой линии и может быть выражена через скорости колеса
v2 и червяка р{ (рис. 9.3):
' ' Y- (9.6)
3 у 5 колеса.
Резьба червяка
—I
Рис. 9.3. К определению vs
и Ftp в червячной передаче
Сила трения в червячной передаче
FTI)=Fnf/ направлена по касательной к
винтовой линии червяка. Значения
приведенного коэффициента трения
скольжения /' и угла трения q/ непостоянны и
зависят от скорости скольжения и
материала колеса. Величины f и ср' в
зависимости от vs (при стальном червяке и колесе
из фосфористой бронзы) приведены в
табл. 9.2.
Таблица 92
м/с
0,01
0,1
0,25
0,5
1,0
1,5
/-
0,11—0
0,08-0
0,065—0
0,055-0
0,045—0
0,04—0
,12
,09
,075
,065
,055
,05
6
4
3
3
2
2
о17
°34
°43
°09
°35
°17
?'
'— 6°5Г
'—50°9'
' — 4°17'
'—3°43'
'—3°09'
г—2°12'
V
м
2
2
3
4
7
10
'с
,0
,5
,0
,0
,0
/'
0,035—0,045
0,03—0,04
0,028—0,035
0,023—0,03
0,018 -0,026
0,016-0,024
2
1
1
1
1
0
°00'
°43'
°36'
°26'
°02'
°55'
9'
—2°35'
—2°17'
—2°00'
—1°43'
—1°29'
—1°22'
Примечай ие. При венце колеса
fr н ф' увеличиваются на 30—50%-
из безоловянистой бронзы значении
Передаточное отношение червячной передачи
/ = co1/wo== Vh'Cl =—^-^—=——— = —-. (9. 7
V2/'d2 v\d\tgy ^tgy z\
Отношение Z2/z\ — u называют передаточным числом.
При числе витков Zi = l; 2; 4 число зубьев на колесе z2 может
доходить в силовых передачах до 80, а в кинематических (несиловых)
до 500; 22 mm = 28.
170

§ 9.2. Силы, действующие в зацеплении.
К. п. д. передачи
При работе червячной передачи сила нормального давления Fn
образует с силой трения FTV, возникающей между витками червяка
и зубьями колеса, равнодействующую силу Fc, которая может быть
разложена на три составляющие — окружную на червяке Ft\
(равную осевой на колесе FU2), осевую на червяке Fa\ (равную
окружной на колесе Ft2) и радиальную Fr (рис. 9.4):
(9.8)
Сила нормального давления
Fn=-
cos Y
= ^ . (9.9)
а?2 cos Y cos aw
К. п. д. червячной передачи
при ведущем червяке,
учитывая зависимости (9.6) и (9.8),
tgY
л= -= -^- =
Р7- (9ЛО) f
Рис. 9.4. К определению сил в
червячной передаче
При передаче малых моментов (Fi2^3»104 Н) к. п. д. подсчиты-
/^ + 1050
вают с учетом поправочного коэффициента с= — :
При ведущем колесе, учитывая Fn = Ft2tg {у—q
ц'= Ft\v\ = tg(y —У') ^^
Fnv2 tgy
(9.11)
(9.12)
если
Движение от колеса к червяку невозможно (yj^) уф
Такую передачу называют самотормозящейся. К. п. д. такой
передачи при движении от червяка к колесу низок (менее 0,5). Средние
значения к. п. д. ц и угла у в зависимости от числа витков червяка
2; даны в табл. 9.3.
'71

Таблица 9.3
Z\
1
2
4
0,19-0,7
0,75-0,82
0,87—0,92
Т, гиад
3,5—7,5
7—15
14—28
§ 9.3. Расчет прочности зубьев
Червячные передачи, так же как и зубчатые, рассчитывают по
контактным напряжениям и напряжениям изгиба. Расчет закрытых
силовых передач (со смазкой) ведут по контактным напряжениям;
расчет зуба на изгиб является проверочным. Для открытых
передач проверку зуба колеса производят только на изгиб.
Для расчета зубьев на контактную прочность используют
формулу D.8). Нагрузка на зуб, отнесенная к единице длины линии
контакта с учетом внешней и внутренней динамики, концентрации
нагрузки и коэффициента перекрытия,
Чп
и
. /s cos aw cos
где h =-
COS '
360c
•-0,75 s,.
(9.13)
В осевом сечении радиус кривизны архимедова червяка pi = oo.
В нормальном сечении червяка, поскольку кривизна изменяется
незначительно, принимаем также pi = oo. Тогда, определяя радиус
кривизны червячного колеса, как для цилиндрического косозубого,
получим приведенный радиус кривизны профилей в точке контакта:
Рпр
d-2 sin
B2/q -г I)cos2
sin aw
(9.14)
Коэффициент 0,75 в формуле (9.13) характеризует неполное
соприкосновение червяка с колесом по дуге обхвата. При Кн$=1Л
(ввиду хорошей прирабатываемости), /Сни= 1,05 (из-за плавности
работы передачи и скорости скольжения us<3 м/с), у =10° и jlx = 0,3
условие контактной прочности имеет вид
где
(9.15)
р^ТУСд — расчетный крутящий момент на колесе, Н«мм;
—— —приведенный модуль упругости, МПа; 26 — угол
\ + 2
обхвата витков червяка колесом, град; aw — межосевое
расстояние, мм.
172

Определив межосевое расстояние из (9.15), получим проектную
формулу
г/(Т2)РЕ
Up
Прочность на изгиб зуба червячного колеса проверяют по
формуле
Ft2 ^ г~ 1
0,7 Y р
Ь2тп
(9.17)
где YF — коэффициент формы зуба, выбираемый по табл. 9.4 в
зависимости от эквивалентного числа зубьев zv = z/cos3y\ Kf —
— KfvKfv — коэффициент расчетной нагрузки (при небольших
скоростях и мало изменяющейся нагрузке Др=1,1); mn = m cos у —
нормальный модуль.
Zy
20
24
26
28
30
1,98
1,88
1,85
1,80
1,76
zv
32
35
37
40
45
1,71
1,64
1,61
1,55
1,48
Та
zv
50
60
80
100
150
блица 9.4 [13]
]>
1,45
1,40
1,34
1,30
1,27
Червячные колеса изготовляют преимущественно из бронзы, ре*
же из пластмасс. Оловянные бронзы типа Бр.ОФ10-1 и Бр.ОНФ
лучше безоловянных типа Бр.АЖ9-4.
Допускаемые контактные напряжения рассчитывают из условия
стойкости к износу, выкрашиванию и заеданию. Значения [он] и
[oF] для числа циклов нагружений Л^но=Ю7 и Nfo—№6 приведены
в табл. 9.5.
Таблица 9.5
Марка
материала колеса
Бр.ОФ 10-1
Бр.ОНФ
Бр.АЖ9-4Л
Текстолит
птк
Способ
отливки загоювки
В
металлическую
форму

Центробежное литье
В землю
—
МПа
300
290
400
100
V
МПа
200
170
200
—
[»//], МПа, при скорости скольжения
vs, м/с
0,5
1
2
3
4
190
210
250
230
210
180
160
45
ад,
МПа
70
80
30
17а

При меньшем числе циклов нагружений приведенные значения
б
следует умножить на \ \01!NH—для расчета допускаемых
контактных напряжений и на ] 10*/'NF —для расчета
допускаемых напряжений изгиба.
§ 9.4. Оценка точности.
Мертвый ход и его определение
Точность червячной передачи, как и зубчатой, характеризуется
степенью точности. Для червячных передач с ra^l mm (CT СЭВ
311—76) и с т<\ мм (СТ СЭВ 1913—79) устанавливают 12
степеней точности.
Нормы кинематической точности, плавности работы, а также
контакта зубьев и витков для червяков и червячных колес и
червячных передач устанавливаются в зависимости от степени точности.
В СТ СЭВ 311—76 приведены шесть видов сопряжений червяка
с. колесом: Я, ?, Д С, В, А и восемь видов допуска Tj на боковой
зазор: h, d, с, b, a, z, у, х. При этом допуск h рекомендуют для
сопряжений Яи?,а допуски а, Ъ, с и d — для сопряжений А, В, С и D.
СТ СЭВ 1913—79 устанавливает пят?> видов сопряжений (Я, G, F,
Е и D) и четыре вида допуска \п на боковой зазор (/г, g,fne).
Обозначение точности при 7-й степени точности и соблюдении
всех трех норм для сопряжения D и ra^l мм имеет вид: 7—D СТ
СЭВ 311—76.
В стандарте предусмотрены предельные значения погрешностей
по всем нормам для каждой степени точности. Регулирование
положения средней плоскости червячного колеса относительно средней
плоскости червяка в пределах допуска fxi следует предусматривать
при конструировании. Правильность положения проверяют при
монтаже по пятну контакта.
Мелкомодульные червяки (т<1 мм) могут быть насадные с
посадкой на гладкий вал или конус, консольные и др.
Мертвый ход в червячной передаче зависит от бокового зазора
между зубьями колеса и витками червяка. При боковом зазоре ]п
мертвый ход червяка при неподвижном колесе
^'[рад]. (9.18)
J
Ym1 tM2 0,5я?! cos aw sin
Мертвый ход колеса при неподвижном червяке
&?м2 = ..„ 1я [рад], (9.19)
0,5 ^2 cos a^cos Y
где уЛ, cli и d2~B мм.
Отсутствие заклинивания для различных материалов обода
венца зубчатого колеса и червяка при температуре передачи ?Пер и
корпуса ^к проверяют по уравнению
y; = y, + 2^aK(/K-20")-[(a3.K^2 + a4rfi)(A.ep-20^] sin aw cos Y>
(9.20)
174

где ак — ТК/ корпуса; а3.к — ТК/ зубчатого колеса; ач — ТК/
червяка.
Уменьшение мертвого хода червячных передач можно
осуществить по рекомендациям, данным для зубчатых передач.
ГЛАВА 10
ПЕРЕДАЧА ВИНТ—ГАЙКА
§ 10.1. Материал и геометрия передачи
Передача винт — гайка служит для преобразования
вращательного движения винта в поступательное движение гайки. В РЭА
движение винта осуществляют с помощью маховичка или
компонуРис. 10.1. Трапецеидальная (а) и метрическая (б) резьбы
ют винтовую передачу с другими видами передаточных механизмов
с приводом от электродвигателя. К преимуществам такой
передачи следует отнести простоту конструкции, большой выигрыш в силе,
плавность работы. Недостатком является низкий к. п. д. Передачу
винт — гайка применяют в механизмах настройки РЭА для
осуществления точных перемещений. Для изготовления винтов применяют
стали марок 40, 45, 50, У10А, 40Х, ЗОХГСА, а гайки с целью
уменьшения потерь на трение изготовляют из бронзы марок Бр.АЖ 9—4,
Бр.ОФЮ-1, Бр.ОЦС6-6-3; в отдельных случаях применяют
пластмассы (полиамиды).
В передаче винт — гайка используют в основном
трапецеидальную резьбу (рис. 10.1, а) и лишь в отдельных случаях —
метрическую (рис. 10.1, б). Резьба имеет наружный d(D), внутренний
d\{D\) и средний d2(D2) диаметры (d относится к винту, D — к
гайке), шаг Р, теоретическую высоту профиля Я, рабочую высоту
профиля Н\\ угол профиля а, угол подъема резьбы |3, число заходов г,
ход резьбы i--=Pz.
Для трапецеидальной резьбы в СТ СЭВ 146—75 и СТ СЭВ
639—77 определены профиль и основные ее размеры. У этой резьбы
175

a=30°; Hl = 0f5P] d2 = d—0,5P; dmin=8 мм, P = l,5 мм. Для
метрической резьбы эти параметры даны в СТ СЭВ 180—75 —СТ СЭВ
182—75 (подробнее см. гл. 15). Допуски на размеры
трапецеидальной резьбы даны в СТ СЭВ 836—78, а на размеры метрической
резьбы —в СТ СЭВ 306—76 и СТ СЭВ 640—77.
§ 10.2. Основы расчета передачи
Погрешности размеров винта и гайки являются причинами
появления кинематических погрешностей и мертвого хода передачи.
Конструкции гаек, уменьшающих или устраняющих мертвый ход,
приведены на рис. 10.2, а—г.
Рис. 10.2. Конструкции гаек, устраняющих мертвый ход в винтовой паре
перемещением частей гайки:
а, б — осевым; в, г —радиальным
При проектировании передачи винт — гайка задаются
величиной перемещений гайки L, временем перемещения Т и силой,
действующей на гайку, Q. Зависимость между перемещением, временем,
частотой вращения винта пв и параметрами резьбы винта имеет вид
A0.1)
60 L
откуда
где L — в мм, Т — в с, пв — в об/мин.
Поступательная скорость перемещения гайки
^ = 60 L/T = PznB [мм/мин].
176
A0.2)
A0.3)

Максимальное значение мертвого хода (ГОСТ 21098—75)
?Ж~[мкм],
где Ь' и Ь" — верхнее и нижнее предельные отклонения среднего
диаметра винта; Ь— верхнее отклонение среднего диаметра гайки;
Aoi и Да2— осевой люфт в опорах.
Мертвый ход при t = Pz
8cp = 21,6 8C# [угл. мин]. A0.5)
К. п. д. винтовой пары оценивают по (9.10).
Зависимость между окружной силой Ft на винте и осевой силой
Q на гайке в силовой передаче по аналогии с червячной передачей
(Ю.6)
а необходимый крутящий момент на винте
где q/— приведенный угол трения.
При осевой силе Q<3-104 Н крутящий момент
е
где е =— поправочный коэффициент;гп=-
COS р COS —
К механизмам, осуществляющим точное перемещение гайки,
предъявляют высокие требования к точности резьбы и ее
износостойкости. Износостойкость резьбы зависит от удельного давления
[р] при учете материала гайки. При расчетном числе витков п
Для гайки из бронзы с винтом из нормализованной стали при
наличии смазки [р] = 7ч-9 МПа.
Расчет резьбы гайки на срез и смятие ведут по A5.4) и A5.5),
ГЛАВА 11
МЕХАНИЗМЫ ПРЕРЫВИСТОГО ДВИЖЕНИЯ
§ 11.1. Мальтийские механизмы
Механизмы прерывистого движения используют для
преобразования вращательного движения, обычно равномерного, в движение
вращательное или поступательное с периодическими остановками
определенной длительности. Эти механизмы (мальтийские, зубча-
177

тые, храповые, цевочные и др.) применяют в устройствах
настройки, переключающих устройствах и т. д.
Мальтийские .механизмы используют для преобразования
непрерывного вращательного движения во вращательное движение с
остановками. Такой механизм состоит из мальтийского креста 1 и
кривошипа 3 с цевкой 2 и фиксатором 4, где ведущим звеном
является кривошип с цевкой (рис.
11.1). Рассмотрим основные
геометрические параметры
данного механизма с внешним
зацеплением и четырехпазовым
крестом. Его геометрическими
параметрами являются
межосевое расстояние а, радиус
кривошипа jRi, радиус
фиксатора Яф, число пазов креста z,
угол между пазами креста
2ао, угол поворота кривошипа
2ф0 при повороте креста на
угол 2ао (рабочий угол
кривошипа) и расчетные радиусы
Креста i?2min И #2тах.
Угол между пазами креста
' ' где z = 34-12.
СО
Рис. 11.1. Конструкция мальтийского
механизма
Угол поворота кривошипа
2сро = 2 (—
V 2
~~
V /
Радиус кривошипа определяют, задаваясь межосевым
расстоянием a: R\==asmao = asinn/z.
Радиусы креста /?2min = a—R\\ #2 max = я cos a0 = acosn/z.
Диаметр цевки кривошипа и ширина пазов креста с?ц= @,2^-0,3)R\.
Условием безударного зацепления цевки с пазами креста является
зависимость 2ао + 2фО= 180°.
Кинематическими параметрами механизма являются период
цикла Гц, коэффициент цикла движения ? и наибольшая угловая
частота креста 0J max- Период цикла механизма соответствует времени
одного оборота кривошипа и равен сумме времени движения креста
/д и времени его покоя tn: Tn=tR+tn = 60lnu где ti\ — частота
вращения кривошипа, об/мин.
Коэффициент цикла движения ?=/д/Гц=фо/я.
Наибольшая угловая частота креста aJmax = a)i '—•
#2 min
Динамические параметры механизма характеризуются
ускорениями движения креста, значения которых в начальный и конечный
Г)
моменты движения e2=zh@i2- ' l - ; ускорение уменьшается при
^2 max
увеличении числа пазов креста. Остановка механизма при выходе
.цевки из паза осуществляется секторным замком, выпуклая
цилиндрическая поверхность которого входит в вогнутую поверхность
креста и препятствует его повороту.
178

§ 11.2. Зубчатые и храповые механизмы
Простейший зубчатый механизм для передачи движения с
остановками состоит из ведущего неполнозубого 1 и ведомого полнозу-
бого 2 колеса (рис. 11.2). Преимуществом зубчатого механизма
прерывистого движения по
сравнению с мальтийским является
возможность расширения
характеристики цикла x = t-JtUy а его
недостатком — наличие жесткого
удара при входе в зацепление.
Для предотвращения
самопроизвольного поворота ведомого
колеса в период его покоя
используют фиксирующие устройства.
Зубчатые механизмы преры- ^
вистого действия применяют в
устройствах дискретной
цифровой техники, ограничителях
движения и др.
Обозначим неполное число
зубьев на ведущем колесе / через
Z\ при возможном полном числе
зубьев на нем zu а число зубьев
на ведомом колесе z% Угол
поворота колеса 2 за один полный
оборот колеса 1 при ^2='
(Of
Рис. 11.2. Конструкция зубчатого
механизма прерывистого
вращения
2л;
2л
A1.1)
Число k можно получить делением двойного угла 2f$2,
охватывающего дугу зацепления, на угловой шаг у2, т. е. k равно целому
числу при делении 2|32 на у2. Угол |32 для передач без коррекции
зубьев при rai = rfai/2, ra2 = da2l2 определяют из выражения
9 9 9
cos232 =
= 1 —
4*,
2) B-1+2-2)
A1.2)
Храповые механизмы используют для преобразования
вращательного (рис. 11.3, а) или возвратно-поступательного (рис. 11.3, б)
движения во вращательное с остановками ведомого звена. Такие
механизмы применяют в конструкциях реле, шаговых устройствах
и др. Конструктивно они состоят из храпового колеса 1 и собачки
2, причем зацепление храпового колеса с собачкой может быть
внешним или внутренним; наиболее применимо, как более
технологичное, внешнее зацепление.
Основной характеристикой зацепления храпового колеса с
собачкой является модуль m = P/n = D/z9 где D — наружный диаметр
храпового колеса.
179

Число зубьев храпового колеса г определяется наименьшим
углом его поворота г|) за один ход собачки:
г = 2ф. A1.3)
Задаваясь наружным диаметром D, получим
m = D\z. A1.4)
-S5-
Рис. 11.3. Схемы храповых механизмов
а) ' б)
Рис. 11.4. Профили зуба храпового колеса и собачки
Число зубьев на храповом колесе z=8-=-48, однако
предпочтительнее z=12-!-20. Число зубьев можно уменьшить, используя две
или три собачки, грани которых смещены на 1/2 или 1/ЗР.
Собачки обычно прижимаются к храповому колесу с помощью
пружин. Профиль зуба у колеса может быть с поднутрением (рис.
11.4, а) или без него (рис. 11.4, б); угол поднутрения а = 10-М5°
улучшает стопорение. Угол p=10-f-12° улучшает надежность
зацепления. Высота зуба А = т, высота опорной части собачки Ai=l,2 т.
Длину зуба храпового колеса выбирают, исходя из допустимой
удельной нагрузки [q]:
b>Ftl[q\.
A1.5)
180

Материал храпового колеса и собачек — термически
обработанная сталь марок 20Х, 12ХНЗ, 40ХН. При НВ = 280^-350 [</]<
^250 Н/мм, при НВ = 400-^500 [<7]sS4OO Н/мм.
Окружная сила, действующая на собачку и зуб храпового
колеса,
Ft = 2TxKjD. A1.6)
ГЛАВА 12
РАСЧЕТ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ
И ТОЧНОСТИ МЕХАНИЗМОВ
§ 12.1. Общие сведения
Оценка точности механизмов является сложной задачей и для
ее решения используют комплексное сочетание методов теории
механизмов и машин, метрологии и теории ошибок с учетом условий
эксплуатации механизмов, технологии их производства [16—19] и
имеющихся стандартов (ГОСТ 16320—70, ГОСТ 21098—75).
Знакомство с методами оценки точности механизмов
необходимо, так как во многих случаях точность работы РЭА,
представляющей собой сочетание кинематических, электрических и
электронных устройств, зависит от точности входящих в эти устройства
механизмов. Нарушение точности их работы вызывается тем, что при
изготовлении деталей механизмов и их сборке, а также в процессе
эксплуатации происходит искажение размеров и формы звеньев,
изменяется характер сопряжений в кинематических парах; при
работе механизма от передаваемых нагрузок и внешних
воздействий возникают деформации деталей. Все эти явления приводят к
изменению кинематики и динамики работы механизмов, влияют на
их точность.
При оценке точности решается задача по суммированию
отдельных погрешностей деталей и узлов механизма. Эта задача обратная
и наиболее простая. Прямая задача — по заданной погрешности
механизма найти рациональные его параметры и точностные
характеристики отдельных деталей и узлов. Вопросам точности
посвящены труды известных советских ученых Н. Г. Бруевича, Н. А.
Калашникова, Н. А. Бородачева, Б. С. Балакшина и др.
Расчет механизмов на точность позволяет обоснованно подойти
к назначению допусков на размеры звеньев и погрешности формы
и взаимного расположения поверхностей, обосновать применение
метода полной или неполной взаимозаменяемости, введение в
конструкцию компенсирующих и регулирующих звеньев.
§ 12.2. Первичные ошибки изготовления звеньев
и причины их возникновения
При изучении движения механизмов обычно предполагают, что
размеры звеньев и кинематических пар, их форма абсолютно
точные и зазоры в кинематических парах отсутствуют; такие
механизмы называют теоретическими (идеальными).
181

Действительным (реальным) механизмам, в отличие от
теоретических, присущи погрешности, называемые первичными
ошибками, которые возникают при изготовлении звеньев,
сборке и эксплуатации механизма.
Деталь с заданными конструктором номинальными размерами,
называемая идеальной, отличается от реальной, полученной в
результате изготовления, наличием ряда погрешностей, которые
являются причинами возникновения ошибок механизма.
Первичные ошибки можно разделить на производственные и
эксплуатационные. К производственным ошибкам относят ошибки
размеров деталей, формы и взаимного расположения поверхностей,
а также эксцентриситет и др. Причинами таких ошибок являются
погрешности технологического процесса, связанные с неточностью
базирования детали и изготовления, станка и инструмента,
недостаточной жесткостью кинематической цепи станок —
приспособление— инструмент — деталь и т. д.
При эксплуатации механизма возникают силовые и
температурные деформации деталей и их износ, ведущий к увеличению
зазоров в кинематических парах; эти ошибки носят название
эксплуатационных. Величины таких ошибок могут быть ограничены
определенными значениями, полученными с помощью расчетов или на
основании опыта эксплуатации подобных механизмов.
Большое влияние на оценку производственных и
эксплуатационных ошибок оказывает выбор метода измерения и оценки
погрешностей измерений, так как от них зависит правильное определение
величин тех или иных ошибок размеров деталей. Так как
первичные ошибки являются случайными величинами, то реальные
размеры деталей при их серийном производстве могут быть
представлены соответствующей кривой распределения.
Первичные ошибки звеньев и кинематических пар ведут к
появлению погрешностей механизма в целом, среди которых основными
являются погрешности положения и перемещения ведомых
звеньев, а также погрешность мертвого хода.
§ 12.3. Законы рассеяния погрешностей
Большинство деталей изготовляют путем механической
обработки на различных станках. Трудоемкость их производства
определяется величиной допуска, т. е. разностью между предельными
размерами детали, задаваемыми конструктором на чертеже. Чем
меньше величина допуска, определяемая верхним и нижним
отклонениями размеров, тем выше трудоемкость изготовления детали.
Погрешности обработки деталей бывают систематические и
случайные. Систематические погрешности являются постоянными при
обработке всех деталей данной партии (например, из-за
заниженного размера сверла, неправильной установки резца и т. д.).
Случайные погрешности не имеют постоянного знака и величины;
хотя появление таких погрешностей не закономерно, но при много-
182

кратном возникновении они подчиняются определенным законам.
Причиной появления случайных погрешностей являются неточность
сборки станка, износ его деталей и режущего инструмента,
недостаточная жесткость системы станок — приспособление —
инструмент— деталь, нагрев детали при обработке. Таким образом,
действительный размер детали, получаемый в процессе обработки,
может принимать различные значения, т. е. являться случайной
величиной.
Если случайная величина х в процессе
испытаний принимает отделенные др\т от друга
значения Л'ь л*2, #з, ..., хп, образующие конечную или
бесконечную последовательность чисел, то их
называют дискретными.
Существуют случайные величины, возможные
значения которых не отделены друг от друга.
Эти величины, возможные значения которых
непрерывно заполняют некоторый промежуток,
называют непрерывными случайными
величинами.
Законом распределения
случайной величины считают соотношение,
устанавливающее связь между возможными
значениями этой величины и соответствующими им
вероятностями. Закон распределения случайной
величины задается в виде таблицы, в которой
перечислены возможные значения случайной величины
х,- и их вероятности Р,-. Такую таблицу называют
рядом распределения случайной
величины х.
Для непрерывной случайной величины вероятность получения какого-либо
ее определенного значения равна нулю. Поэтому вычисляют вероятность
попадания случайной величины х в заданный интервал Ах. В качестве вероятностной
характеристики используют плотность распределения непрерывной случайной
величины ф(х), которая характеризует плотность, с которой распределяются
значения случайной величины в данной точке. Под этой характеристикой
понимают предел отношения вероятности попадания величины х в интервал Ал: к
величине этого интервала
о
В
Рис. 12.1. Кривая
распределения непрерывной
случайной величины (плотность
распределения)
ср (х) —
Р (х < X < х + Ьх)
I'xZo Ax
A2.1)
Эта характеристика существует только для непрерывных случайных
величин, поэтому не является универсальной.
Кривую, изображающую плотность распределения случайной величины,
называют кривой распределения (рис. 12.1).
Характеристикой обоих видов случайных величин является функция
распределения F(x), определяющая вероятность попадания величины х в какой-то
интервал.
Для непрерывных случайных величин функция распределения F(x) есть
неубывающая функция, изменяющаяся от нуля до единицы. Функция
A2.2)
определяет вероятность нахождения возможных значений х в интервале от А
до В. Геометрически F(x) равна площади кривой распределения на этом интер-
183

вале, причем для интервала от — оо до + оо
F(x)= j <((x)dx=l. A2.3)
— оо
Поэтому ее называют также интегральной функцией распределения.
Случайную величину характеризуют:
1) среднее значение х (центр группирования), называемое
математическим ожиданием М(х), около которого группируются все возможные
значения случайной величины:
п
Mix)---- ^XiPh A2.4)
/ = i
где Xi — возможные значения случайной величины; Pi — вероятность появления
этих значений.
Для непрерывных величин
М
(*)= [ x<?(x)dx; A2.5)
2) дисперсия D(x), определяющая рассеяние значений случайной величины х
около ее математического ожидания М(х).
Для дискретных величин
п
D(x)=^(xi-M(x)JPi. A2.6)
/ = i
Для непрерывных величин
+ оо
D(x)= j (x-M(x№<?(x)dx; A2.7)
3) среднеквадратичное отклонение о(х), получаемое извлечением
квадратного корня из дисперсии (имеет размерность, соответствующую размерности
случайной величины):
а (х) =-_- /D (х) -¦= а. A2.8)
Зная законы распределения случайных величин, можно определить М(х),
D(x) и о(х). Рассмотрим некоторые из них.
Закон равномерного распределения. Распределение называют
равномерным, если плотность распределения ф(х) постоянна во всем интервале
возможных значений (рис. 12.2). Площадь между осью абсцисс и кривой распределения
равна единице, так как попадание х в интервале от х=А = а — Ь до х=В=а-\-Ь
является достоверным. Согласно A2.3), F(x)=q>{xJb = ly откуда cp(x) = l/2fr
Используя соотношения A2.5), A2.7) и A2.8), находим
a+b j a+b j
= J x—dx^a; D(x)= j {x~aJ— dx=
b b
J j
a—b a—b
a (x) =
Тогда предельное отклонение от центра группирования (в метрологии —
предельная погрешность измерения) Д lim x=b = V^3o(x) ж 1,73а(л:). Такое
распределение имеют, например, ошибки размера, связанные с износом деталей.
184

Закон нормального распределения (закон Гаусса). Плотность распределения
t _ (х-аJ
2j2 . A2.9)
7==~ е
а у 2Л
Кривая, характеризующая закон нормального распределения случайной
величины, имеет симметричный колоколообразный вид (рис. 12.3). При этом
Рис. 12.2. Кривая
равномерного распределения
случайной величины
Рис. 12.3. Кривая
нормального распределения
случайной величины
Форма и положение кривой нормального распределения случайной
величины зависят от М(х) и о(х)=а. Определим форму кривой при отклонении
случайной величины от среднего значения, т. е. при М(х)=а = 0 (ошибки измерений,
отклонения размеров деталей при обработке и т. д.).
При больших значениях о кривая будет пологой, с большим полем
рассеяния, а при малых а — вытянутой вверх, с малым полем рассеяния. Поэтому
значения о позволяют оценить поведение случайной величины, т. е. служить
мерой точности процесса обработки путем оценки рассеяния размеров деталей.
При исследовании поведения случайной величины, подчиняющейся этому
закону, требуется знать вероятность ее нахождения в заданном интервале
значений, например в интервале от —х до +х. На основании A2.2)
Р(-х<Х<
1
(* о
/Ы ±х е
где
7-1451
4r
/2л
«@-Ф — =
f
i2k j
t t*
dt
A2.10)
A2.11)
185

— функция Лапласа, значения которой приводятся в справочниках, а для
некоторых величин t—xjo даны в табл. 12.1.
По табл. 12.1 вычисляют вероятность нахождения случайной величины Р
и процент риска.
Таблица 12.1
'-
0
0
1
1
1
Л
5
,0
,2
,4
ф @
0,0398
0,1915
0,3413
0,3849
0,4192
Риск, %
92,04
61,7
31,74
23,02
16,16
'-
1
1
2
2
2
-Х/о
,6
,8
,0
,2
,4
ф @
0,4452
0,4641
0,4772
0,4861
0,4918
Риск, %
10,96
7,18
4,56
2,78
1,64
t=*X/a
2,6
2.8
3,0
3,2
3,6
ф @
0,4953
0,4974
0,4986
0,4993
0,4998
Риск, %
0,94
0,52
0,27
0,04
0,03
Пример 12.1. Определить вероятность
Р отклонения величины х от среднего
значения в пределах ±2,5сг.
Решение. Вероятность Р(—2,5а<х<С
< + 2,5а) = 2ФB,5а/а) = 2ФB,5) =2Х
X 0,4938 = 0,9876, риск равен A—0,9876) X
Х100=1,24%.
Используя функцию Лапласа, можно
решить и обратную задачу: по заданной!
вероятности определить пределы
отклонений х.
Закону нормального распределения
подчиняются многие случайные величины:.
погрешности измерений, погрешности
размеров деталей, возникающие при
обработке, срок службы некоторых элементов РЭА
и др.
Распределение Симпсона. Кривая, соответствующая данному распределению»
имеет вид равнобедренного треугольника (рис. 12.4). Согласно A2.3), F(x) =
= ФтахЬ = 1, откуда фтах= 1/6. При а+Ь<Х<а—Ъ ф1(х)=0; при а~Ь^
2; при а^Х^а+Ъ фз(*) = (а+6—х)/Ь2.
В соответствии с A2.5), A2.7) и A2.8),
Рис. 12.4.
Распределение
Симпсона
a-b
М(х)= \
a-
а
D(x)= Г (x — a)
а-Ъ
a
О.-Т Ъ
(х — а)?3 (х)dx = Ы/6;
= Ь/у'6.
Предельное отклонение от центра группирования A lim х
Проведенный методами теории вероятностей статистический
анализ размеров группы деталей, изготовленных механической
обработкой на станках, показывает, что погрешности их
изготовления распределяются по определенному закону. Чаще всего
распределение действительных размеров деталей характеризуется кривой
нормального распределения. На рис. 12.5 пунктирной линией пока-
186

заны кривые рассеяния ошибок размера d при обработке валов
(рис. 12.5, а) и отверстий (рис. 12.5, б). Рассеяние определяется
величиной поля рассеяния со. Между полем рассеяния со и допуском
на изготовление б должно быть определенное соотношение. При
законе нормального распределения поле рассеяния со берут ±3а;
1 2 3 k 5 6 7 8 9 10
8
(л)
23456789 10
д
и/лах
Рис. 12.5. Кривые распределения размеров валов
стий {б)
(а) и отвер-
a-
——— ^
С way
e f
J—
-36^
V
+36
6 j
-36
H*
00
i
!
1
Г ™
!
1
H
а) в) д)
Рис. 12.6. Соотношения между полем рассеяния со и полем допуска б
на основании зависимости A2.10) вероятность нахождения ошибок
изготовления, выходящих из этих пределов, Р = 0,0027. Это
означает, что 99,73% всех деталей находится в пределах допуска, т. е.
практически брак отсутствует (рис. 12.6, а). Поэтому обычно берут
<о = 6о», где а — среднеквадратичная погрешность обработки,
являющаяся оценкой точности деталей. Исходя из заданного предельного
поля рассеяния разработаны рекомендации по выбору вида
обработки детали при массовом производстве.
Если б<6сг, то значительный процент деталей будет идти в брак
(рис. 12.6, б). Если б>6а, то поле рассеяния со<б и брак
отсутствует (рис. 12.6, в); стоимость отработки здесь выше за счет
применения оборудования с повышенной точностью.
На практике встречаются законы распределения погрешностей,
как случайных величин, отличающиеся от закона нормального рас-
7*
187

пределения (рис. 12.7). Для их характеристики Н. А. Бородачевым
введен коэффициент относительной асимметрии
М (х) — Д
tt== 0,5, " " A2-12)
где Aw — координата середины поля
рассеяния, характеризующая смещение
центра группирования отклонений от
середины поля рассеяния.
Тогда
М(х) = Ь0)-\-0,5ш. A2.13)
. f ,
М(х)
/
ш
Т А
0,5 оси)
i
Рис. 12.7. Асимметричная кривая распределения
погрешностей
Математическое ожидание, характеризующее положение центра
группирования суммарной Л и составляющих i погрешностей, на
основании A2.12) и A2.13)
п
со/4-0,5а/со.). A2.14)
A2.15)
Для любого закона распределения случайных величин
где X—коэффициент относительного рассеяния, зависящий от
закона распределения.
При Л2 = А/ и Р = 0,9973
для закона нормального распределения при со = бет
для распределения Симпсона
X'= (-4=.)" =1,6,
для закона равномерного распределения
ау
§ 12.4. Основные понятия теории размерных цепей
и их использование для расчета
допустимых погрешностей звеньев
Для правильного функционирования взаимосвязанных деталей,
собираемых в узел, необходимо их изготовлять с определенными
погрешностями размеров, формы и взаимного расположения поверх-
188

Бг
52
Бз
Б,
Рис.
12.8. Схема линейной
размерной цепи детали
ностей. Назначение допусков на изготовление деталей в виде
предельных отклонений происходит в результате анализа
взаимосвязанных размеров, который основан на теории размерных цепей;
основные термины, определения и обозначения даны в ГОСТ
16319—70.
Размерной цепью называют совокупность размеров,
образующих замкнутый контур и непосредственно участвующих в
решении поставленной задачи.
Линейной называют размерную
цепь, в которой все входящие в нее
размеры параллельны и связаны
между собой линейной зависимостью.
Плоской считают размерную-.
цепь, все размеры которой находятся
в одной или нескольких параллельных
плоскостях, пространственной —
размерную цепь, все размеры которой
находятся в непараллельных
плоскостях.
Размеры деталей, образующие
размерную цепь, называют звеньями
размерной цепи; звенья каждой
размерной цепи обозначают прописной
буквой русского алфавита с индексом,
обозначенным арабской цифрой.
Звено, возникающее в результате решения поставленной
задачи по обеспечению необходимого качества изделия при
использовании размерной цепи, называют исходным. Поскольку это
звено, замыкая размерную цепь, является последним, его также
называют замыкающим; остальные звенья размерной цепи
называют составляющими.
Исходное (замыкающее) звено размерной цепи обозначают
буквой, присвоенной звеньям размерной цепи, с индексом Л.
Составляющие звенья размерной цепи нумеруют
последовательно по часовой стрелке. Отсчет ведут от звена, соседнего с
замыкающим. Для размерной цепи на рис. 12.8 составляющими являются
звенья Б\, Б2, Б$, Б$у а исходным (замыкающим) — звено Бд.
Для размерной цепи на рис. 12.9 замыкающим будет тот размер
звена, который определяет правильность выполнения в процессе
сборки входящих в размерную цепь деталей; его размер, как и
размеры составляющих звеньев, может изменяться в определенных
пределах. При этом зазор или натяг рассматривают как
самостоятельное звено размерной цепи. В отличие от других звеньев
величина зазора или натяга может иметь номинальное значение, равное
нулю. Замыкающее звено непосредственно не выполняется, а
образуется в результате изготовления всех остальных (составляющих)
звеньев.
Примером исходного (замыкающего) звена размерной цепи
является показанный на рис. 12.9 зазор ?д между наружным коль-
189

цом подшипника и крышкой, обеспечивающий нормальную работу
узла (на чертеже обычно не показывают ввиду его малости).
Составляющие звенья подразделяют на увеличивающие и
уменьшающие. Увеличивающим считают звено, с возрастанием
которого замыкающее звено увеличивается. Над буквенным
обозначением этого звена ставится стрелка, направленная вправо. Такими
звеньями размерной цепи являются звенья ?5 и Б6.
Рис. 12.9. Конструкция узла редуктора (а) и схема его размерной цепи (б)
Уменьшающим называют звено, с увеличением которого
замыкающее звено уменьшается. Над его буквенным обозначением
ставится стрелка, направленная влево (звенья Б\9 Бч, ?з> Б* и Б7
на рис. 12.9),
Звено, при изменении величины которого достигается
необходимая величина замыкающего ззена, называют ко мп енси р у_ю-
щим. Такое звено обозначают буквой в рамке, например звено |_Бб|.
Номинальные размеры звеньев, как правило, должны
выбираться согласно нормальному ряду предпочтительных размеров по
СТ СЭВ 514—77, а допуски на них—по СТ СЭВ 144—75 и СТ СЭВ
145—75. Замыкающее звено имеет свой номинальный размер и
допуск, зависящие от номинальных размеров и допусков
составляющих звеньев.
Для того чтобы рассчитать размерную цепь, нужно определить:
1) номинальные размеры и допуски составляющих звеньев
размерной цепи по номинальному размеру и допуску исходного
(замыкающего) звена; эта задача возникает в процессе
конструирования и называется прямой;
2) номинальный размер и допуск замыкающего звена, если все
данные по составляющим звеньям известны; такая задача
встречается при проверочном расчете и называется обратной.
При проектировании деталей и узлов механизмов РЭА
решается одна из указанных задач применительно к требованиям
конструкции и технологии ее изготовления.
190

Чтобы получить основные зависимости для расчета, рассмотрим
размерную цепь узла с номинальными размерами звеньев,
обозначенными через Би Б2, ..., Б7 (см. рис. 12.9).
Номинальный размер замыкающего звена Бд любой размерной
цепи можно представить как алгебраическую сумму номинальных
размеров увеличивающих Б8 и уменьшающих St звеньев. В общем
виде это можно записать так:
->- ц- /72—1
я'' A2Л6)
где т — общее число звеньев, входящих в размерную цепь.
Величину допуска замыкающего звена размерной цепи по
методу предельных отклонений, обеспечивающему полную
взаимозаменяемость деталей при сборке, найдем из выражения
\
s min
I
где ?Smax и 5emin — наибольшие и наименьшие размеры
увеличивающих звеньев; Etmax и Бцпт — наибольшие и наименьшие
размеры уменьшающих звеньев.
Координата середины поля допуска любого /-го Eг) звена
размерной цепи (рис. 12.10)
, A2.18)
откуда верхнее отклонение
AB^Aoz+OM^/max-^/. A2.19)
а нижнее
Дн/^Ди-ОМ^^-^. A2.20)
Координата середины поля допуска замыкающего звена
/72-1
Ао*'- A2.21)
Для многозвенных размерных цепей при малом допуске бд
допуски бг на составляющие звенья при изготовлении
трудновыполнимы ввиду их малости. Однако увеличение допусков на эти звенья
может привести к превышению предельного значения допуска
замыкающего (исходного) звена для определенного процента
изделий.
191

Обычно распределение действительных размеров обработанных
деталей, а также размеров звеньев размерной цепи подчиняется
закону нормального распределения. При этом величина допуска
б=±3а, где а — среднеквадратичное отклонение размера детали.
В этом случае вероятность
брака составляет 0,27%, т. е.
практически приближается к
etm нулю.
Ввиду рассеяния
размеров деталей, составляющих
размерную цепь, среднее
значение размера какого-либо
звена не будет совпадать с
установленным
конструктором номинальным размером.
г>„ in ш г • • Считая, что рассеяние раз-
Рис. 12.10. Схема размерной цепи t-ro зве- v v
на и кривая распределения его действитель- меР0В подчиняется закону,
ных размеров близкому к закону
нормального распределения при
смещении центра группирования погрешностей от середины поля
рассеяния, и принимая поле рассеяния погрешности со* равным
допуску 6* на изготовление звена, для т звеньев размерной цепи по
A2.14) получим
т—\
A2.22)
Для замыкающего звена при смещении центра группирования
координата середины поля допуска
т~\
Для большинства практических задач ад = 0. Тогда
A2.23)
A2.24)
?=1
Для достижения заданной точности замыкающего звена
используют следующие методы расчета плоских размерных цепей (ГОСТ
16320—70): 1) метод полной взаимозаменяемости (метод
максимума— минимума); 2) вероятностный метод, или метод неполной
взаимозаменяемости; 3) метод групповой взаимозаменяемости;
4) метод пригонки; 5) метод регулировки.
192

Выбор метода производят в зависимости от требуемой точности
замыкающего звена, числа звеньев, серийности производства с
учетом технико-экономических и технологических требований.
Метод полной взаимозаменяемости. Этот метод
предусматривает достижение заданной точности замыкающего звена путем
назначения таких допусков на составляющие звенья размерной цепи, при
которых сборка осуществляется без подбора и пригонки размеров
деталей, составляющих звенья размерной цепи.
Преимуществом данного метода являются простота и высокая
производительность сборки, возможность высокой автоматизации
к механизации, сокращение трудоемкости, стоимости и сроков
ремонта за счет замены изношенных деталей запасными без
пригонки. Применение этого метода зависит от технических возможностей
предприятия и ограничивается экономической целесообразностью.
Целесообразно использовать этот метод для малозвенных
размерных цепей высокой точности; для многозвенных цепей этот метод
применяют при относительно большом поле допуска на
замыкающее звено.
Величину допуска и предельные отклонения размера
замыкающего звена при известных значениях допусков на составляющие
звенья находят по формулам A2.17), A2.19) и A2.20). При
конструировании исходя из условий изготовления и эксплуатации узла
обычно допуск на замыкающее звено задан и требуется рассчитать
допуски на составляющие звенья.
По технологическим соображениям выбирают один квалитет
для всех составляющих звеньев. Тогда среднее значение допуска
для составляющих звеньев
8ср = 8д/(/и-1). A2.25)
Определение точности обработки производят путем выбора ква-
литета по таблице значений допусков СТ СЭВ 145—75 согласно
среднему значению допуска бср и среднему размеру звена
размерной цепи:
Бср= — • A2.26)
При значительном отличии размеров звеньев от средних
значений допуск на них рассчитывают по формуле
8; = 8cp-|i-. A2.27)
>
Полученное значение б/ уточняют по таблице ГОСТа до 6г- в
соответствии с выбранным квалитетом. Правильность их
назначения проверяют по формулам A2.16) — A2.20).
Пример 12.1. Определить допуски на составляющие звенья размерной цепи
узла (рис. 12.11) при Бд =0,25 + 0,2 мм. Размеры звеньев даны на рисунке
в миллиметрах.
193

Решение. Среднее значение допуска на составляющие звенья бСр =
^бд 1(т—\) =0,2/4=0,05 мм, среднеарифметическое значение номинальных
размеров по A2.26)
3+74 + 3 + 80,25
Вср = = 40 мм.
При размерах звеньев от 30 до 50 мм допуск бсР = 0,05 мм соответствует 8—
9-му квалитетам. В соответствии с номинальными размерами звеньев следует
принять 6i = 63 = 0,025 мм; 62=О,О46 мм; 64=0,054 мм.
Проверка:
*1= 2 й/ <5д; Вд= 0,025+ 0,046 + 0,025 + 0,054- 0,15 < 5Д - 0,02 мм.
За счет технологического резерва бд— б! =0,02—0,015 = 0,05 мм можно
допуск 64=0,05 мм увеличить до значения 64=0,074 мм (по 9-му квалитету).
Метод неполной взаимо-
в^80,25 _j5/=J заменяемости. При
использовании данного метода
допуски на составляющие
звенья размерной цепи
увеличиваются за счет появления
при сборке определенного
процента изделий с
допуском замыкающего звена
выше рассчитанной нормы.
Увеличение допусков,
особенно при большом числе
звеньев, является
преимуществом метода.
Рис. 12.11. Схема размерной цепи узла
механизма
Для вывода расчетных формул используют зависимость
ад = 1/ла2 + ^+-..+^_г A2.28)
вытекающую из свойства дисперсии, связав ее с коэффициентом
риска t = x/o (см. табл. 12.1), который обусловливает процент
выхода замыкающего звена за пределы допуска.
Так как величина предельного отклонения от центра
группирования равна половине поля допуска, т. е. х=д/2, то для t-ro звена
ti = 8i/{2ai)} откуда Oi = 6ifBti), ад = 6д/B^д). Полученные
выражения для о* и ад подставим в A2.28) :
Поскольку при cD« = 6j согласно B.15)
2
194

то
;*2 т-г
¦=2 ^н 2 ^
f т-\
=*у 2х;°?-
откуда
При законе нормального распределения А/=1/9, при
распределении Симпсона Л'=1/6, при законе равномерного распределения
>/=1/3 (берется, если при расчете ничего неизвестно о характере
кривой рассеяния).
Среднее значение допуска из A2.29)
Ьср= *д A2.30)
t/У (т— 1)
Значения допусков бь бг, ••-, 6m_i далее определяются по A2.26)
и A2.27); правильность расчета проверяют по условию:
да—1 '
Затраты средств на исправление деталей, у которых размеры
замыкающего звена превысили установленные пределы,
значительно меньше полученного экономического эффекта.
Метод групповой сборки. Если подсчитанное методом полной
взаимозаменяемости среднее значение допуска на составляющие
звенья размерной цепи бср оказывается малым и экономически
неприемлемым, то его увеличивают в п раз до получения
экономически целесообразной величины 6/ср = пбСр. После изготовления все
детали измеряют и сортируют на п групп в соответствии с бСр; при
этом каждое изделие или узел собирают из деталей,
принадлежащих одной группе.
Данный метод применим для массового и крупносерийного
производства, при этом необходимы измерение, маркировка,
сортировка, хранение и транспортировка деталей; сборка должна быть
групповой.
Метод пригонки. В этом случае заданную точность
замыкающего звена бд получают путем изменения размера (пригонки) одного
из звеньев размерной цепи, называемого компенсирующим. При этом
допуски на составляющие звенья размерной цепи увеличивают до
экономически приемлемых значений б/, 62х, ..., 6'm-i, а допуск на
т— 1
замыкающее звено — до ^д==
Величину, превышающую допуск на компенсирующем звене,
называют величиной компенсации:
&к=&;-§л=2 »;-8а. A2.31)
/ = 1
195

При сборке необходимый размер компенсирующего звена
получают снятием определенного слоя материала вручную или на
станке. Данный метод применим при мелкосерийном и единичном
производстве.
Метод регулировки. Заданную точность замыкающего звена бд
обеспечивают путем изменения величины компенсирующего звена
с помощью перемещения одной из деталей или введения
специальной детали. Деталь, изменяющую свое положение, называют
подвижным компенсатором; при сборке ее перемещают с
помощью регулировочного устройства на величину отклонения
размера замыкающего звена от расчетного и закрепляют. Используемую
для обеспечения точности специальную деталь, вводимую в узел,
называют неподвижным компенсатором. При серийной
сборке в качестве неподвижного компенсатора используют набор
прокладок, число которых определяют по формуле
ЛГ>-^ + 1, A2.32)
где s —толщина прокладки, 6к — величина компенсации.
Данный метод наиболее эффективен в многозвенных
размерных цепях при серийном производстве.
§ 12.5. Погрешности формы и расположения
поверхностей деталей. Основы теории базирования
Точность изготовления детали зависит от погрешностей ее
размеров, а также погрешностей формы и расположения поверхностей.
Погрешности формы и расположения поверхностей деталей
указывают на чертежах или в технических требованиях. Виды
погрешностей формы и расположения поверхностей деталей и их условное
обозначение на чертежах по СТ СЭВ 368—76 приведены в табл. 12.2;
числовые значения допусков даны в СТ СЭВ 636—77: предельные
отклонения от плоскостности, прямолинейности, цилиндричности,
параллельности и перпендикулярности поверхностей, а также
предельные значения торцового и радиального биения.
Виды отклонений и их обозначения в зависимости от
погрешностей даны в табл. 12.2. Допустимые величины погрешностей
формы и расположения поверхностей указывают на чертежах в том
случае, когда их значение меньше допуска на размер.
В узле или механизме РЭА поверхности деталей должны быть
определенным образом ориентированы друг относительно друга.
Такая ориентация необходима и между сопрягаемыми
поверхностями, что следует учитывать при конструировании и изготовлении, а
также при измерении детали с помощью измерительного
инструмента.
Совокупность некоторых поверхностей, линий или точек,
относительно которых осуществляется координация положения других
поверхностей детали в пределах узла или механизма в целом, на-
196

Таблица 12.2
Группа допусков
Допуски
формы
Допуски
расположения
Вид допуска
Допуск прямолинейности
Допуск плоскостности
Допуск кругл ости
Допуск цилиндричности
Допуск профиля продольного сечения
Допуск параллельности
Допуск перпендикулярности
Допуск наклона
Допуск соосности
Допуск симметричности
Позиционный допуск
Допуск пересечения осей
Знак
—
СИ
о
—
//
@
|||
е-
X '
197

Продолжение табл. 12.2
Группа допусков
Суммарные
допуски формы
и расположе-
Вид допуска
Допуск радиального биения
Допуск торцового биения
Допуск биения в заданном направлении
Допуск полного радиального биения
Допуск полного торцового биения
Допуск формы заданного профиля
Допуск формы заданной поверхности
Знак
—
зывают базой. Базы подразделяются на конструкторские и
технологические.
Виды баз вала приведены на рис. 12.12. Для вала, у которого в
качестве конструкторской базы взята ось /—/, выбор
технологических баз зависит от способа изготовления вала. При производстве
в центрах в качестве установочной базы используют центровые
отверстия, совпадающие с осью /—/. При зажиме детали в патроне
установочной базой является цилиндрическая поверхность //, ось
которой совпадает с осью /—/. В качестве измерительной базы,,
определяющей положение других торцовых поверхностей, при
измерении длины поверхности могут быть взяты поверхности ///—///
и IV—IV, а при измерении диаметров вала — /—/ и //—//.
Число, форма и расположение технологических базирующих
поверхностей должны быть выбраны таким образом, чтобы
обеспечить статически определимую и точную ориентацию поверхностей
детали. Такая ориентация возможна при лишении детали шести
степеней свободы, которую имеет каждое свободное тело. Отсюда
возникло применяемое для обеспечения базирования при
обработке детали правило шести опорных точек (рис. 12.13). Для
базирования детали в нижней плоскости / могут быть использованы три
опорные точки 1, 2 и 3, образующие установочную поверхность; в
левой боковой плоскости — две точки 4 и 5, формирующие
направляющую поверхность, а в задней плоскости точка 6, создающая
опорную поверхность. Усилия Fx, Fy и Fz прижимают деталь к этим
точкам. При этом важно не накладывать излишние связи на
базируемую деталь, так как это вызывает статическую
неопределимость, что может быть причиной ее деформации.
198

В реальных конструкциях не всегда имеется возможность полу-
яить опорные точки, поэтому часто приходится обеспечить
сопряжение деталей с помощью поверхностей.
Узел или механизм РЭА можно представить как
самостоятельное устройство, имеющее свою систему баз. При его сборке
основной базирующей деталью со своей системой баз являются в
зависимости от вида РЭА корпус, кожух, шасси или какая-либо другая
деталь. Так, в зубчатых передачах места расточки в корпусе под
лодшипники являются одной из основных сборочных баз узла или
механизма.
Т\~
///г-
Рис. 12.12. Виды баз вала
Рис. 12.13. Схема базирования
призматической детали
§ 12.6. Виды погрешностей механизмов
Точность работы РЭА зависит от точности работы входящих в
нее механизмов. Нарушение этой точности вызывается тем, что при
¦изготовлении деталей механизмов и их сборке, а также в процессе
эксплуатации происходит искажение размеров и формы звеньев,
изменяется характер сопряжений в кинематических парах; при работе
механизма от передаваемых нагрузок и внешних воздействий и т. д.
возникают деформации деталей. Все эти явления могут вызывать
изменение кинематики и динамики работы механизмов, влиять на
их точность, что и следует учитывать при проектировании.
Первичные ошибки изготовления звеньев и кинематических пар
ведут к появлению погрешностей положения и перемещения
механизма в целом, а также погрешности положения и перемещения
ведомых звеньев.
В зависимости от назначения механизма величины этих
погрешностей ограничены определенными допустимыми величинами.
Каждую из погрешностей рассмотрим на примере рычажного
механизма качания зеркала радиолокационной антенны, используя
положения ГОСТ 21098—75.
Погрешностью положения механизма называют
разницу положения ведомых звеньев действительного и соответст-
199

вующего теоретического механизмов при одинаковых положениях
ведущих звеньев.
На рис. 12.14 показан кривошипно-ползунный механизм,
используемый для качания зеркала радиолокационной антенны.
При увеличении длины / шатуна АВ теоретического механизма
до величины Л- А/, определяющей длину действительного
механизма, теоретическое положение зеркала будет характеризоваться
углом фпл, а действительное — углом фПл'. Разность положений
зеркала
A2.33)
и есть погрешность положения механизма.
Рис. 12.14. Положения
теоретического ABC и реального АВ'С ме*
ханизмов
Рис. 12.15. Перемещения
теоретического ЛВС и реального АВ'С
механизмов
Погрешностью перемещения механизма
называют разницу перемещений ведомых звеньев действительного и
теоретического механизмов при одинаковых перемещениях ведущих
звеньев.
При перемещении ползуна из положения А в положение А\
(рис. 12.15) зеркало антенны действительного механизма
переместится из положения В'С в положение В\С, а теоретического — из
положения ВС в положение В\С. Таким образом, перемещение
ведомого звена (зеркала) действительного механизма происходит на
угол фи7, а теоретического — на угол фп. Разность этих перемещений
8?н = т;-?11 A2.34).
и есть погрешность перемещения механизма.
Погрешностью положения ведомого звена
называют разницу положения ведомых звеньев действительного и тео-
200

ретического механизмов, возникшую от неточности изготовления
механизма и погрешности положения ведущего звена, причиной
которой может быть его неточное перемещение.
Например, при отработке исходного перемещения s (рис. 12.16)
положение ведущего звена (ползуна) должно характеризоваться
точкой Л, а ведомого — углом фПл- В результате погрешность
отработки 6S положения ведущего звена определяется точкой А\ где
Рис. 12.16. Положение
ведомого звена, определяемое
размерами звеньев и погрешностью
положения ведущего звена
Рис. 12.17. Перемещение
ведомого звена, определяемое
размерами звеньев и
погрешностью перемещения ведущего'
звена
' = 8S — погрешность положения ведущего звена (ползуна). При
этом ведомое звено (зеркало) переместится на угол фПл';
соответствующая погрешность положения бфпл определяется по формуле
A2.33).
Погрешностью перемещения вед о мо г о з в е на
называют разницу перемещения ведомых звеньев действительного и
теоретического механизмов, возникающую от неточности
изготовления самого механизма и погрешности перемещения его ведущих
звеньев.
При перемещении ползуна на S'=S + 8S (рис. 12.17)
погрешность перемещения ведущего звена 8S. Погрешность перемещения
ведомого звена бфп можно определить по формуле A2.34). Кроме
того, ее можно рассчитать и другим способом. Так, если
исследуемый механизм используют для относительных измерений, то его
настраивают при начальном положении ведущего звена,
соответствующем углу фн, а снятие результатов производят при конечном
положении ведущего звена, характеризуемом углом фк. При этом
201

в каждом из этих положений возникали погрешности положения
бфпл и бср'пл (рис. 12.18). Очевидно, что погрешность перемещения
Зфп ведомого звена равна разности погрешностей положения в
конечном и начальном положениях:
Мертвым ходом механизма
называют разность положения
ведомого (выходного) звена для
одинаковых положений ведущего звена
при прямом и обратном ходах
кинематической цепи.
A2.35)
Рис. 12.18. Изменение
погрешности положения в зависимости 07
угла поворота
Рис. 12.19. Перемещение звеньев
механизма при наличии мертвого
хода
Для механизма привода зеркала (рис. 12.19) мертвый ход (без
учета упругих деформаций звеньев)
^С=срп1п —С9ИЛО, A2.36)
где фплп и фпл.о—-положения ведомого звена (зеркала антенны),
отвечающие прямому и обратному направлениям перемещения
ползуна.
Причинами погрешностей механизма могут быть кроме
первичных ошибок теоретические ошибки или ошибки схемы механизма,
если схема лишь приближенно обеспечивает требуемый закон
движения ведомого звена.
При оценке точности механизма его погрешности складываются
из теоретических, технологических и эксплуатационных
погрешностей; при этом систематические погрешности суммируются
алгебраическим способом, а случайные — по вероятностным кривым
распределения.
Суммарная погрешность механизма есть результат действия
всех погрешностей. При этом предельное значение полной
суммарной погрешности механизма б52 не должно превышать допуска на
точность механизма.
202

§ 12.7. Методы определения погрешностей
механизма
Методы расчета точности кинематических цепей, состоящих из
зубчатых, червячных и реечных передач и передачи винт — гайка,
даны, в ГОСТ 21098—75. Для анализа точности ГОСТ использует
вероятностный метод и метод максимума — минимума. Анализ
точности имеет своей целью определение значения погрешностей
кинематических цепей перечисленных видов исходя из известных
значений погрешностей составляющих звеньев.
При расчете точности механизма часто требуется определить
погрешность положения или перемещения ведомого звена
механизма, а также приведенную величину мертвого хода на основании
подсчитанных или экспериментально определенных погрешностей
отдельных звеньев и кинематических пар — теоретических,
технологических и эксплуатационных.
Оценку точности механизмов ведут по двум направлениям. Для:
первого из них характерно представление погрешности механизма
в виде суммы погрешностей отдельных элементарных звеньев, что
позволяет определить влияние каждой из них на суммарную
погрешность механизма. Это направление разработано академиком.
Н. Г. Бруевичем и его последователями.
Второе направление базируется на определении комплексных:
погрешностей звеньев, которые непосредственно связаны с
нарушениями технологического процесса изготовления деталей и
разработано проф. Н. А. Калашниковым.
Для оценки точности механизмов путем учета влияния каждой-
погрешности могут быть использованы метод планов малых
перемещений, аналитический метод и др.
Метод планов малых перемещений. Данный метод разработан'
проф. В. А. Шишковым и позволяет определить систематическую*
погрешность положения ведомого звена по погрешностям звеньев
механизма путем построения плана малых перемещений. При этом
принимается допущение, что направления звена АВ
теоретического и звена АВГ реального механизмов ввиду малости угла Дер (рис.
12.20, а) совпадают между собой. При построении плана малых
перемещений считают, что точка В любого звена, например шатуна
АВ механизма качания антенны, может иметь две погрешности
перемещения: нормальную Зпва, известную по величине и
направлению (по величине равную погрешности длины звена ±Д/ и
направленную вдоль звена), и тангенциальную SfBA, перпендикулярную1
звену АВ и известную только по направлению.
Построение плана малых перемещений аналогично построению
плана ускорений. При построении плана малых перемещений
погрешности перемещения точек относительно своих теоретических
положений выражают посредством векторных уравнений и
определяют суммой погрешностей переносного поступательного
перемещения SA всего звена вместе с точкой А и относительного переме-
203

щения SBa точки В относительно точки А. Тогда для точки В
t
В А*
A2.37)
При построении плана малых перемещений одну из точек
механизма (обычно одну из кинематических пар) принимают за
стойку и ее положение считают совпадающим с ее теоретическим
положением. Величину перемещения других точек механизма в соответ-
Рис. 12.20. Схема механизма (а) и план малых
перемещений (б)
ствии с их погрешностями откладывают от полюса плана, за
который принимают все точки теоретического механизма; план
строят в масштабе перемещения \is.
Для определения систематических погрешностей положения
фокуса D зеркала и угла качания антенны 8ф при Sc = 0 (стойка)
применим метод плана малых перемещений.
Система векторных уравнений малых перемещений для
определения погрешности перемещения точки В имеет вид:
A2.38)
204

Считая, что координаты шарнира А действительного и
теоретического механизмов совпадают, получим S*ac = 0, SnAC = SA- План
малых перемещений строим в масштабе jms, откладывая от полюса
ps (рис. 12.20, б) значения перемещений точек механизма
относительно стойки. При этом SnBc\\BC\ S^c-i-BC; SnBA\\BA; SlBAl.BA.
Точкой пересечения SfBA и SlBc является точка В. Погрешность
перемещения точки В Sb = PsB\is.
Погрешность перемещения точки D определяют из векторного
уравнения
SA*^. A2.39)
Перемещение S^c направлено противоположно SfBc и
определяется из пропорции SfDC : SfBc = CD : ВС. Точкой пересечения
S*dc и Sudc является точка D; перемещение SD = psDixs.
Систематическая погрешность угла качания, связанная с
погрешностью положения фокуса D, 8(p = SDDC = psD\isDC.
Аналитический метод. Этот метод основан на использовании для
определения погрешностей положения и перемещения механизма
полного дифференциала функции многих переменных [16].
Обозначив через Ци Цч, •••> Цп независимые параметры
теоретического механизма, за которые могут быть приняты размеры звеньев,
а через S — параметр (например, угол), определяющий положение
ведомого звена механизма, получим для функции положения
зависимость вида
S = f(q» ?2,-.., Яп)- A2-40)
Погрешность механизма, определяемая полным
дифференциалом функции,
? ^f .+ -^- dqn. A2.41)
dqx dq2
Обозначив dqu ^2, ..., dqn через A^i, Д?2, •••, A?n, т. е. как
ошибки независимых параметров механизма, лежащих в пределах
допуска, зависимость A2.41) можно записать в виде
где AS — суммарная ошибка механизма.
Представляя каждое слагаемое из A2.42) в виде
д f д f д f
dq\ dq-2 ~ ~ dqn
т. е. как составляющие суммарной ошибки AS от каждого
независимого параметра, получим зависимость A2.42) в виде
AS = AS(^+AS(?2) + ...+AS(^). A2.43)
Если по A2.43) для каких-либо двух положений ведущего звена
найдены погрешности положения ASi и AS2, то погрешность
перемещения
д5х_2 = AS2 — kSv A2.44)
205

ГЛАВА 13
ВАЛЫ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ
ДЛЯ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ
§ 13.1. Оси и валы
Оси и валы предназначены для крепления вращающихся и
качающихся деталей механизмов РЭА. Ось в механизме, в отличие
от вала, работает только на изгиб и крутящего момента не
передает.
Рис. 13.1. Конструкции осей и валов:
1 — шейка для насыпного подшипника; 2 — зенковка для шарика
Оси. По конструкции опор оси можно разделить на
вращающиеся и неподвижные. На рис. 13.1, а показано крепление сателлита на
неподвижной относительно водила оси. Ось конденсатора
переменной емкости может быть металлической (рис. 13.1, б) и
керамической (рис. 13.1, в). Для облегчения конструкции оси изготовляют
полыми. Минимальный диаметр оси при ее работе на изгиб
где (Ми)р —расчетное значение изгибающего момента; [сги]г —
допускаемое напряжение на изгиб для цикла с характеристикой г = 0
или r = —I, c-^dxld (с = 0,6—0,7).
206

Валы. Вал работает на изгиб с характеристикой цикла г = — 1 и
кручение с —1<г< + 1 в зависимости от характера изменения
крутящего момента по времени.
Для удобства сборки и равнопрочности валы изготовляют
ступенчатыми, с круглым поперечным сечением (см. рис. 8.7, а, б).
Переход от одного диаметра ступени к другому выполняется по
радиусу (галтель); для облегчения шлифования вместо галтели
делают кольцевую проточку.
К конструкции валов предъявляют следующие основные
технические требования:
1) обеспечение соосности посадочных мест;
2) отсутствие некруглости, конусности и огранки у
цилиндрических участков;
3) перпендикулярность опорных торцов;
4) необходимое качество поверхности, характеризуемое ее
шероховатостью.
Соосность посадочных мест обеспечивается указанием допуска
по СТ СЭВ 636—76. Допуски на размеры и классы шероховатости
на посадочные поверхности определяются выбранным квалитетом
посадки. Для деталей, требующих точного центрирования на валу,
применяют переходные посадки по 7-му или 8-му квалитету. При
этом передачу крутящего момента с вала на посаженную на него
деталь осуществляют с помощью различных разъемных
соединений (штифтовых, шпоночных, шлицевых). В малогабаритных
редукторах производят фиксацию деталей штифтом, стопорным
винтом, а также с помощью прессовых посадок (при малых нагрузках).
Основным материалом валов являются стали: качественные
конструкционные углеродистые марок 20, 30, 40, 50, инструментальные
марок У8А, У10А, легированные марок 2X13, 4X13, 15Х, 20Х, 40ХН,
ЗОХГСА и др. С целью упрочнения валы подвергают
термообработке, как правило, термоулучшению. Для повышения
износостойкости отдельных мест вала применяют закалку поверхности ТВЧ.
Пример конструктивного оформления вала из азотируемой стали
марки 38Х2МЮА, выполненного вместе с шестерней, приведен на
рис. 13.1, г. На рабочем чертеже указывают шероховатость
поверхностей, вид покрытия и термической обработки, величины
радиальных и торцовых биений посадочных поверхностей, при наличии
зубьев приводят зуборезную таблицу в соответствии с ГОСТом.
Кроме того, на чертеже указывают основные технические
требования. Для чертежа на рис. 13.1, г они сводятся к следующему:
1) поверхность зуба азотировать на глубину 0,05—0,1 мм;
2) твердость азотированной поверхности HRC^56, остальных
НВ-310^-340;
3) поверхности, обозначенные V , не азотировать;
4) рабочую поверхность зуба притереть;
207

5) неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий —
по #12, валов — /г12, остальных ±/П4/2.
Минимальный диаметр вала при его работе только на кручение
(изгиб исключают путем понижения допускаемых напряжений)
v
G"к)р
0,2[тк]
A3.2)
где (Гк)р—расчетное
значение крутящего момента;
[Тк] = 30^-50 МПа —
допускаемое напряжение на
кручение, для среднеугле-
родистых сталей
пониженное за счет
исключения изгиба.
Проверочный расчет
вала на прочность
начинают с составления его
расчетной схемы.
Приведем расчет вала 1
цилиндрической косозубой
передачи (рис. 13.2, а).
При составлении
расчетной схемы двухопор-
ный вал принимают за
статически
определимую балку. По длине
вала в соответствующих
местах прикладывают
внешние нагрузки.
Для удобства расчета
при пространственной
схеме нагружения
расчетную схему представляют
в двух плоскостях: в
горизонтальной (рис. 13.2,,
б) и вертикальной (рис.
13.2, д). При приведении
сил, действующих в
зацеплении, к оси балки,
получим крутящий момент
T\ = 0,5Ftdi от силы Ft и
изгибающий момент Mz' = 0y5Fadi от силы Fa.
Определив реакции в опорах вала и составив уравнение для
моментов для различных участков, строят эпюры изгибающих и
крутящих моментов и осевых сил от всех действующих нагрузок. Эти
эпюры (рис. 13.2, в, г, е, ж, з) используют для расчета напряжений
в любом сечении вала и величины запаса прочности. Например, для
Рис. 13.2. Схемы нагружения, эпюры
крутящих и изгибающих моментов, а также
нормальных сил вала /
208

сечения С—С вала максимальное нормальное напряжение от
изгиба и сжатия
13.3)
w» - s
а касательное от кручения
x = TJWK, A3.4)
где Wn и WK — моменты сопротивления сечения вала на изгиб и
кручение; S — площадь сечения вала.
При расчете запаса прочности используют выражение
1
где
ni = azNh> ЛХ--=Т;ЛГ/Т. A3.6)
Здесь а'гы и %'гы — предельные напряжения для расчетного
сечения вала. Для нормальных напряжений при цикле г — — 1
°'1V = C~LY , A3.7)
~1Л *JA
9
где а_1Л, = з_1 у Ю7Л^р— ограниченный предел выносливости; k0 —
эффективный коэффициент концентрации напряжений; ku —
коэффициент качества поверхности; kM — масштабный коэффициент*.
Для касательных напряжений, принимая г = 0,
_ тол^ ^^ 1,45 т_1Дг 0,85а^иу /1Q оч
Значения коэффициентов ^а, йт, kn, ku берут по справочным
данным для валов.
Допустимый запас прочности зависит от точности расчета,
стабильности механических характеристик материала и возможности
экспериментальной проверки конструкции. При средней точности
расчета и средней стабильности механических характеристик [п]=
= 1,5-=-1,7.
Кроме расчета на прочность при необходимости валы проверяют
на жесткость и критическую скорость. При расчете вала на
жесткость определяют относительный угол закручивания и линейный /
и угловой Э прогибы. Значения относительных углов закручивания
к прогибов вычисляют по соответствующим формулам, известным
яз курса «Сопротивление материалов»; допустимые значения
оговариваются техническими условиями.
* В литературе часто приводят обратную величину указанного
коэффициента.
209

Обычно средние значения допустимых линейных [/] и угловых
[6] прогибов равны: для валов [f]^ @,0002-^0,0003)/, в месте
установки зубчатых колес [f]^ @,01—0,005)т, [8]<0,005 рад в опорах
с радиальными подшипниками.
Расчет на критическую скорость производят для валов
быстроходных машин; при этом определяют резонансную, или
критическую частоту вращения вала, которая не должна совпадать с
рабочей частотой вращения ввиду возникновения резонанса.
§ 13.2. Направляющие для прямолинейного
движения
Направляющими называют детали или устройства,
обеспечивающие заданное относительное движение деталей механизма.
Они обеспечивают с определенной точностью прямолинейное дви-
Вид К Подернуто ,
Рис. 13.3. Конструкция механизма настройки УКВ диапазона радиолы с
разрезным винтом
жение ползуна или измерительной головки относительно
направляющей. В РЭА направляющие применяют в механизмах настройки
для прямолинейного перемещения элемента настройки, например
каретки с подстроечными штырями 3 в индуктивных катушках 4
блока УКВ радиоприемника (рис. 13.3). Каретка перемещается по
210

направляющей 2 от винтовой пары /, гайка которой с помощью
зубчатой передачи связана с ручкой настройки. По виду триияна-
правляющие подразделяют на направляющие с трением
скольжения и трением качения, а по форме рабочих повеРхнос™-"*?":
линдрические и призматические. Цилиндрические направляющие
изготовляют без предохранения от проворачивания (рис 13.4, aj> и
с предохранением. Для предохранения от проворачивания исполь-
6) б) г)
схемы цилиндрических направляющих
Рис. 13.5. Схема для расчета
условия движения по
направляющей
1'. Fa
зуют два направляющих стержня (рис. 13.4, б, г) и штифт (рис.
13 4 в) Для цилиндрических направляющих при достаточно
высоких требованиях к точности взаимного перемещения
рекомендуют посадки с зазором Я6//6, Я7/в8, Н8/е8, Я8//9 (аналогичные
посадки можно применять и в системе вала).
В призматических направляющих форма призмы может оыть
прямоугольной, трапециевидной и треугольной.
Материалом для направляющих служат сталь марок dU, 40, У8А,
л также чугун, бронза, латунь. Детали изготовляют по 6—8-му ква-
литету, шероховатость рабочих поверхностей — по 7-му или 8-му
классу; для точных направляющих применяют притирку.
Для снижения трения и увеличения долговечности используют
направляющие с трением качения.
При конструировании направляющих следует исключать
возможность их заклинивания вследствие перекоса. Для схемы,
изображенной на рис. 13.5, при нагружении направляющей силой ty
составляющей угол а с осью, отсутствие заклинивания от перекоса
определяется неравенством jFa>^Tp, или
JFcosa>(/?1+/?2)/,
где Rx и #2 — реакции в опорах; / — коэффициент трения
скольжения.
211

Из условия равновесия реакций в опорах
¦F sin a
; /?2= — F sin а
Для обеспечения движения необходимо, чтобы
L
где k =
Минимальный температурный зазор в направляющей
<Ш0>
A3.11)
где At = t—U — разность температур окружающей среды / и t0, при
которой были изготовлены направляющие (плюс при i>t0 и минус
при /</о); D — наименьший размер охватывающей детали; Dx —
наибольший размер охватываемой детали; а и oti — ТК/ материала
сопрягаемых деталей.
§ 13.3. Опоры скольжения и качения
В зависимости от вида трения опоры осей и валов
подразделяют на опоры с трением скольжения (опоры скольжения) и опоры
с трением качения (опоры качения). Они являются одновременно
как бы направляющими, обеспечивающими вращение вала или оси.
а)
Рис. 13.6. Конструктивные схемы цилиндрических опор:
а — без втулки: б —с развальцованной втулкой; в —с запрессованной
втулкой; г —с осевым упором в виде шарика
Опоры скольжения. Такие опоры бывают цилиндрические,
конические (с конической рабочей поверхностью), на центрах и
шаровые.
Цилиндрические опоры состоят из охватываемой
(цапфы) и охватывающей (втулки или буксы) деталей. Она
воспринимает радиальные, а при наличии упоров и осевые усилия,
конструктивно являясь наиболее простым типом опор (рис. 13.6, а—г).
Точность направления движения и центрирования ввиду неизбежных
зазоров невысока, момент трения по сравнению с опорами качения
выше в 3—8 раз. Для стабильности момента трения при
колебаниях температуры опоры работают без смазки. Для уменьшения
момента трения и износа втулки изготовляют из бронзы, латуни;
в точных приборах применяют каменные опоры (рубин, агат).
212

Посадки в опорах с зазором выполняют в системе отверстия по
6—8-му квалитетам (Я6//6, Я6/е7, Я8//8). Для стабильности
посадки шероховатость поверхности посадочных мест выполняют по
6—8-му классам в зависимости от квалитета посадки.
При расчете цилиндрической опоры определяют момент трения
и производят расчет шипа на прочность. При наличии радиальной
нагрузки Fi (рис. 13.6, в) момент трения
A3.12;
где f — выбирают по табл. 13.1.
Таблица 13.1
Mai ери ал вала
Конструкционная сталь
Закаленная хромоникелевая
сталь
Дюралюминий
Коэффициент трения скольжения для опор из
закаленной
инструментальной
стали
0,22—0,28
0,22—0,26
0,24—0,32
ла1уни
0,2—0,25
0,2-0,24
0,24—0,26
бронзы оловяни-
сшй
0,18—0,22
0,18-0,2
0,22—0,24
Примечание. Значения f даны для опор без смазки; при наличии
смазки f может снизиться в 1,5—2 раза.
Момент трения на торце цилиндрической опоры при осевой силе
Т ——
ТР~ 3
A3.13)
Из формулы A3.12) следует, что величина момента трения
зависит от коэффициента трения скольжения / и диаметра цапфы d.
Однако при d^0,5 мм заметного снижения момента трения не
происходит, поэтому диаметр цапфы обычно не снижают менее 0,5 мм.
Момент трения можно уменьшить, если заставить опору
вибрировать, что усложняет конструкцию.
В механизмах РЭА цилиндрические опоры применяют в отсчет-
ных устройствах и механизмах настройки измерительных приборов»
когда требования к точности и величине момента сопротивления
вращению невысоки.
Конические опоры применяют сравнительно редко, так
как они имеют большой момент трения и чувствительны к измене*
нию температуры.
Более широко распространены опоры на центрах (рис.
13.7, а), обеспечивающие малый момент трения и хорошую
соосность, однако их используют в основном при малых нагрузках и
скоростях. Опора состоит из центра с углом заострения 2а и
втулки с углом зенковки 2C; обычно 2а = 60°, 2р = 90°. Центр и втулки
при изготовлении опор из качественной стали подвергаются термо-
213

обработке до HRC = 50-f-60. Для уменьшения трения втулку
изготовляют из бронзы или латуни. Шероховатость соприкасающихся
поверхностей должна соответствовать 9—10-му классам.
Регулируемая опора (рис. 13.7,6) позволяет не только изменять зазор в
осевом направлении, но и производить центрирование оси путем
изменения эксцентриситета опоры.
Момент трения при действии радиальной Fr и осевой Fa сил
A3.14)
sin a
где N\ и N2 — нормальные составляющие сил Fr и Fa на опору.
а) 5)
Рис. 13.7. Конструктивные схемы опор на центрах
Шаровые опоры состоят из цапфы со сферической
поверхностью и конической или сферической втулки (рис. 13.8, а). Они
могут воспринимать и осевые нагрузки. Чем меньше угол
конусности втулки, тем больше точность центрирования; обычно угол
конусности берут равным 45°. Момент трения при действии
радиальной Fr и осевой Fa сил
Fr
cos a
f — cos a = Frf —
J 2 rJ 2
-~: J ~ wav*—л rj ~ ~т~' at~Г с*§а-
sin а 2 2 2
A3.15)
Цапфу изготовляют заточкой конца вала по сфере, завальцов-
кой стального шарика в отверстие на конце цапфы или
размещением шарика в конических выточках цапфы и втулки (рис. 13.8, б, в).
Так как площадь соприкоснования в опорах мала, они подвержены,
как и опоры на центрах, значительному износу. Поэтому шаровые
опоры применяют при малых скоростях и нагрузках, например,
в конденсаторах переменной емкости (рис. 13.9).
Опоры качения. В механизмах РЭА в качестве опор качения
используют главным образом шарикоподшипники, характеризуемые
малыми статическими и динамическими моментами трения, высокой
214

В)
Рис. 13.8. Конструктивные схемы
шаровых опор
нагрузочной способностью, возможностью работы при большой
частоте вращения [до A00—150)-103 об/мин], взаимозаменяемостью
и малой стоимостью.
В силовых конструкциях механизмов шарикоподшипники
применяют из-за их высокой нагрузочной способности, а в
кинематических и слабонагруженных конструкциях — вследствие малых
моментов трения и точности центрирования.
Основными деталями
подшипника являются
(рис. 13.10, а): наружное
1 и внутреннее 4 кольца,
тела качения 3 и
сепаратор 2. Телами качения
могут быть шарики и
ролики различной формы
(цилиндрические, конические
и бочкообразные).
Исходя из формы
применяемых тел качения
подшипники подразделяют на
шариковые и роликовые.
Шариковые подшипники
по сравнению с
роликовыми более быстроходны,
менее чувствительны к
перекосам осей колец,
вызываемых угловыми
деформациями валов и
неточностями при сборке.
Роликовые
подшипники более грузоподъемны,
но менее быстроходны,
имеют повышенный
момент трения и
чувствительны к перекосу осей
колец (кроме
сферических роликоподшипников).
По характеру воспринимаемой нагрузки подшипники качения
подразделяют на радиальные, радиально-упорные и упорные (рис.
13.10, а—и).
Размеры подшипников стандартизованы. Основными элементами-
стандартизации являются: d — внутренний диаметр; D — наружный
диаметр; В — ширина; С — динамическая грузоподъемность.
В справочниках также указывают dm — диаметр шарика; г —число-
тел качения в ряду; а —номинальный угол контакта. Для
роликовых подшипников, кроме того, необходимо знать диаметр роликов
dv и эффективную длину зоны контакта ролика с кольцом /Эф.
По этим данным каждому типоразмеру подшипника присваивают
в соответствии с ГОСТом условное обозначение (номер).
и
Рис. 13.9. Крепление оси конденсатора
переменной емкости с помощью шаровой опоры и
насыпного подшипника качения:
/ — подшипник качения; 2 —керамическая ось; 3—¦
шаровая опора
215

Радиальные шариковые подшипники наиболее просты и дешевы;
они допускают перекосы осей колец до 1/4—1/2° и рассчитаны в
основном на радиальную нагрузку, хотя могут воспринимать и
осевую нагрузку в допустимых пределах. Самоустанавливающиеся
шариковые и роликовые подшипники (сферические) допускают
перекос оси до 2—3°. Применение игольчатых подшипников позволяет
уменьшить габариты опоры по диаметру. В зависимости от
нагрузочной способности при одинаковых внутренних диаметрах d под-
(X
Рис. 13.10. Основные типы подшипников качения:
а — шариковый радиальный; б—шариковый сферический; в — шариковый
радиально-упорный; г — роликовый радиальный; • с? — роликовый радиально-
упорный; е — роликовый сферический (самоустанавливающийся); ж —
игольчатый радиальный; з — шариковый упорный однорядный; и — шариковый
упорный двухрядный
шипники качения изготовляют в нескольких габаритных сериях, из
которых наиболее распространены: сверхлегкая, особо легкая,
легкая, средняя, средняя — широкая и тяжелая. В зависимости от
точности согласно ГОСТ 520—71 подшипники в порядке возрастания
точности подразделяют на следующие классы: 0; 6; 5; 4 и 2.
Обычные шариковые подшипники имеют класс 0.
В механизмах РЭА подшипники повышенных классов точности
применяют при необходимости снижения биения, получения малого
момента трения, для высоких частот вращения.
Кольца подшипников и тела качения изготовляют из
легированной стали марки ШХ15, сепараторы — из мягкой стали, латуни и
пластмасс.
При малых габаритах подшипникового узла и небольших
нагрузках применяют бессепараторные насыпные шарикоподшипники
с различными формами чашки и цапфы. Точность центрирования
216

при их использовании несколько ниже обычной и зависит от
точности изготовления опорных поверхностей чашек, осей и шариков.
Наиболее часто используют цилиндрическую, коническую, шаровую
формы концов осей таких подшипников; им соответствуют свои
формы чашек.
Использование насыпных подшипников позволяет уменьшить
габариты подшипникового узла, снижая при этом его долговечность.
На рис. 13.9 показана конструкция оси конденсатора переменной
емкости с насыпным шарикоподшипником.
а) 6} и) г)
Рис. 13.11. Варианты фиксации радиального подшипника на
валу и в корпусе
Различные варианты фиксации радиального подшипника на
валу и в корпусе приведены на рис. 13.11, а—г. На валу подшипник
крепят с помощью прижимной шайбы и винта (рис. 13.11, а), шли-
цевой гайки или отгибной контровочной шайбы (рис. 13. 11,6),
пружинным стопорным кольцом (рис. 13.11, в, г). В корпусе
подшипник закрепляют в специальном стакане с буртиком (рис.
13.11, а), с упором на буртик корпуса (рис. 13.11,6) или в
стопорное кольцо (рис. 13.11, а) с фиксацией крышкой, а также двумя
стопорными кольцами (рис. 13.11,2).
При закреплении вала с подшипниками в корпусе его свободное
вращение без осевой «игры» обеспечивают созданием во время
сборки осевого зазора Д = 0,05ч-0,2 мм (на чертеже не показывают)
путем выбора определенной толщины регулировочных прокладок 1
(рис. 13.12, а). Возможно также одну опору крепить в корпусе, как
показано на рис. 13.11, а—г, а другую выполнить плавающей (рис.
13.12,6). Такая конструкция с длинным валом при колебании
температуры исключает его заклинивание при удлинении вала от
нагрева, а также устраняет температурные напряжения в нем.
Компенсацию теплового удлинения оси на подшипниках качения,
например в конструкции конденсатора переменной емкости,
осуществляют креплением одного из подшипников на пружинящей плате или
мембране 1 (рис. 13.13, а), допускающих некоторое упругое
смещение при температурном удлинении оси, либо перемещением одно-
8—1451
217

го из подшипников и поджатием оси пластинчатой пружиной 1
(рис. 13.13,6). Для установки подшипников на гладкие, обычно
керамические оси, не имеющие буртиков, применяют разжимные
конические втулки 2 (рис. 13.13, а).
Для защиты подшипниковых узлов от загрязнения и удержания
пластичной смазки применяют манжетные (рис. 13.14, а), фетровые
(рис. 13.14,6) и лабиринтные (рис. 13.14, в) конструкции
контактных и бесконтактных уплотнений.
Рис. 13.12. Варианты крепления вала с подшипниками в корпусе
Рис. 13.13. Конструкция опор на шарикоподшипниках,
тепловое удлинение оси
допускающая
Посадка подшипников на вал и в корпус не должна создавать
больших натягов, затрудняющих относительное вращение колец.
При вращающемся вале для внутреннего кольца подшипника
применяют посадку в системе отверстия с полем допуска на вал тб и кб
при значительных и средних нагрузках, /S6 и Я6— при малых
нагрузках. Для сопряжения наружного кольца с корпусом
используют посадку в системе вала с допуском на отверстие Н7. При
большом числе оборотов или использовании корпусов из алюминиевых
или магниевых сплавов может назначаться допуск на отверстие /7.
Для точных подшипников можно рекомендовать повышение
точности посадки на один квалитет. Для правильной работы подшип-
218

ников необходимо обеспечить соосность отверстий в корпусе,
которая проще всего достигается их расточкой и шлифовкой с одного
установа.
Подбор и расчет подшипников качения. Основной причиной
выхода из строя подшипников качения, работающих в нормальных
условиях, является выкрашивание рабочих поверхностей колец и
шариков. Методика подбора и проверки долговечности
подшипников изложена в ГОСТ 18854—73 и 18855—73.
а) ' б)
Рис. 13.14. Виды уплотнений подшипниковых узлов
Под долговечностью подшипника понимают число
оборотов (часов работы при заданной постоянной частоте вращения),
которое подшипник должен осуществить до появления первых
признаков усталости материала колец или тела качения (расчетный
срок службы подшипников, в течение которого не менее 90% из
данной группы идентичных подшипников при одинаковых условиях
работы должны отработать без появления признаков усталости
металла).
Для некоторых типов легконагруженных приборных
шарикоподшипников усталостное выкрашивание не является «предельным
состоянием» и их выбраковку производят после потери точности
вращения в результате абразивного износа.
Проверка долговечности подшипника на усталостное
разрушение состоит в сравнении его расчетной долговечности Lp (млн. об)
исходя из заданной долговечности (?л)р (ч) с действительной
долговечностью L (млн. об) при L^Lp.
Расчетная долговечность подшипника
L,= -^- [млн. об], A3.16)
где Lh — в ч. При надежности Р = 0,99 ресурс понижается с 1 до
0,21.
Действительная долговечность
L = (C/Py [млн. об], A3.17)
где С — динамическая грузоподъемность, кг; Р — эквивалентная
нагрузка, кг; а — показатель степени (а = 3 — при точечном
контакте, а =10/3 — при линейчатом контакте).
8* 219

Под динамической грузоподъемностью
подшипника понимают постоянную радиальную нагрузку, которую группа
идентичных подшипников (с неподвижным наружным кольцом)
сможет выдержать при сроке службы внутреннего кольца, равного
1 млн. об.
Для каждого типоразмера подшипника динамическая
грузоподъемность С указана в справочнике [36].
Эквивалентной нагрузкой Р называют постоянную
радиальную нагрузку, которая при приложении ее к подшипнику с
вращающимся внутренним и неподвижным наружным кольцами
обеспечивает подшипнику такую же долговечность, что и при
действительных условиях его нагружения и вращения.
Для радиальных и радиально-упорных подшипников
P = (XVFr+YFa)K6Kt, A3.18)
где Fr и Fa — радиальная и осевая силы, действующие на
подшипник; X и Y — коэффициенты радиальной и осевой нагрузок
(указываются в каталоге в зависимости от типа подшипника [36]); V —
коэффициент вращения, зависящий от того, какое кольцо у
подшипника вращается (при вращающемся внутреннем кольце V=l, при
наружном Т/= 1,2); Кб — коэффициент безопасности, учитывающий
характер нагрузки (при спокойной работе /Сб=1, при нагружении
с умеренными толчками /Сб= 1,3-7-1,8; при ударном нагружении
Дб = 2-1-3); Kt — температурный коэффициент (при ?^125° С Ki = \\
при ?=125-f-250°C /Ct= 1,05-т-1,4).
При определении расчетной осевой силы Fa учитывают
дополнительные осевые силы Fa', возникающие от радиальной силы jFr при
а>0. Силы Fr и Fa приложены в точке пересечения нормали к
поверхности контакта с осью подшипника. Для шариковых
радиально-упорных подшипников Fa' = eFr, где е— параметр осевого
нагружения, е выбирают по [36].
Тип подшипника для подшипникового узла (радиальный, ради-
ально-упорный, упорный) выбирают в зависимости от действующих
на него сил. При этом упорный подшипник берется в сочетании с
радиальным. Для заданной долговечности подшипника Lh при
известной частоте вращения п по A3.17) находят расчетную
долговечность Lp. Далее по A3.19) определяют эквивалентную
нагрузку Р, после чего по A3.18) вычисляют расчетное значение Ср.
Затем по Ср, предварительно выбрав внутренний диаметр
подшипника d, подбирают по каталогу необходимый типоразмер подшипника
из условия С^Ср.
§ 13.4. Смазка подшипников и узлов трения
механизмов
Смазка подшипников и узлов трения механизмов РЭА, к
которым могут быть отнесены также зацепления зубчатых и червячных
передач, уменьшает износ, силы и моменты трения, защищает от
коррозии, способствует охлаждению.
220

Для смазки подшипников и узлов трения применяют жидкие
масла, пластичные (густые) мази и твердые пластичные смазки.
Основными характеристиками жидких масел являются вязкость,
температуры застывания и вспышки, наличие примесей и др. Для
улучшения свойств жидких масел используют присадки. К жидким
маслам относятся нефтяные (индустриальные, турбинные,
автотракторные, авиационные, цилиндровые и др.) и синтетические масла
(силиконы, фторуглероды и др.)-
Пластичные мази представляют собой масла, загущенные
мылами, парафином и другими веществами. Такие мази хорошо
удерживаются в узлах трения и не требуют сложных уплотнений. Не
рекомендуется их применять в узлах с большим тепловыделением.
К пластичным мазям относятся синтетические и жировые солидолы
типа С, УС-1, УС-2, УТС-1, смазки ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-221,
ОКБ-122-7 и др.
Синтетические солидолы получают в результате загущения
масел кальциевыми мылами жирных кислот. Смазка ЦИАТИМ-201
является основной низкотемпературной смазкой (—60°C-f-
Ч- + 140—150° С); она значительно дешевле смазки ЦИАТИМ-221.
Твердые пластичные смазки используют нечасто, в основном
при высоких температурах или для работы в условиях вакуума,
когда обычные смазки возгоняются. К смазкам этого типа
относятся сульфиды и селениды молибдена и вольфрама, а также
графит.
Фрикционные характеристики этих смазок приведены в табл. 13.2
[2.0].
Таблица 13.2
Вид смазки
Графит
Дисульфид молибдена
Дисульфид вольфрама
Коэффициент трения скольжения /
при комнатной
температуре
0,18
0,10
0,18
минимальное значение
0,06 при / = 300° С
0,06 при г = 300° С
0,034 при ^-500° С
Температура
окисления на
воздухе, °С
455
400
510
Из твердых смазок наиболее распространены дисульфид
молибдена M0S2, наносимый в виде пленки толщиной 20—30 мкм; эту
смазку применяют в обычных условиях или в вакууме.
Использование ее в полимерных и металлокерамических композициях
позволяет получить самосмазывающиеся материалы, необходимые для
узлов сухого трения, работающих при большом перепаде
температур (—180~ + 400°С), ионизирующем излучении, высоких
контактных давлениях и в вакууме. Коэффициент трения скольжения /
твердой смазки зависит от скорости скольжения vs, температуры t,
влажности, удельной нагрузки р. Номинальный коэффициент
трения f = 0,05 возможен при t/s= 1,5 м/с; /==90°С; р=\0~40 Н/см2 и
влажности до 30—40%. Повышенная влажность увеличивает
коэффициент трения до / = 0,38-^0,3 [20]. Для обеспечения наименьшего
221

трения при смазке шероховатость поверхности должна
соответствовать 8-му классу.
Для графита увеличение коэффициента трения в вакууме
A,3 Па) примерно в 10 раз по сравнению с нормальными
условиями увеличивает износ. Повышение температуры (?>40°С)
способствует увеличению коэффициента трения. При повышенной
температуре износостойкость твердого смазочного покрытия (графита)
определяется термостойкостью связующего, а для дисульфида
молибдена зависит от степени его окисления.
Механизмы РЭА, как правило, отличаются малой нагруженно-
стью, работают в диапазоне температур от —60 до +70° С и выше,
а также при пониженном давлении (бортовая аппаратура
летательных аппаратов); в отдельных случаях узлы трения могут работать
в условиях вакуума и низких температур.
Выбор вида смазки зависит от нагруженности узла трения,
скорости, вида трения, условий эксплуатации.
Подшипники качения покрывают пластичными смазками,
которые заменяются один раз в 6—8 мес.
Для опор трения скольжения в качестве самосмазывающихся
материалов применяют металлокерамику. Для этого в СССР
выпускают бронзографитовые и полуграфитовые материалы,
содержащие, кроме твердой смазки (графита), жидкую, которая заполняет
поры материала. Некоторые физико-механические и фрикционные
характеристики этих материалов приведены в табл. 13.3.
Параметры
Плотность р, г/см3
Твердость НВ
Температурный коэффициент линейного
ния а-10~6
Максимальная допустимая температура
Коэффициент трения скольжения по
смазки f
расшире-
стали без
Та
Бронзографит
6,0—6,2
18—20
12—17
60—80
0,04—0,07
блица 13.3
Железографит
6,5—6,7
35—40
9—11
180—200
0,07—0,09
В последнее время в качестве твердых смазок используют
пористые антифрикционные материалы на основе меди и серебра, поры
которых, кроме тефлона, заполнены сульфидами, селенидами и тел-
луридами молибдена, вольфрама, ниобия и других металлов. В
таких композициях твердые смазки кроме смазывающего действия
обеспечивают высокую несущую способность материала. Эту
смазку можно применять и в подшипниках качения, хорошо
работающих в условиях вакуума. Такими твердыми смазками, наносимыми
на поверхность качения напылением с толщиной слоя около 0,5 мкм,
могут быть золото, серебро, палладий, висмут и некоторые их
сочетания. Такая толщина слоя твердой смазки не нарушает зазора
222

точных прецизионных подшипников и сводит к минимуму величину
пластической деформации смазки под нагрузкой.
Для смазки зацеплений используют тот же вид смазки, что и
для подшипникового узла, если режим работы зацепления это
позволяет (повторно-кратковременный режим, небольшая нагружен-
ность).
ГЛАВА 14
НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
§ 14.1. Заклепочные соединения
В РЭА соединения деталей и узлов подразделяют на
неразъемные и разъемные.
Неразъемные соединения не рассчитаны на разборку
конструкции по частям, т. е. изделие не может быть разобрано без разру-
Рис. 14.1. Конструктивные схемы заклепочных соединений
шения хотя бы одной из соединяемых деталей или соединяющего
материала. Такие соединения получают расклепыванием и
развальцовкой, сваркой, пайкой и склеиванием.
Основными требованиями, которые предъявляют к таким видам
соединений деталей и узлов механизмов РЭА, являются прочность,
точность, антикоррозионная стойкость, надежность, технологичность
изготовления.
Заклепочное соединение осуществляют с помощью заклепок,
а также выступов в виде цапф и лапок, выполняющих роль
заклепок. Заклепки используют главным образом для соединения:
1) разнородных и однородных металлических деталей; 2)
металлических деталей с неметаллическими; 3) деталей из легких и трудно-
свариваемых материалов.
В заклепочных соединениях (рис. 14.1) применяют заклепки со
сплошным стержнем (рис. 14.1, а—г), полупустотелые (рис. 14.1,
д—ж) и пустотелые (рис. 14.1, з). В механизмах РЭА для
крепления стоек, боковых стенок, зубчатых колес на валах применяют
223

А-А
соединение деталей путем расклепывания, развальцовки или кер-
нения цапфы, а также с помощью изгиба краев лапки или ее
расчеканки, загибки краев детали.
Заклепки со сплошным стержнем различают по форме головки
(с полукруглой, потайной, полупотайной, плоской); их размеры и
форма определены стандартом. Материалом для заклепок служат
стали марок Ст2, СтЗ, 10, 15, алюминий и его сплавы, медь, латунь.
Формирование головки заклепки осуществляют обжимкой; с
противоположной стороны заклепка поджимается поддержкой.
Отверстия в деталях сверлят или продавливают.
Размеры заклепки определяются ее диаметром и длиной.
Диаметр d заклепки выбирают в зависимости от толщины 2s
склепываемых деталей; обычно d=(l-f-2) 2s [мм]. Длина заклепки / =
= 2s+ A,5—1,7) df где 2s —суммарная толщина склепываемых
деталей.
Для обеспечения лучшей
механической прочности
соединения целесообразен
наименьший зазор между
заклепкой и стенками
отверстия. Диаметр отверстия под
заклепку берется на 0,2—0,5
мм больше диаметра
заклепки при d= 1-7-5 мм.
Стальные заклепки
наиболее прочные, но требуют
значительных усилий для
клепки; их применяют для
прочных соединений.
Алюминиевые заклепки
просты в изготовлении,
хорошо расклепываются и
развальцовываются. Однако
соединения с использованием алюминиевых заклепок не
выдерживают значительных усилий, особенно при знакопеременных
нагрузках.
Латунные заклепки используют в соединениях, не требующих
большой механической прочности. Высокая пластичность таких
заклепок позволяет применить их для соединения деталей из гетинак-
са, пластмассы, керамики. При повышенной влажности заклепки
должны покрываться специальными лаками или эмалями.
Выбор формы заклепки зависит от материала и толщины
соединяемых деталей. При соединении эластичных материалов не
рекомендуют брать малый диаметр заклепки, а головку делать
потайной. Такая форма целесообразна для относительно жестких
материалов при толщине более 2—2,5 мм. При меньших толщинах
берут заклепки с полупотайной головкой.
Полупустотелые заклепки используют для соединения
металлических деталей с деталями из пластмасс и керамики, так как они
Рис. 14.2. Однорядный заклепочный шов
(а) и расчетная схема (б)
224

легче расклепываются. Такие заклепки допускают значительные
усилия сдвига; при отсутствии значительных усилий можно
применять пустотелые заклепки.
В радиотехнических конструкциях соединение деталей может
осуществляться одной, двумя и целым рядом заклепок —
заклепочным швом. Соединение одной заклепкой используют в тех случаях,
когда деталь мала по своим размерам, а к прочности и точности
крепления не предъявляются высокие требования.
Соединение заклепочным швом (рис. 14.2) применяют при
значительной длине соединяемых деталей и для получения прочного
и плотного соединения; такое соединение может выполняться
в один или несколько рядов заклепок.
При конструировании прочных швов диаметр заклепки d
выбирают исходя из расчетной нагрузки FVt действующей на шов.
Заклепочное соединение рассчитывают:
на срез по заклепке
на смятие заклепок и соединяемых деталей
на разрыв листа по сечению /—/ и вырыв по сечению //—//
<Ы;
где е — расстояние заклепок от KpdM листа; z — число заклепок.
Для заклепочного шва расстояние между заклепками (шаг)
^ (З-Ь-4) d, а расстояние от края е^ (l,5-f-2) d.
Исходя из механических свойств соединяемых деталей,
различают соединения деталей из твердых и мягких (эластичных)
материалов. Твердые соединения могут быть прочные (пластмассы) и
хрупкие (стекло, керамика). Соединение прочных деталей из
пластмасс осуществляют пустотелыми или полупустотелыми заклепками
путем развальцовки стержня заклепки.
Детали из хрупких неметаллических материалов имеют в месте
крепления механически усиленные места; для крепления
используют полупустотелые, сплошные и трубчатые заклепки. Для
соединения мягких и эластичных материалов (винипласт, полиэтилен,
резина) необходимы большие площади головки, поэтому под
заклепки ставят шайбы, прокладки. Клепка и развальцовка заклепок
не должна сильно деформировать соединяемые детали.
При соединении деталей с помощью выступов функции
заклепки выполняет выступ на одной из деталей, конец которой раскле-
225

пывается или развальцовывается. Форму выступа при соединении
деталей выбирают в зависимости от вида деталей и требований,
предъявляемых к соединению. Выступы могут быть круглыми
(рис. 14.3), квадратными, коническими и призматическими (рис.
14.4).
Круглые выступы (цапфы) имеют осевую зенковку или
отверстие, как в полупустотелых заклепках, а также заднюю заточку.
В зависимости от этого изменяется и форма головки при
расклепывании (потайная, полупотайная, полукруглая и плоская).
п)
Рис. 14.3. Конструктивные схемы соединения деталей с помощью
круглых выступов:
а—< зенкованных; б — сверленных; в — сплошных; г —с задней заточкой
Расчеканить
ВидА
Рис. 14.4. Конструктивные схемы соединений деталей с
помощью призматических выступов
Для предохранения от проворачивания поверхность цапфы
должна иметь накатку. Такое соединение применяют для
соединения металлических и неметаллических деталей.
Для получения минимального осевого биения при соединении
цилиндрической детали с плоской деталью большого диаметра
площадь касания по торцу увеличивают. Для соединения таких
деталей, кроме развальцовки, применяют кернение или расчеканку.
У плоской детали выступы в виде лапки имеют призматическую
форму, получаемую штамповкой (рис. 14.4, а). Часто конструкцией
предусматривается несколько выступов (рис. 14.4,6). Соединение
деталей производят расклепыванием, расчеканкой или обжатием.
Соединение деталей с помощью местной деформации выступов
226

производят путем крепления различных деталей чеканкой (рис.
14.5, а) или кернением (рис. 14.5, б). Листовые пластины соединяют
между собой путем загибания их краев (рис. 14.6, а), загибания
или разведения лапок (рис. 14.6, б) и др.
Рис. 14.5. Конструктивная схема соединения деталей с
помощью местной деформации
Рис. 14.6. Соединение деталей путем загибания
краев (а) и разведения лапок (б)
§ 14.2. Сварные соединения
Сваркой получают неразъемное соединение путем установления
межатомных связей между свариваемыми частями при их местном
или общем нагреве, пластической деформации, а также при
одновременном действии того и другого.
Согласно ГОСТ 19521—74 различают термическую,
термомеханическую и механическую сварки. В РЭА используют многие виды
сварки, но наиболее применяемы аргонодуговая, газовая,
электронно-лучевая (термические), контактная и термокомпрессионная
(термомеханические), холодная и ультразвуковая (механические).
Сварные соединения отличаются хорошей технологичностью,
а процесс сварки высокой производительностью. Качество
соединения необходимо контролировать. Такие соединения в механизмах
РЭА применяют при изготовлении корпусов, кожухов, стоек, шасси,
панелей, каркасов шкафов.
227

Для нагрева и плавления металла при аргонодуговой сварке
используют электрическую дугу. При сварке электрическая дуга
окружается слоем инертного газа аргона, что препятствует окислению
места сварки. Сварку можно производить с присадочным металлом
и без него. Эту сварку применяют для соединения сильно
окисляющихся материалов (алюминия, магния и др.), а также для титана,
нержавеющих и жаропрочных сплавов при получении
высококачественного шва. Толщина свариваехмых листов может доходить до
ОД мм. Различают сварные швы встык, внахлестку, тавровые и др.
При газовой сварке для нагрева и плавления металла
используют теплоту газового пламени, получаемого сжиганием ацетилена
в кислороде. Плавлением свариваются конструкционные стали всех
марок и другие металлы, однако этот метод сварки отличается
возникновением деформаций и повышенных температурных
напряжений.
Электронно-лучевую сварку осуществляют путем нагрева
свариваемых металлов пучком электронов большой мощности
(мощность пучка 2—5 кВт, плотность 1 -106 Вт/см2). Преимуществами
такой сварки являются отсутствие флюса и электродов, прочность
шва, возможность сварки тонких изделий. Сварка в вакууме
порядка 1,3-10~3 Па по условиям выполнения лучше сварки в
атмосфере чистого аргона.
Контактная сварка имеет следующие разновидности: стыковая,
точечная, роликовая, рельефная, конденсаторная, термокомпрессн-
онная и др.
Стыковую сварку применяют для образования деталей
различных форм и размеров (колец, крышек, фланцев и т. д.). Этим
способом соединяют детали различных форм и сечений, однако для
надежного соединения требуются равномерный нагрев места сварки
и защита стыкуемых поверхностей от окисления.
Точечная сварка соединяет детали плоской формы толщиной от
5—10 мкм до 4—6 мм, а также тонкие стержни с плоскими
деталями. Процесс точечной сварки заключается в нагреве материала
в месте сварки до температуры плавления. Точечную сварку
выполняют на специальных сварочных установках, мощность которых
определяет максимальную толщину свариваемых элементов.
Конструкция соединяемых деталей должна по возможности позволять
производить сварку при вертикальном положении электродов.
Точечной сваркой изготовляют сварные конструкции кожухов, шасси,
стоек, панелей и других деталей. Режим сварки и ее качество
зависят от материала деталей. Хорошо сваривается малоуглеродистая
сталь, хуже — дюралюминий, бронза, никель, плохо — медь и ее
сплавы, детали с цинковым и кадмиевым покрытиями, трудно —
алюминий, магний, титан. Точность свариваемой конструкции
зависит от степени фиксации свариваемых элементов, для фиксаций
которых применяют выступы, штифты и т. д. После сварки могут
наблюдаться местные коробления поверхности сварных узлов. Для
сварных узлов необходима последующая защита шва от коррозии
(окраска). Для улучшения прочности поверхности свариваемых де-
228

талей следует очищать от оксидов, следов жира и других
загрязнений. Технология очистки зависит от материала деталей.
Рельефная сварка соединяет детали по предварительно вы-
штампованному выступу: после достаточного нагрева выступы
расплющиваются. Прикладываемое к детали усилие распределяется
на небольшую площадь выступов, что обеспечивает хорошее
прижатие при сварке. Для обеспечения равномерного давления высота
выступов должна быть одинакова.
Роликовая сварка может выполняться как при непрерывном, так
и при импульсном токе. Длительность импульса тока при
импульсном режиме от 0,02 до десятых долей секунды зависит от марки
Ролики ?<.
Рис. 14.7. Виды швов, получаемые при роликовой
сварке:
а — нахлесткой; б — на «ус»; в — встык, г — встык с отбор-
товкой; д — встык с подкладкой
материала и его толщины. Сварка обеспечивает хорошую
герметичность шва. Для роликовой сварки нужны большие токи и
давления, чем для точечной. Полученные при этом сварные швы
показаны на рис. 14.7, а—д.
Конденсаторную сварку производят разрядом тока батареи
конденсаторов большой емкости. Длительность сварки измеряется
миллисекундами. Такая сварка позволяет сваривать разнородные
материалы, детали малых толщин и сечений (сварка «в шарик»
монтажных проводов), а также деталей различных сечений.
Термокомпрессионная сварка — это сварка под давлением с
локальным нагревом мест сварки за счет теплопередачи от нагретого
электрода. Ее применяют для монтажа элементов микросхем,
например для присоединения металлических проводников толщиной
несколько десятков микрон к полупроводниковым кристаллам или
напыленным в вакууме пленкам толщиной около микрона.
Условные изображения на чертеже сварных швов с указанием
метода сварки для каждого вида шва должны обозначаться в
соответствии с ГОСТ 2.312—72.
Расчет сварного соединения на прочность. Сварные
соединения в зависимости от условий нагружения рассчитывают на разрыв
229

или срез. Для всех видов стыковых швов (рис. 14.7, в—<Э),
работающих на растяжение, уравнение прочности имеет вид
ап = ¦
где Fv — расчетная нагрузка, передаваемая соединением; б —
наименьшая толщина места сварки; /р — полная расчетная длина
сварного шва.
Сварные швы внахлестку, работающие на срез (рис. 14.7, а),
рассчитывают по формуле
где 5СВ — площадь сварного шва, зависящая от вида сварки; для
.2
роликовой сварки (рис. 14.7, a) SCB = b/, для точечной SCB= — п,
4
Ъ — ширина ролика; / — длина шва; dT — диаметр точки сварки;
п — число точек.
Допускаемые напряжения на растяжение [ар] и срез [тСр] опре^
деляют экспериментально. Их приближенный расчет производят по
формулам
где ф = 0,6-^0,8 — коэффициент, учитывающий ослабление
материала сваркой; ав и тв — пределы прочности для соответствующих
видов деформаций материала свариваемых деталей.
§ 14.3. Паяные соединения
Пайка — процесс получения неразъемного соединения
металлов за счет применения связующего материала, называемого
припоем. Между соединяемыми металлами и припоем при
расплавлении припоя в процессе пайки и смачивании им соединяемых
поверхностей должна образоваться межатомная связь. В месте
соединения припоя с металлами деталей образуются твердые растворы и
эвтектические сплавы.
Хорошее соединение пайкой можно получить только при
исключительно чистых поверхностях спаиваемых деталей, свободных от
оксидов и загрязнения. Для защиты поверхности от окисления
создают защитную атмосферу или используют флюсы, которые не
только защищают, но и растворяют оксидные пленки, повышая
текучесть припоя.
Температура плавления припоя должна быть ниже температуры
плавления соединяемых металлов. В расплавленном состоянии
припой должен смачивать оба соединяемых металла. Если припой
не смачивает какой-либо металл, то подбирают третий металл,
смачиваемый данным припоем, и наносят его на несмачивающийся
металл с помощью плазменного напыления, гальванизации и
другими способами.
230

Припои согласно ГОСТ 19248—73 по температуре плавления
подразделяют на особо легкоплавкие (?Пл<145°С), легкоплавкие
(^пл^ 145-f-450° С), среднеплавкие (/Пл = 450-М 160° С),
высокоплавкие (/пл = 1100-М 850° С) и тугоплавкие (?Пл> 1850° С). В качестве
основного компонента припоя используют почти все металлы;
состав припоя определяет и его температуру плавления.
Флюсы в зависимости от температурного интервала активности
подразделяют на низкотемпературные (?акт^450°С), к которым
относятся канифольные, кислотные, фторборатные и т. д., и
высокотемпературные (^акт>450° С), такие, как, боридные, боридно-уг-
лекислые и др.
Рис. 14.8. Конструкции деталей (а) и узла — волновода (б),
изготовленные с помощью пайки
По способу нагрева различают пайку паяльником, плазменной
горелкой, электронным лучом, лазером, погружением в
расплавленную соль, волной припоя, а также газопламенную, электродуговую,
индукционную и др. Способ нагрева зависит от конструкции
соединения, требуемого количества теплоты и температуры нагрева.
Конструкции деталей и узлов, полученных с помощью пайки,
приведены на рис. 14.8.
При конструировании паяных соединений следует учитывать
материал, свойства припоя и флюса, способы пайки и обработки после
пайки. Качество соединения определяется величиной зазора,
плотностью его заполнения припоем и прочностью связи припоя с
поверхностями спаиваемых деталей.
Различают паяные соединения внахлестку и встык.
Максимальную прочность паяное соединение внахлестку имеет, когда
перекрытие деталей составляет не менее трех толщин самой тонкой части
соединения. Соединения встык менее прочны; более прочные
соединения на «ус». Величина зазора между деталями зависит от вида
припоя и паяемых материалов (см. ГОСТ 19249—73).
Перед пайкой детали следует фиксировать. Для этого кроме
фиксации силой от собственной массы детали можно использовать
фиксацию сваркой, развальцовкой, подчеканкой и штифтованием.
2 Л

Расчет паяных соединений на прочность зависит от вида нагру-
жения и конструкции шва и аналогичен расчету на прочность
подобного сварного соединения. Допускаемые напряжения зависят от
материала припоя.
§ 14.4. Клеевые соединения
Клеевые соединения применяют для соединения деталей из
различных материалов, например пластмасс и керамики. В
радиотехнических конструкциях к этим соединениям не предъявляются
требования высокой прочности ввиду их малой нагруженности; вместе
с тем они должны обладать большой сопротивляемостью
воздействию высокой влажности, колебаниям температуры, вибрациям.
Клеевые соединения по сравнению с заклепочными имеют более
высокую усталостную прочность, улучшают герметизацию, снижают
стоимость изделия и позволяют проще решать задачу
миниатюризации конструкции.
Клеи должны подбираться исходя из свойств склеиваемых
поверхностей. Снижения внутренних остаточных напряжений в
клеевом соединении для повышения его прочности добиваются
получением по возможности более тонкого клеевого слоя @,05—0,25 мм),
толщина которого зависит от удельного давления в слое и от
свойств склеиваемых материалов. Клеевой слой должен иметь
определенную гибкость, прочность, эластичность, влагостойкость,
теплостойкость, не подвергаться старению.
Клеи подразделяют на отверждаемые за счет: 1) удаления
растворителя; 2) химических процессов.
Процесс склеивания клеями первой группы сводится к
нанесению на поверхность деталей раствора клея, сдавливанию деталей
и последующему удалению растворителя путем испарения или
впитывания его в склеиваемый материал. Соединение обладает
свойством обратимости, поэтому не применяется для изделий, работающих
в условиях повышенной влажности и температуры. К таким клеям
относятся декстриновые, казеиновые, резиновые и другие виды
клеев.
Клеи второй группы необратимы; полученное с их помощью
соединение обладает большой прочностью и надежностью, однако
процесс склеивания часто довольно сложный и некоторые виды
клеев лучше отверждаются при нагреве соединения. К таким клеям
относят фенолоформальдегидный, эпоксидная смола и др. Клеи
этой группы применяются чаще других. Синтетические клеи 5Ф-2„
БФ-4, ВК-8, ПФЭ-2/10 и ряд других также относятся к клеям
второй группы. Каждый из них характеризуется допустимой рабочей
температурой, температурой отверждения, механической
прочностью на сдвиг и другими показателями.
Процесс склеивания состоит из подготовки поверхностей
деталей, нанесения клея, соединения деталей и выдержки при
определенной температуре и давлении.
232

Клеевое соединение лучше работает на сдвиг, хуже — на отрыв.
Допускаемое напряжение на сдвиг зависит от сорта клея, вида
соединяемых материалов, толщины и качества шва.
ГЛАВА 15
РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
§ 15.1. Резьбовые соединения
Разъемные соединения позволяют многократно соединять
и разъединять механические детали конструкции без повреждения
ее элементов. К разъемным соединениям относят резьбовые,
штифтовые, шпоночные, шлицевые соединения *.
а) 6) в)
Рис. 15.1. Конструкции резьбовых соединений
Требования к разъемным соединениям сводятся к обеспечению
прочности, надежности, долговечности и удобства эксплуатации.
Резьбовые соединения являются самыми
распространенными; их достоинствами являются простота и удобство сборки,
взаимозаменяемость, широкая номенклатура резьбовых деталей,
невысокая стоимость и др.
Конструктивные формы таких соединений очень разнообразны;
наиболее типичные из них — болт с гайкой (рис. 15.1, а) и шпилька
(рис. 15.1,6); возможно также соединение двух деталей болтом
(винтом) с помощью резьбы, выполненной непосредственно на
одной из деталей (рис. 15.1, в).
Резьбы подразделяют на крепежные и специальные. Крепежные
резьбы применяют для соединения деталей, а специальные — в
передаточных механизмах.
Крепежные резьбы имеют треугольный профиль с
притуплёнными вершинами и впадинами. Это уменьшает концентрацию напря-
'"' Специальные виды разъемных соединений радиотехнических деталей
(штекерные, штепсельные и др.) здесь не рассматриваются.
233

жений, повышает стойкость инструмента и предохраняет резьбу от
повреждения. Крепежная резьба бывает метрической, дюймовой,
трубной и конической *.
Метрическая крепежная резьба (профиль от СТ СЭВ 180—75)
является основной крепежной резьбой, принятой в СССР. Угол
профиля резьбы а = 60° (см. рис. 10.1,6); ее размеры по СТ СЭВ
181—75 характеризуются диаметрами d, dh d2, шагом Р,
теоретической высотой профиля Я, рабочей высотой профиля Яь При этом
#i =5/8Я= 0,541 Р, притупление вершин профиля резьбы винта и
гайки соответственно Я/8 и Я/4. Стандарт предусматривает для
одного номинального диаметра d резьбу с крупными и мелкими
шагами (табл. 15.1).
Таблица 15.1
Номинальный
диаметр d,
мм A-й ряд)
1
1,2
1,6
2
2,5
3
4
5
6
8
10
12
Шаг
крупны?
0,25
0,25
0,35
0,4
0,45
0,5
0,7
0,8
1,0
1,25
1,5
1,75
резьбы Р, мм
I
мелкий
0,2
0,2
0,2
0,25
0,35
0,35
0,5
0,5
0,75; 0,5
1,0; 0,75; 0,5
1,25; 1,0;
0,75; 0,5
1,5; 1,25; 1,0;
0,75; 0,5
Номинальный
диаметр d,
мм A-й ряд)
16
20
24
30
36
42
48
56
64
72
80
90
Шаг
крупный
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
—
резьбы Р, мм
мелкий
1,5; 0,75; 0,5
2,0; 1,5; 1,0;
0,75; 0,5
2,0; 1,5- 1,0;
0,75
2,0; 1,5; 1,0;
0,75 .
3,0; 2,0; 1,5;
1,0
3,0; 2,0; 1,5;
1 0
3; 2; 1,5; 1,0
4; 3;2;1,5; 1,0
6;4;3;2; 1,5; 1,0
6;4;3;2; 1,5;
1,0
6; 4; 3; 2; 1,5
Резьбы с мелким шагом используют в тонкостенных деталях и
в соединениях, испытывающих вибрационные нагрузки, что
обеспечивает лучшее самоторможение.
Точность резьбы по СТ СЭВ 306—76 и СТ СЭВ 640—77
определяется величиной и положением поля допуска на диаметры d и d2
для болтов и диаметры d\ и d2 для гаек. Для резьбы болтов
предусмотрены основные отклонения /г, gy e, d, для резьбы гаек — Я и G
(рис. 15.2). Величина допуска зависит от степени точности резьбы
D—8). Обозначения основной резьбы с указанием допуска имеют
* Трубная и коническая резьбы здесь не рассматриваются из-за
ограниченного применения в РЭА.
234

вид: для болтов М12—6g; для гаек М12—6#; для болтового
соединения М12—6H/6g (для 6-й степени точности).
Дюймовую крепежную резьбу применяют для замены деталей
машин и приборов, импортированных из стран, в которых принята
дюймовая система мер. Угол профиля резьбы а = 55°.
К специальным резьбам относятся прямоугольная,
трапецеидальная (см. рис. 10.1, а) и упорная. Эти резьбы обычно
используются в передаточных механизмах.
Материалы для болтов (винтов) и гаек выбирают в зависимости
от их назначения и условий работы. Для их изготовления
используют конструкционные углеродистые и легированные стали; мелкие
винты делают из латуни и дюралюминия. Чтобы защитить
поверхности винта и гайки от коррозии, придать им необходимый цвет,
применяют цинкование, кадмирование и хромирование.
При установке стальных
шпилек в корпус из алюминиевых
сплавов глубина завинчивания
для соблюдения условий равно-
прочности увеличивается до /=
= (l,6-f-2)<i, а в корпусы из
магниевых сплавов—до 2,5 d. Для
Обеспечения необходимой глуби- Рис- 15.2. Ряды предельных
отклонены ввинчивания при малой тол- нии для Резьбы болта н гаики
щине детали ее увеличивают с
помощью вытяжки материала, прикрепления дополнительной
детали, ввертывания или зачеканки втулки. В РЭА существует
большое число резьбовых соединений, поэтому даже небольшой процент
выхода их из строя снижает надежность конструкции. Одной из
важных мер повышения надежности аппаратуры является
предохранение резьбовых соединений от самоотвинчивания (стопорение).
Резьбы должны стопориться, несмотря на выполнение в
резьбовом соединении условия самоторможения (р<<р'); особенно сильное
ослабление резьбы наблюдается при вибрационной нагрузке. Для
стопорения используют запирающие элементы, осуществляют
пластическое деформирование, ставят винты на краску и т. д.
Особое значение в радиотехнических конструкциях имеет
предохранение винтов от выпадания. Для этого используют откидные
болты, либо винты с дополнительными деталями, закрепляемыми
на них (штифт, шайба); винт может удерживаться также за счет
посадки в отверстие детали с очень малым зазором.
Расчет резьбового соединения на прочность. Расчетные схемы
зависят от вида резьбовых соединений, которые могут быть с
предварительной затяжкой или без нее. В соединении минимальной
прочностью может обладать сечение винта по внутреннему
диаметру резьбы du а также сама резьба винта или гайки, витки которой
работают на смятие и срез по внутреннему диаметру резьбы. У гайки
минимальную прочность имеет резьба по наружному диаметру. При
расчете резьбы на прочность площадь смятия принимают равной
кольцу с наружным d и внутренним d{ диаметрами.
235

В резьбовом соединении без предварительной затяжки
расчетной нагрузкой является осевая сила Qp, равная внешней нагрузке,
передаваемой на каждый винт. Тогда условие прочности винта на
растяжение имеет вид
оР= Qp2 -:Ыг, A5.1)
4
где [ар]г — допускаемое напряжение на растяжение для материала
винта.
Внутренний диаметр винта при известной нагрузке Qp
Г Л [OpJr
Проверка на прочность элементов резьбы. Если материалы
винта и гайки одинаковы, то минимальной прочностью обладают
витки на срез по цилиндрической поверхности диаметрами d\ и d.
Если материал гайки менее прочен, чем материал винта, то
возможен срез витков гайки по поверхности диаметра d.
Условия прочности резьбы на срез:
для винта
tcp = Si <[т ]; A5.3)
для гайки
Условие прочности резьбы на смятие
где k — коэффициент полноты резьбы (для треугольной резьбы
& = 0,75; для трапецеидальной ? = 0,65, для прямоугольной резьбы
& = 0,5); В — высота гайки.
Неравномерность нагружения витков учитывается введением
в A5.3) — A5.5) коэффициента неравномерности т>1 или
снижением допускаемых напряжений (для стальных деталей) до [аСм] =
= 25ч-35 МПа и [тср] = 60 МПа.
В большинстве случаев резьбовые соединения являются
предварительно затянутыми, т. е. как резьбовые, так и соединяемые
детали еще до приложения рабочей нагрузки к соединению
затягиваются с силой Qo, называемой усилием предварительной затяжки. Это
делается для предупреждения раскрытия стыка и обеспечения
необходимой плотности соединения.
Выбор конструктивных элементов соединения. Номинальный
диаметр резьбы определяют из условия прочности винта или из кон-
236

структивных соображений, шаг резьбы — в зависимости от
назначения резьбового соединения, согласуя его значение со стандартом.
В крепежных деталях используют метрическую резьбу с крупным
шагом. Мелкие резьбы применяют для тонкостенных конструкций,
на валах (для обеспечения наименьшего перехода между
диаметрами), а также тогда, когда резьба является регулируемым
элементом соединения. Длина винта зависит от толщины соединяемых
деталей и обычно составляет не более (8—10) d\ при большей
толщине следует изменять конструкцию деталей таким образом, чтобы
можно было использовать винт меньшей длины. Отверстие с
резьбой в детали может быть глухим, но целесообразнее делать его
сквозным.
При нарезании резьбы резцом на деталях типа стоек, валов,
а также в глухих отверстиях для выхода резца необходимо
предусматривать проточку шириной с не менее шага резьбы с глубиной t
не менее высоты резьбы. Для облегчения соединения деталей на
концах резьбы и резьбовых отверстий снимаются фаски, размер
которых зависит от диаметра отверстия и выбирается по
соответствующим нормам (СТ СЭВ 214—75).
Установочные винты имеют резьбу по всей длине и служат для
предотвращения взаимного сдвига деталей при наличии
касательных сил, поджимая деталь концом винта.
Основной формой гаек является шестигранная; более простыми
формами являются квадратные, со шлицем или с отверстиями под
торцовый ключ. Повышение точности взаимного расположения
соединяемых деталей при плоской поверхности стыка
обеспечивается фиксацией деталей двумя штифтами.
§ 15.2. Штифтовые соединения
Штифтовые соединения (рис. 15.3) предназначены для
точного взаимного фиксирования деталей, когда отсутствуют
другие фиксирующие или центрирующие элементы, а также для
передачи относительно небольших нагрузок.
Кернить
Кернить
а) 6) в)
Рис. 15.3. Конструкции штифтовых соединений
По форме штифты подразделяют на цилиндрические и
конические (табл. 15.2). Штифт характеризуют диаметром d и длиной /.
Цилиндрические штифты ставятся в отверстие с натягом, а при его
237

Таблица 15.2
Виды штифтов
Форма штифтов
Цилиндрические (ГОСТ 3128—70)
Конические (ГОСТ 3129—70)
Цилиндрические пружинные (ГОСТ 14229—78)
Цилиндрические насечные (ГОСТ 10773—75)
к- _1-
отсутствии удерживаются силой трения, что не гарантирует
надежной фиксации. Цилиндрические пружинные штифты ввиду
повышенного трения имеют лучшую надежность от выпадения.
При малых усилиях на срез эти штифты вальцуют из ленты и
закаливают, что позволяет соединять детали, имеющие отверстия
с большими допусками. Пружинные штифты ставятся с натягом
за счет уменьшения диаметра отверстия; натяг в этом соединении
равен @,015—0,025) rf, где d — диаметр штифта.
Конические штифты за счет создаваемого натяга позволяют
получать безлюфтовые соединения деталей; однако их применение
требует соответствующей подготовки (развертывания) отверстий.
Штифтовые соединения работают на срез; штифт может иметь
одну или две плоскости среза.
Условие прочности штифтового соединения
^СР 'CD . г _ 1 /1 Г /?\
где п— число поверхностей среза.
Для соединения, передающего крутящий момент Тк и имеющего
две плоскости среза (рис. 15.3, а),
•da
4 а 4
откуда минимальный диаметр штифта при диаметре вала dB
И
9 i/ T«
" V лс!в [тс„] *
A5.8)
238

Для лучшего совпадения отверстий и обеспечения необходимой
посадки следует отверстия в деталях соединения (сверлением и
развертыванием) изготовлять совместно. Конструкция соединения
должна обеспечивать доступ к отверстию при сборке. Предохранение
штифтов от выпадения осуществляют кернением (рис. 15.3,6) или
с помощью специальных пружинящих колец 1, изготовляемых из
проволоки диаметром d = 0,5^-0,8 мм (рис. 15.3, в).
§ 15.3. Шпоночные соединения
Шпоночные соединения применяют для передачи
крутящего момента в соединениях типа вал — втулка, а также
закрепления на валах зубчатых колес, кулачков, дисков, рычагов и других
деталей.
Данные соединения
просты, удобны при
сборке, экономичны.
Недостатком соединений
является ослабление вала
шпоночным пазом.
Основные виды шпонок:
клиновые, призматические,
сегментные.
Клиновые шпонки
создают напряженное
соединение по всему периметру,
а остальные — только по
двум боковым граням.
Соединения с помощью
клиновых шпонок создают
невысокую точность
центрирования, что
ограничивает их применение.
Призматические
шпонки (СТ СЭВ 189—75) с
округленными
(исполнение А), плоскими
(исполнение В) и смешанными
(исполнение С) торцами
имеют прямоугольное
сечение и воспринимают
нагрузку боковыми
гранями. При использовании
шпонок в качестве
направляющих на валу их закрепляют винтами. Паз под шпонку на валу
делают фрезерованием, а паз во втулке — долблением на всю
длину ступицы.
Сегментные шпонки (СТ СЭВ 647—77) также воспринимают
Рис. 15.4.
3
Соединение
шпонкой
призматической
Рис. 15.5. Соединение сегментной шпонкой
239

нагрузку боковыми гранями, но требуют более глубоких пазов
в валах, что уменьшает их прочность.
Призматическая шпонка (рис, 15.4) характеризуется шириной
6, высотой А и длиной I, а сегментная (рис. 15.5)—шириной Ь>
высотой А, длиной I и радиусом R = di/2. Основные размеры
шпонок и сечений пазов стандартизованы. Шпонки по размерам
сечения подбирают в зависимости от диаметра вала d. Длину I
выбирают конструктивно в зависимости от длины ступицы с
округлением до стандартного размера и последующей проверкой шпонки
на срез и смятие.
Для призматической шпонки, имеющей расчетную длину
/ /6
см ^п
для сегментной шпонки
/1 с п\
¦ =-^-=-^г <Км]; A5.Ю)
о см "#*
для обоих видов шпонок
где k = h—t (рис. 15.5).
В качестве материала шпонок используют чистотянутый
стальной пруток из углеродистой или легированной стали. При
статическом режиме [<Тсм]=150 МПа, при динамической нагрузке [аСм] =
= 100 МПа, в подвижных соединениях в зависимости ог характера
нагрузки [асм] = 20^-30 МПа, тср = 6Оч-8О МПа.
Допустимые погрешности шпонок и пазов на валу и в ступице
выбирают по СТ СЭВ 57—73. Наиболее применимы посадки шпон-
хи в паз ступицы типа HS/h8, Я8/Я9, Я9/Я9, посадки шпонки в паз
вала типа Я9/А8, Я9/А9.
§ 15.4. Шлицевые соединения
Шлицевые соединения применяют для соединения вала
со ступицей детали с целью передачи крутящего момента. По
форме профилей зубьев на валу различают три типа соединений: пря-
мобочные, эвольвентные, треугольные. Шлицевое соединение но
сравнению со шпоночным обеспечивает большую прочность,
лучшее центрирование.
Прямобочные шлицевые соединения (рис. 15,6, а) имеют
размеры zXdxD, стандартизованные СТ СЭВ 188—75, где z —число
шлиц; d — внутренний диаметр; D — наружный диаметр; Ь —
ширина шлиц. Стандарт предусматривает три серии соединений:
легкое, среднее и тяжелое с центрированием по наружному D или
внутреннему d диаметру, а также по боковым граням. Для дости-
240

жения лучшей соосности исходя из технологии изготовления
используют центрирование по D или d.
Допуски для деталей таких соединений определены СТ СЭВ
187—75. Обозначение прямобочного шлицевого соединения
должно содержать букву, определяющую поверхность центрирования;
число зубьев z и номинальные размеры &, D и Ъ соединения; поле
допуска на центрирующий диаметр и ширину шлиц, помещаемые
после соответствующих размеров.
Рис. 15.6. Конструкции шлицевых соединений
Например, при 2 = 6, d = 23 mm, D = 26 мм, 6 = 6 мм с
центрированием по D и посадкой #7/е8, а по Ь с посадкой D9//8 соединение
имеет следующее условное обозначение:
Z)-6x 23
Я 12
Х26
Я7
X 6
D9
/В
Эвольвентные шлицевые соединения с углом профиля а = 30°
по СТ СЭВ 269—76 имеют номинальный диаметр ?) = 4-^500 мм,
модуль m = 0,5-f-10 мм и число зубьев 2 = 6-^-82 (рис. 15.6, б).
Центрирование происходит по боковым граням.
Допуски для деталей таких соединений даны в СТ СЭВ 259—76.
Стандарт устанавливает следующие ряды основных отклонений,
обозначаемых для ширины впадины втулки Н, для толщины зуба
вала г, р, я, k, A, g, f, d, с, а. Степени точности для ширины
впадины втулки — 7, 9, 11, для толщины зуба вала — 7, 8, 9, 10, 11.
Степень точности указывают цифрой перед буквенным обозначением
основного отклонения.
Условное обозначение эвольвентного соединения должно
содержать: номинальный диаметр D\ модуль т\ поле допуска вала
и втулки, помещаемое после размеров центрирующих элементов;
номер стандарта.
Например, при /) = 20 мм, /п=1,25 мм с центрированием и
посадкой по боковым поверхностям зубьев соединение имеет
следующее условное обозначение: 20Xl,25x9#/9g (СТ СЭВ 259—76).
241

Треугольные шлицевые соединения (рис. 15.6, в) применяют
при небольших крутящих моментах для замены прессовых посадок,
а также в тонкостенных конструкциях. Число шлиц 2=204-70,
модуль т = 0,2-г-1,5 мм, углы впадин вала 2а = 60, 72, 90°.
Центрирование происходит только по боковым граням.
Для шлицевых соединений характерно смятие боковой
поверхности. Проверочная формула при известных D, d, z и I имеет вид
*Г К«1, A5Л2)
«Ьсм (D2 — a2) zkl
где й = 0,7-г-0,8 — коэффициент, учитывающий неравномерность
распределения нагрузки по поверхности шлиц.
Допускаемое напряжение на смятие зависит от твердости
поверхности шлиц, вида нагрузки и в зависимости от условий
эксплуатации [асм] = 504-200 МПа.
ГЛАВА 16
ПРУЖИНЫ, ФИКСАТОРЫ, ОГРАНИЧИТЕЛИ
§ 16.1. Пружины
Пружины являются распространенными деталями,
используемыми для создания усилий в узлах РЭА типа фиксаторов, муфт,
в храповых механизмах, а также для виброизоляции и
амортизации ударов и вибраций.
Рис. 16.1. К расчету пружин сжатия и растяжения
По конструктивному признаку пружины подразделяют на
винтовые, спиральные и плоские, а по виду деформации — на
пружины растяжения, сжатия, кручения и работающие на изгиб.
Пружины широко распространены в конструкциях РЭА. На
рис. 16.1, а, б показаны два основных вида винтовых цилиндриче-
242

ских пружин, где d — диаметр проволоки; D — средний диаметр
пружины; t — шаг витков; п — рабочее число витков; Яо — длина
пружины в свободном (ненагруженном) состоянии; с = D/rf
—индекс пружины.
Для повышения прочности пружины рекомендуют брать с>6
(8—16) при d<0,5 мм и с^4 F—12) при d>0,5 мм с учетом
требуемой податливости. Для предохранения пружин сжатия от
выпучивания (потери устойчивости) при отсутствии направляющих
отношение #0/'/) = 3-^-5.
Для уменьшения напряжений изгиба концевых витков их
прижимают к соседним, а торцовые поверхности пружины шлифуют
перпендикулярно ее оси. Концы пружин растяжения формируются
при отгибе крайних витков или закреплении специальных деталей
(крючков, пружинодержателей, рычагов). В свободном состоянии
витки этих пружин обычно прижаты друг к другу.
При расчете размеров следует учитывать число нерабочих
витков пружин сжатия и растяжения. У пружин сжатия нерабочими
витками являются верхний и нижний витки. Для пружин
растяжения такие витки определяются конструкцией места
крепления.
Наименьшая F\ и наибольшая F2 нагрузки, действующие на
пружину, зависят от условий работы механизма. Предельно
допустимую нагрузку Fz устанавливают при испытании, регулировании
и установке пружины. Нагрузка F2 является расчетной.
Для уменьшения габаритов пружины растяжения изготовляют с
витками, навитыми вплотную друг к другу, что создает
предварительное усилие Fo (рис. 16.1, б). При диаметрах проволоки ^<5мм
рекомендуют следующие соотношения между нагрузками:
fo^O,33F2; Fz~ A,1-1,2)F2.
При расчете пружин растяжения и сжатия исходят из условия
нагружения проволоки пружины крутящим моментом TK = F2DI2
(рис. 16.1, в).
Условие прочности проволоки пружины при ее работе на
кручение имеет вид
где /Св — поправочный коэффициент, учитывающий кривизну
витков и выбираемый по табл. 16.1 в зависимости от величины с;
[тк] — допускаемое напряжение при кручении, зависящее от
характера изменения по времени нагрузки F2y а также материала
проволоки.
При статической нагрузке [tK]i = 0,4aB, при пульсирующей
[Тк]п = 0,2(Хв.
Диаметр проволоки из A6.1)
Y к*^с . A6.2)
243

c=*D\d
4
5
к
1,
1,
в
37
29
6
8
1
1
,24
,17
10
12
Таблиц
1
1
а 16.1
в
,14
,11
Осевая деформация пружины под действием нагрузки F2
определяется как суммарный угол закручивания витков 0,
умноженный на D/2:
J г»
A6.3)
где f' = 8cz/Gd— податливость одного витка, т. е. прогиб одного
витка при действии единичной силы в 1 Н; п — рабочее число
витков пружины. При заданной деформации / (рабочем ходе
пружины) г ^)
Gdf
f
Sc3F2 f'F2
Обычно величиной f задаются при проектировании.
Тогда нагрузка на пружину при деформации f
A6.4)
г 2 = uwj /ou~ri. A6.5;
Шаг пружины растяжения /p = d, а пружины сжатия tc^d + f/n.
Длина пружины сжатия в ненагруженном состоянии (рис.
16.1, а)
//0=nQt = rto(d-\- flu), A6.6)
где яо = я+ A,5—2) —общее число витков.
Длина пружины растяжения в ненагруженном состоянии (рис.
16.1,6)
H0 = ndJr2hnp, A6.7)
где Лпр= @,5-М ,0)D — длина одного прицепа.
На практике расчет пружины ведут по максимальной нагрузке
F2, задаваясь значениями с и [тк] для выбранного материала
пружины. Число витков определяют по A6.4), учитывая требуемую
податливость одного витка /'. Проверку прочности проводят по
A6.1).
Пружины кручения. Такие пружины устанавливают на
цилиндрическую оправку с зазором, обеспечивающим свободный поворот
витков пружин. При этом один конец пружины соединяют с
неподвижной деталью, а другой — с подвижной, которая нагружается
силой F (рис. 16.2), величина которой зависит от угла ср.
Допустимый угол закручивания пружины [ср] определяют из условия устой-
244

чивости пружины. При п=1 [ф]=123°, при п = 3 [ф]=162°, где п —
число витков.
Рабочий момент T2 = F2a и угол закручивания ф2<[ф] зависят
от условий работы пружины. Наименьший рабочий момент Тх и
предельный момент 7з берут из соотношений 7"i= @,3-^0,8)Г2;
(,,J
При работе проволоки на изгиб моментом T2 = F2a диаметр
проволоки
A6.8)
При статической
нагрузке ['aH]i= 0,5 ав, при
пульсирующей [аи]и = 0,ЗЗав.
Полученное значение d
округляется до ближайшей
величины по сортаменту. Индекс
пружины c = D/d'^6.
Плоские пружины.
Конструкция плоских пружин
предусматривает их работу
на изгиб и имеет много
вариантов закрепления концов
и приложения нагрузок. При
проектировании пружин
следует выбирать наиболее простые формы. Для простоты расчета
деформации пружин должны быть малыми. Для устойчивой
работы при вибрациях и ударах плоские пружины должны работать с
усилием предварительного поджатия.
Рис. 16.2. К расчету пружин кручения
Рис. 16.3. Расчетная схема плоской пружины
Напряжение изгиба прямой консольной пружины с размерами
сечения bxh (рис. 16.3, а):
Afmax
<К].
а прогиб пружины
3EJ
A6.9)
A6.10)
245

При наличии предварительного прогиба /0 (рис. 16.3, б),
создаваемого планкой /, пружина 2 воспринимает только
одностороннюю нагрузку. Силу предварительного поджатия Fo и
предварительный прогиб fo определяют по характеристике пружины на
основании подобия треугольников: f0ff = Fo/F1 откуда
fo=-J~f- A6.11)
Полный прогиб пружины при рабочем прогибе fv, учитывая
A6.9)
_ 2/2 [8и]
///
откуда толщина пружины
А= ^-^ , A6.12)
3? (/о + /р)
а ширина из A6.10)
/1 Г/5
A6.13)
Материал пружин. Требования, предъявляемые к материалу
пружин, зависят от их назначения. Пружины должны обладать
упругими свойствами, значительной прочностью, способностью к
большим деформациям.
В РЭА применяют пружины не только из стали, но и из
фосфористой и бериллиевой бронзы, имеющие высокие упругие и
антикоррозионные свойства. В зависимости от конструкции, способа
изготовления и условий работы пружины можно изготовлять
также из холоднотянутой стальной проволоки или ленты.
Вид и режим термической обработки пружины зависят от
материала и предъявляемых к пружине требований. Пружины
холодной навивки из отожженной стали подвергают закалке и
отпуску; пружины, изготовленные из термически обработанного
материала, подвергают только отпуску.
Для производства винтовых пружин методом холодной
навивки применяют стальную или бронзовую проволоку
соответствующих профилей и марок.
Для пружин используют следующие виды стальной проволоки:
1) стальную углеродистую пружинную (ГОСТ 9389—75)
диаметром от 0,14 до 8 мм, применяемую для изготовления пружин,
навиваемых в холодном состоянии;
2) стальную пружинную термически обработанную после
навивки (ГОСТ 1048—70) диаметром от 1,2 до 5,5 мм.
Для изготовления плоских и спиральных пружин используют
стальную термообработанную ленту (ГОСТ 21996—76) толщиной
от 0,08 до 1,5 мм и шириной от 1,6 до 80 мм и ленту из бронз
марок Бр.ОФ 6,5-0,15; Бр.ОЦ4-3; Бр.МцЗ-1; Бр.Б2.
246

§ 16.2. Фиксаторы
Фиксаторы служат для точной установки и удержания
одной детали относительно другой при периодическом вращении или
перемещении одной из них. Их используют в переключателях
различных типов, механизмах фиксированной настройки,
вычислительных устройствах и др. Различают
фиксаторы с жесткой и упругой фиксацией.
Жесткие фиксаторы надежно закрепляют
одно звено относительно другого в
заданном положении (рис. 16.4). Конструкции
фиксаторов с упругой фиксацией показаны
на рис. 16.5, а, б.
Основными деталями фиксаторов
являются фиксирующий элемент, пружина и
фиксирующая впадина. Чаще применяют
фиксаторы с фиксирующим элементом в
виде шарика или ролика. Для вывода шарика
из фиксирующей впадины (рис. 16.5, а)
требуется приложить к нему со стороны
планки / силу Qi при вертикальной составляю- _ ._ . _.
щей<г8>>.Таккак&/С,=1в(а+Ф),тощ,и J^.^ ^™S
Q2 = F фиксацией
Q1 = /7tg(a + cp), A6.14)
где ф — угол трения; F — сила давления пружины; a — угол
впадины.
Рис. 16.5. Конструкция фиксатора с упругой фиксацией
Для выхода шарика из фиксирующей впадины необходимо,
чтобы (се + ф)<90°, т. е. при ф<10° угол а<80°. Обычно а-45~50°.
Форма фиксирующего элемента и впадины влияет на
быстродействие, точность и надежность фиксатора. Погрешность
подвижного элемента фиксатора определяется погрешностями положения
фиксирующих впадин и их геометрии.
247

§ 16.3. Ограничители и детали управления
Ограничители, или стопоры, предназначены для ограничения
перемещения или угла поворота звеньев механизма в заданных
пределах. Такие устройства используют, например, в механизмах
настройки РЭА для ограничения перемещения элемента настройки
в заданных пределах. Наиболее простой конструкцией
ограничителя являются регулируемые упоры А и В, закрепленные на стерж-
Рис. 16.6. Конструкция ограничителя движения в виде регулируемых
упоров
не 3 и ограничивающие перемещение поршня 4 в резонансной
камере 5 волномера (рис. 16.6). Ручка настройки 1 посажена на винт
2. При вращении винта поршень перемещается вместе с гайкой 7;
от вращения гайка предохраняется направляющей 6. В качестве
ограничителя может быть также использован винтовой стопор
(рис. 16.7), состоящий из винта 5, двух стопорных колец 4 и гайки
2, вращение которой предотвращается планкой 3. Гайка и кольца
имеют торцовые выступы I, которые при перемещении гайки по
винту в крайних положениях упираются в выступы стопорных
колец.
Расстояние между плоскими поверхностями стопорных колец
L\ при перемещении гайки на расстояние L
Ll = L-\-B + 2a [мм], A6.15)
где L — nP, мм; п — число оборотов винта; Р — шаг резьбы винта,
мм; В, а —ширина гайки и высота ее выступов, мм.
Число оборотов п, шаг винта Р, ширина гайки В и высота
выступов гайки а задаются конструктором.
248

Стопор^ с кулачковыми шайбами показан на рис. 16.8.
Кулачковые шайбы 2 сидят свободно на оси 4. Ведущая шайба 1 в виде
кольца с выступом закреплена на оси жестко. Все кулачковые
шайбы имеют выступы с углом |3. При вращении оси с ведущей
Рис. 16.7. Конструкция винтового стопора
А-А
Рис. 16.8. Конструкция кулачкового стопора
шайбой / каждый выступ предыдущей шайбы задевает за выступ
последующей и заставляет ее вращаться. При стопорении
последняя шайба своим зубом упирается в зуб кулачковой втулки 3. При
числе оборотов п оси 4 до стопорения число шайб
z= Шп -1. A6.16)
360-2? V ;
Обычно р==30°. Тогда угол кулачка втулки 3 a = 300z+
+ 330—ЗбОп. Точную регулировку стопора осуществляют при
9—1451
249

сборке путем соответствующей установки ведущей шайбы перед
ее фиксацией.
К деталям управления РЭА относятся маховички, поворотные
рукоятки и ручки, кнопки. При конструировании необходимо
придавать им форму, способствующую удобному захвату пальцами
руки.
Маховички. Различают следующие виды маховичков: простые,,
с фрикционной муфтой, запирающиеся. Простые маховички (рис
16.9, а) могут быть
сплошными, со спицами или рукояткой.
Маховички с фрикционной
муфтой (рис. 16.9, б)
предохраняют ведомую цепь от по-
Рис. 16.9. Конструкции махович- Рис. 16.10. Конструктивные разно-
ков видности рукояток (а) и ручек (б)
ломок за счет возможности их проворачивания относительно вали*
ка. Запирающиеся маховички применяют для предохранения
кинематической цепи ручного привода от случайных проворачиваний.
Различные типы маховичков стандартизованы и приведены в
справочниках.
Рукоятки и ручки. Размеры и форма ручек и рукояток зависят
от величины усилия, которое необходимо преодолеть для поворота
ведомой оси; места, где установлена ручка и величины угла
поворота. Концы осей элементов управления приборов РЭА для
установки ручек должны выполняться по ГОСТ 4907—73.
Рукоятки вращения предназначены для захвата их пальцами
руки при передаче малых моментов вращения. Для удобства
захвата их делают с рифленой или накатанной поверхностью, а
иногда покрывают резиной. Размеры и форма рукояток
нормализованы. Рукоятки изготовляют из металла (пластмассы) с металличе-
250

ской втулкой и крепят штифтом (винтом). Некоторые виды
рукояток показаны на рис. 16.10, а. Для установки в определенном
положении применяют рукоятки с фиксатором.
Ручки для частей и деталей приборов, которые по условиям
эксплуатации должны быть съемными, приведены на рис. 16.10, б.
Кнопки. Такие детали (рис. 16.11) используют для
сигнализации, контроля какой-либо цепи или как элемент пусковой
автоматики. Они могут быть обычными и герметизированными.
Герметизация обеспечивается уплотнением или постановкой между кноп-
Рис. 16.11. Конструкции кнопок:
а — на базе микровыключателя; б — герметизированные
кой и системой коммутации диафрагмы. Кнопки изготовляют из
цветной пластмассы и часто имеют надписи «Пуск», «Стоп» и др.
Диаметр кнопки 6—8 мм, усилие нажатия от 0,5 до 6 Н.
ГЛАВА 17
МУФТЫ
§ 17.1. Назначение и классификация
Муфтами называют устройства, предназначенные для
соединения валов с целью передачи вращения без изменения скорости.
Непосредственная кинематическая и силовая связь между
частями аппарата или узла осуществляется с помощью муфт (рис.
17.1). Муфты могут использоваться также для включения и
выключения исполнительного механизма при работающем двигателе
(сцепные управляемые муфты) или предохранения агрегата от
перегрузки (сцепные предохранительные муфты). По этому
признаку муфты делятся на постоянные и сцепные [16].
Валы соединяемых узлов или блоков могут иметь
погрешности, вызванные неточностью изготовления деталей и их
взаимного расположения в виде несоосности (рис. 17.2, а), перекоса
у (рис. 17.2, б) и сочетания обоих видов погрешностей (рис.
9* 251

17.2, в). Поэтому при выборе типа муфты следует исходить из
величины имеющейся при соединении валов погрешности и
возможности ее компенсации с помощью муфты.
Соединение валов для передачи значительных крутящих
моментов в РЭА встречается сравнительно редко. Чаще муфты
применяют в приводах для передачи малых моментов, вплоть до
использования в кинематических передачах, в которых нагрузочный
момент определяется величиной момента сопротивления сил трения
в опорах.

Передаточный

механизм
Муфты
Рис. 17.1. Структурная схема устройства с ис- Рис. 17.2. Возможные по-
пользованием муфт грешности расположения
осей валов
^ ряда механизмов РЭА требование обеспечения
минимальной погрешности при соединении валов с помощью муфты
является основным. Такой погрешностью является погрешность
перемещения, возникающая вследствие несоосности соединяемых валов,
и наличия мертвого хода, величина которого зависит от типа
используемой муфты. Некоторые типы муфт стандартизованы
ГОСТом и ведомственными стандартами. В этом случае муфты
подбирают по передаваемому крутящему моменту и частоте
вращения.
§ 17.2. Постоянные муфты
Втулочные муфты. Эти муфты являются наиболее простыми
(рис. 17,3) и используются при высокой соосности соединяемых
валов и отсутствии перекоса; в противном случае возникают
большие деформации и напряжения в соединяемых валах,
дополнительные нагрузки в опорах и, как следствие, их разрушение.
Соединение втулки с валами осуществляют с помощью штифтов,
шпонок или шлиц. Длина посадочной части втулки на каждом
валу Zi=(l-f-l,5)d, общая длина муфты /= B,25-^-3) d; D=\?d.
Для соединения втулки с валом в зависимости от погрешности
соединяемых валов применяют посадки с минимальным нулевым
зазором типа H/h и переходные типы Hfk по 7—8-му квалитетам.
Крестовые муфты. Эти муфты (рис. 17.4) состоят из полумуфт
U 3 и промежуточного диска (креста) 2. В собранной муфте
диаметрально расположенные выступы креста входят в пазы полумуфт.
252

Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте
компенсировать несоосность валов за счет скольжения выступов креста в
пазах полумуфт.
При скольжении выступов креста в пазах полумуфт возникает
сила трения, снижающая к.п.д. муфты. Для повышения к.п.д.
требуется смазка трущихся поверхностей и их точная приработка с
Рис. 17.3. Конструкция втулочной муфты с креплением штифтами
(а) и шпонкой (б)
Рис. 17.4. Конструктивная схема
крестовой муфты
Рис. 17.5. Конструкция крестовой муфты с трением качения
шероховатостью по 9—12-му классам и посадкой типа ходовой
(#//) по 6—7-му квалитетам. Это позволяет применять такие
муфты в малогабаритных проводах следящих систем РЭА.
Для повышения к.п.д. конструкцию муфты с трением
скольжения изменяют таким образом, чтобы между ее частями вместо
трения скольжения возникло трение качения. Конструкция такой
практически безлюфтовой муфты приведена на рис. 17.5. Полумуф-
253

ты / и 2 имеют выступы в виде ножей 5, которые входят между
шариками 4 в пазы креста 3. Шарики поджимаются к ножам
полумуфт плоскими пружинами 6, Точечный контакт обеспечивает
компенсацию несоосности и
перекоса соединяемых
валов. Усилие поджатия
пружины должно быть
рассчитано на передачу
требуемого крутящего момента.
При настройке
механизмов следящего привода и
функциональных
механизмов необходимо согласовать
угловое положение
выходного и входного валов с
погрешностью в несколько
угловых минут. Для этого
конструкция крестовой муфты с
трением качения
дополняется согласующим элементом
3 виде червячной пары,
состоящей из червяка 7,
колеса 2 и зажимного винта 3
(рис. 17.6), который с
помощью сухарей 4 и 5
фиксирует положение полумуфты 6
при ее повороте
относительно полумуфты 7. Поворот
(согласование) полумуфты
осуществляют вращением
червяка / (для этого
используют шлиц в его торце). В
результате этого
поворачивается червячное колесо 2 и
жестко связанные с ним
детали креста и полумуфты 6.
Поводковые муфты. Эти
муфты имеют несколько
разновидностей. На рис.
17.7, а приведена
конструкция однопальцевой
поводковой муфты, состоящей из по*
лумуфт 3 и 2 и пальца U
Недостаток муфты —
наличие мертвого хода, величина которого зависит от зазора Дг между
пальцем и пазом, увеличивающимся по мере износа трущихся
поверхностей паза и пальца. При расстоянии от оси до пальца г
мертвый ход
8<рм = Дгг. A7.1)
со
S
X
03
2
-е-
>
«к
о
ю
г
с*
s
i
о
И
О
254

Несоосность соединяемых валов также вызывает ошибку в угле
поворота (перемещении) ведомого вала. При несоосности е
максимальная ошибка перемещения (рис. 17.7, б) возможна при
ср = 90 и 270°
Д?11Я1ах = е/г. A7.2)
Для улучшения условий работы в муфтах применяют поводки
с двумя пальцами.
В)
Рис. 17.7. Конструкции поводковых муфт
Применение пружины 1, устраняющей зазор между пальцем и
муфтой, позволяет уменьшить мертвый ход (рис. 17.7, в). В
поводковых муфтах возможна замена трения скольжения трением
качения с помощью поджима поводка к пазу через шарик (см.
рис. 17.5).
Упругие муфты позволяют компенсировать несоосность и
перекос осей валов, устраняют резонансные колебания валов при
периодически изменяющейся нагрузке, снижают динамичность
нагрузки. Демпфирование в этой муфте осуществляется за счет
работы сил внутреннего трения, совершаемой при деформации
упругих элементов. Однако наличие этой деформации ведет к
погрешности в углах поворота соединяемых валов, поэтому такие муфты
255

А-А
применяют в механизмах, допускающих рассогласование движения
валов. Данные муфты используют в механизмах приводов
лабораторных измерительных линий и в тех механизмах РЭА, у которых
требования по точности передачи движения соединяемых валов
невелики.
Широкое распространение нашли упругие пальцевые с
промежуточным упругим элементом (рис. 17.8, а) и упругие втулочно-
пальцевые (рис. 17.8, б)
муфты. В первых упругий элемент
2 изготовлен в виде кольца с
четырьмя отверстиями для
пальцев /. Материал кольца —
монолитная резина, текстолит,
пластмасса, обеспечивающие
эластичность работы муфты.
Во вторых эластичность
конструкции создается за счет
использования дисков или
сплошных втулок 1 из тех же
упругих материалов, закрепляемых
на пальцах 2\ сами пальцы
установлены на одной из
полумуфт. Некоторые типы
упругих муфт стандартизованы
(ГОСТ 21424—75); их подбор
осуществляют по величине
передаваемого момента.
Мембранные муфты. Эти
муфты применяют для
соединения валов при передаче
малых моментов. Муфты
позволяют осуществить передачу
вращения между валами,
имеющими перекос осей до 2—3°,
обеспечивая при этом
отсутствие мертвого хода.
Конструкция мембранной
муфты с одной мембраной
показана на рис. 17.9, а, где
момент с полумуфты 1 на
полумуфту 3 передается через
мембрану 2. Для улучшения
компенсационных возможностей в
муфте возможно
использование двух мембран 2 с
разделителем из диэлектрика 1 (рис.
17.9, б). Такую муфту исполь-
Рис. 17.8. Конструкции упругих муфт
Рис. 17.9.
мембранных
Конструкции
муфт
зуют в мощных передатчиках для соединения ручки настройки с
переключателем диапазонов.
256

§ 17.3. Сцепные муфты
С помощью управляемых сцепных муфт можно соединять или
разъединять валы во время работы устройства, используя для
этой цели механизм управления. Как правило, в механизмах РЭА
применяют управляемые сцепные муфты с электромагнитным
управлением. Предохранительные сцепные муфты служат для
защиты элементов механизмов от перегрузок. В качестве таких муфт
применяют фрикционные муфты, отрегулированные на передачу
определенного предельного момента.
Рис. 17.10. Конструкция порошковой муфты
Управляемые и предохранительные фрикционные муфты
обычно не компенсируют погрешностей расположения валов, поэтому
необходима высокая соосность соединяемых валов. В механизмах
РЭА из управляемых сцепных муфт наиболее применимы
порошковые и фрикционные.
Порошковые муфты. Эти муфты из-за их быстродействия
применяют как сцепные управляемые в приводах механизмов реверса
радиолокационных антенн. Время срабатывания (постоянная
времени муфты) Гм = 0,05-^-0,005 с и указывается в характеристике
муфты. Конструкция бесконтактной порошковой муфты показана
на рис. 17.10. Муфта обеспечивает при подаче питания на обмотку
питания катушки 2 передачу момента с шестерни 9 на зубчатое
колесо 8. Шестерня 9 посажена на вал с чашкой 3, а зубчатое
колесо 8 соединено с обоймой 7 и ротором 1.
Передача крутящего момента с вала 3 на шестерню 8
осуществляется пугем изменения вязкости смеси 4 в зазоре А между
обоймой и чашкой при подаче питания на катушку 2. В качестве
257

смеси в порошковых муфтах авиационных конструкций применяют
карбонильное железо с сухим наполнителем, например тальком.
Размер частиц карбонильного железа составляет от 2 до 10—
15 мкм. Для защиты подшипниковых узлов от попадания смеси в
муфте использовано лабиринтное уплотнение 5 и магнитная
ловушка 6. Передаваемый муфтой момент зависит от величины
зазора Д. Обычно A = 0,5-i-2 мм. Муфты подбирают по номинальному
крутящему моменту на валу и частоте вращения вала.
В описанных конструкциях муфт питание подается на
неподвижный корпус; в контактных муфтах — на вращающуюся
обмотку с помощью контактных или бесконтактных токосъемников.
Характеристики некоторых типов бесконтактных порошковых муфт
(БПМ) даны в табл. 17.1.
Таблица 17.1
Параметры муфты
Марка м;уфгы
БПМ-0,5М
БПМ-1М
БПМ-2М
БПМ-5М
БПМ-10М
БПМ-20М
Максимальный
крутящий момент, Н-мм
Максимальная
частота вращения, об/мин
Момент трения
ведомой части, Н-мм
Постоянная времени, с
50
1000
12
0,013
ПО
15
0,015
300
30
0,015
600
1000
2000
30
0,020
40
0,030
2500
50
0,040
Управляемые фрикционные муфты. Рабочие поверхности этих
муфт могут иметь форму плоских дисков или дисков с небольшой
конусностью. При передаче значительных моментов применяют
многодисковые муфты. Конструкция муфты, состоящей из
ведущего зубчатого колеса 9, связанного с ведущим диском 6, приведена
на рис. 17.11. При отсутствии питания на обмотке электромагнита
7 ведущий диск 6 из-за наличия зазоров б и А по обеим его
сторонам свободно вращается вместе с колесом 9.
Передачу момента на ведомый диск 1 и связанное с ним валом
11 ведомое зубчатое колесо 10 осуществляют включением питания
на обмотку электромагнита 7. Создаваемое магнитное поле,
замыкаясь через якорь 3, перемещает его и поджимает диски. При этом
зазор б между ведущим диском 6 и фрикционными дисками 4 и 5
становится равным нулю.
Поскольку якорь 3 связан с ведомым диском 1 пружиной 2,
последняя, будучи растянутой, после выключения питания возвращает
якорь в исходное положение. При этом постоянный зазор Д = 0,1 мм
обеспечивает свободное вращение ведущего диска 6 относительно
ведомого /. Муфта монтируется в корпусе 8, который для уменьше-
258

ния потерь на нагревание имеет продольный паз. С целью
обеспечения стабильности работы муфты при больших колебаниях
температуры фрикционные диски работают всухую, а уменьшение
величины остаточного магнетизма после снятия питания с катушек
обеспечивается применением для дисков соответствующей марки
малоуглеродистой стали.
10
Рис. 17.11. Конструкция управляемой фрикционной
многодисковой муфты привода самолетной радиолокационной антенны
Материал дисков
Со смазкой
Закаленная сталь по закаленной стали
Закаленная сталь по бронзе
Текстолит по стали
Металлокерамика по закаленной стали
Без смазки
Сталь по стали с противозадирным покрытием
Закаленная сталь по бронзе
Прессованный асбест или феродо по стали
Металлокерамика по закаленной стали
[р], МПа
0,6—0,8
1—1,5
0,4—0,6
0,8
0,5—0,7
1-1,2
0,2-0,3
2
Тг
i блиц а 17.2
/
0,06
0,08
0,1—0,12
0,10
0,18—0,25
0,18
0,3
0,25—0,35
Примечание. При у = 2,5—5 м/с [р] следует снижать на 15%, при v =
= 10 м/с —на 30%, при и = 15 м/с — на 35%.
259

Б-Б
Будучи отрегулированной на передачу предельного крутящего
момента, фрикционная муфта может выполнять функции
предохранительного устройства.
Момент трения, развиваемый на z парах рабочих поверхностей
дисков,
= }KTlV A7.3)
где /?сР= (?>i+?>2)/4 — средний
радиус рабочих поверхностей
дисков; Q — сила поджатия
дисков; Тц — номинальный
крутящий момент; |3=l,25-f-2,5—
коэффициент запаса по
сцеплению. Число дисков в муфте
при z парах рабочих
поверхностей /1 = 2+1.
Сила Q ограничивается
допустимым удельным
давлением [р] на рабочих
поверхностях:
Р=
<\Р\
Рис. 17.12. Конструкция
предохранительной фрикционной муфты
редуктора механизма наклона
радиолокационной антенны
Коэффициент трения
скольжения f зависит от условий
работы (со смазкой или без
нее) и материалы дисков. Для
повышения f применяют диски
с накладками из специальных
материалов. Значения f и [р]
для некоторых материалов
приведены в табл. 17.2. Данные
справедливы при числе
переключений в час не более 100 и
скорости v^2,5 м/с.
В бортовой аппаратуре
радиолокационных станций с
целью обеспечения стабильной
работы при колебаниях
температуры от —60 до +50° С и
выше управляемые
фрикционные муфты обычно работают
без смазки. Материалом
дисков муфты с
электромагнитным управлением является
мягкая малоуглеродистая
сталь с низкой коэрцитивной
силой. Для повышения
износостойкости и противозадирных
260

свойств применяют диффузионное хромирование поверхностей
дцсков.
Фрикционные диски можно изготовлять также из металлокера-
мических материалов методом порошковой металлургии. Такие
материалы состоят из металлической основы (меди, железа,
никеля, и др.)» обеспечивающей прочностные свойства и отвод тепла,
и неметаллической (графит, оксид кремния, асбест и т. д.).
Неметаллические компоненты повышают коэффициент трения и
стабильность свойств при высокой температуре. Для повышения изгибной
прочности металлокерамический диск внутри имеет основу в виде
прокладки из стали марки 30. Хорошее сцепление слоев
обеспечивается их спеканием при температуре 720—740° С. Толщина
пленки фрикционного слоя составляет примерно 0,6—0,8 мм. Обычно
такие диски работают без смазки и имеют коэффициент трения
скольжения по стали 0,27—0,3.
Предохранительные фрикционные муфты. Эти муфты
предохраняют детали механизма от поломок при перегрузках. Муфта,
показанная на рис. 17.12, состоит из валика с шестерней 7, стакана 5
€ зубчатым колесом 6, соединяемых шпонками 8, фрикционных
дисков 4 и 3, пружины 2 и регулировочной гайки 1, с помощью
которой устанавливают силу сжатия пружиной фрикционных
дисков, определяющую величину предельного момента. Фрикционные
диски своими выступами поочередно входят в пазы ведущего вала
и стакана ведомого зубчатого колеса.
Для обеспечения стабильности предельного крутящего момента
при колебаниях температуры фрикционная сцепная
предохранительная муфта в бортовой аппаратуре обычно работает без смазки.
Материал сопряженных дисков — сталь, бронза и
металлокерамика. Передаваемый предельный момент может быть подсчитан по
A7.3).
ГЛАВА 18
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
§ 18.1. Принцип действия и устройство двигателей
переменного и постоянного тока
В РЭА применяют электрические машины различные как по
назначению, так и по техническим характеристикам. Это силовые
электродвигатели постоянного и переменного тока,
электродвигатели, используемые в следящих и специальных приводах механизмов,
а также специальные электрические машины: вращающиеся
трансформаторы, сельсины, тахогенераторы. Последние часто
используют в системах управления РЭА в качестве различного типа
датчиков или указателей.
Главным недостатком наиболее простых в изготовлении и
обслуживании трехфазных асинхронных электродвигателей
переменного тока являются трудности регулирования их частоты враще-
261

ния. Поэтому в тех случаях, когда регулирование частоты
вращения является обязательным, используют более сложные в изготс/в-
лении, но хорошо регулируемые электродвигатели постоянного
тока. /
Электрические машины в механизмах РЭА используют главным
образом для преобразования электрической энергии в
механическую, а в отдельных случаях (сельсин-датчики, вращающиеся
трансформаторы и др.) —для преобразования механической энергии в
электрическую. Простейшей по устройству является асинхронная
электрическая машина, изобретенная М. О. Доливо-Добровольским
в 1889 г.; ее работа основана на
воздействии вращающегося магнитного
поля, создаваемого переменным
током в неподвижной обмотке статора,
на короткозамкнутую обмотку
ротора.
Рис. 18.1. Схема магнитной
системы асинхронного двигателя
Рис. 18.2. Обмотка ротора типа «беличье
колесо» (а) и схема взаимодействия
магнитного поля и проводника ротора (б)
Магнитная система двигателя переменного тока (рис. 18.1)
состоит из двух сердечников: неподвижного наружного
сердечника — статора / и внутреннего подвижного сердечника — ротора 2,
собираемых из листов электротехнической стали. В сердечниках
листы для уменьшения потерь на вихревые токи изолированы друг
от друга слоем лака. В пазах с внутренней стороны статора
уложена трехфазная обмотка статора 3, токи которой возбуждают
вращающееся магнитное поле машины с полюсами N и Sf
образованными магнитными потоками Ф[ и Фг. В зависимости от
расположения обмотки в статоре число пар полюсов р = 1, 2, 3, 4. В пазах
ротора размещена обмотка 4, токи в которой индуцируются
вращающимся магнитным полем статора. Взаимодействие токов ротора
с вращающимся магнитным полем статора создает вращающий
момент, который заставляет ротор следовать за полем статора.
В зависимости от конструкции обмотки ротора различают
асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором.
Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой медные или
алюминиевые стержни, уложенные без изоляции в пазы ротора и
замкнутые на торцах торцовыми кольцами (рис. 18.2, а). Внешний
262

&ид обмотки напоминает беличье колесо, отчего она и получила
такое название. Фазный ротор имеет обмотку, выполненную
аналогично обмотке статора. Для трехфазного двигателя она является
трехфазной, причем концы фаз этой обмотки объединены в одну
•общую точку, образуя звезду, а начала выведены к трем закреплен-
ным\на валу контактным кольцам. С помощью наложенных на
кольца щеток в цепь фазных обмоток ротора подается напряжение,
изменять которое можно путем введения в цепь добавочного
резистора сопротивлением R, что облегчает запуск двигателя и
регулирование частоты вращения.
Вращающееся с частотой п\ магнитное поле статора в виде
подвижного полюса N (рис. 18.2, б) индуцирует ток в проводнике 1.
Этот проводник под действием возникшей электромагнитной силы
^эм заставляет ротор вращаться с частотой п в одном направлении
с магнитным полем. Однако частота вращения проводника ротора
не может быть равна частоте вращения магнитного поля,
поскольку при синхронной частоте вращения не будет происходить
относительного движения полюсов магнитного поля и ротора, а
следовательно, в обмотке ротора исчезнет ток, что приведет к исчезновению
©ращающего момента. Поэтому в асинхронном двигателе ротор
должен отставать по частоте вращения от магнитного поля, т. е.
иметь скольжение
s=(nx — n)/nv A8.1)
где П\ — частота вращения магнитного поля, п — частота вращения
ротора, соответствующая равновесному состоянию между
тормозным и вращающим моментами.
При номинальной нагрузке скольжение обычно невелико и
составляет 0,02—0,05.
Частота вращения магнитного поля
Л1=60//р, A8.2)
где / — частота переменного тока, р — число пар полюсов. При
промышленной частоте /=50 Гц и р=1, 2, 3, и 4 fZi = 3000, 1500,
1000, 750 об/мин.
Скольжение двигателя зависит от нагрузки и в определенных
пределах увеличение скольжения вызывает возрастание
вращающего момента, определяемого по формуле
T=CJJ] *2/5 , , A8.3)
где См — постоянная двигателя; U\ — напряжение питания; s—
скольжение; R2 — активное сопротивление цепи обмотки якоря;
¦#2н — индуктивное сопротивление неподвижной обмотки якоря.
Зависимость вращающего момента Т от скольжения s
приведена на рис. 18.3, а. Точка А на кривой T=f(s), соответствующая
вращающему моменту 7Шах и критическому скольжению sKp, делит
263

ее на устойчивую часть (от 5 = 0 до s = sKP), где с увеличением
скольжения вращающий момент растет, и неустойчивую (от s/=
= sKp до 5=1), где с увеличением скольжения вращающий мом/нт
падает. Устойчивая работа двигателя на участке 0—5кр
объясняется тем, что динамическое равновесие вращающего Т и тормозного
Тт моментов восстанавливается за счет увеличения скольжения.
После прохождения ГШах увеличение тормозного момента Гт ^eдeт
к возрастанию скольжения, что лишь уменьшит вращающий
момент и поведет к остановке двигателя.
'max
Рис. 18.3. Механические характеристики асинхронного двигателя
Зависимость вращающего момента Т от частоты вращения п?
называемая механической характеристикой двигателя, приведена
на рис. 18.3, б. Для трехфазного двигателя (кривая 1)
максимальный' вращающий момент Ттд,х определяет перегрузочную
способность двигателя; его величина обычно в 2—2,5 раза больше
номинального значения Тв. Кроме трехфазных электрические машины
переменного тока могут быть однофазными и двухфазными.
Статор однофазного двигателя снабжается однофазной
обмоткой /, питающейся однофазным переменным током. Ротор имеет
многофазную короткозамкнутую обмотку (рис. 18.4). Магнитное
поле такого двигателя является переменным пульсирующим полем^
ось которого неподвижна в пространстве. В обмотке якоря оно
создает противоположно направленное поле, в результате чего сумма
создаваемых ими вращающих моментов будет равна нулю, а
следовательно, ротор будет неподвижен. Пуск такого двигателя
осуществляют с помощью дополнительной обмотки 2, размещенной в
пазах статора и создающей сдвинутый на 90° свой магнитный поток
относительно потока главной обмотки 1. Для получения сдвига
фазы в цепь дополнительной обмотки 2 включают последовательно с
ней конденсатор 3. Такой двигатель называют двухфазным.
Механическая характеристика этого двигателя показана на рис.
18.3, б (кривая 2). У этих двигателей увеличение питающего
напряжения приводит к росту пускового момента Гп. Асинхронные
однофазные (двухфазные) двигатели изготовляют на небольшие
мощности и используют в качестве исполнительных двигателей в.
системах автоматики.
264

Пуск
Рис. 18.4.
Электрическая схема
однофазного двигателя
\ Синхронные двигатели переменного тока имеют частоту
вращения ротора, строго соответствующую частоте вращения
магнитного поля, определяемую по A8.2). Синхронный двигатель (рис.
18.5, а) состоит из неподвижной части — статора 1, в пазах
которого располагают трехфазную обмотку якоря 2, и вращающейся
части— ротора 3 с электромагнитами, обмотки которых 4 питают
постоянным током через контактные кольца со щетками от
возбудителя; магнитная система ротора у малых двигателей может
состоять и из постоянных магнитов.
В режиме двигателя токи в обмотке якоря
(статора) создают вращающееся с
определенной частотой магнитное поле; полюсная
система вместе с ротором следует за этим полем с
той же частотой вращения.
Недостатком синхронных двигателей
является необходимость двух видов питания —
трехфазного переменного тока для статора и
постоянного тока для ротора,
преимуществом— постоянство частоты вращения.
В синхронных микродвигателях ротор
имеет постоянные магниты. Ротор делают явно-
полюсным, и он не имеет никакой обмотки.
Часто его выполняют в виде беличьего колеса
с выемками на цилиндрической поверхности с
целью получения явно выраженной полюсно-
сти (рис. 18.5, б). В некоторых случаях ротор реактивных
синхронных двигателей делают в виде алюминиевого цилиндра, в который
при заливке закладывают полосы мягкой стали, выполняющих
функции явно выраженных полюсов (рис. 18.5, в).
Устройство двигателей постоянного тока на примере четырех-
полюсной машины показано на рис. 18.6, а. На станине 1
размещены полюсы 2 с обмотками возбуждения 3. Обмотки полюсов
образуют магнитный поток возбуждения Ф. В корпусе помещен якорь
4, закрепленный на валу 5. Якорь набирают из отштампованных
листов электротехнической стали, имеющих пазы, в которых
размещают проводники обмотки якоря 6. На валу закреплен также
коллектор 7. Проводник якоря, питаемый током /я и находящийся в
магнитном поле потока возбуждения Ф, будет выталкиваться силой
^эм, создавая вращающий момент на валу двигателя (рис. 18.6,6).
Специальное контактное устройство в виде коллектора создает
возможность поочередного питания каждой из обмоток ротора при
его вращения. Под действием вращающего момента, создаваемого
силами FQMj ротор двигателя вращается с частотой п. При этом
вращающий момент Т уравновешивается тормозным Тт, т. е.
действующая на каждый проводник электромагнитная сила FQM от
протекающего в нем тока уравновешивается силой FT от тормозного
момента Тт, создаваемого нагрузкой. Из схемы замещения (рис.
18.6, в) получаем напряжение внешнего источника энергии
?/=? + /,/?„, A8.4)
265

где Е — э.д.с. якоря; /я и RK — ток и сопротивление обмотки якор^.
Тогда /
I, = (U-.
/
Поскольку
'=С,пФ,
A8/4а)
08.5)
Рис. 18.5. Схема синхронного двигателя (а) и варианты конструкции
ротора (б, в)
б) в)
Рис. 18.6. К пояснению принципа работы двигателя постоянного тока
то частота вращения двигателя из A8.4) и A8.5) будет
/г== —~~ я я , A8.6)
где Се — постоянная машины.
Общий электромагнитный момент, образуемый всеми
проводниками якоря, определяет величину вращающего момента двигателя:
Г = СМФ/Я, A8.7)
где См — постоянная машины.
266

В двигателях постоянного тока малой мощности при их
включении, когда п = 0и Е = СепФ = О пусковой ток Ir=U/Rr согласно
A8.4а) ограничивается сопротивлением обмотки якоря, которое
велико; при этом /я превышает его номинальное значение в
двигателях малой мощности примерно в 2 раза, в мощных двигателях —
в 15—20 раз. По мере разгона э.д.с. Е возрастает и ток /я
снижается до номинального значения. При больших значениях /я пусковой
ток снижают введением в обмотку якоря резистора сопротивлением
jR или уменьшением напряжения U внешнего источника.
е)
Рис. 18.7. Схемы двигателей постоянного тока (а—д) и их
механические характеристики (е)
Свойства двигателей постоянного тока как исполнительных
устройств определяются совокупностью их характеристик,
важнейшей из которых является механическая n=f(T). На основании
A8.4), A8.5) и A8.7) можно получить аналитическое выражение
для механической характеристики:
п —
U
СеФ
Т.
A8.8)
Для двигателей с независимым возбуждением, которое может
осуществляться постоянными магнитами (рис. 18.7, а) или
введением обмотки возбуждения (рис. 18.7, б), механическая
характеристика имеет достаточную жесткость.
Самовозбуждающиеся двигатели могут иметь схемы с
параллельным (рис. 18.7, в), последовательным (рис. 18.7, г) и со сме-
267

шанным (рис. 18.7, д) возбуждением. Условием работы таких
двигателей является наличие в сердечнике остаточного магнетизма.
Механические характеристики перечисленных двигателей
постоянного тока приведены на рис. 18.7, е. Механические
характеристики двигателей с независимым (прямая 1) и параллельным
(кривая 2) возбуждением имеют достаточную жесткость, маЛо
отличаясь друг от друга; по форме они похожи на механическую
характеристику асинхронного двигателя, отличаясь отсутствием
неустойчивой части.
Механическая характеристика двигателя последовательного
возбуждения (кривая 4) является «мягкой», так как изменение
момента Т влияет на частоту вращения п. Однако при нагрузочных
моментах, составляющих менее 25% от номинальных, частота
вращения вала двигателя приобретает значения, опасные для его
механической прочности.
Механическая характеристика двигателей смешанного
возбуждения (кривая 3) обладает преимуществами двигателя
параллельного возбуждения, сглаживая недостатки двигателей
последовательного возбуждения. Более подробно рассмотренные вопросы
изложены в [21, 22].
§ 18.2. Шаговые двигатели
Электрические машины, в которых поворот вала с
фиксированным шагом осуществляется путем периодической подачи на
обмотки двигателя импульсов тока в определенной последовательности,
называют шаговыми двигателями. При циклически повторяющихся
подачах питания в обмотки двигателя намагничивающая сила
статора поворачивается на фиксированные углы (шаги), вызывая
поворот ротора шагового двигателя (ШД) на эти же углы. В
качестве ШД могут быть использованы синхронные двигатели с
постоянными магнитами, реактивные двигатели, асинхронные с неполной
клеткой на роторе и др. Наиболее полно требованиям
быстродействия, устойчивости движения и надежности отвечают многофазные
синхронные двигатели с активным или реактивным ротором.
Применяемые ШД являются многофазными и многополюсными
электрическими машинами. Управление ими осуществляется
электронным коммутатором (ЭК) и может быть однополярным, когда
напряжение на каждой фазе изменяется только по величине (от
нуля до [/), и равнополярным — при изменении напряжения также
и по знаку (в пределах ±U). Оно может быть также
симметричным, если для каждого устойчивого состояния ротора (в каждом
такте) возбуждается одинаковое число обмоток, и
несимметричным, если четным и нечетным тактом коммутации соответствует
одновременное возбуждение различного числа обмоток. Управление
называют потенциальным, если напряжение на обмотках
изменяется только в моменты поступления на ЭК управляющих импульсов;
при отсутствии сигнала на входе ЭК обмотки находятся под
напряжением и ротор фиксируется полем возбуждения обмоток. Если
268

напряжение на обмотку подают только в начале такта, то его
называют импульсным. По истечении определенного времени обмотка
обесточивается и ротор удерживается в требуемом положении
реактивным моментом. Для этой цели также используют
специальные фиксирующие устройства.
Работа шагового двигателя характеризуется механическим
шагом [23]
A8.9)
где п — число устойчивых электрических состояний для
двухполюсного двигателя при числе фаз т, р — число пар полюсов. "
Рис. 18.8. Конструкция ШД с активным ротором
При однополярной коммутации и симметричном способе
управления п = т, при разнополярной коммутации и симметричном
управлении или однополярной коммутации и несимметричном
управлении п = 2т, при несимметричной разнополярной коммутации
При частоте следования импульсов / частота вращения ротора
a=27if/np. A8.10)
К основным характеристикам двигателя относятся также
синхронизирующий и пусковой моменты, перегрузочная способность,
статическая и динамическая ошибка шага и др.
Рассмотрим конструктивные схемы ШД с активным и
пассивным ротором, а также однофазные ШД, используемые в приборных
системах для создания малых моментов.
ШД с активным ротором конструктивно мало отличаются от
синхронных двигателей с постоянными магнитами и выполняются
в виде многополюсной машины с минимально возможным
диаметром ротора / (рис. 18.8). Число пар полюсов с целью уменьшения
269

шага выбирают максимально возможным. У выпускаемых
двигателей шаг составляет от 90 до 15°. Ротор состоит из постоянных
магнитов, закрепленных на немагнитной втулке 3, посаженной на
вал 4. Обмотка статора 2 обычно двухфазная расщепленная;
возможна также трехфазная обмотка.
ШД с пассивным ротором могут быть индукторными и
реактивными. Индукторные ШД имеют зубчатый ротор с равномерно
расположенными зубцами (рис. 18.9, а) и гребенчатые зубцовые зоны
Рис. 18.9. Формы ротора (а), статора (б) и схема соединения фазных
обмоток (в) ШД с пассивным ротором
статора (рис. 18.9, б). Зубцы статора на каждом из полюсных
выступов расположены симметрично, а сами полюсы распределены
равномерно по расточке. Электрическая схема соединения фазных
обмоток ШД при т = 4 и q = 2 приведена на рис. 18.9, в. Число
зубцов на роторе
zp=q(km±l), A8.11)
где & = 0; 1, 2, ... — любое целое число, q — число полюсных
выступов статора, охваченных катушками одной фазы.
Существующие модификации индукторных ШД различаются: по
числу фаз и размещению обмоток (на спинках или полюсах
статора); по числу пакетов статора; по способу фиксации ротора в
обесточенном состоянии и др.
ШД индукторного типа имеют шаг 15° и менее, частоту
отработки шага до нескольких килогрец и частоту вращения 500—
1000 об/мин.
Особенность реактивных ШД, магнитная система и
расположение соединенных в звезду трехфазных обмоток которого показано
на рис. 18.10, состоит в том, что потоки, образованные постоянными
составляющими тока в фазах Уь Уг и Уз, не замыкаются через
воздушный зазор и не участвуют в электромеханическом
преобразовании энергии. Из-за гребенчатой формы полюсных наконечников
270

статора ШД этого типа имеют уменьшенный шаг и называются ре-
дукторными.
Однофазные ШД отличаются простотой системы управления. На
рис. 18.11, а показана схема ШД с клювообразным ротором. При
обесточенной обмотке управления / ротор 2 фиксируется
постоянными магнитами 3. При подаче
управляющего импульса он
поворачивается на 90° и
устанавливается по оси обмоток; при
отключении обмоток он вновь
поворачивается на 90° и т. д. Клюво-
образный ротор создает
начальную асимметрию с целью
избирательности вращения.
Механический шаг ам = 90°.
Избирательность вращения может быть
также обеспечена и в ШД с
симметричными полюсами путем
взаимного сдвига фиксирующих и
управляющих полюсов статора. Такие
двигатели называют ШД с
инерционным выбегом ротора. Схема
такого ШД в двухполюсном
исполнении приведена на рис. 18.11,
Рис. 18.10. Магнитная система и
расположение обмоток в
трехфазном реактивном двигателе
Рис. 18.11. Схема однофазного ШД с клювообразным
ротором (а) и с инерционным выбегом ротора (б)
б, где / — обмотка статора, 2 — ротор, 3 — фиксирующие
постоянные магниты, 4 — полюсные наконечники. При работе двигателя,
когда ротор приходит в положение, соосное с полюсными
наконечниками, его скорость максимальна. В этот момент управляющий
импульс снимается и ротор движется по инерции под действием поля
постоянных магнитов, приходя в новое устойчивое положение. При
подаче нового импульса происходит вращение еще на один шаг и
т. д. Такие двигатели часто делают многополюсными. Разновид-
271

ностью этих двигателей являются также гармонические ШД,
результирующий момент на валу которого равен сумме моментов от
каждой полюсной зубцовой зоны. В РЭА данные ШД применяют
как в качестве силовых приводов, обеспечивающих точную
отработку угла поворота выходного звена, так и следящих. Кроме того, их
используют в лентопротяжных механизмах.
В качестве управляемого привода в РЭА иногда применяют
электрическую машину, называемую электромашинным усилителем
(ЭМУ). Под ЭМУ понимают такую машину, в которой изменение
относительно малой управляющей входной мощности (мощности
сигнала) вызывает значительные изменения большой мощности на
выходе (управляемой выходной мощности). ЭМУ получает
энергию от некоторого источника, мощность которого зависит от
мощности сигнала. Поэтому ЭМУ можно представить как генератор
постоянного тока с независимым возбуждением, в котором
основной магнитный поток, определяющий напряжение нагрузки,
создается полем якоря за счет протекающего по нему тока.
§ 18.3. Регулирование частоты вращения
и методы реверсирования двигателей
Двигатель вместе с аппаратурой и устройствами для его
управления, называемыми электроприводом, предназначается для
сообщения движения рабочим органом различных механизмов и
устройств РЭА. Для оптимальных условий работы этих механизмов и
устройств необходимо регулирование частоты вращения выходных
звеньев и их реверсирование. Как правило, регулирование частоты
вращения двигателя обеспечивается изменением параметров
электрических цепей (сопротивлений) или источников питания
(напряжения, частоты).
Основным показателем регулируемого электропривода
является диапазон регулирования
У двигателя постоянного тока верхний предел частоты
вращения сотах часто ограничивается коммутационной способностью
коллектора, а нижний comm— стабильностью поддержания момента
при возможных колебаниях нагрузки. При этом необходимо
соблюдать стабильность поддержания частоты вращения.
К показателям привода относится также плавность
регулирования
?ш=а)//а)/-1» A8.13)
где со; и со/—1 — значения угловых скоростей двух соседних
ступеней регулирования. При регулировании частоты вращения
необходимо знать, какие нагрузки могут быть допустимы на валу
двигателя, чтобы возникающие в цепях двигателя токи не
вызывали его перегрева.
272

Регулирование может осуществляться путем изменения: а)
параметров электрических цепей; б) напряжения или частоты
источника питания.
Наиболее применимыми способами регулирования частоты
вращения двигателей постоянного независимого возбуждения тока
являются следующие:
1) регулирование изменением сопротивления в цепи якоря;
2) регулирование шунтированием цепи якоря;
3) импульсное регулирование;
Естественная
Рис. 18.12. Схемы регулирования двигателя изменением сопротивления
цепи якоря (а) и шунтированием цепи якоря (б), а также получаемые
механические характеристики (в)
4) регулирование изменением тока возбуждения;
5) регулирование использованием схем на транзисторах и
тиристорах.
Регулирование частоты вращения двигателя осуществляют
путем изменения сопротивления цепи якоря при включении в цепь
якоря реостата сопротивления /?р.я (рис. 18.12, а). При постоянном
моменте Т, постоянном магнитном потоке возбуждения Ф и
сопротивлении якоря Rn частота вращения оз двигателя является
линейной функцией сопротивления 7?р.я регулировочного реостата:
7\
A8.14)
где соо-т частота вращения двигателя при холостом ходе.
Механическая характеристика имеет линейный характер и с
повышением сопротивления #рл ее жесткость падает.
Практически диапазон регулирования не превышает ?) = 3-f-4.
При малых нагрузках этот метод малоэффективен.
Регулирование частоты вращения двигателя шунтированием
цепи якоря осуществляют при включении регулировочных резисторов
параллельно (Rm) и последовательно (Rn) с якорем (рис. 18.12, б).
При этом
со=^асо0 - ¦—/, (lo.lo)
где а = ?
273

Приведенное уравнение показывает, что механическая
характеристика имеет линейную зависимость (рис. 18.12, в), причем
частота вращения при холостом ходе уменьшается до значения асо0.
Регулирование может производиться путем изменения Rm при Ru =
= const; Rn при Rm = const, а также одновременным изменением Rm
и Rn. Во всех случаях со изменяются согласно A8.15).
Данный способ регулирования характеризуется повышенными
потерями мощности в цепи якоря, что ограничивает его применение
в двигателях малой и средней мощности при диапазоне
регулирования ?> 45
а)
5)
Рис. 18.13. Схема импульсного регулирования (а), кривая тока (б) и
механические характеристики двигателя (в)
Импульсное регулирование используют для управления
двигателями независимого возбуждения с помощью полупроводниковых
триодов, обеспечивающих получение в цепи якоря тока
определенной длительности и частоты (рис. 18.13, а). Широкоимпульсный
модулятор 2 воздействует на триод 1 импульсами тока частотой /,
обеспечивая питание цепи якоря, а выпрямитель 4 шунтирует якорь
двигателя 3.
Управление вращением двигателя осуществляют путем
изменения длительности управляющих импульсов тока в цепи якоря,
воздействующих на триод, который включен в цепь последовательно
с его обмоткой.
Длительность управляющих импульсов выбирают на порядок
меньше электрической постоянной обмотки якоря двигателя,
равной отношению ее индуктивности Ln к сопротивлению RR. При
регулировании частоту управляющих импульсов берут от нескольких
сот до двух тысяч герц. Если длительность импульса равна
периоду их следования, то двигатель все время включен и его скорость
максимальна. Если длительность импульса равна нулю, то ротор
двигателя не вращается — двигатель отключен. При
промежуточных значениях длительности импульса скорость имеет
промежуточное значение между ощах и со = 0.
На рис. 18.13, б показаны графики тока в обмотке якоря
(кривая 1) и тока от источника питания (кривая 2). Таким образом,
ток в цепи якоря при импульсном регулировании за счет энергии,
274

запасенной за счет индуктивности обмотки якоря, почти постоянен,
что положительно сказывается на работе двигателя. Механические
характеристики двигателя для различной относительной
длительности замыкания цепи Тз приведены на рис. 18.13, в, где x^ = tn/tli —
относительная длительность замыкания цепи.
Регулирование частоты вращения двигателя изменением потока
возбуждения (рис. 18.14, а) осуществляют путем регулирования
тока возбуждения /в при изменении сопротивления RB цепи
возбуждения. Как следует из A8.8), изменение магнитного потока Ф влияет
на частоту вращения. Механические характеристики двигателя
(<D = var) приведены на рис. 18.14, б, а график o = f(O) —на рис.
со
д)
тд
Рис. 18.14. Схема регулирования двигателя изменением тока возбуждения
(а), механические характеристики двигателя (б) и график со=/(Ф) (в)
18.14, в. Условно график можно разбить на два участка. Первый
участок соответствует изменению потока от Ф = 0 до Фш, когда
частота вращения растет от со = 0 до сотах. Такой режим позволяет
изменять частоту вращения от нуля до максимальной и
реверсировать двигатель изменением направления потока, что используют в
следящих системах. Энергетические показатели двигателя низки,
особенно при (о->0, поэтому его применяют в системах малой
мощности. Второй участок имеет лучшие энергетические показатели,
однако регулирование из условий механической прочности и
коммутации возможно до некоторой конечной скорости.
Регулирование частоты вращения двигателя с помощью
транзисторов сводится к тому, что у включенного по схеме управления
(рис.18.15, а) транзистора Т при изменении тока базы путем
регулирования сопротивления R изменяется сопротивление перехода
эмиттер — коллектор и ток в цепи якоря. Механические
характеристики, соответствующие различным значениям тока базы /б,
показаны на рис. 18.15, б.
Мостовая схема на транзисторах Т\, Т^, Гз, и Т±, позволяющая
осуществлять регулирование скорости и реверс двигателя путем
подачи на базу транзисторов тока управления, приведена на рис.
18.15, в. Диоды Дь Д2, Дг и Да предохраняют транзисторы от
токовых перегрузок.
Недостатками схем регулирования на транзисторах являются
малая жесткость механических характеристик, большие тепловые
275

потери в транзисторах, особенно при малых частотах вращения
двигателя. Поэтому этот метод используют для регулирования в
следящих системах при малой мощности двигателя.
Регулирование частоты вращения двигателя с помощью
тиристоров основано на их свойстве при подаче управляющего сигнала
быть открытыми; при снижении напряжения между анодом и
катодом до нуля, тиристоры запираются. Тиристор представляет со^
а)
Рис. 18.15. Схема регулирования двигателя с помощью транзистора (а),
механические характеристики (б) и мостовая схема регулирования и
реверса (в)
Ч
12
"я
Г"
Л
г
in
Л
1 Л
in
п
L
Л
+
и
Л
а)
5)
Рис. 18.16. Схема регулирования двигателя с помощью тиристоров (а)
и графики напряжений и токов (б)
бой полупроводниковый прибор — управляемый кремниевый
вентиль; по своему устройству он сходен с транзистором. Схема
регулирования частоты вращения нереверсируемого двигателя с
помощью тиристоров приведена на рис. 18.16, а. На рис. 18.16, б
показаны графики питающего напряжения Um токов во вторичных
обмотках трансформатора i\ и i2 и напряжения ?/я на зажимах
якоря. Подаваемые на первичную обмотку трансформатора
прямоугольные управляющие импульсы напряжения UUj вырабатываемые
модулятором, вызывают короткие импульсы i\ и ^ во вторичных
обмотках, сдвинутые друг относительно друга на время t\ (рис.
18.16, б). Под воздействием импульса i\ тиристор Т\ открывается
и якорь питается напряжением ия. При подаче импульса i2
открывается тиристор Г2, заряд на конденсаторе С создает
кратковременное изменение полярности напряжения на тиристоре 7\, в резуль-
276

тате чего он запирается и якорь оказывается отключенным от
источника. При подаче второго импульса i\ тиристор Т\ опять
открывается, а тиристор Т2 запирается; якорь вновь оказывается под
напряжения ?/ч. Таким образом на якорь двигателя подаются
импульсы напряжения вращения ротора двигателя. Тиристор Г3>
включенный параллельно якорю, служит для сглаживания
пульсаций тока в цепи якоря с целью уменьшения потерь на нагрев.
Реверсирование двигателей возможно путем изменения
полярности в цепи якоря или в цепи обмотки возбуждения. Такое
реверсирование может осуществляться автоматически с помощью*
концевых выключателей или специальных электронных схем.
Наиболее распространенные способы регулирования частоты
вращения двигателей переменного тока следующие:
1) регулирование изменением напряжения на обмотке
управления ?/у при постоянном напряжении на обмотке возбуждения UB
у двухфазных двигателей, осуществляемое с помощью
электронного или полупроводникового усилителя;
2) регулирование изменением активного сопротивления в цепи
ротора трехфазного двигателя;
3) импульсным регулированием аналогично двигателям
постоянного тока;
4) регулирование изменением числа пар полюсов (ступенчатое
регулирование);
5) регулирование изменением частоты питающего напряжения
и устройств на транзисторах или инверторных схем на тиристорах.
Данные способы регулирования во многом аналогичны
рассмотренным способам регулирования двигателей постоянного тока
независимого возбуждения; их особенности рассмотрены в [24, 25].
Реверсирование двигателей переменного тока осуществляется
изменением фазы питания в однофазном двигателе или сменой фаз
в трехфазном. Для этой цели используют специальные
коммутирующие устройства или электронные схемы; наибольшее применение
нашли схемы с использованием тиристоров.
§ 18.4. Сельсины
Сельсинами называют электрические машины переменного
тока с двусторонним питанием, обладающие свойством
самосинхронизации. Эти машины используют в системах синхронной связи.
Сельсины могут работать в индикаторном режиме, при котором
осуществляется передача на расстояние угла поворота какой-либо
механической системы, и трансформаторном режиме, при котором
происходит передача сигнала для последующего воздействия на
исполнительный механизм с целью отработки заданного угла
поворота.
Различают сельсины-датчики, индикаторные
сельсины-приемники, трансформаторные сельсины-приемники, дифференциальные
сельсины — датчики и приемники. Сельсины могут быть
двухполюсными и многополюсными, контактными и бесконтактными. Рассмот-
277

рим принцип действия и устройство однофазных контактных
двухполюсных сельсинов.
При работе в индикаторном режиме конструкции
сельсин-датчиков (СД) и сельсин —приемников (СП) одинаковы. Статоры
выполнены в виде цилиндров с явно выраженными полюсами, на
которых имеется обмотка возбуждения; роторы имеют три катушки
синхронизации, оси которых смещены на 120°, т. е. обмотка
синхронизации является трехфазной, а фазы соединены звездой (рис.
18.17, а).
ов?
а)
Рис. 18.17. Схемы сельсинов при работе в индикаторном (а) и
трансформаторном (б) режимах
При включении обмоток возбуждения ОВХ и ОВ2 в сеть
однофазного переменного тока в катушках синхронизации 1, 2 и 3
возникает индуцированная э. д. с; величина и фаза э. д. с. в каждой
катушке зависит от положения ротора сельсина относительно полюсов
статора.
В индикаторной передаче, работающей в системе СД — СП, при
одинаковой ориентации роторов относительно обмоток возбуждения
в каждой паре катушек индуцируются одинаковые э. д. с. и ток в
линии связи отсутствует. При повороте ротора СД на некоторый
угол 6 равновесие нарушается, в линии связи возникают токи, в
результате чего на роторе СП появляется вращающий момент —
момент синхронизации. Вращение ротора СП под действием момента
синхронизации происходит до тех пор, пока в линии связи не
исчезнут токи, т. е. пока ротор не отработает тот же угол Э.
При работе сельсина в трансформаторном режиме (рис. 18.17, б)
ротор СП закреплен. При повороте ротора СД на угол 8 от
согласованного положения роторов СД и СП в цепи их линии связи
появляется ток, когда обмотка возбуждения О Si включена в сеть
переменного тока. В результате этого результирующий поток обмотки
синхронизации СП повернется на угол 0, и на выходной
(управляющей) обмотке ОВ2 индуцируется э. д. с, величина и фаза которой
зависят от угла и направления потока обмотки синхронизации.
Э. д. с. на обмотке ОВ2 позволяет управлять реверсивным двигате-
278

лем. СП, работающий в трансформаторном режиме, называют
также сельсином-трансформатором.
Сельсины, используемые в индикаторных и трансформаторных
передачах, характеризуются: напряжением питания и частотой;
максимальным и удельным синхронизирующим моментом;
моментом трения; наибольшей частотой вращения; погрешностью в
угловых градусах.
В бортовой РЭА используют сельсины с напряжением питания
ПО В и частотой 400 Гц. Промышленные сельсины имеют
напряжение питания ПО—127 В и частоту 50 Гц. Погрешности сельсинов
зависят от типа и класса точности и составляют от долей до 2—Зи.
§ 18.5. Вращающиеся трансформаторы
Вращающиеся трансформаторы (ВТ) представляют
собой электрические микромашины переменного тока, имеющие по
две взаимно перпендикулярных обмотки С\—С2 и С3—С4 на статоре
и Р\—Р2 и Ръ—Ра на роторе (рис. 18.18). Одну
обмотку статора называют обмоткой
возбуждения (/), другую — квадратурной обмоткой
(&); одну обмотку ротора считают косинусной
(а), а другую синусной (Ь) обмоткой [26].
В большинстве случае ВТ выполняют в
виде двухполюсной машины. Особенностью
работы ВТ является высокая стабильность
изменения коэффициента трансформации в
зависимости от угла 0 поворота роторной обмотки
относительно статорной:
w2 Ea Sin ' ( ' • ) рис 1818
электрическая схема ВТ
Таким образом, при приложении к первичной обмотке
напряжения U\ во вторичной индуцируется э. д. с. Ea=U1 W2 sin 9,
где W\ и w2 — число витков первичной и вторичной обмоток.
Если угол поворота отсчитывать от горизонтальной оси, то
индуцируемая э. д. с. во вторичной обмотке будет изменяться по
закону косинуса.
В зависимости от схемы включения или введения
корректирующих обмоток ВТ могут работать в синусно-косинусном или
линейном режиме, а также в режиме преобразователя координат или
индукционного фазовращателя (рис. 18.19).
Схема включения при работе в режиме синусно-косинусного
вращающегося трансформатора (СКВТ) приведена на рис. 18.19, а.
Обмотка / подключена к источнику питания, а обмотка k замкну*
та на симметрирующее сопротивление Zc; обмотки ротора замкну*
ты на сопротивления нагрузки Zua и ZHb.

Работа линейного вращающегося трансформатора (ЛВТ)
основана на том, что напряжение Uu на нагрузке ZH (при определенных
условиях симметрирования и выборе коэффициента
трансформации) пропорционально напряжению Uf и функции 51±?—t
1 + В cos 9
которая при В = 0,536 и изменении угла в пределах ±60° отличается
от линейной не более чем на 0,06%. Схема включения обмоток
показана на рис. 18.19, б.
Рис. 18.19. Электрическая схема СКВТ (а), ЛВТ (б), преобразователя
координат (в) и фазовращателя (г)
Схема включения ВТ как преобразователя декартовых
координат при повороте осей представлена на рис. 18.19, в.
Преобразование основано на том, что напряжения, подводимые к обмоткам
статора, совпадают по фазе и пропорциональны преобразуемым
координатам: Uf = kfX, Uk = kfy. Напряжения на обмотках а и b
Ua=B{Uf cos 9+Uk sin в);
sin 6-Uk cose),
A8.17)
т. е. пропорциональны в масштабе В координатам в повернутой на
угол 0 системе координат.
Работа ВТ в режиме фазовращателя (рис. 18.19, г)
представляет собой линейное преобразование постоянного выходного
напряжения по фазе в зависимости от угла поворота ротора. К обмоткам
статора подводят два одинаковых, но сдвинутых по фазе
напряжения Uf и jUk. При условии симметрии обмоток в ВТ образуется
вращающееся магнитное поле, индуцирующее в обмотках ротора
э. д. с. Ea = kUe-Je, фаза которого линейно зависит от угла поворота
ротора, и Eb = kU t~№ -\- —в
ВТ могут также использоваться в качестве датчика и
приемника в трансформаторной синхронной передаче. ВТ, как элементы ав-
580

томатики, характеризуются номинальным напряжением
возбуждения Ufn, частотой подаваемого напряжения f, коэффициентом
трансформации k, входным RBX и выходным Явых сопротивлениями,
сдвигом фазы между вторичной э. д. с. и напряжением возбуждения.
Точностными параметрами являются: относительная амплитудная
ошибка вторичной э. д. с, зависящая от угла поворота ротора;
асимметрия нулевых точек; остаточная э. д. с. в нулевых точках;
э. д. с. квадратурной обмотки. В зависимости от величины
амплитудной относительной ошибки ВТ имеют следующие классы
точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3.
§ 18.6. Тахогенераторы
Тахогенераторами (ТГ) называют генераторы
постоянного тока с независимым возбуждением, э. д. с. которых линейно
зависит от частоты вращения якоря, или двухфазные асинхронные
Рис. 18.20.
Электрическая схема ТГ с
дополнительной обмоткой на
статоре
Рис. 18.21.
Электрическая схема AT
машины переменного тока с короткозамкнутым ротором,
выполненным в виде тонкостенного немагнитного стакана.
При использовании машины постоянного тока в качестве ТГ
для постоянного потока возбуждения, создаваемого обмоткой ОВ,
э. д. с. (рис. 18.20)
A8.18)
1 L dt 7
где kT — коэффициент пропорциональности.
Таким образом, э. д. с. ТГ пропорциональна первой
производной от угла 0 якоря по времени.
Для уменьшения искажения линейности характеристики ТГ
вследствие реакции якоря, влияющей яа магнитный поток в
.воздушном зазоре, на статоре располагают дополнительную обмотку о>д,
10—1451 281

включаемую последовательно с обмоткой якоря и резистором
нагрузки Ru. Введением шунтирующего резистора Rm добиваются
получения оптимальной характеристики ТГ, особенно при больших
частотах вращения. Для температурной компенсации в цепь
обмотки возбуждения включают балластный резистор из манганина или
константана.
Лишенный отмеченных недостатков асинхронный тахогенера-
тор (AT) имеет на статоре две обмотки 1 и 2, магнитные оси
которых смещены в пространстве друг относительно друга на 90 эл.
град. (рис. 18.21). Обмотку возбуждения 1 включают в сеть
переменного тока напряжением U{. Она создает пульсирующий с
частотой сети продольный магнитный поток Фа, пропорциональный
напряжению U\. При неподвижном роторе поток Ф^ индуцирует в
роторе трансформаторную э. д. с, создающую ток la с
намагничивающей силой по продольной оси. При вращении ротора с некоторой
угловой скоростью co = dQ/dt в нем индуцируется еще э. д. с.
вращения, пропорциональная Ф^ со и Ф^оо. От этой э. д. с. возникает
поперечный ток ротора Iq и поток Фд, пропорциональные Ь\ и
изменяющиеся в частотой сети. Поток Фд в обмотке 2 индуцирует
генераторную э. д. с.
^ A8.19)
E2 kxUx,
dt
где k\ — коэффициент пропорциональности, зависящий от
параметров обхмотки и ротора. Линейность характеристики AT зависит от
активного сопротивления короткозамкнутого ротора и индуктивного
сопротивления рассеяния обмотки возбуждения.
Как элемент автоматики и счетно-решающих устройств AT
характеризуется напряжением и частотой питания, потребляемым
током и мощностью, э. д. с генераторной обмотки, фазовым сдвигом
э. д. с. генераторной обмотки относительно напряжения
возбуждения, выходным сопротивлением генераторной обмотки, моментом
инерции ротора и др. AT и ТГ используют в системах обратной
связи следящего привода, а также в качестве дифференцирующих и
интегрирующих элементов схем.
ГЛАВА 19
МЕХАНИЗМЫ НАСТРОЙКИ РЭА
§ 19.1. Виды и детали колебательных контуров.
Методы настройки
Неотъемлемой частью каждого радиотехнического устройства
является электрическая колебательная система. В
радиопередатчиках эта система входит в состав генераторов, позволяющих
получать ток высокой частоты, необходимый для излучения
радиоволн в пространство. В радиоприемниках колебательная система
282

Рис. 19.1. Электрическая
схема колебательного
контура с
сосредоточенными параметрами
обеспечивает выделение полезного сигнала из общего спектра
частот и его последующее усиление.
В качестве колебательных систем используют резонансные
контуры, состоящие из индуктивной катушки, создающей магнитное
поле, и конденсатора, образующего электрическое поле,
выполненных в виде отдельных узлов, имеющих определенную индуктивность
или емкость. Такие колебательные системы, называемые
системами с сосредоточенными параметрами, применяют на низких
частотах, т. е. на длинных волнах (волнах метрового диапазона).
На сверхвысоких частотах (СВЧ),
т. е. на волнах сантиметрового и
миллиметрового диапазонов, используют
системы, в которых электрические и
магнитные поля пространственно совмещены. К
ним относятся объемные резонаторы и
колебательные системы промежуточных
форм: отрезки двухпроводных и
коаксиальных линий. Такие колебательные
системы называют системами с
распределенными параметрами.
Колебательный контур с
сосредоточенными параметрами (рис. 19.1)
состоит из катушки индуктивностью L,
конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R; контур с R = 0
считают идеальным. Если к такому контуру приложить переменное
напряжение U частотой со, то в цепи возникает периодический
колебательный процесс перехода энергии электрического поля
конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.
Собственная резонансная частота, т. е. частота свободных электрических
колебаний, с достаточной степенью точности
со0=1/]/7с, A9.1)
где L — индуктивность контура; С — емкость контура.
Из этой формулы следует, что резонансную частоту контура
можно менять путем одновременного или последовательного изменения
величины L и С. Для РЭА особый интерес представляет случай,
когда частота э. д. с. источника колебаний и собственная частота
контура равны между собой, т. е. со = оо. При этом амплитуда
колебаний резко возрастает; это явление называют резонансом.
При резонансе ток /к в контуре достигает наибольшей величины,
превышающей значение тока 1е, отдаваемого источником внешней
э. д. с. U. Обычно получение в контуре резонанса является основной
задачей его настройки. Длина волны X, на которую настроен
контур, определяется расстоянием, проходимым электромагнитной
волной за один период колебаний при движении со скоростью vc = 3-108
м/с:
10*
A9.2)
283

Деталями колебательных контуров с сосредоточенными
параметрами являются индуктивные катушки, вариометры,
конденсаторы.
Индуктивные катушки. Катушка представляет собой
свернутый в спираль проводник, укрепленный тем или иным способом на
каркасе из диэлектрика (рис. 19.2, а). При достаточной толщине
проводника и малом числе витков катушка может не иметь карка-»
са. Она может иметь или не иметь сердечник. Сердечник /
перемещается (рис. 19.2, б), что позволяет изменять индуктивность
катушки.
Рис. 19.2. Индуктивные
катушки
Рис. 19.3. Конструкция (а) и
условное изображение (б) вариометра:
1, 2 — подвижная и неподвижная катушки
Вариометры. Это тоже катушка индуктивности, но состоящая
из двух частей (двух катушек), помещенных одна в другую (рис.
19.3). Катушки соединены последовательно; при этом одна из них
может перемещаться относительно другой. При повороте подвижной
катушки 1 относительно неподвижной 2 вследствие изменения
взаимной индуктивности меняется общая индуктивность вариометра.
Конденсаторы. По конструкции различают конденсаторы
постоянной и переменной емкости. По виду диэлектрика конденсаторы
бывают воздушные, слюдяные, бумажные, керамические и др. Кон*
денсаторы переменной емкости изготовляют, как правило, с воз-
дущным диэлектриком. Они состоят из подвижных и неподвижных
пластин или цилиндров; изменение емкости обеспечивается
перемещением подвижных пластин или цилиндров 3 относительно
неподвижных 1, разделенных изолятором 2 (рис. 19.4). Подстроечные
конденсаторы, имеющие малый диапазон изменения емкости,
изготовляют с керамическим диэлектриком. Обкладками у таких
конденсаторов служат посеребренные слои меди, нанесенные секторами
ка основание и поворотный диск.
С повышением частоты применение колебательных систем с
сосредоточенными параметрами ограничивается из-за увеличения
диэлектрических потерь, потерь на излучение и т. д. В этих случаях
используют колебательные системы с распределенными параметра*
284

ми, например отрезок двухпроводной разомкнутой линии (рис.
19.5, а). Резонансная частота со линии зависит от ее длины /.
Изменение длины / в короткозамкнутых линиях обеспечивается за счет
перемещения замыкателя при настройке контура.
В эквивалентной схеме колебательного контура с
распределенными параметрами каждая часть двухпроводной линии длиной
Да; обладает некоторой
индуктивностью AL и
сопротивлением AR (или с
активной проводимостью AG), а
между ее проводниками 1 и
2 создается емкость ДС (рис.
19.5, б). Величины AL и ДС
зависят от диаметра
проводников и расстояния между
ними, а величины AR и
AG — от материала
проводников и качества диэлектри- рис Ш4 Коаксиальный подстрОечный
Ка. J\ недостаткам КОЛеоа- конденсатор с воздушным диэлектри-
тельной системы, выполнен- ком
Рис. 19.5. Схемы колебательных контуров с распределенными параметрами
ной в виде отрезка двухпроводной линии, следует отнести наличие
потерь на излучение, величина которых растет при повышении
частоты. При необходимости повышения частоты колебаний контура
характеристики колебательной системы можно улучшить
выполнением ее в виде отрезка коаксиальной линии или в виде объемного
резонатора. В коаксиальной линии уменьшение потерь на
излучение достигается полной экранировкой центрального проводника /
(рис. 19.5, в), если проводник 2 выполнить в виде цилиндра или
круговой оплетки, охватывающей центральный проводник снаружи.
Оба проводника такой линии разделяют слоем диэлектрика.
Колебательные системы с распределенными параметрами
улучшают применением объемных резонаторов, представляющих собой
металлические оболочки, внутри которых создается
электромагнитное поле. В таких резонаторах токи текут по внутренним
поверхностям; снаружи поля и токи отсутствуют. На рис. 19.6 показаны на-
285

иболее распространенные в технике СВЧ формы объемных
резонаторов: прямоугольные (рис. 19.6, а), цилиндрические (рис. 19.6, б),
коаксиальные (рис. 19.6, в), тороидальные (рис. 19.6, г),
радиальные (рис. 19.6, д) резонаторы.
Резонаторы состоят из отрезка металлического волновода * и
двух металлических крышек (перегородок), полностью его
закрывающих. Рис. 19.6, а иллюстрирует образование прямоугольного ре-
V
\
г
Т!
г)
Рис. 19.6. Основные формы объемных резонаторов
зонатора из участка прямоугольного волновода 1 и металлических
перегородок 2 и 3. Если от генератора переменного напряжения U
через элемент связи 4 подавать внутрь полученного резонатора
электромагнитную энергию, то внутри его во все стороны от
элемента связи будут распространяться электромагнитные волны. Эти
волны, достигая стенок, многократно отражаются. Если размеры
резонатора выбраны в определенном соотношении с частотой со
генератора, то излучаемые и отраженные волны при сложении
увеличивают амплитуду колебаний; увеличение амплитуды колебаний име-
* Волноводами называют трубы, выполненные из материала с
высокой проводимостью (например, из меди и латуни), по которым передается
электромагнитная энергия.
286

ет место при резонансе, когда хо0 = со. Форма резонатора может быть
также круглой (рис. 19.6, б) длиной / и диаметром d. На рис. 19.6, в
дана конструктивная схема коаксиального резонатора, состоящего
из двух цилиндров 2 и 3 и трех металлических перегородок 1,4 и
5. При расчетах этот резонатор рассматривают как состоящий из
конденсатора, емкость которого зависит от зазора Д и промежутка
между стенками 4 и 5, и эквивалентной индуктивности, величина
которой зависит от длины / коаксиального участка, а также
диаметров D[ и D2. Резонаторы, приведенные на рис. 19.6, а—в, применяют
Рис. 19.7. Конструктивная
схема генератора СВЧ с
тороидальным резонатором
{а) и его эквивалентная
схема (б)
Рис. 19.8. Конструктивная схема
генератора СВЧ — с триодом Л и
коаксиальными резонаторами
7
\
к
2 3
\ \
**—к\
J
с,
Катадно-се-
точная линия
С] Л
Ja
4 5
1 1
/ ^i
1 V Л
Анодно-сеточ-
ная линия
как колебательные системы волномеров и другой измерительной
аппаратуры СВЧ. Резонаторы, показанные на рис. 19.6, в—д,
используют в качестве колебательных систем усилителей и автогенераторов
дециметрового и сантиметрового диапазона, так как в их
конструкции имеется емкостный зазор Д. Этот зазор образуется
противоположными стенками резонатора и может быть межэлектродным
промежутком Д электронной генераторной лампы (рис. 19.7)
генератора СВЧ. Электронный пучок, формируемый внутри лампы, при
определенных условиях может эффективно возбуждать колебания
в таком резонаторе. В качестве генераторной лампы использован
отражательный клистрон. Электронный поток, создаваемый
катодом К клистрона, фокусируется и ускоряется напряжением на
сетках С\ и С2. При подаче напряжения в резонаторе возникают
свободные колебания, а между сетками С\ и С2 переменное
напряжение, под действием которого электроны, изменяя свою скорость,
образуют сгустки. Поскольку на отражатель А подают напряжение,
отрицательное по отношению к катоду, то электронный поток
попадает в тормозящее поле отражателя и, сгруппированный,
возвращается обратно к сеткам резонатора. Если поле между сетками ре-
287

зонатора таково, что сгусток электронов тормозится им, то
электронный пучок отдает свою энергию в резонатор, в результате чего
возникают незатухающие колебания СВЧ. Частота колебаний
зависит от размеров резонатора и напряжения на отражателе.
Изменяя размеры резонатора (например, размер Д), можно изменять
частоту колебаний генератора.
Схема генератора СВЧ с генераторной лампой — триодом Л
показана на рис. 19.8. Центральные проводники 2 и 5 и наружные 3
и 4, выполняемые в виде металлических цилиндров, в сочетании с
перемещающимися по ним плунжерами (замыкателями) 1 и 6 и
а)
Рис. 19.9. Схемы механизмов настройки колебательных
контуров с распределенными параметрами
электродами (катодом, сеткой и анодом) лампы образуют два
коаксиальных резонатора — аиодно-сеточный и катодно-сеточный,
настройку которых осуществляют перемещением плунжеров 1 я 6.
Рассмотрим методы настройки колебательных систем с
распределенными параметрами.
Настройку колебательной системы, состоящей из отрезков А и
В двухпроводных линий, обеспечивают получением определенной
длины / путем перемещения замыкателя 1 (рис. 19.9, а). Это
перемещение может осуществляться, например, парой винт — гайка
2 от ручки 3. Для замедления вращения винта могут
использоваться различные виды передаточных механизмов, так как при
настройке такой системы в резонанс необходимо точно выдержать
требуемый размер U обеспечивающий резонансную частоту контура.
Коаксиальную линию, состоящую из центрального А и
наружного В проводников, настраивают путем перемещения замыкателя —
(плунжера) 1, которое может осуществляться тем же способом
(рис. 19.9, б). Настройку объемного резонатора производят
изменением его геометрических размеров, например длины / (см. рис.
19.6, а—в) или зазора Д между стенками (см. рис. 19.6, в—д).
Изменением длины / обеспечивается перемещением замыкателя
(плунжера) U производимым винтовой парой 4 (рис. 19.9, в) в сочетании
288 .

с другими видами передач, а зазора Д — кулачком или винтовой
парой. Для уменьшения величины переходного сопротивления в
месте контакта замыкателя со стенками резонатора их
контактирующие поверхности выполняют посеребренными. Связь внешних
электрических цепей с резонатором выполняют с помощью петли
связи 2 (магнитная связь) или штыря связи 3 (электрическая
связь). Настройку объемных резонаторов производят перемещением
бесконтактных плунжеров (поршней); продольный размер их в
этом случае выбирают равным четверти длины волны. Для
изменения собственной частоты колебаний резонатора в небольших
пределах E—10%) используют подстроечные элементы в виде
вводимых внутрь объемного резонатора винтов или вращающихся
лопастей.
§ 19.2. Назначение и основные характеристики
механизмов настройки
Настройка РЭА может быть плавной и фиксированной. При
плавной настройке должно осуществляться перемещение элемента
настройки колебательных контуров. Оно может выполняться
вращением оси конденсатора переменной емкости (КПЕ),
перемещением сердечника в индуктивной катушке или замыкателя в
двухпроводной или коаксиальной линии и другими способами. Плавная
настройка может быть ручной или с приводом от двигателя. Для
обеспечения необходимой точности перемещения элемента
настройки между ручкой настройки (двигателем) и элементом настройки
ставят редуктор. В некоторых случаях механизмы настройки
используют для изменения фазы, амплитуды сигнала и других
параметров. Отсчет величины переменного параметра в соответствии с
полученными в процессе настройки результатами осуществляют с
помощью отсчетного устройства, которое может быть составной
частью механизма настройки или выполнено в виде
самостоятельного узла.
Механизмы ручной настройки (верньеры) используют для
настройки приемников, передатчиков и измерительной аппаратуры.
Плавную настройку с приводом от электродвигателя осуществляют
в механизмах с дистанционным управлением. Механизм настройки
должен обеспечивать ее необходимую точность и оперативность,
для чего он должен обладать характеристиками, лежащими в
определенных пределах.
Передаточное отношение. Введение редуктора в механизм
настройки нужно для обеспечения необходимой точности ввиду
широты перекрываемого диапазона и неспособности оператора
отрабатывать малые перемещения.
Так, при настройке контура в диапазоне частот от fi = 100 кГц
до /2=500 кГц с погрешностью Д/ = 0,2 кГц погрешность установки
A f 0 2-103 1
ручки настройки должна составлять —= —
/2—/i E00-100). 103 2000
диапазона. Следовательно, для угла поворота 0Н блока настройки
289

в виде КПЕ погрешность перемещения при вращении ручки
настройки
Л/ A9.3)
/2 — /1
При поступательном перемещении сердечника в катушке на
длину / и перекрытии диапазона f2—f\ погрешность линейного
перемещения, когда требуется обеспечить погрешность настройки,
/2 —/l
A9.4)
Таким образом, при настройке конденсатором переменной
емкости, у которого 0н=18О°, должна быть достигнута погрешность
перемещения его оси для установки ее определенного положения
согласно A9.3) в пределах Ьои=—^— 0Н= —0>2'103'180°— = 0,0Э°.
; F '" /2-/1 E00-100). юз
Опыт показывает, что возможная предельная погрешность
перемещения у опытного оператора составляет 6фп.пР = 0,25^-0,35°. Для
оператора средней квалификации погрешность следует снизить до
допускаемой, равной [бфп] = 14-1,5°. Тогда для удовлетворения
требования точности настройки необходимо между рукояткой
настройки и ее блоком установить редуктор с передаточным отношением
i 195
&<Рп 0Н А/
Если зависимость изменения частоты от угла поворота
элемента настройки нелинейна, то коэффициент замедления механизма
рассчитывают по участку с наибольшим градиентом изменения;
здесь 2~~ * = [/' (QJlmax > где [/'(8H)]max — наибольшее значение
производной зависимости частоты от угла поворота элемента
настройки.
Для повышения оперативности ручной настройки при больших
передаточных отношениях цепь настройки разбивают на точную
и грубую, при этом передаточное отношение цепи точной настройки
определяют по A9.5), а грубой /^6. При этом вращение по часовой
стрелке каждой из ручек должно вызывать одинаковое по
направлению перемещение элемента настройки и приводить к увеличению
показаний отсчетного устройства.
Мертвый ход. Точность настройки определяется предельной
погрешностью установки элемента настройки. Так как настройка
имеет реверсивный характер, то основная погрешнбсть установки
элемента настройки характеризуется, главным образом, величиной
мертвого хода редуктора. Его величина должна быть меньше
допустимой погрешности перемещения [бфп]. Значение допустимого
мертвого хода [бфм] на ручке настройки должно составлять не более
одной десятой от допустимой оператором погрешности
перемещения, т. е. [бфм] ^0,1 [бфп].
290

Момент сопротивления вращению. При ручной настройке момент
сопротивления вращению определяет величину движущего момента
и ввиду потери оператором ощущения перемещения элемента
настройки не может быть очень малым (менее 5 Н-мм); большие его
значения затрудняют работу оператора, а при электрическом
приводе повышают потребляемую мощность.
Для крайних положений элемента настройки в целях
предохранения его от разрушения механизм настройки должен иметь
ограничители вращения.
§ 19.3. Кинематические схемы и конструкции
механизмов плавной настройки
Для замедления (редукции) в механизмах плавной настройки
используют фрикционные, зубчатые, планетарные и другие виды
передач. Отметим, что предельные значения передаточных
отношений, как для несиловых передач, могут быть несколько больше, чем
у силовых. Так, для фрикционных и зубчатых передач передаточное
отношение может достигать в одной ступени ?=10-f-15, а для
червячных /=150-i-250.
В зависимости от требований точности, вида и режима работы
настраиваемой аппаратуры применяют различные виды передач.
Наиболее простыми по кинематике из-за невысоких требований к
точности настройки являются фрикционные передачи роликами,
гибкой связью и фрикционные планетарные механизмы,
используемые в некоторых видах широковещательной и измерительной РЭА.
При повышенных требованиях к точности настройки применяют
различные виды передач зацеплением: зубчатые, червячные,
планетарные или их сочетания. Рассмотрим некоторые из них.
Механизмы настройки с фрикционной передачей роликами.
Схемы таких механизмов даны на рис. 7.5. Основными элементами
конструкции таких механизмов являются ролики и поджимное
устройство, обеспечивающее создание необходимой силы трения.
Методика расчета приведена в гл. 7.
Механизмы настройки с фрикционной передачей гибкой связью.
Фрикционная передача гибкой связью позволяет передавать
движение между осями, находящимися на значительном расстоянии
друг от друга. Эту передачу компонуют с отсчетным устройством
путем закрепления указателя на гибком звене передачи. Передача,
используемая в качестве механизма настройки колебательного
контура радиоприемника (рис. 19.10), состоит из ручки настройки 2,
барабана 6, связанного с КПЕ, капроновой нити 1, пружины
натяжения нити 5, шкалы 3 и указателя 4. Для повышения сцепления
капроновой нити с осью ручки настройки угол обхвата увеличен до
4jt. При расчете передачи определяют передаточное отношение,
силу натяжения гибкой связи, необходимый угол обхвата cti и
параметры пружины.
Значения коэффициента трения / в зависимости от материалов
291

барабана и гибкой связи приведены в табл. 19.1. Основы теории
расчета передач гибкой связью даны в гл. 7.
Пример 19.1. Рассчитать передачу гибкой связью механизма ручной
настройки карманного транзисторного приемника (см. рис. 19.10). Настройку
осуществляют изменением емкости контура с помощью КПЕ. Погрешность
перемещения КПЕ исходя из заданной погрешности настройки по частоте должна
быть не более бфп=12/. Момент сопротивления на оси КПЕ Гс = 12,5 Н-мм.
В качестве гибкой связи применить капроновый шнур.
Рис. 19.10. Механизм настройки малогабаритного приемника
с гибкой связью
Решение. Передаточное отношение механизма настройки при [бфп]
A95) . [»*] 1.5-60
мм. Передаваемое
поПринимая go=O,9 МПа, а диаметр капронового шнура ^Шп = 0,8 мм, рассчитаем
усилие предварительного натяжения гибкой связи
Принимая Di = ?>min = 6 мм, получим ?>2 = ?М=6-7,5 = 45
лезное усилие из условия
= 2-12,5/45 = 0,55 Н.
Материал
барабана
Сталь
Пластмасса
Та
Вид гибкой связи
Стальной тросик
Капроновый шнур
Шелковый шнур
Капроновый шнур
Шелковый шнур
5 лиц а 19.1
Коэффициент
трения
0,18—0,20
0,2—0,25
0,12—0,28
0,22—0,3
0,15-0,2
292

Вычисляем усилия в ветвях при работе передачи:
Fl=Fo+-I^- =0,45+ -^- = 0,725 Н;
^ =0,45- -^ =0,175 Н;
45
?>2
Ft = Fx — F2 = 0,725 — 0,175 = 0,55 H.
Проверяем условие (9.6) работы передачи, вытекающее из уравнения
Эйлера:
Согласно рис. 19.10 имеем а=а1=2зт+2/Зя=8/Зя. По данным табл. 19.1
принимаем / = 0,2. При Fo=O,45 Н и F(=0,55 H проверим условие G.32):
0,55 , 2,78'3*+\ \
0,45 > — ^___-J, или 0,45 > 0,415,
т. е. условие сцепления гибкой связи с роликом выполняется.
Определяем размеры пружины (см. гл. 16). Пусть материалом пружины
является стальная углеродистая пружинная проволока (ГОСТ 9389—75) с о"в=»
= 175 кг/мм2. Тогда [т] =0,20ов = 0,2-175 = 35 кг/мм2 = 350 МПа.
Принимая расчетную нагрузку на пружину /7p = /ri = 0,725 Н; с=12; /Св —1,11,
найдем диаметр проволоки по A6.2)
= 1,6
Z= 1,бТ/ МЬ0,725ЛГ =0>
t2J ' oDU
По сортаменту получаем проволоку с <i=0,28 мм; л=14; D = cd= 12-0,28==
3,4 мм.
Деформация пружины по A6.3)
8-3,43.0,725.14 п _
^ 6,25 мм.
8.104.0,28^
Длина пружины в свободном состоянии при общем числе витков /20=/г+2 =
= 14 + 2=16 и длине прицепов 2hnp = 2D
H=nod + 2hnv= 16.0,28 4-2-3,4= 11,3 мм.
Напряжение в пружине по A6.1)
*-«¦ -^Ж- =1'" 8ЗЛ472оУ =340 МПа <МГ 350 МПа.
Механизмы настройки с фрикционной планетарной передачей.
Такой механизм настройки, используемый при малых передаточных
отношениях г^б-т-8, показан на рис. 19.11, а. Ручка грубой
настройки 2, связанная с водилом Я, передает вращение
непосредственно на исполнительный элемент (i=l). При вращении ручки
точной настройки 1 вращение водила Я происходит с замедлением
ld/d
i
Для передачи крутящего момента Т\ с ручки точной настройки
/ на водило Я на контактирующих поверхностях шариков и
обоймы 4 силой Fa пружины 3 создается необходимая сила трения.
293

Связь между силой Fa и силами FR и FN определяется
зависимостями, вытекающими из силового треугольника (рис. 19.11, б): FN =
= Falcosa, FR—Fatga. Требуемая сила Fa для передачи момента Т\
зависит от условий создания необходимой силы трения в точках m
и я. При больших замедлениях в
механизме настройки можно применять
фрикционную двухрядную планетарную
передачу. Однако ее недостатком является
трудность получения постоянного
значения передаточного отношения. Поэтому
при высоких требованиях к точности
настройки лучше использовать передачи
зацеплением.
Механизмы настройки с передачами
зацеплением. На рис. 19.12, а показана
кинематическая схема механизма
настройки с червячной передачей, где 1 —
ручка настройки; 2— червячная пара;
3 — полумуфта для присоединения к
блоку настройки. Для повышения точности
отсчета, который осуществляется с
помощью шкалы 6 с указателем 5,
используют зубчатую передачу 4. Двухскоростная
С
5 6
Рис. 19.11. Механизм
настройки с планетарной
фрикционной передачей
а)
5)
Рис. 19.12. Кинематические схемы механизма настройки с червячной
(а) и зубчатыми (б) передачами
передача с двумя ручками настройки приведена на рис. 19.12, б.
От ручки грубой настройки / через зубчатые колеса 10 движение
передается на полумуфту 7, соединяемую с блоком настройки.
Тогда фрикционная муфта 5 срабатывает вхолостую. При вращении
ручки точной настройки 2 движение через зубчатые колеса 8 и 9 и
фрикционную муфту 5 передается на блок настройки. Отсчет
ведется по шкале 3 с указателем 4\ шкала соединена с валом
настройки зубчатой передачей 6.
294

Материалом зубчатых колес могут быть сталь, дюралюминий,
латунь.
При больших замедлениях целесообразно использовать
двухрядные планетарные передачи (см. гл. 8). Обеспечение необходимой
кинематической точности и плавности работы механизма
настройки достигается назначением для зубчатых колес необходимых
степеней точности.
Настройку УКВ
аппаратуры осуществляют за счет
изменения индуктивности контура
при перемещении подстроеч-
ных сердечников в
индуктивной катушке. На рис. 19.13, а,
б приведены кинематическая
схема механизма настройки
блока УКВ радиолы с
приводом от зубчатого колеса 1 на
реечную передачу 2.
Настройку производят перемещением
сердечников 3 в каркасе 5
индуктивных катушек 4\ каркас
катушек использован в
качестве направляющих.
Применение колебательных
контуров с сосредоточенными
параметрами на сверхвысоких
частотах ограничивается тем,
что по мере увеличения
частоты возрастают потери в
контуре и уменьшается его добротность вследствие поверхностного
эффекта, диэлектрических потерь и потерь на излучение
электромагнитной энергии. Поэтому в диапазоне СВЧ в качестве
колебательных систем используют резонаторы, которые могут выполняться в
виде отрезков двухпроводных, коаксиальных линий и замкнутых
волноводов (объемных резонаторов). Для замедленного
перемещения замыкателя (поршня) при настройке колебательных
контуров этого типа применяют винтовую или реечную передачу в
сочетании с другими видами передач.
Для уменьшения габаритов генератора СВЧ резонаторы часто
делают из концентрически расположенных цилиндроз разного
диаметра, размещенных один внутри другого. На рис. 19.14
настройку осуществляют перемещением по цилиндрам 2, 3 и 4
замыкателей 1 анодно-сеточной линии и 7 катодно-сеточной линии.
Цилиндры соединяют с соответствующими электродами генераторной
лампы 8: анодом Л, сеткой С и катодом К (Н-электроды накала).
Перемещение замыкателей производится с помощью винтов 5 и 6.
Конструкция генератора приведена на рис. 19.15. Анод
генераторной лампы 1 соединен с цилиндром 8, сетка — с цилиндром 7, а
катод— с цилиндром 4. На замыкателе 2 анодно-сеточной линии за-
295
Рис. 19.13. Кинематическая схема
механизма настройки блока УКВ
радиолы

креплена гайка 12. При вращении винта 13 от маховичка 10 черер
зубчатое колесо Zx—Z2, Z2'—Zz замыкатель 2 перемещается в
требуемое положение. На замыкателе 3 катодно-сеточной линии
закреплена гайка 5, которая при вращении винта 6 от маховичка A0
перемещает гайку с замыкателем 3. С помощью гибкого тросик^ 9
маховичок 10 соединен со спиральной шкалой отсчетного
устройства 11. Материалом цилиндров является латунь или алюминистые
Кат о дно - се то чиая линия
Рис. 19.14. Схема генератора СВЧ, составленная из концентрически
расположенных цилиндров
сплавы, а замыкателей —фосфористая бронза. Рабочие
поверхности цилиндров и замыкателей для лучшей электропроводности
выполнены посеребренными.
Настройка РЭА может осуществляться также дистанционно или
автоматически с помощью специального следящего привода.
§ 19.4. Механизмы фиксированной настройки
и перестройки
Для фиксированной настройки и перестройки РЭА применяют
различные переключатели, в которых для четкой фиксации
положения соответствующих контактов используют различные типы
фиксаторов.
В ряде конструкций РЭА при фиксированной настройке в
пределах всего диапазона применяют переключатели клавишного,
кнопочного и барабанного типов. Переключатель барабанного типа на
восемь диапазонов показан на рис. 19.16. В корпусе / на валу 2
установлен барабан диапазонов 5, поворачиваемый ручкой 4.
Фиксацию барабана осуществляют рычагом 8 с роликом 7 с помощью
пружины 9 и сидящей на валу звездочки 6. При каждом из восьми
положений барабана замыкается своя группа контактов 10}
располагаемых вдоль корпуса и барабана. Положение каждого диапазона
указано на шкале 3.
296

От опорной па-
'берхности
анодного фланца-55
Рис. 19.15. Конструкция генератора СВЧ, составленная из трех концентрических цилиндров

Переключатели кнопочного или клавишного типов состоят из
двух частей: клавишного или кнопочного механизмов и платы /с
каскадами (переключателями) по числу диапазонов — при нажатии
клавиши или кнопки передвигается движок, контакты которого
подключают соответствующий диапазон к шинам радиоаппарата.
Рис. 19.16. Конструкция переключателя барабанного типа
На рис. 19.17 показан переключатель клавишного типа на восемь
диапазонов. Кнопочный механизм состоит из корпуса У, в котором
установлены восемь планок 2 с кнопками 4. При нажатии на кнопку
планка перемещается на расстояние L и своим выступом А заходит
за скобу 3, которая удерживается пружиной 5. Если в это время
одна из кнопок была включена, то при нажатии другой кнопки ранее
включенная кнопка под действием пружины 6 будет сброшена. К
кнопочному механизму привернута плата 9, на которой
расположены радиодетали всех диапазонов; в направляющей 10 располага-
298

ются движки 7, соединенные с планками 2. При нажатии кнопки
движок 7 перемещается на величину L и с помощью контактных
пружин 8 подключает контакты соответствующего каскада к
общим шинам 11.
А-А
Рис. 19.17. Конструкция переключателя клавишного типа
Механизмы перестройки за счет движения исполнительного
звена обеспечивают перемещение элемента настройки.
§ 19.5. Оценка погрешности настройки
Точность настройки РЭА определяется погрешностью бср2н,
вносимой в отсчет всей цепью настройки, и погрешностью бср^о отсчет-
ного устройства.
Погрешность цепи настройки характеризуется суммой
погрешностей механизма бфм.н и блока настройки бфб:
*Р2н = *РМ.н + &Рб- A9.6)
Погрешность механизма настройки бфм.н при реверсивном
характере настройки складывается из погрешности мертвого хода 6фм,
погрешности, вызванной неравномерностью хода (для зубчатого
зацепления определяется допуском на кинематическую погрешность
бфк), погрешности скручивания валов бфс.в> погрешности от зазора
в опорах бфоп, погрешности муфты бфм.ф и погрешности от
нестабильности температуры бф*. Тогда наибольшее значение
погрешности механизма настройки *
A9.7)
Часто используют ее среднеквадратичное значение.
299

Для одной зубчатой пары величину бфм можно оценить по (8.12),
а для многоступенчатой передачи — по (8.16) или (8.17) в
зависимости от характера передачи (редукции или мультипликации). Дл'я
червячной передачи мертвый ход определяют по (9.18) и (9.19).
Погрешность бфоп от зазоров в опорах АП{ и ЛЯ2 находят по (8.14).
Входящая в A9.7) погрешность бфмф определяется видом и
конструктивным исполнением применяемой муфты, а погрешность от
нестабильности температуры бф/ складывается из величин
температурной нестабильности каждой из составляющих перечисленных
погрешностей. Погрешность мертвого хода, связанная с изменением
температуры передачи согласно (8.10),
8Ф = Jnt = °'68 *« [сХз-к У*-*"°О)"" а«У*-2QO)] A9 8)
1 0,5/72-2" cos а1 0,5т<гсоза
Так же можно оценить изменение других погрешностей в
зависимости от колебаний температуры. Поскольку механизм
настройки совмещен с отсчетным устройством, точность настройки и
отсчета следует оценивать совместно (оценка точности отсчетных
устройств приведена в гл. 20).
ГЛАВА 20
ОТСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА \
§ 20.1. Конструкция и классификация ОУ
шкального типа
Отсчетные устройства (ОУ) предназначены для определения
величины переменного параметра с заданной точностью. Отсчет
может производиться путем наблюдения за положением
указателя относительно расположенных на шкале рисок и цифр либо
путем считывания величины измеряемого параметра с цифрового
индикатора, табло или экрана ЭЛТ. ОУ первого типа называют
шкальными, второго — индикационными. В РЭА ОУ применяют в
механизмах настройки приемно-передающей аппаратуры,
измерительных приборах, индикационных устройствах радиолокационных
станций и др.
ОУ шкального типа (рис. 20.1) состоит из шкалы 1 и указателя
2. Шкалой называют деталь с совокупностью отметок,
расположенных на прямой, дуге окружности или линии сложной формы с
изображением у отметок ряда последовательных чисел,
соответствующих значениям измеряемой величины. Шкалы чаще
выполняют на плоской или цилиндрической поверхности; по форме
расположения отметок они могут быть прямыми (рис. 20.1, а, б),
круговыми (рис. 20.1, в) и спиральными (рис. 20.1, г).
Расстояние между двумя соседними отметками шкалы
называют длиной деления шкалы и обозначают буквой Ь, а число
300

единиц переменного параметра, соответствующее участку между
двумя делениями, — ценой деления шкалы и обозначают
буквой Я.
Отметки (штрихи) на шкалах характеризуются длиной / и
шириной с; они могут быть длинными, средними и короткими и
наносятся по длине шкалы Ь.
Цифры, наносимые на шкалы против соответствующих отметок,
должны иметь вид прогрессий типа 0, 1, 2, 3... или 0, 5, 10, 15, 20...;
не рекомендуют прогрессии типа 0, 3, 6, 9.... Значения цифр долж-
10 20
30
а)
8) г)
Рис. 20.1. ОУ шкального типа
ны возрастать по часовой стрелке, слева направо или снизу вверх.
Средние отмегки принимают для обозначения 1/2 или Vs часги
главного деления. Малые отметки обычно делят главную отметку
на пять или десять частей. Для повышения точности отсчета
ширину штрихов берут одинаковой. Для лабораторных и переносных
приборов рекомендуют не применять длину деления шкалы менее
6 = 0,5 мм. В целях повышения точности отсчетов и снижения
утомляемости оператора увеличивают длину деления до 6 =
= 1-7-2,5 мм, принимая с = 0,16; /= A,5-7-2N. Разность в длинах
отметок должна быть не менее 0,8 мм. При 6^0,5 мм используют
оптическое увеличение шкалы. При снятии отсчета с точностью дс
0,1 цены деления со шкалы 1 применяют указатель—нониус 2
(рис. 20.2). Штрих нониуса, точно совпадающий со штрихом
шкалы, показывает число десятых долей, которое следует прибавить
к делению шкалы, находящемуся левее нулевого деления нониуса.
В приведенном положении шкал размер А = 10,9 мм.
Четкость шкалы обеспечивается совокупностью размеров букв
и цифр, цветом цифр и фоном. При хорошей освещенности шкалы
применяют черные знаки на белом матовом фоне, а при слабой
освещенности—белые или желтые знаки на черном фоне. Отсчет
301

fl
удобнее снимать при неподвижном указателе и подвижной шкале.
Размеры цифр, букв и знаков должны соответствовать ГОСТ
2930—62. Соотношение между их высотой и шириной составляет
3:2. Для надписей рекомендуют шрифт высотой 3, 4, 5, 6, 8 и
10 мм.
В ОУ РЭА применяют металлические шкалы (из алюминия и
его сплавов), а также шкалы из бумаги, пластмассы и стекла. На
металле разметку и оцифровку шкалы
выполняют с помощью гравировки, травления
или фотохимическим способом. Шкалу на
бумагу наносят типографическим или
фотоспособом, пластмассу — прессованием или
гравировкой, стекло — травлением или
фотопечатью. Допустимые отклонения длины
деления шкал (расстояний от риски к
риске) при механическом способе обработки
приведены в табл. 20.1.
Таблица 20.1
I 1
Рис
П
1 ' '
10
. 20
i l
5
1 i
1 ' '
15
10
, 1
I III
.2. Нониусная
шкала
Расстояние
От риски к риске
Между любыми
рисками в пределах всей
шкалы
Допустимое отклонение [Дер и. ш],
угл. мин
в зависимости от класса точности
шкалы
I
±3
±5
и
±5
±8
ш
±8
±12
Указателем называют стрелку или индекс со штрихом,
которые занимают определенное положение относительно делений
шкалы, отмечая соответствующее значение измеряемой величины.
Законцовка стрелок ОУ должна быть наиболее простой;
толщина конца должна соответствовать ширине отметки. Вместо
стрелки при подвижной шкале применяют индекс в виде риски;
толщина линии индекса берется равной толщине штриха.
Допустимые эксцентриситеты расположения отметки [ер] и
установки шкалы [eY] не должны превышать значений для
выбранного класса точности шкалы (табл. 20.2).
В РЭА применяют ОУ с неподвижной шкалой и подвижным
указателем, с подвижной шкалой и неподвижным указателем и с
подвижной шкалой и подвижным указателем.
По конструкции ОУ можно разделить на две группы: одно-
шкальные и многошкальные. Каждая из эгих групп может
выполняться без замедления вращения выходной оси и с замедлением.
Механизм замедления, предназначенный для повышения точности
настройки, устанавливают между шкалой точного отсчета и
выходной осью, соединяемой с блоком настройки.
302

Таблица 20.2
Диамеф шкалы, мм
До 10
10—18
18—50
50—120
120—250
Допустимые эксценмрисшеты
расположения ошегки [еЛ и [е^ ], мкм
в зависимое!и ох класса -iочноеiи
шкалы
I
5
б
8
10
12
II
10
12
18
25
30
ш
35
50
70
90
120
§ 20.2. Методика расчета и оценка точности ОУ
шкального типа
Обеспечение ОУ необходимой точности отсчета можно
осуществить следующими способами:
а) увеличением диаметра шкалы за счет возрастания числа
делений;
б) введением многошкальной системы отсчета;
в) применением опти»
ческого увеличения или
нониуса.
Выполнение ОУ
одновременно с отсчетом фун- "t
кции механизма настрой- '
ки можно осуществить
введением понижающей
передачи между ручкой
настройки и выходной
осью, соединяемой с
блоком настройки.
Приведенные способы обеспечения
точности отсчета позволяют разделить ОУ на:
1) одношкальные без замедления вращения выходной ochj
2) многошкальные без замедления вращения выходной оси
(в этих отсчетных устройствах ручка настройки и шкала точного
отсчета расположены на выходной оси);
3) одношкальные с механизмом замедления вращения между
шкалой, совмещенной с ручкой настройки, и выходной осью;
4) многошкальные с механизмом замедления вращения между
шкалой точного отсчета, совмещенной с ручкой настройки, и
выходной осью.
Рассмотрим методику расчета ОУ каждой группы.
Одношкальные ОУ без замедления вращения выходной оси.
В ОУ этой группы шкала 2 и ручка настройки 3 посажены на одну
ось. Необходимую точность отсчета обеспечивают выбором
соответствующего диаметра шкалы (рис. 20.3).
ОУ имеют одну круговую шкалу, которая поворачивается вме-
303
Рис. 20.3. Схемы одношкального ОУ без
замедления выходной оси с однооборотной (а)
и многооборотной (б) шкалой

сте с осью на угол 9н^2я (рис. 20.3, а) или 9н>2я (рис. 20.3, б).
Поворот на угол 9н^2я имеет место при настройке РЭА с
помощью КПЕ, а поворот оси блока настройки 6н>2я получаем при
настройке РЭА за счет изменения индуктивности контура путем
перемещения в нем подстроечного сердечника с помощью
винтовой пары; для отчета здесь применяют спиральную шкалу. При
использовании однооборотной шкалы визир 1 неподвижен; при
многооборотной (спиральной) шкале визир за счет связи со
спиральным пазом перемещается по шкале также и радиально.
ОУ позволяют производить прямой отсчет измеряемого
параметра по шкале, которая может иметь отметки в градусах или
непосредственно в единицах измеряемой величины. Однако часто
размеры шкалы не гарантируют необходимой точности отсчета,
вследствие чего используют двухшкальные ОУ.
При расчете круговой шкалы для 9н=^2я предполагают
известными: Л — число единиц или диапазон измеряемого параметра
(например, Л = /2—/i — диапазон измеряемой частоты); АЛ —
абсолютная погрешность измерения и отсчета измеряемого
параметра (например, ДЛ = Д/— абсолютная погрешность по частоте);
0'—рабочий угол или угол оцифровки шкалы; 8Н — угол поворота
элемента настройки (здесь 6н = 8'^2я); Ошк — предельный
диаметр оцифровки шкалы.
При расчете шкалы определяют:
1) цену деления шкалы # = 2ДЛ;
2) число делений шкалы N = A/M= —-ImJJL ;
2А.А 2 А/
3) длину шкалы L = N[b], выбирая оптимальное значение [&]==
= 1,54-2,5 мм;
,ч « n I 2it 2N[b]
4) расчетный диаметр шкалы Ошк„ =— = -1--
зт 6 0'
Диаметр /)шк.р принимается в качестве конструктивного
размера; за счет изменения [Ь] его можно довести до заданного значения
ДщК. Возможен также обратный порядок расчета — по заданному
значению Dimi = 2Ro находят длину деления шкалы.
Если при расчете получаем Апк.р>Апк, то ОУ должно быть
многошкальным, с механическим изменением масштаба шкалы.
Для повышения точности отсчета применяют оптическое
устройство, позволяющее уменьшить [й], или вводят дополнительную но-
ниусную шкалу.
Расчет спиральной многооборотной шкалы (при 9н>2я)
производят аналогично расчету однооборотной круговой шкалы. При
этом предполагают известными Л=/2—/ь АЛ=Д/; 9Н; 97(9/ =
= 9н>2я); Ошк = 2Я0\ t — шаг спирали. Обычно f = 4-f-10 мм (рис,
20.4). Исходя из обеспечения заданного предельного диаметра
оцифровки шкалы /)Шк = 2/?о, рассчитывают:
1) число витков спирали k = Q'/2n\
2) цену деления Я = 2АЛ;
3) число делений шкалы N=A/H = A/2AA= (f2—/i)/2A/;
4) число делений на каждом витке спирали N' = N/k;
5) длину деления шкалы Ьи в зависимости от угла поворота 0&.
304

ft, = ±^_= wv-nk ^ где R=
dk — уравнение спирали Архимеда. На каждом витке
на каждом витке @ь =
= ^° 2л
необходимо, чтобы Ь^^\Ь\\ обычно спиральную шкалу строят
дугами полуокружностей от точки Ао до А8 радиусами
/?от = /?о—т-- m(m=l, 2,..., 2k);
4
6) длину шкалы, составленную из дуг полуокружностей
L = n[
7) длину деления шкалы на каждом полувитке (при т=1,
Многошкальные ОУ без
замедления вращения выходной оси. При
использовании одношкальных ОУ
не всегда можно получить
необходимую точность отсчета. Поэтому пе- А
реходят к многошкальным ОУ. При
этом ОУ с расчетным диаметром
Алк.р и числом делений N заменяют
многошкальным, например двух-
шкальным с числом делений на
шкале точного отсчета (ШТО) NT при
предельном диаметре шкалы Дпк.т,
а на шкале грубого отсчета (ШГО)
соответственно с Afr и Апк.г (рис.
20.5); при этом принимают Af =
= NTNr. Предполагая известными Л,
ДЛ, Дпк.т, Апк.г, в/ и 8/,
определяют:
1) цену деления ОУ, отнесенную
к ШТО, Я=#Т = 2ДЛ;
2) общее число делений ОУ N=A/H = NTNT; для ШТО 7VT = 10,
50, 100; тогда NT=NINT;
3) цену деления ШГО HT=A/NT=HTNT, так как NT = N/NT\
2 NT [b]
4) длину LmK.T = NT[b]9 и расчетный диаметр /5шк,т.р.= ; <!
<?>ШК.ТШТО;
5) длину 1шк.г=Щ&], и расчетный диаметр Дшк#г.р =
27Vr [b]
Рис. 20.4. Схема спиральной
шкалы, очерченной дугами
окружностей
Для круглых шкал принимают Адк.т.р=?шк.г.р; при этом 8/=
= 8Н; в7т = 2я. Равенство диаметров ШТО и ШГО достигается кор-
ректировкои длины деления шкал в процессе расчета.
305

Передаточное отношение между ШТО и ШГО
где 6т и 6Г — углы поворота шкал (указателей) ШТО и ШГО.
Схема ОУ при 0ц>2я показана на рис. 20.5, а, а при 0п<2я—
на рис. 20.5, б. На рис. 20.5, в, г представлены схемы ОУ с круглой
и линейной шкалами при вращательном и поступательном
движениях элемента настройки; в последнем случае настройку
осуществляют перемещением поршня 1 в объемном резонаторе 2.
ШГО
ШТО
2,1
шго
што
Рис. 20.5. Схемы многошкальных ОУ без замедления вращения
выходной оси
Одношкальные ОУ с механизмом замедления вращения между
шкалой и выходной осью. ОУ этого типа обеспечивает отсчет
параметра с необходимой точностью, однако для обеспечения
требуемой точности настройки необходимо установить замедляющий
механизм с передаточным отношением /, величину которого
определяют по A9.5). Шкала может быть однооборотная (9/^2я) и
многооборотная (8/>2я).
При 8г>2я исходя из заданных величин Л, АЛ, 9„ и Длк,
определяют:
2)
3)
4)
5)
= 2ДЛ;
306

при построении шкалы из дуг полуокружностей радиусами Rm =
= R0—m/4 находим длину деления на дуге т по b'm= ~ ^ 1^1»
где т=1, 2, ..., 2k.
Если b'm<[b], то, увеличивая & = 0'/2я= (9и0/2я за счет
изменения передаточного отношения г, получим b'm^[b].
На рис. 20.6, а дана кинематическая схема механизма
настройки и ОУ поляризационного аттенюатора — прибора,
уменьшающего мощность сигнала в волноводе 4 за счет поворота его
подвижной части с поглощающей пластиной 3 с помощью червячной
передачи 5 от ручки настройки / относительно неподвижной
пластины 2 на угол 8^90°. Отсчет ведется по спиральной шкале 6 с
указателем 7. Конструкция этого прибора приведена на рис. 20.6, б,
где 1 — ручка настройки, 2— спиральная многооборотная шкала с
подвижным указателем, сидящая на одной оси с ручкой настройки;
3 — замедляющий механизм в виде червячной пары; 4 —
подвижная часть волновода с поглощающей пластиной 5; 7 —
неподвижные пластины входной 6 и выходной 11 частей волновода. Шкала
и ручка настройки закреплены на оси червяка; указатель 13 ОУ
одновременно перемещается по спиральному пазу шкалы в
направляющей 14. Все детали механизма монтируются в корпусе 12,
изготовляемом отливкой из алюминиевого сплава. Подвижный
волновод соединен с входным и выходным волноводом
бесконтактными (дроссельными) сочленениями 10. Для защиты от излучения
через зазоры применены поглощающие шайбы 9, а для устранения
ошибки мертвого хода — пружины 8. В ряде случаев закон
изменения измеряемого параметра не является линейным. Например,
в аттенюаторе поляризационного типа [27], конструкция которого
показана на рис. 20.6, б, закон изменения затухания А в
выходном волноводе в зависимости от угла поворота 6 поглощающей
пластины 5 имеет вид A = M\g cos 8, где М = —40 — постоянная
затухания.
При повороте поглощающей пластины на угол от 8 = 0 до 8 =
= 8тах затухание А изменяется от А = 0 до Л = Лтах по
логарифмическому закону (рис. 20.7).
Для вычисления на ЭВМ текущего значения угла 8 в
зависимости от затухания А используют зависимость
6 = arcte /1-Ю2л/ж
Л/Л1
10
Шкала для отсчета затухания может быть разбита на N
интервалов с шагом H(N) изменения А на каждом из них.
Идентификаторы программы расчета оцифровки шкалы на ЭВМ
характеризуют: AT — затухание при углах 0^8<8max; AM —
максимальное затухание; H(N)—шаг затухания; N — число
интервалов; Р — постоянная затухания; / — передаточное число передачи
между шкалой и элементом настройки; F1(N) —массив граничных
значений углов 8, соответствующих величине шага затухания
H(N)\ UR и UG — углы поворота поглощающей пластины в ра-
307

В ад Л ¦
Рис. 20.6, Кинематическая схема (а) и конструкция (б) механизма поляризационного аттенюатора

дианах и градусах, соответствующие затуханию АТ\ Т — угол оциф«
ровки шкалы, соответствующий затуханию AT. Структурная схема
вычисления угла Т при числе интервалов /V и шагах Н (N)
приведена на рис. 20.8. Программа расчета угла оцифровки Т при Л/ = 2
с шагом #1 при 0<0<45° и #2 при 45°<8^0тах имеет вид:
001 DIMENSION HB), FIB)
002 1 FORMAT B12, 6F6.2)
003 2 FORMAT BХ, 'N = ', 12, 4Х, '1=', 12, 4Х, 'AM = 'f F5.1, 4Х,
* 'P='f F5.1, 4Х, 'Н = ', 2F7.2, 4Х, 'FI = , 2F7.2)
004 3 FORMAT (ЗХ, 'АТ = ', F4.1, 5Х, 'UG = ', F5.2, 5Х, 'Т = ', F7.2)
005 READ I, N, I, AM, P, H, FI
006 Х=1./A0. ** ABS (AM/P))
007 FI(N)=ATAN (SQRT A. —X ¦¦ 2)/Х) * 180./3.1415
008 PRINT 2, N, I, AM, P, H, FI
009 AT=0.
010 DO20J=1, N
011 10 AT = AT+H(J)
012 • X = l./A 0. ** ABS (AT/P))
013 UR=ATAN (SQRT A. —X **2)/X)
014 UG-UR *18 0./3.1415
015 T = UG *i
016 PRINT 3, AT, UG, T
017 IF (UG. LT. FI(J)) GO TO 1 0
018 20 CONTINUE
019 STOP
020 END
Многошкальные ОУ с механизмом замедления. ОУ такого
вида имеют две шкалы и механизм замедления вращения выходной
оси, соединяемой с блоком настройки. В качестве замедляющих
могут быть использованы планетарные, винтовые, червячные и
другие виды передач. На рис. 20.9, а приведена кинематическая схема
двухшкального ОУ с планетарной передачей и приводом от ручки
настройки 7. Ручка настройки посажена на ось водила Я, на
котором закреплен блок шестерен 2 с числом зубьев г2 и z2 и шкала
точного отсчета 6. От блока шестерен движение передается
зубчатому колесу 1 с числом зубьев z3. На этом же валу закреплена
также шкала грубого отсчета 3. Зубчатое колесо 8 с числом зубьев Z\
закреплено в корпусе и является опорным. Риска визира нанесена
на стекле 5. Указатель ШТО 4 закреплен на корпусе.
Расчет шкалы ОУ этой группы ведут аналогично расчету
многошкальных ОУ без замедления вращения выходной оси.
Передаточное отношение между шкалами i = tT_r определяют, используя
A9.5) и B0.1) при е/=ен.
309

На рис. 20.9, б показана кинематическая схема двухшкального
ОУ с червячной передачей.
Конструктивное оформление круговой шкалы ОУ,
изготовляемой из алюминиевого сплава Д16А-Т, приведено на рис. 20.10.
Технические требования на чертеже шкалы сводятся к следующему:
1) число равных делений на окружности шкалы 360; шкала
содержит 36 главных отметок; деления шкалы между главными
отметками делятся средней отметкой пополам;
2) допустимое смещение
отметок от номинального по- ~
ложения ±2';
3) риски и цифры
гравировать; ширина рисок 0,25,
глубина 0,15. Шрифт
надписей ПО-3 по ГОСТ 2930—62:
Описание массивов HfN ). FKN )
I
Описание форматов
Присвоемие значений переменным
гравировку залить эмалью
ЭП-51, черный П.Л.;
4) размеры без допусков:
охватывающие по
//^охватываемые по h 12,
остальные— с отклонениями ±0,5
/П4;
5) покрытие лицевой
поверхности А: Ан. оке. хр.
Оценка точности. Наст-
Вычисление предельного угла FKN)
по наибольшем;. ш\хапи'о ЛМ
Вывод на печа!ь исходных данных
AM, P.N.I, IKN). FI(N)
J-1.N
Вычисление текущего значения затухания AT
Вычисление угла поворота поглощающей
пластины UG при текущем затухании AT
1
Вычисление угла оцифровки шкалы Т
Вывод на псчшь значений AT.UG,T
Сравнение гекущего значения угла
поворота поглощающей пластины UG
с граничными значениями FHN)
т
' Конец
Рис. 20.7. Закон затухания
аттенюатора
Рис. 20.8. Структурная схема
программы расчета угла оцифровки
шкалы
ройку по штрихам шкалы с помощью верньерно-шкального
механизма производят совмещением отметок шкалы и указателя или
делением интервала между отметками «на глаз». Погрешность
отсчета определяется погрешностями снятия отсчета, передаточного
механизма, а также муфты и самого настраиваемого блока,
погрешностями отсчетного устройства от нестабильности
температуры.
310

9 i -у
шго
Рис. 20.9. Кинематические схемы двух-
шкальных ОУ с планетарной (а) и
червячной (б) передачами
Погрешность снятия отсчета имеет наибольшую величину по
сравнению с другими погрешностями, причем ее предельное
значение не превышает половины цены деления шкалы. Все виды
погрешностей можно
определить с помощью расчета. j Вид к
Рассмотрим основные
зависимости, которые могут быть
получены для их оценки.
Непосредственный
отсчет параметра по шкале
ОУ, в котором шкала
посажена на выходную ось (см.
рис. 20.2), при малых
размерах шкалы и малого числа
делений не может
обеспечить высокой точности
настройки и отсчета;
повышение точности отсчета
достигается введением второй
шкалы (см. рис. 20.5) В
первом случае наибольшее
значение суммарной
погрешности настройки и отсчета
8cps0 = осрс>0 + 8срб + 8сроп +
8?с.. + 8т-ф + ^. B0.2)
где бфс.о — погрешность
снятия отсчета; бфб —
погрешность, вносимая самим
элементом (блоком)
настройки; бфоп — погрешность,
вносимая наличием зазора в
опорах и определяемая по
(8.14); бфс.в — погрешность,
вызванная скручиванием
валов; Афмф — погрешность,
вносимая муфтой; Дф* —
погрешность от
нестабильности температуры.
Обозначая бфоп + бфс.в + 6<рМф + Дфг = Афм.о
ханизма отсчета Дфм.о, получим
Рис. 20.10. Чертеж шкалы ОУ
как погрешность ме-
B0.2а)
Определим каждую из составляющих погрешности отсчета.
Погрешность снятия отсчета бфс.о складывается из погрешностей
шкалы бфш, погрешностей совмещения отметок шкалы бфс или по-
311

грешностеи от деления интервала «на глаз» 6фд и параллакса бфп.
Наибольшее значение погрешности снятия отсчета
осрсо#тах = 8срш-|-8срс>д-)-Всрп. B0.3)
Погрешность шкалы бфш в свою очередь состоит из
погрешностей изготовления шкалы бфи.ш, погрешности от эксцентриситета
расположения отметок на шкале бфр и эксцентриситета установки
шкалы бфу. Погрешность изготовления шкалы бфи.ш зависит от
класса точности шкалы и может быть определена по табл. 20.1. Погреш-
б)
Рис. 20.11. К определению погрешностей отсчета при
совмещении отметок (а) и от параллакса (б)
ности от эксцентриситета расположения отметок и
эксцентриситета установки шкалы зависят от величины эксцентриситетов ер и еу,
допустимые значения которых даны в табл. 20.2. Наибольшие
значения погрешностей бфр и бфу
8?P,ymax = 2^p,y/DmK [рад]. B0.4)
Погрешность при совмещении отметок шкалы 2 и указателя 1
(рис. 20.11, а)
8<Рс = 28в/Дик. B0.5)
Величина смещения одной отметки относительно другой бв =
= 12-^-15 мкм.
Погрешность от деления интервала «на глаз»
5?г = 1*?ин-п B0.6)
где jli = 0,1-^-0,5 — коэффициент относительной.погрешности,
зависящий от толщины отметок и формы конца указателя; фИНт — длина
деления.
Погрешность параллакса бфп возникает при смещении отметок
шкалы 2 относительно указателя / за счет смещения глаза
наблюдателя из точки А (правильного направления) в точку В на
величину h (рис. 20.11,6). При расстоянии нормального видения LH.B
погрешность параллакса при расстоянии 5 от шкалы до указателя
8<ри = 2bJDmK = 2hs/(DmK LHJ; B0.7)
312

Для переносных приборов принимают бп= @,1-7-0,3) &, где Ь —
длина деления шкалы.
При подсчете погрешности определяют часто ее не наибольшее,
а вероятностное значение, которое при законе нормального
распределения равна среднеквадратичному из ее составляющих.
В рассмотренных первых двух группах ОУ между шкалой,
определяющей точность отсчета, и выходной осью передаточный
механизм, повышающий точность настройки и отсчета, отсутствует.
ОУ последних двух групп имеют редуктор с передаточным
отношением между шкалой и выходной осью, связываемой с элементом
настройки, что позволяет в i раз уменьшить погрешность снятия
отсчета; однако погрешность элемента (блока) настройки бфб
увеличивается в i раз. Для ОУ устройств третьей и четвертой групп
в суммарную погрешность вносится погрешность передаточного
механизма, которую можно принять равной Д<рм.н и определить
согласно A9.10). Тогда наибольшая погрешность
.н. B0.8)
Применяя для повышения точности настройки и отсчета
замедляющий механизм с передаточным отношением i> следует помнить,
что при повышении точности снятия отсчета наличие погрешности
Афм.н механизма снижает полученный эффект повышения точности
отсчета.
§ 20.3. ОУ с цифровой индикацией
Цифровые индикаторы (ЦИ) являются устройствами
для представления информации в цифровой форме, создающей
удобство отсчета и обозрения. Переход к цифровой форме
обеспечивает лучшую оперативность и необходимую точность, в ряде
случаев сокращает размеры ОУ. Особенно видны преимущества ЦИ
там, где необходимы быстрота снятия отсчета и высокая точность,
так как погрешности считывания со шкалы из-за погрешностей
шкал и параллакса здесь исчезают. При использовании ЦИ опера-
ратор меньше ошибается, так как ЦИ дает ему конкретные
сведения.
Наиболее применяемый способ представления информации в
цифровой форме — это позиционная символика, основанная на той
или иной системе счисления: двоичной, десятичной,
двоично-десятичной и т. д. Каждый цифровой символ имеет свое значение в
зависимости от разряда, в котором он находится. Количество
различающихся символов (знаков) в ЦИ определяется основанием
системы и числом разрядов. Чаще всего используют представление
информации в десятичной системе счисления.
При цифровой индикации на вход устройства ЦИ поступают
дискретные данные от измерительной системы прибора, устройства
или ЭВМ в виде конечного числа импульсов. Импульсы могут
передаваться одновременно по нескольким каналам параллельно или
одним каналом поочередно. Поступающая информация в виде па-
11 — 1451 313

раллельно идущих дискретных данных может быть представлена
двухпозиционным или многопозиционным кодом; наиболее удобен
в смысле расшифровки многопозиционный десятичный код. ЦИ
преобразует полученные сигналы в цифровой символ. Для этой цели
используют логические схемы с применением логических операций
«ИЛИ», «И», «НЕ» или их сочетания.
По способу воспроизведения знака ЦИ подразделяют на четыре
группы (рис. 20.12):
1) с использованием цифры в виде заранее подготовленной
фигуры (рис. 20.12, а);
ОООФ
ооов
оо #о
оооо
• о оо
а) б) в) г)
Рис. 20.12. Способы воспроизведения знака
2) с формированием цифры путем быстро перемещающегося
светового пятна; видение цифры основано на инерции зрения (рис.
20.12,6);
3) с составлением цифры из отдельных точек (рис. 20.12, в);
4) синтезированием цифры из отдельных участков линий (рис.
20.19, г).
По принципу работы элементной базы электронные ЦИ делят
на лампы накаливания, электролюминесцентные, светоизлучающие
диоды, вакуумные люминесцентные, с использованием ЭЛТ,
газоразрядные и жидкокристаллические.
ЦИ на лампах накаливания достаточно просты и долговечны,
имеют высокую контрастность изображения и низкое напряжение
питания — от 2,5 до 6 В. Цифровые знаки могут быть сплошными
или состоять из сегментов (ЦИ типа ИВ-9, ИВ-13 и ИВ-16). К
недостаткам этого типа ЦИ относятся инерционность и сравнительно
большие токи B0—40 мА), значительные масса F—20 г) и
габариты A0—22,5 мм).
Электролюминесцентные индикаторы (ЭЛИ) являются наиболее
перспективными; они используют возможность прямого
превращения энергии электрического поля в видимый свет. Такие
индикаторы характеризует малая потребляемая мощность, получение
различного цвета за счет применения различных типов люминофоров,
плоскостность конструкции, большой срок службы, высокая
надежность. К недостаткам относятся высокое напряжение питания
B20—250 В при частоте тока 400—1200 Гц). ЭЛИ выполняются
в виде сегментов, что позволяет высвечивать все арабские цифры
от 0 до 9, а также ряд букв русского и латинского алфавитов. Ос-
314

д)
Рис. 20.13. Внешний вид СИД
в)
новные типы ЭЛИ имеют 13 модификаций (ИЭЛ-1—ИЭЛ—XIII),
отличающихся размером, массой и информативностью.
Светоизлучающие диоды (СИД) —это полупроводниковые
источники света, преобразующие электрическую энергию в видимую
часть спектра. Они имеют следующие достоинства:
1) совместимость по электрическим, конструктивным и
эксплуатационным параметрам с современными интегральными
микросхемами;
2) низкое рабочее
напряжение B—5 В) и
небольшая потребляемая
мощность;
3) долговечность (до
106 ч) при высокой
надежности;
4) малая
инерционность, различная
цветовая гамма.
Информация в виде
знака высотой 2,5—6,3 мм
в зависимости от типа
СИД высвечивается
полупроводниковым материалом. К этому виду СИД относятся светоди-
оды типов АЛ и КЛ.
В качестве плоских цифровых индикаторов на основе кремния
используют выпускаемые промышленностью семисегментные СИД
типа ЭЛ ЦИЖ-7 (рис. 20.13, а). Повышение надежности
отображения информации потребовало разработки 14-сегментного СИД (рис.
20.12, б) и матрицы 5x7 из отдельных СИД (рис. 20.12, в).
Вакуумные люминесцентные индикаторы являются
низковольтными; их напряжение питания 25 В. Число и форма сегментов
подобраны так, что каждый индикатор воспроизводит цифры от 0
до 9. Высота знака в приборах составляет от 8,2 до 12—15 мм.
К этому типу относятся ЦИ ИВ-3, ИВ-6, ИВ-7, ИВ-11, ИВ-12 и
ИВ-17/
Устройство отображения информации на ЭЛТ позволяет
фиксировать большой объем информации, но требует сложного
электронного оборудования, формирующего знаки на ЭЛТ.
В газоразрядных индикаторах используют плазменные панели
с эффектом свечения люминосфера и тиратроны тлеющего разряда,
позволяющие высветить цифры от 0 до 9 (индикаторы типа ИН).
В индикаторах других типов применяют синтезированное
(полученное из сегментов) изображение тех же цифр. Индикаторы типа ИН
имеют напряжения зажигания около 200 В, рабочий ток 1,5—
2,5 мА.
Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) по конструкции
подобны конденсатору. В них между двумя покрытыми
электропроводящим слоем стеклянными пластинами находится слой
жидких кристаллов толщиной 10—20 мкм. Пластины помещают в гер-
П* 315

метичный корпус, а к выводам электродов подается питание. Работа
ЖКИ основана на изменении оптических характеристик
жидкого кристалла под действием электрического или какого-либо
другого поля. ЖКИ характеризуются небольшим напряжением
питания A0—15 В), малой потребляемой мощностью, контрастностью
изображения при освещенности большой силы. К недостаткам
следует отнести большое время включения и выключения,
ограниченный интервал рабочих температур. Промышленностью выпускают
ЖКИ типа ЦИЖ-2 и ЦИЖ^б.
Основные требования, предъявляемые к ЦИ при
проектировании:
а) надежность и долговечность;
б) простота конструкции и технологии;
в) защита от влияния внешних воздействий;
г) малая потребляемая мощность;
д) малое напряжение питания.
С учетом законов инженерной психологии необходимо, чтобы:
а) угол зрения одного знака составлял не более 1,5°; б)
продолжительность свечения одного знака была не менее 0,3 с; в)
обеспечивалось ясное и четкое изображение цифр и удобное чтение
выдаваемой информации.
Проектирование электрических схем и характеристики
элементной базы ЦИ рассмотрены в [28, 29].
ГЛАВА 21
МЕХАНИЗМЫ ПРИВОДОВ
РАДИОЛОКАЦИОННЫХ АНТЕНН
§ 21.1. Методы обзора пространства.
Виды и составные части радиолокационных
антенн
Определение местоположения объекта в пространстве способом
радиолокации заключается в том, что передатчик
радиолокационной станции (РЛС) излучает электромагнитные волны в нужном
направлении, а приемник принимает отраженный сигнал.
Направление отраженного сигнала фиксируется специальным устройством
к изображается в виде координат объекта. При отражении
электромагнитной волны от объекта этот сигнал может
модулироваться; модуляции подвергается любой из параметров
электромагнитной волны: амплитуда, частота, фаза.
Местоположение объекта в сферической системе координат
характеризуется тремя координатами: азимутом а, углом места
(наклона) р и наклонной дальностью Д (рис. 21.1).
Азимутом или пеленгом объекта для наземных РЛС
называют угол а в горизонтальной плоскости, отсчитываемый по
часовой стрелке между линией отсчета север — юг и горизонталь-
316

ной проекцией направления на объект. Для РЛС,
устанавливаемых на самолетах, азимутом называют угол между осью самолета
и направлением на объект.
Углом места или наклона р называют угол в вертикальной
плоскости между направлением на объект и горизонтальной
плоскостью. Наземные РЛС угол места отсчитывают от
горизонтальной плоскости вверх до центра объекта, а самолетные — от
плоскости летательного аппарата вверх и вниз. Угол места
рассчитывают только для обнаружения
воздушных целей, так как положение
наземной цели определяется азимутом.
Наклонная дальность цели
D — расстояние до объекта по прямой.
При известной высоте цели Н
наклонная дальность
. B1.1)
о Рис. 21.1. К определению коор-
За начало координат принимают динат объекТа в пространстве
точку (точку О), совмещенную с
местом расположения РЛС.
Определение направления на объект производят с помощью
антенного устройства направленного действия. При передаче
сигнала антенна преобразует энергию электрических колебаний в
энергию электромагнитного поля и осуществляет обратный
процесс при его приеме. В РЛС применяют одну антенну для
передачи и приема сигнала. Переключение с приема на передачу и
обратно осуществляется специальными устройствами — антенными
переключателями. В зависимости от диапазона излучаемых волн
тип антенны может меняться. При работе в метровом диапазоне
используют вибраторные антенны, в сантиметровом и более
коротком диапазонах — антенны, состоящие из отражателя
зеркального типа и излучателя и позволяющие фокусировать излучаемое
поле и получать остронаправленный луч.
К самолетным антенным устройствам РЛС предъявляют
особые требования: малое аэродинамическое сопротивление,
механическая и электрическая прочность, малая масса, минимальное
влияние корпуса самолета на электрические параметры антенны
и пр. Поэтому для избежания электрических потерь на больших
высотах из-за снижения электрического сопротивления воздуха
волноводный тракт выполняют герметичным, поддерживая в нем
избыточное давление. Для улучшения аэродинамики у самолег-
ных РЛС имеются обтекатели, выполненные из материала,
обеспечивающего минимальное поглощение и отражение энергии от
стенок.
Способность антенны концентрировать излучаемую энергию
определяется диаграммой направленности, которую представляют
для вертикальной и горизонтальной плоскости в виде графиков
плотности потока излучаемой энергии или напряженности поля
для различных направлений; в РЭА используют различные типы
317

диаграмм направленности. В зависимости от назначения РЛС,
типа обзора пространства и требуемой точности определения
координат объекта углы раствора диаграмм направленности Ор в
вертикальной и 8а в горизонтальной плоскостях будут различны. На
рис. 21.2 показаны игольчатая (рис. 21.2, а), веерная (рис. 21.2,6)
и косеканская при обзоре воздуха (рис. 21.2, в) и земли (рис.
21.2, г) диаграммы направленности, отличающиеся углами 8а и 6р.
б) * 8)
Рис. 21.2. Диаграммы направленности антенны
г)
При малом значении 9а высокая разрешающая способность
антенны обеспечивается вращением луча по азимуту. Один из методов
определения координат объекта при использовании игольчатой
диаграммы направленности состоит в совмещении направления
максимума диаграммы направленности с направлением на цель;
при этом отраженный сигнал имеет наибольшую величину.
Основными методами обзора пространства являются круговой,
винтовой, спиральный, конический и строчный.
Круговой обзор пространства получают вращением антенны в
горизонтальной плоскости. В этом случае применяют антенны,
формирующие узкий луч в горизонтальной плоскости и широкий в
вертикальной, например косекансные антенны. Частоту вращения
антенны по азимуту соА выбирают из условия хорошего
наблюдения объекта при обзоре. Для этого число поступающих на объект
импульсов за время одного оборота антенны
т — /и^обл — /и
B1.2)
где /и — частота излучаемых импульсов; ^обл^ба/сод— время
облучения точечной цели.
Для надежного обнаружения цели принимают m = 5^-10. Тогда
частота вращения
ИЛИ
0)А max =
пк=
т
» [об/мин],
B1.3)
B1.4)
где 0а — в град; fK—в имп/с.
318

При винтовом обзоре пространства (рис. 21.3, а) луч антенны
описывает винтовую линию, вращаясь с частотой соа вокруг
вертикальной оси и медленно наклоняясь в вертикальной плоскости
за один оборот на угол рстр^бр/2. Наибольшая частота вращения
. B1.5)
Спиральный обзор пространства (рис. 21.3, б) используют для
облучения ограниченной области пространства. Луч антенны
перемещается относительно продольной оси зоны обзора по спирали,
г)
Рис. 21.3. Методы обзора пространства
причем соотношение между углом качания луча ps,
соответствующего шагу спирали, и углом раствора луча 8р диаграммы
направленности должно быть ps^0p/2.
Конический обзор пространства (рис. 21.3, в) является
частным случаем спирального. При этом ось луча описывает конус, а
все точки луча перемещаются по окружности постоянного радиуса.
Строчный обзор пространства (рис. 21.3, г) позволяет
обследовать пространство последовательно «по строчкам». Луч антенны
проходит строку по азимуту, в одном направлении, после чего
опускается на угол строки Рстр^бр и проходит другую строку,
двигаясь в обратном направлении.
На экране индикатора положение объекта может
фиксироваться в прямоугольной системе координат как в координатах
азимут— дальность, так и в координатах азимут — угол места. На
самолетных РЛС, где необходимы простота и надежность
определения положения объекта, применяют трехмерные индикаторы,
по которым сразу вычисляют азимут, угол места и высоту
(дальность) объекта.
319

В индикаторах для одновременного наблюдения и определения
дальности и азимута цели в полярной системе координат
используют радиально-круговую развертку, получаемую с помощью
вращения отклоняющей системы ЭЛТ. Это вращение происходит
синхронно и синфазно с вращением антенны; при этом радиальные
расстояния отметки положения объекта от центра экрана
соответствуют наклонной дальности. Синхронность движения антенны и
отметки объекта на экране индикатора обеспечивается системами
дистанционной передачи угла. Если в районе действия РЛС
находится несколько объектов, то отметка от каждого из них будет на
экране индикатора в точке, соответствующей его положению в
пространстве в данный момент.
Антенна самолетной РЛС для полного обзора пространства
должна вращаться по азимуту и перемещаться по углу места.
Наземные и морские РЛС могут иметь меньший объем
подвижности.
Вращение антенны по азимуту имеет режимы:
1) непрерывного кругового обзора пространства; частоту
вращения выбирают из условия надежного обнаружения цели.
Обычно для кругового вращения частота Ла= 10-f-60 об/мин;
2) секторного обзора, осуществляющего просмотр
пространства в пределах определенного угла для получения повышенной
информации; плоский луч перемещается по азимуту в пределах
угла а = ± B0—90°);
3) медленного вращения антенны в режиме «поиска» для
определения точной координаты объекта в пространстве, обычно пА^=
= 5—10 об/мин. После обнаружения цели антенна может работать
в режиме ее сопровождения с соответствующей частотой
вращения.
Перемещение антенны по углу места при винтовом обзоре
происходит с частотой, определяемой по B1.5). Для
остронаправленных антенн 8р= 1,5-^-3° и при соА = 2 с частота вращения
антенны по наклону о)н=0,015-4-0,03 сг1. Перемещение антенны
но углу места может доходить до р = 40-f-60o.
При строчном обзоре перемещение антенны со строки на строку
рстр берется от долей градуса до нескольких градусов. Число строк
л = 8-т-15.
Антенна по углу места должна жестко ориентироваться
оператором в определенном положении, что выполняется с помощью
систем дистанционного управления.
В основном для осуществления указанных видов движения
антенны используют механические передачи с электрическим
приводом.
Особенностью РЛС, устанавливаемых на подвижных объектах
(самолетах, морских кораблях и т. д.), является необходимость
учета и компенсации искажений изображения, возникающего при
кренах самолета, корабля и т. д. Крены приводят к потере равно-
контрастности изображения объекта или его самого, если объект
выйдет из зоны обзора.
320

Для исключения влияния кренов применяют: стабилизацию
антенны за счет коррекции положения ее основания или
дополнительном поворотом антенны по азимуту и углу места, а также
специальные корректирующие вычислительные устройства.
При стабилизации антенны за счет коррекции положения
основания антенный блок закрепляют на основании в двойном кар-
дановом подвесе. Сигналы о величине крена, подаваемые с
гировертикали, отрабатывают с помощью следящего привода поворот
колец карданова подвеса, пока сигнал от гировертикали не будет
равен нулю.
Применение вместо зеркальных антенн с механическим
сканированием антенн с фазированными решетками позволяет перейти
к электрическому качанию луча.
РЛС могуг быть стационарными (наземными) и
устанавливаться на подвижных объектах: автомобилях, кораблях,
самолетах, ракетах. Антенны наземных РЛС для уменьшения влияния
потенциала Земли устанавливают на возвышенностях, башнях
или кабинах.
Корабельные РЛС выполняют все функции наземной, являясь
одновременно важным средством навигации. Судовые антенны
крепят на мачтах или палубах (см. рис. 1.2), что накладывает
ограничения на их массу и размеры. Антенное устройство
непрерывно подвергается воздействию ветра, солнца, воды и должно
работать бесперебойно длительное время.
Самолетные антенны размещают в носовой или хвостой части
самолета, под фюзеляжем или в крыльях, и защищаются с
помощью обтекателей. Такие антенны не работают, как правило,
постоянно и подвержены действию вибраций, ударов, а также
изменению давления и температуры.
Условия эксплуатации РЛС характеризуются определенными
для каждого вида станции климатическими и механическими
воздействиями. Для РЛС, установленных на самолетах пассажирских
авиалиний средней дальности, они сводятся к следующему:
колебания температуры от —60 до +50° С, влажность до 95—98%,
снижение давления до 18-103 Па, избыточное давление до
0,5-105 Па, вибрации с частотой 10—80 Гц и амплитудой 0,15 мм,
перегрузки до 4g.
Независимо от формы и назначения большинство РЛС имеют
антенный, приемопередающий и индикаторный блоки.
Антенный блок состоит из зеркала, конструкция которого
зависит от длины волны, на которой работает РЛС, высокочастотной
линии питания, основания с поддерживающими деталями,
приводов и устройств, осуществляющих дистанционную передачу
координат цели на экран индикаторного блока.
Для РЛС сантиметрового диапазона применяют антенну
зеркального типа, часто называемую зеркалом; она состоит из
излучателя, являющегося оконечной нагрузкой линии передачи энергии
от генератора СВЧ, и отражателя. Излучатель выполняют в виде
рупора пирамидальной, секториальной или конической формы
321

(рис. 21.4, а), одного или нескольких диполей (рис. 21.4, б),
спиралей различной формы (рис. 21.4, в), а также щелевого типа
(рис. 21.4, г).
Отражатели могут иметь одно (однозеркальные) и два (двух-
зеркальные) зеркала. Формы отражателей для типовых однозер-
кальных антенн могут быть в виде параболоида (рис. 21.4, д)х
параболического тора (рис. 21.4, е) и сферы (рис. 21.4, ж). Пара-
болоидная форма отражателя является наиболее распространен-
д) е)
Рис. 21.4. Типовые виды излучателей и отражателей
ной; остронаправленный отраженный луч создается помещенным
в фокусе отражателя излучателем. Применение дополнительного
отражателя специального профиля позволяет получать веерную
и косеканскую диаграммы направленности. Обычно граничной
кривой такого отражателя является окружность. Сферическая
форма отражателя позволяет смещать диаграмму направленности
при движении излучателя по концентрической дуге сканирования,
а его форма в виде параболического тора обеспечивает линейное
сканирование.
Линия передачи. Она представляет собой жесткую
коаксиальную линию или волновод; форма волновода может быть
различной, а его длину выбирают с учетом наименьшего затухания.
Волноводы изготовляют из меди, латуни, сплавов алюминия.
Специальные вращающиеся волноводные сочленения (рис. 21.5),
входящие в линию, обеспечивают передачу электромагнитной энергии
от неподвижных к подвижным частям антенны. Размеры
элементов вращающегося сочленения зависят от длины волны X и
должны выбираться так, чтобы в линии не возникало стоячих волн,
обусловленных частичным или полным отражением энергии.
322

Отдельные отрезки волноводов соединяют с помощью фланцев
дроссельного типа. Последние имеют кольцевую канавку глубиной
/, согласованную с длиной волны Я(/~Я/4) и предотвращающую
утечку энергии в месте соединения.
Наличие влаги внутри линии передачи увеличивает затухание
и ведет к искрению, поэтому радиолокационную аппаратуру,
работающую в условиях значительного перепада температуры и
давления, герметизируют, создавая внутри волновода избыточное
давление.
Основание антенны
должно обеспечивать
размещение антенного
привода, стабилизацию
положения и амортизацию
ударов и толчков. В
зависимости от назначения
антенны конструктивное
решение оснований
различно; обычно это литая
конструкция из легких
сплавов.
Привод антенны.
Привод обеспечивает зеркалу
при обзоре определенное
движение. Привод
зеркала Обычно ЭЛектрОМехани- Рис- 2L5- Конструкция вращающегося вол-
ческий, хотя возможны и
другие виды.
Выбор типа привода
зависит от назначения и характеристики РЛС, вида объекта, на
котором она устанавливается, степени стабилизации, допустимой
массы, потребляемой мощности и т. д.
В качестве передаточных механизмов в приводе могут
использоваться зубчатые передачи различных видов, например
планетарные, волновые. Червячные передачи ввиду низкого к.п.д. и
повышенного мертвого хода в настоящее время не используются.
Так как приводы антенн чаще работают в системе реверса и
управляются вспомогательными механизмами, то к ним
предъявляют требование ограничения мертвого хода, выполнение
которого ведет к повышению точности получаемых результатов. Однако
здесь следует учитывать работу привода в широком диапазоне
рабочих температур, часто при различных материалах корпуса и
деталей передачи, т. е. необходимо выполнение условия
температурной компенсации.
В обзорных РЛС антенну используют для наблюдения за
пространством в пределах заданной зоны. Привод такой РЛС
состоит из программного устройства, а также раздельных или
совмещенных приводов азимута, угла места и стабилизации
основания.
323
новодного сочленения:
1, 7 — переходы; 2 — настроечный штырь; 3 —
крышка; 4 — прокладка; 5 —втулка; 6 — кольцо

Программное устройство при строчном обзоре осуществляет
реверсирование антенны по азимуту и переход от одной строки к
другой по углу места. Возможны различные виды программных
устройств. В одном кз них управление приводами азимута и угла
места (реверсирование или переход от одной строки к другой)
производят через фиксированные промежутки времени, которые
задаются электронными схемами. Применяют также схемы
реверса с использованием электромагнитных порошковых муфт и
переключателей реверса, срабатывающих в задаваемых крайних
положениях антенны.
Основным требованием к приводам азимута и угла места
является обеспечение необходимой скорости обзора и времени реверса.
Электромеханический привод с реверсом за счет применения в
схеме порошковых электромагнитных муфт обеспечивает
реверсирование вращения выходного вала без изменения направления
вращения двигателя путем переключения в крайних положениях
антенны питания с одной муфты на другую, что улучшает условия
работы двигателя.
Привод радиолокационной антенны снабжается двигателем
постоянного или переменного тока с питанием непосредственно or
сети и управлением от программного устройства через комплекс
усилитель — двигатель. Выбор типа двигателя зависит от режима
работы привода и вида питания. Первичные системы
электроснабжения летательных аппаратов имеют преимущественно
постоянный ток с напряжением 27 В и трехфазной переменный с
напряжением 200/115 В и частотой 400 Гц. Во вторичных
энергосистемах применяют сети трехфазного и однофазного переменного тока
с напряжением 36 и 115 В.
§ 21.2. Кинематические схемы и конструкции
приводов зеркала антенного блока.
Редукторы
Кинематические схемы, конструкция и вид привода антенного
блока РЛС зависят от объекта, на котором РЛС устанавливается,
режима и параметров его движения и ряда других требований.
Рассмотрим кинематические схемы и конструкции приводов
зеркала некоторых самолетных РЛС.
В РЛС с механическим сканированием в приводах зеркала
применяют зубчатые передачи, так как они имеют более высокий
к.п.д. и позволяют обеспечивать меньшую погрешность мертвого
хода. Для исключения влияния крена и наклона основания
антенного блока при его установке на подвижных объектах используют
систему стабилизации.
Кинематическая схема антенного блока самолетной РЛС
РПСН-2, используемой в гражданской авиации на самолете Ил-18,
дана на рис. 21.6. Эту схему можно разделить на:
1) схему привода зеркала по азимуту;
2) схему привода зеркала по углу места;
.°24

Рис. 21.6. Кинематическая схема антенного блока со стабилизацией основания

3) схему привода системы стабилизации основания.
Привод азимута зеркала 2 обеспечивает обзор пространства в
пределах угла а = ±90° с частотой лА = 20±3 цикл/мин.
Перемещение зеркала происходит от двигателя азимута 1 через трехсту-
п 61-63-91 пО с
пенчатыи редуктор 9 с передаточным числом #Р = = 63,5.
Закрепленная на выходном валу редуктора шестерня 24/==20
зацепляется с сидящим на валу антенны зубчатым сектором 25=133.
Реверсирование двигателя осуществляют переключателем реверса
5, установленным па корпусе антенны. Переключатель работает в
зависимости от заданного угла азимута (±90°). Двигатель
азимутального вращения — асинхронный двухфазный переменного тока
D7=115 В, / = 400 Гц) типа ЭМ-25 с номинальным моментом Гп =
= 78 Н-мм при яДв = 4000 об/мин.
Движение зеркала по углу места в пределах угла р = ±17° про-
исходит с помощью индукционного двигателя 3 переменного тока
типа ДГ-ЗТВ ({/ = 36 В; / = 400 Гц) с ядв = 5000 об/мин и Ти =
= 9 Н-мм и четырехступенчатого зубчатого цилиндрического ре-
22*324*5
дуктора 4, имеющего передаточное число др=
56-70.54.90
= =145.
20.20.18-18
Закрепленная на выходном валу редуктора шестерня z5' = 22
зацепляется с зубчатым сектором 26 = 230, установленным на оси
вращения антенны по углу места. Передаточное число и$-6 =
= ^б/^5/= 10,4. При нормальных условиях скорость наклона зеркала
о
по углу места <р = 25 град/с и при перегрузках и пониженной темпе-
о
ратуре C= 15 град/с.
Стабилизация основания антенны обеспечивается системами
продольной и поперечной стабилизации. Продольная стабилизация
создается дополнительным поворотом антенны по углу места на
величину наклона продольной оси, возникающей при эволюциях
самолета. Этот поворот выполняют с помощью двигателя и
редуктора наклона; сигнал на управляющую систему двигателя для его*
включения подают связанной с гировертикалью автопилота
следящей системой, в которую входит потенциометрический датчик
Д
Поперечная стабилизация осуществляется поворотом
поперечной оси антенны на угол крена с помощью двигателя 7 типа
ДГ-5ТВ и редуктора 8 с wp=1703. В редукторе для предохранения
двигателя и зацеплений от перегрузок имеется предохранительная
фрикционная муфта (Фр.М). Управление двигателем производят
с помощью связанной с гировертикалью автопилота следящей
системы, в которую входит потенциометрический датчик ПД2.
Передача азимута цели на индикаторы пилота и штурмана
осуществляется блоком вращающихся трансформаторов ВТ,
кинематически связанных с осью вращения по азимуту безлюфтовой зуб-
326

чатой передачей 6 с и=1. Дистанционный поворот антенны по
азимуту производят сельсинной дистанционной передачей путем
поворота на соответствующий угол оси сельсин — датчика Ди
расположенного в кабине штурмана, и электрически связанного
с сельсином-приемником П\. Он муфтой жестко соединен с осью
вращения антенны по азимуту и при рассогласовании положения
Рис. 21.7. Конструкция антенного блока самолетной РЛС
его оси с осью сельсина — датчика в момент ручной установки по
шкале заданного угла поворота включает двигатель азимута;
двигатель работает до момента отработки заданного значения угла.
Конструкция антенного блока, выполненная по описанной
кинематической схеме, приведена на рис. 21.7. В фокусе алюминиевого
отражателя 1 антенного блока находится излучатель. К основному
зеркалу прикреплен второй отражатель в виде козырька для
формирования веерного луча. Отражатель 1 крепят к подзеркальнику
2, на котором размещен сектор, сцепляющийся с выходной
шестерней редуктора наклона, приводимой во вращение двигателем 3.
Своими концами подзеркальник крепят к кронштейну 10, на кото-
327

ром находится зубчатый сектор 4 с числом зубьев <г5,
зацепляющийся с выходной шестерней 5 числом зубьев г/ редуктора
азимута. Шестерня z/ приводится во вращение двигателем азимута 8.
Корпус антенны 6 является основной несущей частью
антенного блока; он имеет вид вилки и отлит из магниевого сплава МЛ5.
Через концы вилок корпуса проходит ось вращения кронштейна
А-А
Рис. 21.8. Конструкция редуктора азимута:
/ — двигатель; 2 — выходная шестерня; 3 — фрикционная муфта
с отражателем по азимуту, а сам корпус от привода стабилизации
по крену может поворачиваться относительно горизонтальной оси
на угол ±30° вокруг сектора, закрепленного на основании 7. На
корпусе размещают редукторы наклона и стабилизации по крену,
детали переключателя реверса и сервоусилители. Высокочастотный
импульс подводится к излучателю зеркала антенны от приемно-
передающего блока с помощью волноводиого тракта 9.
Конструкция применяемого редуктора азимута показана на
рис. 21.8. Корпус редуктора изготовлен из сплава МЛ5, шестерни
из легированной стали марки 4X13, тематически улучшенной.
Ограничение мертвого хода в пределах 10/ достигают путем выполнения
зубчатых передач по сопряжению с минимальным боковым
зазором.
Для предохранения от перегрузок в редукторе имеется
предохранительная фрикционная муфта, отрегулированная на момент
ГМ=1,2ГК, где Гн— номинальный крутящий момент на валу. Для
328

стабильности момента трения муфта работает всухую. Редуктор
наклона (рис. 21.9) крепят на кронштейне антенны и его выходной
шестерней сцепляют с зубчатым сектором, размещенным на
подзеркальнике. Форма корпуса определена местом, отведенным для
него в блоке. Редуктор имеет фрикционную предохранительную
муфту и зубчатый стопор для ограничения качания зеркала в
пределах угла места р=±17°. Шестерни редуктора выполнены из
термически улучшенной легированной стали 4X13.
Рис. 21.9. Конструкция редуктора наклона:
7—двигатель; 2 — выходная шестерня; 3 — фрикционная муфта
Герметичные вращающиеся волноводные соединения имеются
по трем осям вращения антенны. Основание антенны крепят к
корпусу самолета двумя стержнями, проходящими через ушки. На
основании антенны размещен зубчатый сектор, вокруг которого
обкатывается корпус антенны при стабилизации по крену.
Сервоусилители и магнитные усилители выполнены в виде отдельных
блоков, закрепленных на основании антенны.
Быстродействие антенны повышается при уменьшении
приведенного момента инерции реверсируемых масс. Одним из путей
повышения быстродействия является использование в схеме
привода вала антенны нереверсируемого двигателя. При этом реверс
выходного звена привода осуществляется специальной схемой с
использованием двух порошковых муфт. Кинематическая схема
такого привода показана на рис. 21.10, а, а конструкция — на рис.
21.10, б. Выходная шестерня этого привода z7' при соединении с
закрепленным на валу антенны зубчатым сектором г8 обеспечива-
329

ПоА-А а ОСЯМ NN1,2,3,4,5,6,7
а) 5)
Рис. 21.10. Кинематическая схема (а) и конструкция (б) редуктора азимута с реверсом выходного вала с помощью
порошковых муфт

ет вращение вала антенны с установленным на нем зеркалом.
Это вращение передается от двигателя / через многоступенчатый
*3*4*6*7
зубчатый редуктор с передаточным числом Vi-7= , , , =
40.72.88-90
=24.40 22ЛЪ = ^ на вых°Дн°й вал № 7 и далее с шестерни г-/
на вал антенны с передаточным числом uf1-b = z^lzjr = 280/16.
Реверсирование выходного вала редуктора обеспечивается
переключением порошковых муфт М\ и М2. С валом № 6 двухступенчатой
передачей связан соединенный с валом № 9 тахогенератор 2,
входящий в систему обратной связи.
В конструкции привода использован двигатель постоянного
тока типа Д-25А с частотой вращения яДБ = 6000 об/мин и
мощностью И?дВ = 25 Вт. Корпус редуктора выполнен из литейного
магниевого сплава, порошковые муфты М\ и М2 типа БПМ-2
подобраны по передаваемому моменту и допустимой частоте вращения.
Для обеспечения реверса выходного вала привода без реверса
двигателя, что улучшает его динамические характеристики,
используют также кривошипно-коромысловый механизм.
Кинематическая схема антенного блока РЛС «Гроза», в котором в приводе
азимута использован такой механизм, приведена на рис. 21.11. Она
состоит из привода вращения зеркала антенны по азимуту (А)
и привода наклона отражателя по углу места (В); излучатель в
этом случае остается неподвижным.
Поворот зеркала по азимуту осуществляют при совместном
вращении отражателя 1 с излучателем 2 в пределах угла 2а =
= ±100° с помощью привода А, состоящего из безреверсивного
двигателя переменного тока 7 типа ДКИ-6-12ТВ (плв =
— 6740 об/мин), семи пар цилиндрических зубчатых колес, криво-
шипно-коромыслового механизма и двух пар зубчатых колес.
Передаточное число редуктора до кривошипно-коромыслового меха-
33.33.70.7b7b60.77 ал - .
низма ^^=————-—=Ш позволяет обеспечить
скорость обзора 10 цикл/мин.
Две пары зубчатых колес, размещенных после кривошипно-ко-
48 48
ромыслового механизма, имеют передаточное число и = — • =
= 2,4 и обеспечивают увеличение угла качания зеркала антенны
до угла 2а=±100°.
Перемещение отражателя по углу места в пределах угла 2C =
= ±П° со скоростью наклона C = 32 град/с при неподвижном
излучателе, что обеспечивает наклон оси диаграммы направленности
в пределах угла 2C = ±22°, осуществляют приводом наклона В,
состоящим из двигателя 4 к редуктора с цилиндрическими
зубчатыми колесами и одной конической зубчатой пары с общим
передаточным числом, включая закрепленный на отражателе зубчатый
сектор, м=1103. С азимутальной осью антенны для выдачи
информации о величине угла поворота антенны по азимуту с помощью
331

муфт связаны ВТ 6 и 8. ВТ 6 служит для получения напряжения,
амплитуда которого пропорциональна мгновенному значению
требуемого угла наклона луча 6' в системе его косвенной
стабилизации, определяемого по формуле
8' = Ysi.na —6cosa, B1.6)
j
Рис. 21.11. Кинематическая схема антенного блока РЛС «Гроза»
где y — угол крена самолета, 0 — угол тангажа, а — азимутальный
угол поворота зеркала. Выработку указанного напряжения
осуществляют подачей на синусную обмотку ВТ 6 напряжения,
пропорционального углу крена самолета, а на косинусную — углу
тангажа. Величины углов крена и тангажа получают от
самолетной гировертикали. Система косвенной стабилизации с помощью
следящей системы, работающей от гировертикали, обеспечивает
совмещение горизонтальной оси основания антенны с линией
горизонта при наличии углов крена и тангажа самолета и связанного
с ним основания антенны.
332

Рис. 21.12. Конструкция
антенного блока РЛС «Гроза»

ВТ 5, связанный с двигателем 4 системой передач, используют
как датчик угла наклона зеркала антенны при его ручной
отработке; ТГ 3 постоянного тока входит в систему обратной связи
привода наклона по скорости.
Конструкция антенного блока (рис. 21.12) состоит из
отражателя 3, излучателя 2, корпуса с редуктором азимута 11, редуктора
наклона 10, герметизированного волноводного тракта 12 с
вращателем плоскости поляризации и подмагничивающей обмоткой L
Отражатель 3 имеет диаметр 760 мм (в уменьшенном варианте
560 мм) и состоит из двух поверхностей: параболической и
специального профиля для формирования веерного луча типа
косеканс. Отражающая поверхность выполнена из металлизированной
ткани. Отражатель закреплен на подзеркальнике 4, к которому
прикреплен зубчатый сектор наклона 5. Основание 15 с
закрепленными в нем фланцем 14 с кареткой 6 поворачиваются
относительно оси азимута /—/ через редуктор от двигателя азимута 9.
Опорами фланца при его повороте являются подшипники качения.
Хомут 13 обеспечивает крепление неподвижной части
вращающегося волноводного сочленения.
Зубчатое цилиндрическое колесо 7 редуктора наклона,
сидящее на одной оси с коническим колесом, зацепляется с зубчатым
сектором. Редуктор наклона с двигателем привода 8, ВТ и ТГ
закреплен на верхней плоскости корпуса блока 11. Масса блока
не более 9 кг. Его надежность в течение 3000 ч поддерживается
периодически проводимыми регламентными работами.
Конструкция редуктора азимута, размещаемого в корпусе
антенного блока, приведена на рис. 21.13. Двигатель азимута / через
многоступенчатый редуктор передает вращение на коромысло 2
кривошипно-коромыслового механизма и далее через повышающую
передачу на вал антенны 3. Модуль зацепления первой пары т =
= 0,5 мм при шестой степени точности и сопряжении Н, для двух
последних т = 0,6 мм при седьмой степени точности и сопряжении
G или F.
Фрикционная предохранительная муфта 4 отрегулирована на
передачу крутящего момента Гм= 1,2ГН и работает без смазки.
Материалами дисков являются бронза Бр.ОФ 6,5-0,15 и сталь
4Х18Н2М с #/?C = 40-i-50. Толщина дисков 1 мм, шероховатость
соответствует 3-му классу. Смазка зубчатых колес ЦИАТИМ-22Ь
Корпус блока литой из магниевого сплава МЛ5 с
термообработкой Т6 (старение с обработкой холодом).
Особенностью конструкции редуктора наклона является
наличие в его схеме дифференциала, обеспечивающего вращение
отражателя по наклону с одновременным поворотом по азимуту за счет
дополнительного обката в конической паре. Модуль зацепления
цилиндрических зубчатых колес га = 0,5 мм, конической пары
т = 0,6 мм, выходной шестерни и зубчатого сектора га = 0,8 мм.
Степень точности первой зубчатой пары 6-я, остальных — 7-я.
Отказ в РЛС «Гроза» от привода непосредственной
стабилизации и замена ее косвенной, использование схемы с безреверсив-
334

\ У/А
Рис. 21.13. Конструкция редуктора азимута

ным двигателем, уменьшение массы и момента инерции
отражателя и ряда деталей позволило снизить мощность, а
следовательно, массу и габариты приводных двигателей и в целом массу
антенного блока в три с лишним раза, одновременно повысив его
тактико-технические характеристики.
§ 21.3. Основы расчета потребляемой
мощности двигателя
Расчет потребляемой мощности двигателя силового привода
механизма РЭА и выбор его типа является сложной задачей и
составляет содержание ряда специальных курсов [24, 25].
Рассмотрим основы приближенного расчета потребляемой мощности или
необходимого крутящего момента с целью их использования при
курсовом проектировании. Основным при этом расчете является
уравнение G.8). Рассмотрим его решение для некоторых основных
режимов работы механизмов РЭА.
Работа привода при длительной постоянной или незначительно
изменяющейся нагрузке [TK=JU —-=0]. В этом случае Гдв =
\ dt )
= ТС. Примером подобного нагружения является привод антенны
РЛС, работающий при непрерывном круговом обзоре, когда
d/d
Применительно к валу зеркала антенны (см. рис. 7.1, а, 6)
уравнение G.8) записывают в виде
Т'№=Т'С, B1.7)
где Г'д» — создаваемый двигателем движущий момент,
приведенный к валу антенны; Тс'— момент сил сопротивления привода,
приведенный к валу антенны.
При отсутствии на антенне обтекателя момент сил
сопротивления складывается из аэродинамического момента сил
сопротивления на валу антенны Г'с.аэр и приведенного к нему момента
сопротивления от сил трения 7с.тр в опорах:
Величина аэродинамического момента сил сопротивления при
использовании больших зеркал может быть значительной.
Поэтому для ее уменьшения наземные и корабельные антенны, имеющие
значительную площадь зеркала, делают решетчатыми с
подкрепляющими каркасом. Форма зеркала антенны и ее каркаса может быгь
разнообразной, а зависимости, используемые для определения
аэродинамических сил сопротивления, сложными, причем
коэффициенты для них определяют по результатам продувок макетов
в аэродинамической трубе.
Для простого случая аэродинамический момент, действующий
на антенну с решетчатым зеркалом в виде плоской отражающей
поверхности 1 прямоугольного контура, подкрепленного каркасом
336

Рис. 21.14. Схема нагружения зеркала
Jctp
2, из стержней диаметром d с шагом t, определяют в соответствии
со схемой, приведенной на рис. 21.14. Здесь а и Ь — размеры
зеркала антенны; S = 4ab — лобовая (характерная) площадь; S =
= 4ab — характерный
размер зеркала антенны; v—
скорость ветра; со — угловая
частота вращения; р — угол
между направлением ветра
и нормалью к плоскости
зеркала; Ту —
аэродинамический момент сил
сопротивления относительно оси у.
Величина
аэродинамического момента
Ty=O95mypi)*SL, B1.9)
где р — плотность воздуха
при нормальных условиях
(р=1,25 Н-с2/м4); ту —
коэффициент
аэродинамического момента,
определяемый продувкой модели в
аэродинамической трубе
(ГОСТ 20058—74) и
зависящий от угла р.
Момент сопротивления
от сил трения Г'с.тр
определяется расчетным путем или
по среднестатистическим
данным его значений для
подобных конструкций
приводов. При расчете момента
сопротивления от сил трения
следует учесть его
возрастание при инерционных
перегрузках.
Для суммирования Г'с.тр
и Г'с.аэр при расчете Т'с их
величины можно
представить графически (рис. 21.15,
а, б).
Для определения
мощности на валу антенны
подсчитывают величину
эквивалентного крутящего
момента Гэкв (рис. 21.15, в),
полученного сложением Г^.тр
для каждого интервала
времени:
'с.азр.
Рис. 21.15. Графики изменения
моментов сил сопротивления в
зависимости от времени при круговом
обзоре пространства
зз:

где 7c/, Tm'j ..., 7"сб'— ординаты величин приведенного к валу
антенны момента сил сопротивления, соответствующие интервалам
времени th t2, ..., U.
Тогда мощность на валу антенны при Т'Жъ и угловой частоте
вращения вала зеркала антенны соа
^а=г;кв«а [Вт], Bi.il)
где Г7ЭКв — в Н-м; соа — в с1.
Потребляемая мощность двигателя на входном валу привода
антенны
WBX=WA/r\, B1.12)
где г] — к.п.д. привода с учетом условий эксплуатации.
К.п.д. привода при отрицательных температурах за счет загу-
стевания смазки в начальный момент его работы снижается по
сравнению с номинальным. Это снижение может доходить до
@,5—0,9)% на 1°С ниже нуля и зависит от соотношения
постоянных и переменных потерь в механизме [30]. Для этого случая к.п.д.
@,5...0,9)
tl00
И)
где rVL6 =т]1Т]2...'Пп — к.п.д. зубчатой передачи привода при п
ступенях и нормальной температуре окружающей среды.
Двигатель выбирают из соображений, изложенных в гл. 18;
следует брать ИРдв^ИРвх. Выбранный двигатель следует проверить
на пусковой момент по формуле 71п>7ДВ(о) и на перегрузочную
способность по формуле Гтах>ГДвтах, где Ттах — максимальный
крутящий мохмент, развиваемый двигателем; Гдвтах —
наибольший приведенный к валу потребляемый движущий момент.
Работа привода при наличии переменной составляющей
динамической нагрузки. Этот случай имеет место при работе привода
в переходных режимах (пуск — остановка — пуск) и
реверсировании, например при обзоре пространства по азимуту в угловой зоне
±а, по углу места при строчном обзоре и др.
Применительно к валу антенны при наличии обтекателя
71/с.аэр = 0; приведенный момент сил сопротивления 7Y из-за
реверсирования в момент реверса может менять знак и величину (рис.
21.16, а).
Величина динамического момента на валу антенны Т/ зависит
от значения углового ускорения dto/dt. Используя график
изменения частоты вращения соа вала антенны (рис. 21.16, б) и зависи-
338

мость G.9), получим величину динамического момента при сод =
= const. Учитывая увеличение Г/"за счет угловых ускорений,
возникающих при маневрировании самолета, максимальное его
значение получим, умножая Тд' на коэффициент
= 1+
B1.14)
где ел' —дополнительное угловое ускорение антенны,
возникающее при перегрузкау- за счет криволинейности траектории полета;
= угловое ускорение
dt
ан-
при реверсировании
мехаможно принимать
B,25—10)/м
B1.15)
тенны
низма.
При 8а'
Лэ'=1.
График изменения Гд' во
времени с учетом влияния пэ' показан на
рис. 21.16, в. Суммируя моменты Т(/
и ?Y, получают график изменения
движущего момента Гдв/ (рис.
21.16, г). Мощность на валу
антенны вычисляют по B1.11) после оп-.
ределения по B1.10)
эквивалентного крутящего момента. По B1.12) с
использованием B1.13)
рассчитывают потребляемую мощность
двигателя на входе привода. Из условия
Wjxb^Wbx выбирают двигатель,
проверяя его затем по пусковому
моменту и на перегрузку. На
основании G.23) для быстрого разгона
системы момент инерции ротора,
если момент инерции выходного вала
с зеркалом равен /м, с учетом
влияния промежуточных звеньев
\
в)
Т„ пэ
По полученным в результате
проектного расчета данным и
выполненного по ним эскизного
проекта конструкции механизма можно
провести уточнение расчетной
мощности двигателя, исходя из
действительных динамических и
статических характеристик механизма.
Рис. 21.16. Графики изменения
момента сил сопротивления (а),
частоты вращения (б),
динамического (в) и движущего (г)
моментов при обзоре пространства
в пределах угла ±а
339

§ 21.4. Проектный и проверочный расчеты
привода
Проектирование привода электромеханической части РЭА,
состоящего из двигателя и редуктора, состоит из расчета
потребляемой мощности и выбора двигателя, материала и термической
обработки основных несущих деталей редуктора, определения
передаточного отношения, его разбивки по ступеням и вычисления
основных размеров и точностных параметров привода исходя из
требований прочности, точности, оптимальных габаритов и массы,
долговечности и других показателей, вытекающих из назначения
конструкции.
При выборе двигателя кроме мощности следует учитывать его
быстроходность, форму исполнения, вид питания, схемы включения
и реверсирования, инерционность и ряд других показателей.
Преимущества быстроходного двигателя — меньшая масса и
габариты, часто перекрываются необходимостью введения
дополнительной редукции. Однако высокая быстроходность требует
повышенной точности выполнения зацеплений, причем для снижения
уровня а)в высокочастотных колебаний при угловой частоте
вращения со, числе зубьев г, когда сов = оJ при и>2,5 м/с необходим
переход на косозубые колеса и более высокие степени точности
изготовления.
Привод в РЭА выполняют по схеме мотор — редуктор с
использованием двигателей фланцевого исполнения. В приводах
самолетных РЛС применяют двигатели с достаточно жесткой
механической характеристикой, т. е. такие, частоты вращения которых
меняются незначительно при изменении внешней нагрузки, с малой
постоянной времени и большим пусковым моментом
(асинхронные двигатели переменного тока при напряжении U = 3Q и 115 В
и частоте f = 400 Гц, с короткозамкнутым ротором, а также
двигатели постоянного тока с независимым или смешанным
возбуждением специального изготовления).
Если преодолеваемые инерционные нагрузки невелики, то в
приводах применяют двигатели переменного тока, как более
надежные и простые в эксплуатации.
Кинематика привода определяется кинематической схемой и
величинами передаточных отношений привода в целом и его
ступеней в отдельности, характеризующих частоты вращения валов
передачи.
Выбор той или иной кинематической схемы зависит от
габаритов и расположения привода на исполнительном механизме,
требований по кинематической и динамической точности, мертвому
ходу, необходимости связи со вспомогательными устройствами
(вращающимися трансформаторами, тахогенераторами,
порошковыми муфтами и др.). Как правило, в приводах самолетных РЛС
используют зубчатые передачи, обеспечивающие высокий к.п.д.,
минимальный мертвый ход и хорошую технологичность.
Расчет кинематики привода состоит в определении передаточ-
340

ного отношения и разбивки его по ступеням, а также назначении
чисел зубьев колес. Если в приводе применяют цилиндрические
зубчатые передачи, то при разбивке передаточного отношения
учитывают следующие соображения.
Для получения минимальных приведенного момента инерции
согласно G.19) и мертвого хода следует выполнять условие
Н-2<12-г< ... <i(n-])-n- Для цилиндрических зубчатых передач при
определении числа ступеней и передаточных отношений каждой
ступени из условия получения значения приведенного момента
}
(
1
J
-* = :
= 11
= =i
ч
8
6
5
4-
3
2
ф*
2
Р5-"
:= я ¦
J
----
7/7
6"
4
w 5 WW~lFmW~50olooo~i-, ~г TloJo To "room sooioooip
а) 5)
Рис. 21.17. К определению числа ступеней редуктора (а) и передаточного
отношения редуктора по ступеням (б)
инерции, близкого к оптимальному, что особенно важно для
приводов, работающих в динамическом режиме, при известных iv и
Ai//i, где /п — момент инерции, приведенный к валу 1\ 1\ — момент
инерции вала 1, можно воспользоваться графиками на рис. 21.17
[31]. На рис. 21.17, а кривые 1, 2, 3, 4 и 5 соответствуют одно-,
двух-, трех-,четырех- и пятиступенчатому редукторам. После
выбора числа ступеней, используя рис. 21.17, б, по iv и
соответствующей кривой его последней ступени находят передаточное
отношение первой ступени. Делением /р на полученное передаточное
отношение первой ступени получают передаточное отношение ivf
для оставшихся ступеней редуктора, и по нему, согласно
следующей кривой, находят передаточное отношение следующей ступени.
В той же последовательности рассчитывают передаточные
отношения остальных ступеней. Например, при tp = 290 и четырех ступенях
редукции получим i1_2=l,9. Тогда ^' = 290/1,9=153. Для /2-з = 2,9
*р"= 153/2,9 = 53. По графику рис. 21.17, б определяем 13-4 = 5,2.
Для последней ступени t4—5 = 53/5,2 =10. Окончательно ip =
= h -2*2-3*3-4/4-5 =1,9-2,9-5,3-10 = 290.
Для получения оптимальных габаритов, определяемых
межосевым расстоянием aw и формой редуктора, при примерно
одинаковых размерах зубчатых колес каждой ступени и двух ступенях
редукции берут/!_2 = 0,95-f- 1,3]/*' 12-3 = 1^/11-2- При трех ступенях
ре.ДуКЦИИ ^2 = 0,95 -^- 1,3 у /р, /2-3 = 1 *"Р. *3-4 = /р/(М-2*'2-з).
При разработке кинематических схем приводов, имеющих фрик-
ционые предохранительные и сцепные порошковые муфты, сле-
341

дует обратить внимание на рациональность их размещения на
более быстроходных валах, так как это обеспечивает меньшие
размеры муфт из-за меньшей величины передаваемого момента;
здесь следует учитывать максимально допустимые значения
частот вращения. Поэтому эти узлы размещают на вторых и третьих
валах после двигателя.
При проведении расчетов и разработке эскизного чертежа
конструкции привода (согласно окончательно выбранной
кинематической схемы) важным является выбор материала несущих
элементов конструкции. Поскольку условия эксплуатации требуют
высокой надежности и долговечности конструкции, для валов и
зубчатых колес приводов самолетных РЛС применяют легированные
и коррозионностойкие стали марок 40ХН, -2X13, 4X13, 4Х18Н2М,
4Х18Н9Т, термически обработанные до твердости HRC = 28-^-40, a
также легированную сталь марки 38Х2МЮА с азотированием
поверхности зуба. Коррозионностойкие марки стали обладают
хорошей сопротивляемостью коррозии в условиях резких колебаний
температуры, высокой влажности, динамических и вибрационных
нагрузок.
Для корпусных деталей с целью уменьшения массы
конструкции используют алюминиевые и магниевые сплавы: литейные
алюминиевые сплавы марок АЛ2, АЛЗ, АЛ9, литейные магниевые
сплавы марок МЛЗ и МЛ5. Для защиты поверхности от коррозии
применяют химическое оксидирование с последующей грунтовкой
и окраской.
Для обеспечения постоянства боковых зазоров в зацеплениях
корпусы ответственных передач могут изготовляться из титана,
имеющего ТКХ близкий к ТЩ стали. Марки применяемых
сплавов титана: ВТ 1-0, ВТ1-1, ВТ5. Заготовки для корпуса
изготовляют ковкой, а при использовании сплавов ВТ1 и ВТ5 возможна
и отливка.
Из деформируемых легких сплавов применяют алюминиевые
сплавы марок Д1, Д16, АВ, АК6, АМг2, АМц, В95 и магниевые
сплавы марок MAI, MA2, МА5, МА8.
Зацепления должны иметь точность не менее 7-й степени, а на
первом валу при скоростях более 5 м/с не менее 6-й. Вид
сопряжения выбирают, исходя из получения суммарной ошибки
мертвого хода редуктора на выходном валу в пределах технического
задания; часто эту величину ограничивают значением BcpSM^3 — 5'.
При назначении числа зубьев после нахождения передаточного
отношения i для каждой ступени с целью уменьшения габаритов
выбирают число зубьев шестерен из условия zmin^l2, используя
для исключения подрезания зуба смещение.
На основании проектных расчетов aw каждой ступени, выбора
модулей зацеплений и определения окончательных размеров
привода осуществляют его компоновку. После дальнейших уточнений
размеров элементов конструкции делают сборочный чертеж
привода в соответствии с ЕСКД и составляют полную рабочую
документацию.
342

ГЛАВА 22
ЗАПИСЫВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
§ 22.1. Методы записи
Методы записи можно разделить на три группы. К первой
относят методы, использующие для записи нанесение слоя вещества
на носитель записи карандашом или чернилами; ко второй —
методы, основанные на снятии слоя вещества носителя путем
резания или царапания его поверхности; к третьей — методы,
использующие изменение состояния вещества носителя при воздействии
света, магнитного и электрического полей и др.
Электромагнитную (магнитную) запись благодаря высокому
качеству, эксплуатационным и экономическим показателям широко
применяют в РЭА; ее используют для записи отдельных программ
радиовещания и телевидения с целью их последующего
воспроизведения, телеинформации в радиотелеметрических системах,
связной информации между самолетами и
командно-диспетчерским пунктом, программ работы отдельных механизмов РЭА,
во внешних устройствах ЭВА и др.
Способ электромагнитной записи основан на свойстве
ферромагнитных материалов намагничиваться при воздействии на них
магнитного поля и сохранять это состояние при выходе из него.
В качестве носителя записи чаще всего используют двухслойную
ферромагнитную ленту шириной 6,25 мм, имеющую прочную
немагнитную основу толщиной 15—50 мкм из ацетилцеллюлозы и
магнитный слой толщиной 5—20 мкм; в ЭВМ применяют ленту
шириной 12,7 мм. Магнитный слой состоит из ферромагнитных
частиц гамма-оксида железа и феррита кобальта размером около
0,1 мкм, раслределенных в немагнитной связующей среде. В
качестве носителя записи можно использовать и специальную
ферромагнитную проволоку диаметром 30—50 мкм. Устройства записи
на магнитную ленту с последующим считыванием записанной
информации могут быть частью ЭВМ в виде устройств внешней
памяти и использоваться в сложных электронных системах, например
ракетно-космических, Их можно применять также для
производственных нужд, специальных целей и в быту; в этом случае они
обычно изготовляются в виде отдельных самостоятельных
аппаратов и называются магнитофонами. Хотя устройства записи
содержат много электронных элементов, однако их рабочие
характеристики зависят от качества механических узлов, определяющих
стабильность движения носителя записи, постоянство натяжения
ленты, точность изготовления и установки магнитных головок
(МГ) и т. д. Эти требования к механической части записывающих
устройств являются основными; качество записи в значительной
степени определяет скорость перемещения носителя и ее
стабильность. При записи приняты следующие значения скоростей
движения носителя: 381; 190,5; 95,3; 47,6 и 23,8 мм/с. С повышением
качества МГ и магнитной ленты (МЛ) скорость их перемещения
343

может быть снижена. Для ускоренной перемотки скорость
носителя выбирают в пределах 2000—8000 мм/с. Запись можно
производить на одну или несколько дорожек. Перемещение носителя
записи относительно МГ осуществляет лентопротяжный механизм
(ЛПМ).
§ 22.2. Основные кинематические схемы
и функциональные узлы ЛПМ. Основы расчетов
Перемещение ленты относительно МГ может происходить в
режиме записи — воспроизведения с номинальной скоростью и в
режиме ускоренного перемещения при поиске информации. По кине-
Z) д) е)
Рис. 22.1. Основные кинематические схемы ЛПМ
матике ЛПМ можно разделить на два типа: с перемещением ленты
1 относительно МГ 5 и 6 путем ее перемотки с одной катушки на
другую (рис. 22.1, а), например с катушки 2 (подающий узел)
на катушку 3 (приемный узел), и с бесконечной лентой (рис.
22.1, б), где катушки 3 и 2 отсутствуют. В обеих схемах ролики 4
являются направляющими.
ЛПМ, выполненный по схеме рис. 22.1, а, с приводом на одну
из катушек при неизменном числе оборотов двигателя вследствие
изменения диаметра намотки не может обеспечить постоянства
скорости перемещения ленты относительно МГ. Для обеспечения
постоянства скорости движения ленты применяют, например, ЛПМ
с разомкнутой петлей (рис. 22.1, в). Лента / приводится в
движение ведущим роликом 5, к которому для лучшего сцепления лента
прижимается прижимным роликом 4. Натяжение ленты до
ведущего ролика, являющегося ведущим узлом, осуществляет
подающий узел 2, а намотку ленты выполняет приемный узел 3, или
наоборот при обратном движении ленты. Ролики 6 являются
направляющими. Петля считается разомкнутой, потому что ведущий
344

узел, обеспечивающий постоянство скорости движения ленты,
воздействует только на один конец участка ленты, движущейся около
МГ 7 и 8. На скорость перемещения ленты в ЛПМ с разомкнутой
петлей влияют неравномерность вращения двигателя, погрешности
передаточного механизма, деформация и колебания прижимного
ролика, вытягивание ленты при ее натяжении, непостоянство силы
трения в месте контакта ленты с роликом и т. д. Поэтому при
использовании этой схемы в конструкции предусматривают ряд
дополнительных элементов,
стабилизирующих скорость
движения ленты.
В механизме с
замкнутой петлей (рис. 22.1, г)
ведущий узел,
обеспечивающий движение ленты 1 с
постоянной скоростью,
выполнен в виде ведущего ролика
8, двух прижимных роликов
4 и 9 и обводного
инерционного ролика 5. Ведущий
узел воздействует на оба
участка ленты, движущейся
относительно МГ 6 и 7;
подающий узел 2 и приемный
узел 3 обеспечивают подачу
и намотку ленты.
Эффект замкнутой петли
можно получить, используя
два ведущих ролика 4 и 7,
имеющих между собой
механическую связь (рис. 22.1,
д). Основной особенностью механизма с замкнутой петлей
является изолированность участка ленты 1 около МГ 5 и 6 от приемного
и подающего узлов 2 и 3, которые могут создавать
неравномерность движения ленты. В механизме с «нулевой» петлей (рис. 22.1,
е) МГ 5 и 6 прижимаются к ленте 1 в том месте, где она огибает
ведущий ролик 7. Эта схема предусматривает два направляющих
ролика 4 и 8, обеспечивающих правильную подачу ленты на
ведущий ролик с подающего узла 2 и с ведущего ролика на приемный
узел 3.
Рассмотрим схему цепи протягивания ленты 9 ЛПМ с
разомкнутой петлей (рис. 22.2, а). Основными узлами этой схемы
являются подающий узел 1, приемный узел 2, ведущий вал 4,
прижимной ролик 5, направляющие ролики 3 и 10, стирающая 6,
записывающая 7 и считывающая 8 МГ. В режиме рабочего хода при
установившемся движении ленты в цепи действуют (рис. 22.2, а,
в): усилие в ленте, создаваемое подтормаживающим моментом
подающего узла 1 Л; силы трения F$ и F{0 и нормального давления
Лгз и #ю на направляющих роликах 3 и 10\ силы трения F6, F7 и
12—1451 345
Рис. 22.2. К определению сил, действующих
в ЛПМ

F8 и нормального давления А/6, Л/7, N8 на стирающей, записываю-
щей и считывающей МГ; сила натяжения ленты /У между
ведущим валом и стирающей МГ; Ft — полезная окружная сила на
ведущем ролике 2\ сила натяжения ленты F2, создаваемая
подматывающим моментом Т2 приемного узла 2.
Определение усилий на отдельных участках ленты в ЛПМ,,
изображенном на рис. 22.2, а, ведется по минимальной силе
натяжения ленты Fmm = Fu которая считается исходной. Принимая ее
известной, по углу обхвата ролика 10 и действующих на ленту
сил рассчитывают силу нормального давления N\o, а по ее
величине силу трения Fio^Niof, если направляющий ролик не вращается
(при вращающемся ролике ввиду малости силы Fi0 можно
принять F\o = O). По углу обхвата лентой МГ 8 находят силу
нормального давления N8. Тогда сила трения на этой головке F8 = N8f.
Таким образом определяют силы нормального давления и силы
трения на всем участке от направляющего ролика 10 до
ведущего ролика 4, на котором натяжение ленты принимает значение Fq.
Крутящий момент на ведущем ролике 4 (рис. 22.2, б)
Tp=Ftr, B2.1)
где Ft — полезное окружное усилие на ведущем ролике; г —
радиус ведущего ролика.
Окружное усилие на ролике
Ft = r0-(F2-Fs). B2.2)
Минимальное натяжение F2 ленты на приемной кассете
зависит от площади сечения носителя и материала основы. При
основе из ацетилцеллюлозы и ленте шириной 6,25 мм и толщиной 30—
50 мкм берется F2m\n = 0,6ч-0,8 Н; при отсутствии стабилизации
скорости /72min= 1,5-=-2 Н.
Основными механическими узлами ЛПМ являются:
а) ведущий узел;
б) боковые узлы подачи и наметки ленты;
в) исполнительные устройства (двигатели, передаточные
механизмы, тормозные устройства, электромагниты).
Для улучшения отдельных характеристик и расширения
оперативных возможностей аппарата в зависимости от требований к
нему в ЛПМ могут входить вспомогательные узлы; стабилизации
движения носителя, стабилизации натяжения носителя, быстрого
пуска, автоматики и программирования.
Ведущий узел. При проектировании ведущего узла необходимо
обеспечить высокую стабильность скорости движения ленты,
минимальные биения и дебалаис вращающихся масс, бесшумность
и жесткость конструкции. В зависимости от способа передачи
крутящего момента от двигателя на ведущий ролик различают
ведущие узлы прямого и косвенного привода. В узле прямого привода
ведущим является вал двигателя или посаженный на него ведущий
ролик; ротор такого двигателя выполняет функцию маховика.
346

Узлы прямого привода отличаются простотой конструкции, но
подшипники двигателя нагружаются усилием прижатия ленты. Кроме
того, неравномерность вращения двигателя передается
протягиваемой ленте, что является недостатком этой конструкции. В узлах
косвенного привода ведущий ролик устанавливают на отдельных
подшипниках; он приводится во вращение двигателем через
передаточный механизм. Для стабилизации вращения на оси ведущего
вала закрепляют маховик. Прижатие ленты к ведущему ролику
осуществляют прижимным роликом; управление поджатием
ролика производят с помощью электромагнита. Обычно ведущий ролик
выполняю! стальным, а поверхность прижимного ролика делают
обрезиненной. Для равномерного протягивания ленты ведущий
ролик должен иметь минимальное биение и дебаланс. Диаметр
ведущего ролика берут, исходя из скорости движения носителя vH:
d = 60vJitn9 [мм]. > B2.3)
где пр — частота вращения ведущего ролика, об/мин; vH — в мм/с.
Для повышения твердости ведущий ролик в магнитофонах
термически обрабатывают и хромируют; его поверхность должна
иметь шероховатость не ниже 9-го класса. Допустимый
эксцентриситет ролика берут не более 1—3 мкм. Точность изготовления его
рабочего диаметра определяется допуском на номинальное
значение скорости протягивания ленты. Обычно в магнитофонах
номинальное значение диаметра ведущего ролика составляет 10—
15 мм. В накопителе на магнитной ленте (НМЛ) ЛПМ
конструируют по схеме, показанной на рис. 22.1, е, где ведущий ролик
посажен непосредственно на вал двигателя. Сила трения между
лентой и ведущим роликом создается натяжением ленты с
помощью вакуумных колонок (ЕС-5017). Поскольку в магнитофонах
коэффициент трения скольжения между роликом и лентой
больше, чем между лентой и стальным ведущим валом, ленту
протягивает прижимной ролик, вращаемый ведущим роликом, с которым
он соприкасается за боковыми кромками ленты. Усилие прижима
Fn ролика к ведущему валу, необходимое для протягивания
ленты с постоянной скоростью, зависит от силы сопротивления
протягиванию /чь определяемой по B2.2), и коэффициента трения
скольжения f.
Коэффициент запаса по сцеплению (против буксования) C =
= 2-т-3. Значение коэффициента трения скольжения / выбирают
в зависимости от материала фрикционной пары ведущий ролик —
прижимной ролик, поскольку его величина для фрикционной пары
прижимной ролик — лента больше.
Для надежного протягивания ленты диаметр прижимного
ролика выбирают достаточно большим (^Пр = 25ч-50 мкм). Высота
ролика h зависит от ширины ленты; для улучшения его сцепления
с ведущим роликом для узкой ленты Л= A,5-7-2,5N, а для
широкой h = b+ C—5), где Ь — ширина ленты.
Поджим прижимного ролика осуществляют с помощью тяги,
связанной с электромагнитом; ход тяги для уменьшения удара со-
12* 347

ставляет 1—2 мм; отжатие ролика производят с помощью
пружины.
Боковые узлы. В магнитофонах боковые (подкассетные) узлы
ЛПМ служат для подмотки и подтормаживания ленты в режимах
записи — воспроизведения и перемотки. В режимах записи —
воспроизведения боковые узлы работают с переменной частотой
вращения ввиду изменения диаметра намотки; изменение частоты
вращения осуществляют за счет фрикционного или электромагнит-
а; - Яг
Рис. 22.3. Конструкции фрикционных муфт
ного скольжения ведомого элемента относительно ведущего; на
ведомые элементы устанавливают кассеты с лентой. По виду
связи и наличию собственного вращающегося момента различают
активные и пассивные боковые узлы.
Активный узел обеспечивает необходимое натяжение ленты и
состоит из двигателя с мягкой механической характеристикой; он
имеет тормозное устройство и подкассетник. Этот узел
применяют в трехмоторных конструкциях ЛПМ магнитофона и в НМЛ.
Пассивный узел — эго автоматическая сцепная муфта, ведущая
часть которой имеет привод от ведущего двигателя. В
конструкции этого узла используют управляемые фрикционные и обгонные
муфты, обеспечивающие стабилизацию натяжения ленты и режим
ее ускоренного движения. Фрикционная муфта (рис. 22.3, а) с
автоматически варьируемой силой осевого давления Fn за счет
изменения диаметра намотки ленты состоит из ведущей 4 и ведомой
2 частей, связанных фрикционным кольцом из фетра 3. Заглушку
с выступами 1 используют для установки кассеты. С помощью
хвостовика 5 муфту крепят к несущей панели ЛПМ. Момент
трения, создаваемый силой осевого давления Fn,
TiP=FnRepf. B2.4)
Электромагнитная фрикционная муфта (рис. 22.3, б) с ведущей
частью 6, ведомой 4 и фрикционным кольцом 5 отличается от
описанной ранее способом управления. При подаче на обмотку 3 ил-
348

тания стальное кольцо 1 подтягивается к резиновому диску 2,
обеспечивая жесткую связь ведомой и ведущей частей.
Исполнительные устройства. К этим устройствам относятся
двигатели, тормозные механизмы и различные элементы
автоматики.
Двигатели приводят во вращение ведущие узлы,
протягивающие носитель записи, а также обеспечивают натяжение и
ускоренную перемотку ленты. В зависимости от выполняемых функций к
ним предъявляют различные требования. В механизмах магнитной
записи применяют в основном асинхронные и синхронные
двигатели переменного тока с частотой вращения 1000—3000 об/мин,
реже (в специальной аппаратуре) используют двигатели
постоянного тока с частотой вращения 2000—6000 об/мин.
Двигатель ведущего ролика должен обладать жесткой
механической характеристикой, т. е. число его оборотов даже при
изменении нагрузки должно быть стабильным.
Двигатель с передачей движения на ведущий ролик гибкой
связью выбирают с частотой вращения 1000—1500 об/мин, так
как большие значения частоты вращения вызывают акустический
шум и износ подшипников, а меньшие повышают неравномерность
хода. Минимальная мощность двигателя привода ведущего ролика
^ [Вт], B2.5)
W
где Тр —момент сил сопротивления вращению, приведенный к
ведущему ролику, Н-м; сор — частота вращения ведущего ролика,
с; г] — к.п.д. передаточного механизма; & = Зч-5— коэффициент
надежности. Кассетные двигатели работают примерно в
одинаковых условиях и для постоянства натяжения ленты должны иметь
мягкую механическую характеристику (сериесные двигатели).
Передаточные механизмы предназначают для передачи
движения от приводного двигателя на ведущий ролик, а в одномоторных
конструкциях — и на боковые узлы.
Такие механизмы должны обеспечивать стабильность
передаточного отношения и величины вращающего момента, отсутствие
остаточных деформаций упругих элементов и вибраций, высокую
надежность. В ЛПМ применяют передачи гибкой связью, хотя
выполнение упомянутых требований часто вызывает необходимость
использования передач зацеплением. Передачи гибкой связью
достаточно компактны, бесшумны в работе, обеспечивают в одной
паре передаточное отношение до ^ = 15; однако им присуще
скольжение. Их применяют для передачи движения от двигателя на
ведущий ролик и боковые узлы. Угол обхвата ведущего ролика
<*i = 120-М 50°; для повышения угла обхвата меньшего шкива
применяют натяжные или обводные ролики. Гибкую связь
изготовляют из резины, различных сортов пластмасс или лавсана;
последние работают в широком диапазоне температур (от —60 да
+ 160° С), имеют высокий предел прочности и толщину до 1 мм,
349

вследствие чего могут применяться при диаметрах шкивов до 5—
10 мм. Для повышения коэффициента трения скольжения их
пропитывают специальным составом, что обеспечивает f = 0,25.
Нормальная работа передачи гибкой связью, обеспечивающая
передачу необходимого полезного усилия Fu осуществляется созданием
в ней определенного усилия предварительного натяжения FQ.
Органы управления или станции управления имеют пять — семь
исполнительных кнопок; кнопки могут иметь блокировку.
Рис. 22.4. Кинематическая схема одномоторной
конструкции ЛПМ
Кроме описанных типовых узлов в конструкции записывающего
устройства могут быть узлы, контролирующие и регулирующие
качество записи: датчики скорости, обрыва и натяжения ленты,
программные механизмы и др.
Все узлы устройства магнитной записи находятся во
взаимосвязи, определяемой кинематической схемой ЛПМ и режимом его
работы. ЛПМ могут иметь определенное количество основных и
вспомогательных режимов; к основным режимам относятся
режимы записи — считывания, к вспомогательным — режимы
перемотки или поиска.
Рассмотрим некоторые кинематические схемы ЛПМ.
Кинематическая схема бытовой одномоторной конструкции ЛПМ двухдо-
рожечного магнитофона приведена на рис. 22.4, где ведущий ролик
(вал) 2 является продолжением оси двигателя 1. Узлы подмотки
16 и обратной перемотки 9 одинаковы и выполнены с применением
фрикционных электромагнитных муфт (см. рис. 22.3, б). Передачу
движения на узлы 9 и 16 осуществляют с помощью пассиков через
промежуточные шкивы 15 и 10. Прижим ленты к ведущему валу 2
производят прижимным роликом 7, а к МГ нижней дорожки 5 и 6
350

12
и верхней дорожки 8 и 12 — роликами 4, 3, 13 и 14. Управление
прижимного ролика 7 происходит с помощью электромагнита 11.
Натяжение ленты в режиме запись — воспроизведение
осуществляют за счет создаваемого массой кассеты с лентой момента
трения между подкассетником и шкивом при выключенных
электромагнитных муфтах.
Схема одномоторной конструкции магнитофона (тип МС-61),
применяемой в системе связи на самолетах, без устройства
воспроизведения записи показана на
рис. 22.5. Движение ведущей
кассеты 1 происходит от
двигателя 4 через червячную
передачу 3 с передаточным
числом ^1 = 22/2:1 = 64/2 = 32 и
зубчатую передачу 2 с ^2=^з/^2/=;
= 77/28 = 2,75. Запись ведут на
проволоку-носитель 15 с пома
щью МГ 14. Стирание
осуществляют МГ 13. Диаметр
проволоки dnp=0,05 мм.
Необходимое натяжение проволоки
силой 0,15—0,2 Н создается
системой подтормаживания
ведомой кассеты 10 колодочным
тормозом 11. Равномерную
намотку проволоки на ведущую
кассету производят путем
перемещения по направляющим
8 поводка с толкателем 7 с
помощью кулачка 6, сидящего на
валу 5. Вращение этого вала
осуществляют червячной
передачей с передаточным числом щ^г^Хъ = 32/1 = 32 от приводного
вала ведущей кассеты. Магнитофон имеет датчик обрыва 16; обрыв
проволоки вызывает обесточивание двигателя привода 4 и
включение тормоза 9 от электромагнита 12.
Двигатель привода ведущей кассеты ДПМ-20-НЗ-09 с
крутящим моментом Гн:=2Н-мм и ядв = 4500 об/мин имеет регулятор
скорости. Скорость перемещения носителя записи ун=175 мм/с.
Расчет кинематики привода кассеты. При выбранном двигателе
передаточное отношение между валами двигателя и кассеты
iAB^K = nJnK. B2.6)
Частота вращения кассеты при известной скорости vH
перемещения носителя и среднем диаметре намотки на кассету
пк = 60 vJ{nDK) [об/мин]. B2.7)
При ун=175 мм/с, Z)K = 90 мм частота вращения кассеты як =
= 33 об/мин. Тогда при %B = 3000-f-6000 об/мин /дв_к= 100ч-200.
351
Рис. 22.5. Кинематическая схема
самолетного магнитофона
лпм

Рис. 22.6. Конструкция привода кассеты самолетного
магнитофона
Рис. 22.7. Кинематическая схема
ЛПМ НМЛ ЕС-5017

Конструкция редуктора, используемая в приводе кассеты
магнитофона, показана на рис. 22.6, где двигатель 2 закреплен в
корпусе 3 накидной гайкой 4; корпус отлит из алюминиевого сплава,
Двухзаходный червяк 5 делают из стали 40ХН. Червячное колесо
6 из текстолита марки ПТК имеет 64 зуба, модуль зацепления
т = 0,5 мм. Передача движения происходит на кулачковый вал /
с передаточным числом м = 38/1 = 38, модуль зацепления /п = 0,5мм.
Выходная шестерня 7 на валу имеет 28 зубьев, модуль т = 0,5 мм.
Редуктор крепят к панели магнитофона с помощью опорной
платы, имеющей четыре отверстия для крепежных винтов.
Кинематическая схема ЛПМ НМЛ ЕС-5017 приведена на рис.
22.7, где 1, 2— приемная и подающая кассеты. Кассеты имеют
самостоятельные приводы, состоящие из кассетных сериесных
двигателей постоянного тока типа ПК-1. Ведущий ролик 3
диаметром dp = 50 мм посажен на вал приводного' двигателя типа
ПЯР-90 (\Гдв = 90 Вт; лдв = 3000 об/мин; ?7 = 27 В).
Вакуумные колонки 8 и 9 создают необходимое усилие
предварительного натяжения ленты 4 величиной Fo —2-^-3 Н. Запись
и считывание информации осуществляют с помощью магнитной
головки 5. Направляющие ролики 6 и 11, очистители 10 я 7
дополняют тракт магнитной ленты. Привод ведущего ролика при
записи и считывании информации обеспечивает скорость ленты vB~
= 2 м/с, а при перемотке ленты ия=5 м/с.
ГЛАВА 23
МЕХАНИЗМЫ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ
И СИНХРОННО-СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ
§ 23.1. Механизмы дистанционного управления
Механизмы дистанционного управления (дистанционные
передачи) предназначены для того, чтобы сигнал, соответствующий
какой-либо физической величине, например линейному или
угловому перемещению, частоте вращения, передать на расстояние.
При передаче сигнала такие механизмы должны устанавливать
однозначное соответствие этих величин на входе и выходе.
Передача состоит из датчика, приемника и линии связи. Для
дистанционных передач с ограниченным диапазоном следования чаще
всего используют мостовые, индуктивные и емкостные схемы.
Линия связи может быть электрической без механических передач
и электромеханической; последнюю применяют, когда необходимо
иметь значительные крутящие моменты на выходном валу
передачи. В приемно-передающей РЭА дистанционные передачи
применяют для переключения каналов на требуемую частоту, индикации
углового положения антенны, связи индикационных приборов,
расположенных на приборной доске, с другим оборудованием
самолета и др. Часто передачи являются частью синхронно-следящих
систем. Рассмотрим некоторые типы дистанционных передач.
35*

Электромеханические дистанционные передачи. Такие передачи
(рис. 23.1) используют для настройки РЭА, имеющей дискретную
сетку опорных частот, или для переключения поддиапазонов [32].
На рис. 23.1 датчиком является установленный на пульте
управления задающий переключатель /, имеющий шесть фиксированных
положений. Основными узлами этого механизма являются:
исполнительный вал 4 с закрепленными на нем диском 8 и ротором
// приемного переключателя 12, рычаг 3, фиксирующий диск 8,
Рис. 23.1. Кинематическая схема дискретной дистанционной передачи
электромагнит 2, выводящий рычаг из фиксирующего паза диска
на время переключения, редуктор 10 с электродвигателем 9,
приводящим механизм в движение, и система коммутации, куда
входит реле 13.
При установке ручки задающего переключателя / на .любой
из шести каналов напряжение через приемный переключатель 12
подается на реле 13} которое замыкает контакты В—Г и
включает электромагнит 2 и двигатель 9. Через редуктор 10 движение
от двигателя передается на вал 4, который будет вращаться до
тех пор, пока ротор // приемного переключателя 12 (при
совпадении отметок каналов на нем и задающем переключателе) не
разорвет цепь питания реле 13, что в свою очередь разорвет цепь
питания двигателя 9 и электромагнита 2. Рычаг 3 под действием
пружины с помощью фиксирующих впадин в диске 8 точно
установит вал 4 в положение, соответствующее установленному
каналу. Вместе с валом 4 займет соответствующее положение и
связанный с ним муфтой 7 вал 5 с переключателем поддиапазонов 6.
354

Дистанционные передачи с шаговым двигателем. Принцип
работы ШД описан в гл. 18. При подаче питания в обмотку статора
ШД и наличии рассогласования магнитных полей статора и
ротора возникает синхронизирующий момент, который стремится
переместить-ротор в положение максимального потокосцепления
возбуждаемых обмоток. Таким образом, при последовательном
изменении токов в обмотке статора ротор перемещается
синхронно с полем, а затем фиксируется при прекращении вращения поля.
Питание ШД и его коммутацию
осуществляют с помощью электронных
коммутаторов. Угловые шаги выпускаемых
отечественной промышленностью ШД
равны 36; 22,5; 15; 3 и 1,5°.
Дистанционные передачи с
электромагнитным искателем. Кинематическая
схема передачи приведена на рис. 23.2.
Суть работы передачи состоит в том, что
необходимый угол поворота вала 10
отрабатывается с помощью
электромагнита /, обеспечивающего линейное
перемещение якоря 3 с собачкой 11,
используемое затем для вращения вала 10 с
ротором переключателя 7 от закрепленного/
на нем храпового колеса 9 до требуемо
го положения, когда система питания
электромагнита 1 обесточивается. Собач- Рис. 23.2. Кинематиче-
ка 11 соединена с якорем 3 пластинчатой екая схема дистанцион-
пружиной 6. В отведенном положении
якорь удерживается винтовой
пружиной 2.
При подаче напряжения с пульта управления на какой-то
контакт переключателя 7 (например, /) оно через общий контакт а
и замкнутую контактную группу 4 попадает на обмотку катушки
электромагнита. Возникший в нем магнитный поток притягивает
якорь 3 к его сердечнику. При этом собачка // перемещается на
величину шага храпового колеса, а хвостовик 5 якоря 3 размыкает
контактную группу 4, которая обесточивает катушку
электромагнита 1. Тогда под действием винтовой пружины 2 якорь
возвращается в исходное положение, поворачивая при этом собачкой //
храповое колесо 9 на один зуб. При отходе якоря от сердечника
контактная группа 4 вновь замыкается и подает напряжение на
электромагнит /. Так продолжается до тех пор, пока ротор
переключателя не разорвет цепь его катушки. Тогда вал 10
остановится в новом положении. Ограничитель 8 удерживает храповое
колесо 9 от проворачивания при перемещении собачки вперед, т. е.
при притягивании якоря к сердечнику электромагнита.
Сельсинные дистанционные передачи. Принцип работы
сельсина рассмотрен в гл. 18. Сельсинная дистанционная передача
состоит из сельсина-датчика, сельсина-приемника и линии связи.
355

В зависимости от конструкции применяемых сельсинов такая
передача может работать в индикаторном или трансформаторном
режиме (см. рис. 18.8, а, б). В зависимости от конструкции
сельсина его обмогки возбуждения могут располагаться на статоре
или на роторе. Во втором случае питание сельсина осуществляют
через контактные кольца.
При синхронном положении роторов сельсина-датчика (СД) и
сельсина-приемника (СП) в статорных обмотках ток отсутствует.
При этом вращающий момент на валу СП равен нулю. Если ротор
СД повернуть на некоторый угол 6Д по отношению к ротору СП,
то на зажимах статора СП появится разность потенциалов, а на
его валу — вращающий момент, стремящийся повернуть ротор
СП на угол 6п = Эд. Синхронизирующий момент T=Tm3iXsinQAy где
7\пах — максимальный синхронизирующий момент.
Точность передачи угла в односкоростных передачах при
подборе сельсинов в соответствии с нагрузкой определяется
погрешностью самих сельсинов. Максимальные величины погрешностей
зависят от класса точности сельсинов (табл. 23.1).
Таблица 23.1
Тип сельсина
Сельсин-приемник
Сельсин-датчик
ВеличинарюгрешнЬсти, град, дляТкласса точности
1
До ±0,75
До +0,25
2 | 3
±0,75— ±1,5
±0,25—±0,5
±1,5-±2,5
±0,5—±1,0
Кинематическая схема трехшкального устройства с сельсинной
дистанционной передачей, оценивающей угол поворота вала
антенны в пределах угла а = ±120° с погрешностью 6фп = 2,5' при
средней погрешности сельсина 6фс = 2°, показана на рис. 23.3.
Отсчет угла поворота вала антенны 1 с требуемой точностью
ведется с помощью трехшкального ОУ, указатель каждой шкалы
которого посажен на ось соответствующего сельсина-приемника —
грубого CUT, среднего СПС и точного СПТ, связанных
электрически с соответствующими сельсинами-датчиками. Вал антенны / и
сельсины-датчики (грубый СДГ, средний СДС и точный СДТ) с
помощью муфт и промежуточных валов 2, 4, 6 и 7 соединены с
валами 8, 5 и 3. Передаточные отношения между осью вала
антенны 1 и осями соответствующих сельсинов датчиков
соответственно равны:
24-150-150 1
l1-8^ 144.75.50 =1;
24-75-50 1
11-3 =
144-150.150 36
24-75.50.25-50
144.150.125-100 360
Ускоряющая передача применена для получения необходимой
точности отсчета.
356

Сельсины-приемники и шкалы закреплены на панели 9 ОУ.
Таким образом, при указанной редукции один оборот указателя
на шкалах грубого (ШГО), среднего (ШСО) и точного (ШТО)
отсчетов соответствует 360, 10 и ^(бО')
К приВоЗу
антенны
X
Зеркало антенны
Рис. 23.3. Кинематическая схема трехшкального устройства с сельсин-
ной дистанционной передачей
При цене деления шкалы точного отсчета #т = 5' статическая
погрешность отсчета от погрешности сельсина, в среднем равной
бфс = 2°, составляет йф</= (бфс)М-з= B-60)/360= 1/3'. При
отсчете с помощью трехшкального ОУ величина угла поворота оси
антенны складывается из показаний трех шкал; десятков градусов
по ШГО, единиц градусов — по ШСО и минут — по ШТО.
Конструкция датчика для передачи вращения с вала антенны
«а оси сельсинов-датчиков по приведенной кинематической схеме
357

Рис. 23.4. Конструкция датчика с компоновкой в нем СД и ПД

'вых
показана на рис. 23.4. Вращение СДГ, СДС и СДТ, соединенных
с осями валов 8, 5 и 3 датчиков, осуществляется от приводного
вала 2 через промежуточные валы 4, 5, 6 и 7; вал 2 безлюфтовой
крестовой муфтой трения качения соединен с ведущим валом J.
На валах 5 и 8 установлены потенциометрические датчики ПД\ и
ПД2, используемые как аналоговые. Соединение потенциометри-
ческих датчиков с валом / происходит дистанционно с помощью
сцепных муфт М\ и М2 через валы 7 и 6. Для устранения ошибок
мертвого хода зубчатые колеса выполнены люфтовыбирающими.
Степень точности зубчатых колес 7.
Потенциометрические
дистанционные передачи.
Схема потенциометрической
дистанционной передачи
приведена на рис. 23.5. Поворот
потенциометра-датчика ПД
на угол 8ВХ вызывает
напряжение разбаланса в
диагонали O1O2 мостовой схемы,
которое подается на
двигатель /. Вращение двигателя
через редуктор 2 передается
на ось
потенциометра-приемника ПП и одновременно на управляемый объект 3. Вращение
двигателя происходит до тех пор, пока за счет поворота оси ПП
на угол 0вых мостовая схема не достигнет равновесного состояния,
определяемого равенством произведений сопротивления
противоположных плеч, в результате чего напряжение дебаланса в
диагонали моста между точками 0i02 будет равно нулю. Для устойчивой
работы передачи в цепь диагонали моста подключают усилитель.
Для записи с помощью самописцев угла поворота вала антенны
в конструкции на рис. 23.4 применена потенциометрическая
дистанционная передача, состоящая из датчиков ПД\ и ПД2,
соединенных с осями грубого 8 и среднего 5 отсчетов. Запись угла ведут
с помощью потенциометрической мостовой схемы. В этой схеме
ПП{ и ПП2 являются сопротивлениями вибраторов (шлейфов)
осциллографа, у которых разбаланс мостовой схемы вызывает
отклонение отражателя (зеркала), используемое для записи угла
поворота вала антенны.
Рис. 23.5. Схема потенциометрической
дистанционной передачи
§ 23.2. Механизмы синхронно-следящих систем
Синхронно-следящие системы являются разновидностью
дистанционных передач угла, в которых для преодоления двигателем
значительного момента нагрузки на ведомом валу с целью
обеспечения его питания применяют усилитель. В такой системе
задаваемой величиной является угол поворота входного (задающего)
вала, а регулируемой — угол поворота выходного (отрабатывае-
359

зка) КОТОром Р^положен управляемый объект (на-
Задающим устройством такой системы являются сельсины или
Т?!ТРЫ' исп„ол»ительным устройством, приводящим в дви-
Гбъектдвигательхотя
В РЭА синхронно-следящие системы являются составной
частью некоторых радиотехнических конструкций и предназначены
для повышения точности их работы методом обратной связи. Они
входят в системы автоматической подстройки частоты радиолока-
ционных станций, системы настройки приемно-передающих радио-
. станции и другие устройства. Синхронно-следящие системь!
бывают непрерывного и релейного действия.
В системах непрерывного действия'управление двигателем
осуществляют ^непрерывно по определенному закону. В системах
релейного действия управление двигателем происходит дискретно
за счет срабатывания реле, входящего в цепь управления
двигателем в моменты, когда ошибка угла достигает определенного зна-
Синхронно-следящие системы могут работать по двум
принципиально различным циклам: разомкнутому и замкнутому Схема
системы работающей по разомкнутому циклу, изображена на
рис. 23.6. Задающее устройство состоит из потенциометра 2
который связан с осью управляющего устройства /. В результате
поворота оси 1 на угол еВх на вход усилителя 3 подается
напряжение, пропорциональное углу поворота 9ВХ. Усиленное в усилителе
J напряжение поступает на исполнительный двигатель 4, который'
через редуктор 5 поворачивает вал управляемого объекта 5 на
угол евых. В идеальной системе евых = 6вх во все моменты времени
в действительности из-за инерционности элементов схемы это оа-
венство не соблюдается.
Системы, работающие по замкнутому циклу (рис 23 7)
отличаются тем что в них угол поворота вала управляемого объекта
/, равный евых, сравнивается с углом поворота 9Вх оси
управляющего устройства 1, связанного с потенциометром 3, при помощи-
вводимого сравнивающего устройства 2. Получающаяся в резуль-
360

тате сравнения разность 8 = 0Вх—9ВЫх в виде напряжения
рассогласования поступает на вход усилителя 4. Усиленное в усилителе
напряжение поступает на исполнительный двигатель 5, который
через редуктор 6 поворачивает входной вал управляемого устрой*
ства до момента сведения разности 8Вх—Ввых к нулю. Процесс
стабилизации носит колебательный характер, но при правильно
подобранных характеристиках системы его показатели могут
свидетельствовать об устойчивости процесса.
Рис. 23.8. Принципиальная схема следящего привода
стабилизации антенны по крену
Основные требования к следящему приводу сводятся к
обеспечению устойчивости и точности его работы. Передаточное
отношение ip редуктора следящего привода выбирают таким, чтобы мак*
симальная частота вращения его выходного вала озСтах
обеспечивалась бы при вращении двигателя с номинальной частотой о)н,.
т. е. /р = сон/о)стах. Уменьшение частоты вращения выходного вала
редуктора достигается снижением частоты вращения двигателя
путем выбора соответствующей схемы регулирования. Для
уменьшения нагрузки на элементы системы в переходном режиме ее
инерционные характеристики должны выбирать из условия
получения наименьшего динамического момента, а двигатель должен
иметь необходимое отношение Гтах/Гн = у- Для следящего
привода рекомендуют у==2,Ь-~3 [33]. Примером замкнутой системы этого
привода может быть привод системы стабилизации по крену
самолетной радиолокационной антенны (рис. 23.8). Угол крена
самолета 9вх, отработанный гировертикалью / и преобразованный с
помощью потенциометра 2 сопротивлением R\ в электрический
сигнал, через шунтирующий резистор сопротивлением R2
подается на вход усилителя 3. Полученное на выходе усилителя
напряжение воздействует на управляющую обмотку двигателя 4, который
через редуктор 5 обеспечивает поворот антенны 6 по крену до
тех пор, пока связанный с нею потенциометр отработки 7,
создающий на входе усилителя 5 напряжение противоположной
полярности, не обеспечит на усилителе входной сигнал, равный нулю.
При R2 = R3 это будет соответствовать равенству углов поворота
щеток потенциометров 2 и 7, имеющих сопротивления R\ и /?4-
361

ГЛАВА 24
МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ
§ 24.1. Моноблочный и функционально-узловой
(модульный) методы проектирования
При проектировании механизмов РЭА одним из основных
этапов работы является решение задачи компоновки конструкции.
Нахождение оптимального решения является сложным процессом,
в ходе которого используется опыт, накопленный при создании
аналогичных конструкций РЭА различного назначения. При этом
решение может быть как в виде моноблочной конструкции со
сложными функциональными связями, так и в виде комплекса
отдельных конструктивно-законченных единиц — модулей,
выполняющих отдельные строго ограниченные функции. Модульная
компоновка в сочетании с функционально-узловым методом (ФУМ)
проектирования, в основе которого лежит принцип деления
принципиальных электрических и кинематических схем на отдельные
функциональные и конструктивно-законченные сборочные единицы,
нашла в настоящее время широкое применение. Модульная
компоновка обеспечивает: свободу доступа к составным частям
конструкции; удобство совершенствования отдельных узлов изделия;
хорошую ремонтопригодность.
Разработка электромеханизмов РЭА в виде моноблочной
конструкции со сложными функциональными, электрическими и
кинематическими связями является сложной задачей и требует для
своего решения значительного времени. Ее упрощенное решение
можно найти, что особенно важно при разработке макетных и
опытных конструкций, путем использования модулей, близких
друг к другу по габаритам и имеющим однотипные
присоединительные размеры. Такими электромеханическими модулями
(ЭлММ) могут быть универсальные редукторы с широким
набором передаточных чисел и передаваемых крутящих моментов,
муфты различных типов, электродвигатели, потенциометры,
сельсины и другие узлы. Создание и применение при конструировании
электромеханических узлов РЭА ЭлММ является одним из
методов, позволяющих повысить надежность, упростить
проектирование, настройку и макетирование изделия, сократить сроки
разработки и изготовления [34].
Система ЭлММ представляет собой набор функциональных
электромеханических узлов, заключенных в однотипные корпусы
¦с одинаковыми присоединительными размерами, а также
соединительные муфты и стаканы.
Корпусы ЭлММ выполняют в виде параллелепипеда или тела
вращения (рис. 24.1). Соединение прямоугольных корпусов по
боковым поверхностям происходит с помощью паза у одного модуля
и выступа у другого (рис. 24.1, а).
Соединение валов ЭлММ между собой производится с помощью
следующих видов муфт: крестовой, простой поводковой или кре-
-362

стовой с механизмом согласования; последняя позволяет за счет
червячной пары осуществлять установку одного из соединяемых
валов по углу при регулировании системы без ее разборки.
На соединительных стаканах функциональный узел из модулей
может крепиться на плате с помощью лап. При использовании в
узле комплектующих изделий (двигателей, потенциометров,
сельсинов и т. д.) их соединение с другими ЭлММ выполняют с
помощью стаканов.
Разработаны и применяют следующие основные группы ЭлММ:
зубчатые цилиндрические колеса, редукторы и мультипликаторы,
дифференциальные, соединительные и сцепные муфты,
ограничительные и установочные механизмы, стаканы.
Рис. 24.1. Виды ЭлММ
Зубчатые цилиндрические колеса служат в качестве
звена при передаче вращения от привода к исполнительным
механизмам (рис. 24.1, а).
Редукторы и мультипликаторы изменяют частоты
вращения и крутящие моменты. Технические данные: момент тро-
гания — не более 0,1 Н-мм, мертвый ход на выходном валу
редуктора при максимальном моменте —не более Г, передаточное
число в зависимости от числа ступеней и = 22,2 — 48 220. Редукторы
предназначены для двигателей типа ДИД и ДГ. Редуктор
соединяется с ЭлММ через переходной стакан (рис. 24.1, б).
Дифференциалы предназначены для механического
сложения и вычитания угловых скоростей двух валов.
Соединительные муфты обеспечивают согласование
соединяемых валов при регулировке механизма с помощью
дополнительного передаточного механизма на одной из полумуфт (см.
рис. 17.6). Муфты бывают постоянные без и с механизмом
согласования. В качестве постоянных соединительных муфт используют
крестовые и поводковые.
Сцепные муфты с электромагнитным управлением
выполняют функции расцепления, переключения и сцепления валов.
Ограничительные механизмы состоят из механизма
возврата и предохранительного механизма. Механизм возврата
служит для возврата вала потенциометра или другого устройства
в исходное или нулевое положение с помощью пружины кручения.
Предохранительный механизм ограничивает угол поворота за счет
363

размыкания электрической цепи привода с помощью
микропереключателя и кулачкового механизма.
Установочные механизмы состоят из программного
механизма, предназначенного для получения различных по времени
Двигатель Редуктоо муфта механизм Мусрта
возврата
,2 3 а)
Механизм потен-
предохра.\ иио-
нительныи. метр
Рис. 24.2. Функциональная (а) и кинематическая (б) схемы и
конструкция (в) генератора пилообразного напряжения, собранная из
ЭлММ:
i —двигатель; 2 — редуктор; 3 — муфта крестовая; 4—электромагнитная
муфта; 5 — механизм возврата; 6 — муфта крестовая с механизмом
согласования; 7 — предохранительный механизм; 8 — потенциометр
электрических импульсов, и механизма согласования,
обеспечивающего угловое смещение валов.
Стаканы служат для соединения в функциональный узел
комплектующих оригинальных и электромеханических узлов и
крепления их к плате прибора. Различают стаканы соединительные
и переходные. Первые служат для соединения ЭлММ между со-
;бой (рис. 24.1, в), вторые — для крепления внутри себя универ-
-364

сального редуктора, вращающегося трансформатора, сельсина или
потенциометра. Подобным образом могут быть разработаны и
другие группы электромеханических модулей.
Метод проектирования электромеханических систем с помощью
ЭлММ заключается в разработке функциональной схемы системы
в соответствии с заданием; составлении кинематической схемы по
разработанной функциональной схеме и вычерчивании общего вида
системы по кинематической схеме и подобранных из каталога
модулей.
После расчета основных технических параметров устройства
разрабатывают функциональную (рис. 24.2, а) и кинематическую
(рис. 24.2, б) схемы, а также ее конструкцию (рис. 24.2, в),
согласно которым производят сборку генератора пилообразного
напряжения.
§ 24.2. Курсовое проектирование
Курсовой проект является первым комплексным расчетно-кон-
структорским отчетом студента, подводящим итоги его работы
над теоретической частью курса. Работа над курсовым проектом
развивает навыки по применению теоретических положений курса
при конструировании механизмов и узлов РЭА различного
назначения, заставляет работать с литературой. При разработке узла
или механизма РЭА, надежного в эксплуатации, простого и
технологичного в изготовлении, следует максимально обобщить
предыдущий опыт создания аналогичных конструкций.
В создаваемой согласно заданию конструкции начинающий
проектировщик должен обеспечить: а) технологичность
изготовления деталей, входящих в изделие; б) технологичность сборки;
в) обоснованный выбор точности основных элементов изделия;
г) широкую унификацию и нормализацию элементов изделия;
д) необходимую прочность, оптимальную массу и габариты
изделия; е) надежность при использовании нужной смазки, а также
предохранение от коррозии и стопорение резьбовых соединений;
ж) требования технической эстетики.
Все чертежи должны соответствовать требованиям ЕСКД; к
проекту студент прилагает также расчетно-пояснительную
записку.
Выполнение курсового проекта можно разбить на ряд
самостоятельных этапов, каждый из которых предусматривает
определенный конечный результат. Основными из них являются
выполнение сборочного чертежа конструкции и рабочих чертежей
деталей, проведение проверочных расчетов и оформление расчетно-
пояснительной записки.
Сборочный чертеж конструкции. Прежде всего студент должен
внимательно изучить задание, а затем подробно ознакомиться с
литературой и прототипами аналогичных конструкций. При
наличии сборочного чертежа подобного механизма должно быть
изучено его устройство, выяснены взаимосвязи отдельных деталей,
365

проанализированы особенности изготовления, последовательность
сборки, система смазки и др.
Начальным этапом проектирования является получение на
основании проектировочных расчетов основных размеров
механизма, позволяющих разработать конструкцию изделия в целом путем
последовательной проработки формы и размеров его основных
деталей. Так как в процессе проектирования многие размеры
уточняются при пересчете, то расчет необходимо проводить
параллельно с вычерчиванием эскиза конструкции, контролируя чертежом
рациональность полученных при расчете размеров. Следует
отметить, что чем тщательнее и подробнее разработан проект на этапе
эскизной проработки, тем проще выполнение сборочного чертежа.
При выполнении эскизной части проекта следует учитывать вид
проектируемого механизма — силовой или кинематический.
Кинематическим механизмам обычно свойственна малая нагруженносгь
деталей, так как нагрузка в них сводится к преодолению на
выходном звене сил или моментов трения, поэтому большинство
размеров определяется конструктивными соображениями.
При выполнении сборочного чертежа производят расчеты
потребляемой мощности, кинематические расчеты, осуществляют
выбор двигателя; определяют основные размеры механизма,
используя для этой цели проектные формулы; выбирают материал,
вид термической обработки деталей и номинальные размеры
посадочных мест; рассчитывают валы, муфты, подбирают
подшипники, уточняют размеры деталей и узлов, которые были взяты без
предварительных расчетов. После этого студент выполняет
эскизный чертеж конструкции на миллиметровой бумаге.
Сборочный чертеж, редуктора механизма азимутального
вращения зеркала радиолокационной антенны на этом этапе эскизной
проработки приведен на рис. 24.3. Здесь намечены контуры
двигателя в соответствии с его размерами по справочнику, оси валов
согласно подсчитанным межосевым расстояниям агс\-2, аК2-ъ и
аи-з-4, контуры валов по подсчитанным согласно проектным
формулам диаметрам dBU dB2, dB3 и dBA и контуры зубчатых пар по
подсчитанным размерам зубчатых колес; подобраны и уточнены
контуры подшипников согласно размерам посадочных мест валов,
в месте их размещения, выявлены контуры корпуса механизма.
Сборочный чертеж, в основе которого лежит эскизный чертеж,
выполняют на ватмане после внесения в него нужных изменений.
Он должен давать полное и ясное представление о конструкции
изделия в целом и о каждой детали в отдельности, порядке
разборки и сборки, характере сопряжений основных деталей, методах
регулирования. Чертеж выполняют в требуемом масштабе
(желательно 1 : 1) с достаточным для полной деталировки количеством
основных и дополнительных проекций, разрезов и сечений.
Взаимное положение деталей корпуса, если он является разъемным,
фиксируют штифтами. Конструкции опор валов с коническими
колесами и валов червячных колес должны предусматривать
возможность регулировки зацепления с помощью прокладок, резьбо-
366

вых стаканов или крышек, а также осевых зазоров в
подшипниках. Все резьбовые соединения должны стопориться.
Рабочие чертежи деталей. Рабочие чертежи должны содержать
все данные, необходимые для изготовления и контроля детали:
размеры с допусками на них, обозначение шероховатости и
твердости поверхности, вид покрытия и др. Некоторые из этих данных
записывают на поле чертежа в виде технических требований. Ко-
Рис. 24.3. Сборочный чертеж редуктора механизма азимутального
вращения зеркала радиолокационной антенны на этапе эскизной
проработки
личество проекций на чертеже должно быть наименьшим,
обеспечивая при этом полное представление об изделии. Масштаб
чертежа определяется размерами деталей. Детали передач должны
иметь зуборезную таблицу.
Габаритный чертеж содержит контурное (упрощенное)
изображение изделия с габаритными, установочными и
присоединительными размерами и технической характеристикой изделия. На этом
чертеже изделие изображают так, чтобы были видны крайние
положения перемещающихся или откидываемых частей.
Пояснительная записка. Пояснительная записка должна
содержать задание на проектирование, описание разработанной
конструкции с указанием ее назначения, области ее применения и
технической характеристики. В записке должно быть приведено
обоснование выбора данного типа привода и вида смазки, а также
даны необходимые расчеты геометрии зацеплений и кинематические,
прочностные, точностные расчеты. Расчеты сопровождаются
схемами, эскизами и необходимыми эпюрами. В конце приводят
список использованной литературы. Пояснительную записку
пишут от руки чернилами с одной стороны писчей нелинованной
бумаги формата 11, имеющей поля слева 20 мм, а с трех остальных
367

сторон 10 мм. Записка может состоять из разделов, подразделов
и пунктов. Разделы имеют порядковые номера, обозначенные
арабскими цифрами с точкой A.; 2.). Подразделы имеют с разделами
одинаковые номера A.1; 1.2; 1.3). Пункты нумеруют тремя
цифрами A.1.1; 1.1.2). Каждый раздел рекомендуется начинать с
нового листа. Название разделов должно быть кратким и
соответствовать содержанию.
Полное название изделия при первом упоминании в тексте
должно совпадать с названием его на сборочном чертеже. В
последующем тексте допускается сокращенное наименование
изделия. Изложение должно быть кратким, четким, исключающим
возможность субъективного толкования. Терминология и определения
должны быть едиными и соответствовать установленным
стандартам. Сокращение слов не допускается, за исключением
сокращений по ГОСТ 2.316—68. Условные буквенные обозначения
технических, математических и других величин в тексте, формулах и на
графиках должны соответствовать установленным стандартам.
Формулы нумеруют арабскими цифрами. Номер ставят с правой
стороны листа на уровне формулы в круглых скобках. Ссылка на
стандарты и другие документы должна содержать только
обозначение документа без его названия. При необходимости яелают
ссылку на отдельные пункты указанных документов.
§ 24.3. Конструкторская документация
и ее оформление по ЕСКД
Конструкторская документация является конечным
результатом деятельности конструктора в КБ и передается в
производственные отделы для изготовления изделия. В целях качественного
и своевременного освоения изделия производством при разработ-
Та блица 24.1
Шифр
группы
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Содержание стандарта
Общие положения
Основные положения
Классификация и обозначение изделий в
конструкторских документах
Общие правила выполнения чертежей
Правила выполнения чертежей изделий
машиностроения и приборостроения
Правила обращения конструкторских
документов (учет, хранение, дублирование, изменение)
Правила выполнения эксплуатационной и
ремонтной документации
Правила выполнения схем и условные
графические обозначения, используемые в схемах
Правила выполнения документов строительных
и судостроения
Прочие стандарты (различные правила
выполнения КД)
ГОСТ
2.001—2.099
2.101—2.199
2.201—2.299
2.301—2.399
2.401—2.499
2.501—2.599
2.601—2.699
2.701—2.799
2.801—2.899
2.901—2.999
368

ке документации на него следует руководствоваться
межотраслевой системой стандартов в виде Единой системы конструкторской
документации (ЕСКД), обеспечивающей повышение
эффективности производства. Распределение стандартов ЕСКД по
классификационным группам приведено в табл. 24.1.
Основные положения этой системы изложены в:
1) ГОСТ 2.101—68. Виды изделий;
2) ГОСТ 2.102—68. Виды и комплектность конструкторских
документов;
3) ГОСТ 2.103—68. Стадии разработки;
4) ГОСТ 2.104—68. Основные надписи;
5) ГОСТ 2.105—68. Общие требования к текстовым
документам.
6) ГОСТ 2.106—68. Текстовые документы;
7) ГОСТ 2.108—68. Спецификация;
8) ГОСТ 2.109—73. Основные требования к чертежам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беляев Н. М. Сопротивление материалов. М., 1976.
2. Одинг И. Л. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая
прочность металлов. М., 1962.
3. Карпу шин В. Б. Виброшумы радиоаппаратуры. М., 1977.
4. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя, т. Т, II, IIL
М, 1979.
5. Гель П. П., Иванов-Осипович Н. К. Конструирование радиоэлектронной
аппаратуры. Л., 1972.
6. Дульнев Г, И., Семяшкин Э. М. Теплообмен в радиоэлектронных
аппаратах. Л., 1968.
7. Дульнев Г. Н., Тарновский Н. Н. Тепловые режимы электронной
аппаратуры. Л., 1971.
8. Кондрашкин Н. М. Переходные контакты в устройствах заземления
и экранирования РЭА. М., 1973.
9. Рогинский В. Ю. Экранирование в радиоустройствах. М., 1970.
10. Мягков В. Д. Краткий справочник конструктора. М., 1975.
11. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры/Лле/ссегя/со А. Г.,
Бадулин С. С, Барулин Л. Г. и др.; Под ред. Б. Ф. Высоцкого. М., 1977.
12. Варламов Р. Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры М., 1975.
13. Иванов М. Н. Детали машин. М., 1976.
14. Иванов М. Н.} Иванов В. Н. Детали машин. Курсовое проектирование.
М, 1975.
15. Рощин Г. И. Конструирование механизмов РЭА. М., 1973.
16. Артоболевский И. И. Теория механизмов. М., 1975.
17. Бруевич Н. Г. Точность механизмов. М., 1945.
18. Короткое В. П., Тайц В. А. Основы метрологии и точности механизмов
приборов. — М.: Машгиз, 1961. — 400 с.
19. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М., 1962.
20. Вайнштейн В. 3., Трояновская Г. И. Сухие смазки и самосмазывающие
материалы. М., 1968.
21. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода. М., 1971.
22. Веселовский О. Н., Браславский Л. М. Основы электротехники и
электротехнические устройства. М., 1977.
23. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями/Явобогея/со Б. А.>
Рубцов В. П., Садовский Л. А. и др.; Под ред. М. Г. Чиликина. М, 1971.
24. Борисов К. Н.} Нагорский В. Д. Электропривод летательных аппаратов.
М., 1967.
25. Основы автоматизированного электропривода/Ч'млм/сми М. Г.,
Соколов М. М., Терехов В. М. и др. М., 1974.
26. Хрущев В. В. Электрические микромашины автоматических устройств.
Л., 1976.
370

27 Валитов Р Л , Сретенский В И Радиотехнические измерения. М., 1970.
28 Касиченко А В Электролюминесцентные буквенно-цифровые
индикаторы. М , 1971.
29 Лисицын Б. Л Элементы индикации. М., 1978.
30. Проектирование и расчет авиационных электроприводов/Борисов К. #.,
Владимиров Я Г, Полякова Г Я. и др.: Под ред. К. Н. Борисова. М, 1971.
31 Дмитриев Ф С Проектирование редукторов точных приборов. М, 1971.
32 Пименов А И Механизмы настройки РЭА. М., 1977.
33 Проектирование следящих систем/Рабинович Л. В., Петров Б, И.,
Терское В Г и др ; Под ред Л В. Рабиновича. М., 1969.
34 Парфенов Е М Конструирование, технология производства и
применение ciicicMbi электромеханических модулей в приборостроении. — В кн.:
Технологические процессы в приборостроении. Материалы конференции. М, 1968.
35 Мордвинцев Л А , Фетисов Г. П., Шалыгина О В. Современные термо-
механические и механические виды сварки Изд. МАИ, 1976.
36. Подшипники качения Каталог-справочник. М., 1972.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава 1. Типовые механизмы РЭА 4
§ 1.1. Назначение механизмов 4
§ 1.2. Классификация типовых механизмов 7
Глава 2, Типовые несущие конструкции РЭА 10
§ 2.1. Назначение, принципы построения, элементы стандартизации
и унификации конструкций 10
§ 2.2. Основные виды конструкций 18
Глава 3. Условия работы несущих конструкций и механизмов РЭА . . 27
§ 3.1. Условия эксплуатации, виды внешних воздействий и способы
защиты 27
§ 3.2. Нормирование условий эксплуатации 29
§ 3.3. Виды покрытий 31
Глава 4. Основные требования к несущим конструкциям и механизмам
РЭА 33
§ 4.1. Прочность и жесткость конструкций 33
§ 4.2. Точность конструкций 43
§ 4.3. Теплоотвод, электропроводность, экранирующие свойства
конструкций 43
§ 4.4. Надежность конструкций • . 51
§ 4.5. Технологичность конструкций 54
Глава 5. Конструкционные материалы несущих конструкций и
механизмов РЭА 55
§ 5.1. Требования к конструкционным материалам 55
§ 5.2. Материалы конструкций 56
§ 5.3. Методы термической и химико-термической обработки .... 66
Глава 6. Основы конструирования несущих конструкций РЭА 68
§ 6.1. Основные вопросы, решаемые при разработке конструкций . 68
§ 6.2. Каркасные и бескаркасные пластинчатые конструкции
(модули первого уровня) 70
§ 6.3. Конструкции типа шасси, панелей, корпусов каркасов,
блоков и приборов (модули второго и- третьего уровней) ... 84
§ 6.4. Конструкции стоек, шкафов, пульта (модули четвертого
уровня). Направляющие в несущих конструкциях 98
§ 6.5. Пути повышения несущей способности и способы
изготовления конструкций 106
§ 6.6. Корпусы и корпусные детали механизмов 112
372

Глава 7. Передачи трением И6
§ 7.1. Общие положения И6
§ 7.2. Фрикционные передачи роликами 121
§ 7.3. Передачи гибкой связью 122
Глава 8. Зубчатые передачи 126
§ 8.1. Общая характеристика и классификация 126
§ 8.2. Параметры цилиндрических прямозубых колес 129
§ 8.3. Конструкции и методы изготовления зубчатых колес.
Смещение инструмента при нарезании зубьев 130
§ 8.4. Оценка точности изготовления зубчатых колес. Мертвый ход
и его устранение 133
§ 8.5. Расчет цилиндрических передач на прочность 140
§ 8.6. Конические зубчатые передачи 154
§ 8.7. Винтовая зубчатая и реечная передачи 156
§ 8.8. Планетарные передачи 157
§ 8.9. Волновые зубчатые передачи 162
Глава 9. Червячные передачи 167
§ 9.1. Геометрия и кинематика передачи 167
§ 9.2. Силы, действующие в зацеплении. К. п. д. передачи .... 171
§ 9.3. Расчет прочности зубьев 172
§ 9.4. Оценка точности. Мертвый ход и его определение 174-
Глава 10. Передача винт — гайка 175
§ 10.1. Материал и геометрия передачи 175
§ 10.2. Основы расчета передачи 176
Глава 11. Механизмы прерывистого движения 177
§ 11.1. Мальтийские механизмы 177
§ 11.2. Зубчатые и храповые механизмы 179
Глава 12. Расчет размерных цепей и точности механизмов 181
§ 12.1. Общие сведения 181
§ 12.2. Первичные ошибки изготовления звеньев и причины их
возникновения 181
§ 12.3. Законы рассеяния погрешностей 182
§ 12.4. Основные понятия теорщГ размерных цепей и их
использование для расчета допустимых погрешностей звеньев . . 188
§ 12.5. Погрешности формы и расположения поверхностей деталей.
Основы теории базирования 196
§ 12.6. Виды погрешностей механизмов 199
§ 12.7. Методы определения погрешностей механизма 203
Глава 13. Валы и направляющие для поступательного и вращательного
движения 206
§ 13.1. Оси и валы 206
§ 13.2. Направляющие для прямолинейного движения 210
§ 13.3. Опоры скольжения и качения 212
§ 13.4. Смазка подшипников и узлов трения механизмов 220
Глава 14. Неразъемные соединения 223
§ 14.1. Заклеповочные соединения 223
§ 14.2. Сварные соединения 227
373

§ 14.3. Паяные соединения 230
§ 14.4. Клеевые соединения 232
Глава 15. Разъемные соединения 233
§ 15.1. Резьбовые соединения 233
§ 15.2. Штифтовые соединения 237
§ 15.3. Шпоночные соединения 239
§ 15.4. Шлицевые соединения 240
Глава 16. Пружины, фиксаторы, ограничители 242
§ 16.1. Пружины 242
§ 16.2. Фиксаторы 247
§ 16.3. Ограничители и детали управления 248
Глава 17. Муфты 251
§ 17.1. Назначение и классификация 251
§ 17.2. Постоянные муфты 252
§ 17.3. Сцепные муфты 257
Глава 18. Электрические машины . . 261
§ 18.1. Принцип действия и устройство двигателей переменного
и постоянного тока 261
§ 18.2. Шаговые двигатели 268
§ 18.3. Регулирование частоты вращения и методы реверсирования
двигателей 272
§ 18.4. Сельсины 277
§ 18.5. Вращающиеся трансформаторы 279
§ 18.6. Тахогенераторы 281
Глава 19. Механизмы настройки РЭА 282
§ 19.1. Виды и детали колебательных контуров. Методы настройки 282
§ 19.2. Назначение и основные характеристики механизмов
настройки 289
§ 19.3. Кинематические схемы и конструкции механизмов плавной
настройки 291
§ 19.4. Механизмы фиксированной настройки и перестройки .... 296
§ 19.5. Оценка погрешности настройки 299
Глава 20. Отсчетные устройства 300
§ 20.1. Конструкция и классификация ОУ шкального типа 300
§ 20.2. Методика расчета и оценка точности ОУ шкального типа . 303
§ 20.3. ОУ с цифровой индикацией 313
Глава 21. Механизмы приводов радиолокационных антенн 316
§ 21.1. Методы обзора пространства. Виды и составные части
радиолокационных антенн 316
§ 21.2. Кинематические схемы и конструкции приводов зеркала
антенного блока. Редукторы 324
§ 21.3. Основы расчета потребляемой мощности двигателя .... 336
§ 21.4. Проектный и проверочный расчеты привода 340
Глава 22. Записывающие устройства 343
§ 22.1. Методы записи 343
§ 22.2. Основные кинематические схемы и функциональные узлы
ЛПМ. Основы расчетов 344
374

Глава 23. Механизмы дистанционного управления и синхронно-следящих
систем 3 5?
§ 23 1. Механизмы дистанционного управления 3~K
§ 23.2. Механизмы синхронно-следящих систем 3)9
Глава 24. Методы проектирования механизмов 3^2
§ 24.1. Моноблочный и функционально-узловой (модульный)
методы проектирования 36 >
§ 24 2. Курсовое проектирование 3M
§ 24.3. Конструкторская документация и ее оформление по ЕСКД 36^
Список литературы 370

ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ РОЩИН
Несущие конструкции
и механизмы РЭЛ
Редактор Е. М Романчук. Художник Ю. Д. Федичкин. Художественный редактор
Т. М. Скворцова. Технический редактор 3. В. Нуждина. Корректор В. В. Кожуткина
И Б № 2974
Изд. № ЭР — 287 Сдано в набор 27 0181. Подп в печать 0107.81. Т — 09780.
Формат 60X90'/1G Бум. тип. № 2. Гарншура литературная Печать высокая. Объем 23,5 усл.
печ. л. 23,5 усл. кр-отт 23,30 уч-изд" л Тираж" 15 000 экз. Зак. 1451. Цена 1 р. 10 к.
Издательство «Высшая школа», Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14.
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Хохловский пер., 7.