Технологические основы конструирования элементов и функциональных устройств оптических приборов.

Учебное пособие посвящено основам конструирования современных точных приборов, типичными представителями которых являются оптические приборы, содержащие в своем составе механические, электронные и оптические функциональные устройства и элементы. Специфика конструирования таких приборов заключается в том, что их показатели качества и в первую очередь показатели точности, технологичности и надежности в существенной степени зависят от выполнения определенных методов, правил и принципов конструирования, способов и методов параметрического и точностного синтеза конструкций, знаний путей и приемов повышения целевых показателей качества при проектировании. Книга состоит из четырех частей. В первой части рассматриваются методы, общие правила и принципы конструирования точных приборов и их элементов. Во второй излагаются основы теории точности и понятия надежности приборов. Третья часть посвящена современным методам повышения качества приборов при проектировании, включая алгоритмическую...

Читать полностью

Учебное пособие посвящено основам конструирования современных точных приборов, типичными представителями которых являются оптические приборы, содержащие в своем составе механические, электронные и оптические функциональные устройства и элементы. Специфика конструирования таких приборов заключается в том, что их показатели качества и в первую очередь показатели точности, технологичности и надежности в существенной степени зависят от выполнения определенных методов, правил и принципов конструирования, способов и методов параметрического и точностного синтеза конструкций, знаний путей и приемов повышения целевых показателей качества при проектировании. Книга состоит из четырех частей. В первой части рассматриваются методы, общие правила и принципы конструирования точных приборов и их элементов. Во второй излагаются основы теории точности и понятия надежности приборов. Третья часть посвящена современным методам повышения качества приборов при проектировании, включая алгоритмическую (цифровую) коррекцию погрешностей. В четвертой части приводятся типовые конструкции сборочных единиц и элементов точных приборов, рассматриваются способы их юстировки и контроля. Учебное пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений приборостроительного профиля, а также инженерно-технических работников промышленности.
2-е издание, исправленное, дополненное.

Скрыть

Учебное пособие посвящено основам конструирования современных точных приборов, типичными представителями которых являются оптические приборы, содержащие в своем составе механические, электронные и оптические функциональные устройства и элементы.
Специфика конструирования таких приборов заключается в том, что их показатели качества, и в первую очередь показатели точности, технологичности и надежности, в существенной степени зависят от выполнения определенных методов, правил и принципов конструирования, способов и методов параметрического и точностного синтеза конструкций, знаний путей и принципов повышения целевых показателей качества при проектировании.
Учебное пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений приборостроительного профиля, а также инженерно-технических работников промышленности.

СТРУКТУРА ОПТИЧЕСКОГО ПРИБОРА.
Оптический прибор предназначен для преобразования информации от объекта наблюдения (обнаружения), измерения или управления. На рис. 1.2 показана обобщенная схема функционирования ОП.

В оптических приборах происходит преобразование вида y = f(х, qi), где f - функция преобразования; qi - конструктивные параметры прибора.

Преобразование входного сигнала ОП осуществляется его функциональными устройствами (ФУ), имеющими, как правило, различные физические принципы. На рис. 1.3 изображен состав современного ОП, основанного на оптических, механических и электронных (электрических) ФУ и их сочетании.

С системных позиций ФУ представляет собой подсистему ОП, которая работает автономно, но определенными отношениями связана с другими подсистемами (например, для передачи информации, энергии, вещества).

Содержание
Предисловие
Часть I. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ТОЧНЫХ ПРИБОРОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Введение
Глава 1. Принципы конструирования элементов и функциональных устройств оптических приборов
1.1. Общие принципы конструирования оптических приборов
1.1.1. Этапы проектно-конструкторской работы
1.1.2. Показатели качества, обеспечиваемые при конструировании оптических приборов
1.1.3. Структура оптического прибора
1.2. Принципы конструирования деталей
1.2.1. Общие аспекты конструирования деталей
1.2.2. Принцип совместной обработки рабочих и базовых элементов детали
1.2.3. Принцип точностной технологичности деталей
1.3. Принципы конструирования соединений
1.3.1. Принцип совмещения рабочих элементов в соединении
1.3.2. Принцип отсутствия избыточного базирования в соединении деталей (статическая определенность соединений)
1.3.3. Принцип геометрической определенности контакта пар в соединении
1.3.4. Принцип силового замыкания,
1.3.5. Принцип ограничения смещений в соединении деталей
1.3.6. Принцип ограничения поворотов
1.3.7. Принцип ограничения продольного и поперечного вылетов рабочих элементов
1.3.8. Учет тепловых свойств соединяемых деталей
1.3.9. Точностная технологичность соединений
1.4. Принципы конструирования узлов и функциональных устройств оптических приборов
1.4.1. Принцип Аббе
1.4.2. Принцип кратчайшей цепи преобразования
1.4.3. Принцип наибольших масштабов преобразования
1.4.4. Принцип отсутствия избыточных связей и местных подвижностей в механизмах приборов
1.4.5. Принцип необходимости юстировки оптических устройств
Глава 2. Общие принципы, правила и методы конструирования
2.1. Принцип унификации конструкций изделий
2.2. Компоновка конструкций,
2.3. Методы функционального и параметрического синтеза конструкций
2.4. Разборка и утилизация изделий
Список литературы
Часть II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТОЧНОСТИ ПРИБОРОВ И ЭЛЕМЕНТОВ
Введение
Глава 3. Основы теории точности приборов и элементов
3.1. Разновидности погрешностей, основные понятия и определения
3.1.1. Методические погрешности
3.1.2. Инструментальные погрешности
3.1.3. Характеристики точности приборов и устройств
3.2. Классификация погрешностей
3.2.1. Причинно-следственная структура погрешностей
3.2.2. Свойства погрешностей
3.3. Основные положения линейной теории точности
3.4. Методы нахождения передаточных функций первичных погрешностей
3.4.1. Метод разложения функции преобразования в степенной ряд.
3.4.2. Метод дифференцирования функции преобразования.
3.4.3. Геометрический метод
3.4.4. Метод преобразования исходной схемы устройства
3.4.5. Метод плана малых перемещений
3.4.6. Векторно-матричный метод
3.5. Специфика определения передаточных функций некоторых первичных погрешностей
3.5.1. Влияние векторных погрешностей
3.5.2. Влияние зазоров в кинематических парах
3.5.3. Влияние погрешностей наведения и считывания
3.5.4. Влияние деформаций элементов
3.5.5. Влияние первичных погрешностей и факторов на погрешности фокусных расстояний оптических элементов
3.6. Виды и методы расчетов точности приборов и элементов
3.6.1. Комбинированный метод расчета точности
3.6.2. Методы проектного расчета допусков
3.6.3. Методы проверочного расчета точности
3.7. Расчет компенсаторов погрешностей
Глава 4. Понятие о надежности приборов и ее обеспечение
4.1. Понятия и определения -
4.2. Основные единичные показатели надежности приборов
4.2.1. Показатели безотказности
4.2.2. Показатели ремонтопригодности
4.2.3. Показатели сохраняемости
4.2.4. Показатели долговечности
4.3. Обеспечение надежности приборов
4.3.1. Проектно-конструкторские мероприятия для повышения надежности:
4.3.2. Технологические мероприятия для повышения надежности:
4.3.3. Эксплуатационные мероприятия для повышения надежности
Список литературы.
Часть III. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРИБОРОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Введение
Глава 5. Конструкторско-технологические методы повышения качества приборов
5.1. Технологический метод повышения качества
5.2. Проектно-конструкторский метод повышения качества
Глава 6. Компенсационный метод повышения качества
6.1. Методы компенсации погрешностей в оптических приборах.
6.2. Технико-экономические обоснования выбора метода компенсации
6.3. Структурные схемы компенсации погрешностей
6.4. Компенсация систематических погрешностей
6.5. Компенсация случайных погрешностей и факторов
6.6. Цифровая (алгоритмическая) коррекция погрешностей
6.7. Юстировка оптических приборов
6.6.1. Структурные схемы юстировки
6.6.2. Котировочные расчеты
Список литературы
Часть IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ ТИПОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Введение
Глава 7. Требования к материалам оптических деталей
7.1. Характеристики материалов оптических деталей
7.2. Оптические характеристики материалов и нормируемые показатели качества оптического стекла
7.3. Определение требований к качеству оптического материала
Глава 8. Типовые оптические детали. Оформление чертежей
8.1. Общие сведения
8.1.1. Требования к оформлению чертежей оптических деталей.
8.1.2. Оформление оптических схем
8.2. Линзы и линзовые блоки (склейки)
8.3. Призмы
8.4. Зеркала
8.5. Сетки, шкалы, растры
Глава 9. Типовые конструктивные узлы, функциональные устройства и их юстировка
9.1 Общие требования к оптическим узлам а устройствам
9.2. Конструкции узлов крепления круглых оптических деталей и линзовых систем
9.2.1. Крепление линз
9.2.2. Конструкции линзовых систем
9.2.3. Юстировка линзовых систем оптических приборов.
9.3. Конструкции узлов крепления призм, зеркал и их систем
9.3.1. Узлы крепления одиночных призм и призменных систем.
9.3.2. Узлы крепления зеркал и зеркальных систем
9.3.3. Юстировка зеркально-призменных систем
9.4. Узлы крепления и юстировка сеток, шкал, растров
9.5. Конструкции узлов крепления и юстировка источников и приемников излучения
9.6 Фотоэлектрические преобразователи линейных и угловых перемещений и их юстировка
Список литературы
Приложения.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Конструирование точных (оптических) приборов, Латыев С.М., 2007 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.

Латыев Святослав Михайлович

Учебное пособие посвящено основам конструирования современных точных приборов, типичными представителями которых являются оптические приборы, содержащие в своем составе механические, электронные и оптические функциональные устройства и элементы. Специфика конструирования таких приборов заключается в том, что их показатели качества, и в первую очередь показатели точности, технологичности и надежности, в существенной степени зависят от выполнения определенных методов, правил и принципов конструирования, способов и методов параметрического и точностного синтеза конструкций, знаний путей и принципов повышения целевых показателей качества при проектировании. Учебное пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений приборостроительного профиля, а также инженерно-технических работников промышленности.

The file will be sent to selected email address. It may takes up to 1-5 minutes before you received it.

The file will be sent to your Kindle account. It may takes up to 1-5 minutes before you received it.
Please note you"ve to add our email [email protected] to approved e-mail addresses. Read more .

You can write a book review and share your experiences. Other readers will always be interested in your opinion of the books you"ve read. Whether you"ve loved the book or not, if you give your honest and detailed thoughts then people will find new books that are right for them.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВУЗОВ m с. М. Латыев КОНСТРУИРОВАНИЕ точных (ОПТИЧЕСКИХ) ПРИБОРОВ [ Lь ] ПОАYlТЕХНИКА "11 ИЗДАТЕЛЬСТВО Санкт..Петербурr 2007 УДК 681.7 ВВК 22.34 Л27 Издание выпущено при поддержке:Комитета по печати и взаимо действию со средствами массовой ин(]юрмации Санкт Петербурrа Латыев с. М. Л27 Конструирование точных (оптических) приборов: Учебное пособие. СПб.: Политехника, 2007. 579 с.: ил. ISBN 5 7325 0563 6 Учебное пособие пuсвящено основам:конструирования еовременных точ ных приборов, типичными представителями которых являются оптичес:кие приборы, содержащие в своем составе механические, элеI,тронные и оптиче с:кие ункциональные устройства и элементы. Специ<})и:ка конструирования таких приборов закл]очается в том, что их показатели:качества, и в первую очередь показатели точности, технолоrич ности и надежности, в существенной степени зависят от выполнения опреде лепных методов, правил и принципов I\онструирования, способов и методов параметричеСhоrо и точностноrо синтеза конструкций, знаний путей и при емов повышения целевых показателей каче(тва при проеhтировании. Учебное п()собие предназначено для студентов, маrиетрантов, аспиран ТОВ и преподавателей высших учебных заведений приборостроительноrо проиля, а та:кже инженерно технических раБОТНИhОВ промышленности. УДК 681.7 ББК 22.34 ISBN 5 7325..0563..6 @ Издательство Политехника, 2007 Предисловие Создание новой техники, базирующееся на результатах (l)ундаментальных и прикладных исследований, содержит особый этаIr умственной деятельности, заключающийся в разработке техническоrо проекта будущеrо изделия. Задачами этоrо этапа являются: выявление потребности общества в том или ином техниче ском изделии (с учетом технико экономических характери стик, расходов природных ресурсов, влияния на эколоrию и т. п.); поиск идей и способов инженерных решений; разработка конкретной конструкции изделий с выпуском необходимой технической документации. Данную работу называют проектированием и (или) KOH струированием изделия. Проектирование и конструирование взаимосвязаны, дo полняют дрyr друrа, выполняются, как правило, специа листами одной проq)ессии............ инженерами конструкторами, имеют одну и ту же конечную цель разработку HOBoro из делия, и поэтому часто весь процесс называют проектирова.. нием или конструированием . Однако на практике и в литературе суще ствует и друrая точка зрения, cor ласно которой эти понятия различают. Считают, что nроектирование предшествует конструированию и заключается в выявлении потребности общества в изделии, в поиске идей, (l)изических эф(ректов, целесообразных методов и принципов действия, в синтезе (l)ункциональных структур возможных вариантов. Под конструированием понимают разработку KOHKpeTHO ro варианта изделия на основе результатов проектирования, при которой создается ero конструкция: устройство, состав, взаимное расположение частей и элементов, способ их соеди нения и взаимодействия с учетом используемых материалов, технолоrии изrотовления и т. п. В процессе конструирования выпускают чертежи сбороч ных единиц и деталей, схемы, рассчитываЮт допуски на по rрешности и технолоrию изrотовления и сборки деталей, устанавливают технические условия на прибор, составляют техническое описание, разрабатывают друrую KOHCTpYКTOP скую документацию, необходимую для изrотовления и экс плуатации изделия. 3 Существуют два мнения о взаимоподчиненности понятий проектирования и конструирования. Соrласно одному из них, проектирование итерационный процесс преобразо" вания инq)ормации в целях получения. технических систем, удовлетворяющих определенным человеческим потребно" стям, а конструирование часть проектирования, заключа.. ющаяся в преобразовании инq)ормации в целях получения rраq)ических моделей технических систем. Соrласно друrому мнению , конструирование включа.. ет в себя проектирование (а не наоборот, как в первом случае), так как под конструироваIШем ПОIШмается построение, со.. здание техническоrо объекта, а под проектироваIШем толь" ко разработка ero замысла, поиск идей, предвидение и т. п. Следует заметить, что, несмотря на существующие раз" личия понятий проектирования и конструирования, не.. возможно найти четкую rраницу между этими процедура ми проектно"конструкторской деятельности. Как на этапе проектной работы существуют элементы конструирования (например, разработка макетов для проверки физических принципов действия, выбор и расчет некоторых звеньев си" стемы), так и на этапе конструирования не обойтись без про" ектных процедур (поиск вариантов используемых функци" ональных устройств, конструкций, разработка и уточнение схем, теоретическое и экспериментальное исследование ха.. рактеристик некоторых инженерных решений). Данное учебное пособие посвящено основам конструи" рования точных приборов, типичными представителями которых в настоящее время являются оптические прибо" ры, содержащие механические, электронные и оптические q)ункциональные устройства и элементы. Специсl)ика конструирования таких приборов заключает" ся в том, что их показатели качества, и в первую очередь точ" ность, надежность и технолоrичность, в существенной степе.. IШ зависят от выполнения определенных правил и принципов конструирования, способов и методов сl)Уlffiциональноrо, па.. раметрическоrо и точностноrо синтеза конструкций, знания путей повышения качества приборов при проектировании. Несмотря на то что рассматриваемые вопросы иллюстри" руются преимущественно на конструкциях оптических при" боров, они в полной мере относятся и к конструированию друrих видов точных приборов И машин. В настоящее время известно достаточно MHoro публика" ций по проектно"конструкторской деятельности. Вместе 4 с теМ следует отметить, что по прикладным вопросам KOH структорской работы в области оптическоrо приборострое ния литературы HeMHoro. Наиболее доступными являются справочник конструктора оптико механических приборов , учебники и учебные пособия по конструированию опти ческих и оптико электронных приборов . Рассмотреть все теоретические и практические аспек ты конструирования оптических приборов в одной книrе, естественно, невозможно, даже учитывая то" что студенты и друrие читатели уже знакомы с такими необходимыми основами и разд лами конструирования приборов и машин, как «Допуски и посадки., «Сопротивление материалов., «Детали приборов., «Материаловедение и технолоrия KOH струкционных материалов», «Теория машин и механиз мов., «Теоретическая механика., «Оптическая техноло rия., «Прикладная оптика. и др. Поэтому автор, опираясь на материал, который изложен в вышеперечисленных учеб никах и учебных пособиях, старался развить и дополнить ero рассмотрением тех вопросов конструирования, которые преимущественно связаны с показателями точности прибо ров и их элементов. Учебное пособие состоит из четырех частей. В первой ча сти рассматриваются общие вопросы и принципы конструи рования точных приборов и их элементов. Вторая часть по священа синтезу и анализу точности приборов, понятиям И способам достижения их надежности. В третьей части изуча ются методы повышения и обеспечения "качества приборов при конструировании. Практические аспекты конструиро" вания элементов оптических приборов отражены в четвер той части. Пособие написано на базе учебной дисциплины, читаемой автором студентам оптических специальностей CaнKT Пе тербурrскоrо rосударственноrо университета информацион ных технолоrий, механики и Qптики (ИТМО), поставленной в вузе более 50 лет назад известными конструкторами точ ных механизмов и приборов С. Т. Цуккерманом и В. В. Ку ла rиным, книrи которых содержали теоретические и практические основы конструкторской подrотовки CTyдeH тов в области точноrо приборостроения в проmлые rоды. Автор выражает признательность и блarодарность дoцeH там кафедры « Компьютеризация и проектирование оптиче ских приборов. ИТМО и. Н. Тимощук И r. В. EropoBY за пре доставлеIШе материалов и помощь при подrотовке РУКОIШси. 5 Часть 1 принципыI КОНСТРУИРОВАНИЯ точныIx ПРИБОРОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ Введение Существует rромадное количество различных видов и типов точных приборов. Например, только оптические при боры класси(рицируются на rеодезические, спектральные, измерительные, военные, космические, q)ото видеотехни ческие, контрольно юстировочные, телекоммуникацион ные, медицинские и т. д. Номенклатура подобных приборов достиrает нескольких тысяч наименований. Нескольких десятков тысяч наименований достиrает номенклатура BЫ пускаемых промышленностью функциональных устройств и элементов, используемых в точном приборостроении. Конструктор, проектируя эту технику, должен учитывать специq)ику конкретноrо объекта конструирования. Однако подrотовка специалистов по проектно конструк торской деятельности не может и не должна носить рецеп турный характер и основываться на изучении специсрики создания Toro или иноrо KOHKpeTHoro изделия или дюке класса изделий. Поэтому представляется неоправданной подrотовка конструкторов, например, только по rеодезиче ским приборам, или по микроскопии, или по rироскопиче ской технике. Следует изучать методы, общие правила и принципы про ектирования и конструирования, которые используются при создании как всех технических изделий, так и их раз личных видов и классов, объединенных общими целевыми признаками. Это позволит подrотовить конструкторов mи pOKoro профиля, в дальнейшем способных освоить специ(l)и ку проектирования конкретных типов изделий «на рабочем месте. Методы проектирования и конструирования описывают возможные пути и способы поиска идей и инженерных pe шений проектно конструкторских задач (которые, как пра вило, не зависят от вида создаваемой техники). Под общими правилами конструирования понимают pe комендации по решению тех или иных проектно конструк торских задач для обеспечения требований, предъявляемых 6 как o всем техническим изделиям (например, их уни(])ика ции, утилизации), так и к решению ряда задач, определяе мых видом создаваемой техники (например, ее компоновки, структуры). П рипциnами конструирования являются такие правила и конструктивные реmения, которые позволяют ДОСТИЧЬ тpe буемых целевых q)ункций изделия (основных показателей качества изделия). Для всех точных приборов такими показателями качества являются пока атели точностu, llадеЖ1-l0сти и техноJl,ОZUЧ пости, поэтому в данной части учебноrо пособия преимуще ственно излarаются принципы конструирования, влияющие на эти показатели. Методам и общим правилам проектиро ванин и конструирования уделяется меньшее внимание, так как они рассмотрены в мноrочисленной литературе по про ектированию приборов и основам техническоrо творчества . rлава 1 ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ОПТИЧЕСКИХПРИБОРОВ 1.1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ 1.1.1. ЭТАПЫ ПРОЕКТНО КОНСТРУКТОРСКОЙ РАБОТЫ Соrласно rOCT 2.103 68 этапы проектно конструктор ской работы и стадии разработки конструкторской ДOKY Техничесн:ое.задание Техничес"ое предложение Эс"изнЪ/,й про ен: п], Техничес"ий прое"т r I KoppeKтиpoв "а "OHcп py". п opc"oй дo"y ментации Исnьtтание оnытноzо образца и зеоп овле ние OnЫ" HO ео образца Рабочий пpoeKnt Рис. 1.1. Этапы nрое"Пl,но "онстРУ"Пtорс"ой рабоп ы 7 ментации выполняются в последовательности, показанной на рис. 1.1. Рассмотрим вкратце содержани этапов и совокупность разрабатываемой конструкторской документации (КД) при менительно к оптическим приборам (ОП). Техническое задаnие (ТЗ) документ, с KOToporo начи нается разработка любоrо ОП, устанавливающий ero OCHOB ное назначение, область применения, технические и техни ко экономические показатели качества, состав, условия и режимы эксплуатации, этапы и сроки выполнения работ. ТЗ составляется орrанизацией заказчиком при возмож" НОМ участии и cor ласовании с орrанизацией исполнителем. Основные требования к ТЗ изложены в rOCT 15.001 73. Техническое nредложеnuе совокупность кд, разраба тываемой в целях выявления возможных вариантов Tex нических решений и уточнения ТЗ, которая содержит: технические и технико экономические обоснования целесо образности разработки документации ОП на основе анализа ТЗ и различных вариантов возможных решений; сравни тельную оценку решений с учетом конструкторских и экс" плуатационных особенностей разрабатываемоrо и аналоrич Hыx существующих ОП, а также тенденций и перспектив их развития; результаты проверки вариантов на патентоспособ ность, патентной чистоты и конкурентоспособности; предва рительную оценку технолоrичности вариантов конструкции, соответствие их требованиям стандартизации, унификации, техники безопасности и т. п. На этом этапе выполняются расчеты, подтверждающие работоспособность Toro или иноrо решения. Некоторые pe шения проверяются путем экспериментальных исследова ний на макетах. Выпускаемая на этом этапе КД содержит (l)ункциональ вые схемы возможных вариантов решений ОП, упрощенные чертежи общеrо вида, ведомость техническоrо предложения, патентный формуляр, пояснительную записку. Объем работ по этому этапу отражен в rOCT 2.118 73. Эскизный nроект совокупность КД, разрабатываемой в целях получения принципиальных конструктивных реше ний выбранноrо варианта оп. Он дает общее представление о принципе работы и устройстве прибора, ero основных xa рактеристиках. На этом этапе выполняются все необходи мые расчеты ОП: параметрический, оптический, CBeTOTex нический, точностной и др. 8 Выпускаемая КД содержит: основные схемы ОП (оптиче" скю<>, кинематическую, электрическую); чертежи общеrо вида (с возможными упрощениями) и наиболее важных сбо рочных единиц, дающие представление о компоновке при бора и взаимодействии ero частей; пояснительную записку с результатами расчетов, сведениями о технико экономиче" ских характеристиках оп, дополнительными результатами патентных исследований и т. д. Объем работ этоrо этапа отражен в rOCT 2.119 73. Технuчес"uй nроект совокупность КД, которая содер" жит окончательное техническое решение, дающее полное представление о конструкции оп. На этом этапе: произво дится более подробная разработка конструкции Bcero прибо ра и ero составных частей; разрабатываются принципиаль ные схемы, схемы соединений; составляется номенклатура покупных изделий; соrласуются rабаритные, установочные и присоединительные размеры; производится анализ Tex нолоrичности; определяется технолоrическое обо,рудова ние; разрабатывается необходимая оснастка; принимаются решения о выборе средств контроля, монтаже, хранении и транспортировке оп. Выпускаемая КД: чертежи общеrо вида и сборочных еди ниц, rабаритный чертеж, чертежи всех схем, ведомость по.. купных изделий, патентный формуляр, пояснительная за.. писка и др. Объем работ этоrо этапа отражен в rOCT 2.120 73. Рабочий nрое"т полный комплект КД дЛЯ изrотовле.. ния и эксплуатации оп. На этом этапе: выполняют чертежи всех деталей конструкции прибора; разрабатывают требо.. вания и методику ero сборки, юстировки и испытания; со.. ставляют техническое описание и инструкцию по эксплуа" тации прибора, ero формуляр и технический паспорт (в нем содержатся сведения о хар теристиках ОП, результаты ero испытания, состав комплекта, rарантии и т. п.); разрабаты вают технолоrические процессы для изrотовления сложных и ответственных деталей; составляют технические условия, которые содержат требования, отсутствующие в чертежах, но необходимые для изrотовления и отладки оп; составля ют ведомости покупных изделий, марок и сортаментов ма.. териалов, запасных инструментов, принадлежностей и т. п. В ответственных случаях для выявления возможных оmи.. бок в рабочих чертежах деталей производят так называемые «контрольные сборки сборочные чертежи Bcero прибора 9 или ero основных узлов, которые выполнены по конкретным размерам, считанным с рабочих чертежей сопряrаемых дe талей. После подrотовки и утверждения кд переходят к эта пу изzотовлеnи,я и исnытаnия проектируемоrо прибора. В случае., коrда планируется не единичное, а серийное ero производство, изrотавливается опытный образец или опыт ная партия приборов. Всесторонние испытания изrотовлен ных образцов позволяют сделать заключение о соответствии прибора ТЗ, выявить возможные недостатки проекта и устра нить их путем корректировки или доработки кд. Следует заметить, что не все из перечисленных этапов обязательны для выполнения как самостоятельные, напри мер, может быть исключен эскизный проект, объединены технический и рабочий проекты. Более подробно перечень работ, выполняемых на различ ных этапах конструирования, изложен в соответствующих rOCTax и в работе . 1.1.2. ПОКА3АТЕЛИ КАЧЕСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЕМЫЕ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ На всех этапах конструирования ОП конструктор должен находить технические решения, обеспечивающие COOTBeT ствие создаваемоrо прибора требованиям не только ТЗ, но и требованиям, не отраженным в ТЗ, но выполнение которых необходимо в любом техническом проекте. Речь идет о Tpe бованиях, обеспечивающих создание качественноrо прибора или любоrо друrоrо объекта проектирования. В соответствии.с rOCT 22851 77, rOCT 15467 79 каче ство,м прибора (продукции) называется совокупность свойств прибора., обуславливающих ero приrодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ero назначени ем. Для объективной оценки качества прибора ero свойства характеризуют количественно nок,азателями к,ачества. Показатели качества характеризуют технико"экономиче ские особенности прибора и классиq)ицируются по следую ЩИМ основным rруппам. Показа тел и н а з н а ч ени я характеризуют назна чение, область применения, производительность; точность, св-етосилу, разреmающую способность, дальность действия, rабаритные размеры, массу и т. п. 10 Это наиболее мноrочисленная rруппа показателей каче ства изделий. Для ОП существуют как общие показатели на.. значения (показатели точности функционирования, каче" ства изображения, создаваемоrо оптическими системами), так и частные (показатели, характеризующие параллель ность визирных осей бинокулярных приборов, увеличение микроскопов, светосилу фотоrрафических приборов, мощ ность излучения лазерных приборов и Т. д.). П О к а з а т е л и н а Д е ж н о с т и характеризуют безот казностъ (свойство прибора сохранять работоспособность в течение HeKoToporo времени или наработки без вынужден ных перерывов), долzовечностъ (свойство прибора к дли тельной эксплуатации с необходимыми перерывами для Tex ническоrо обслуживания и ремонтов), peM01lтOпpUZOa1l0Cmb (приспособленность прибора к предупреждению, обнару жению и устранению отказов путем техническоrо обслужи вания и ремонтов) и сохраllяемостъ (свойство прибора cp хранять обусловленные показатели в течение и после срока хранения и транспортировки). П о к а з а т е л и т е х н о л о r и ч н о с т и характеризуют CTe пень соответствия прибора и ero элементов оптимальным усло" виям современноrо производства. Важнейшими технолоrиче.. скими показателями качества прибора являются, например,. -коэффициеllт сборности (БЛОЧIl0сти), коэффициеllт исполъ.. зованuя рациОllалъJtЪLХ материалов, удельная трудоемкостъ. Эр r о н о м ич е с к и е п о к а з а т е л и характеризуют степень приспособленности прибора к взаимодействию с человеком с позиции удобства работы, rиrиены, безопас ности труда. Эрrономические показатели разделены на zиzиеllические (уровень шума, амплитуда и частота вибра ЦИЙ, уровень радиации, температура, степень заrазованно, сти, токсичности и т. п.), антропометрические (размеры и расположение экранов, индикаторов, рукояток, нarлаз ников, налобников, qJOpMa сиденьев и т. п.), психофuзи олоzические (диапазоны усилий на рукоятках, скорость выполнения движений, уровень освещенности, цвет и яр кость световых сиrналов, тембр и сила звуковых сиrналов и т. д.), психолоzические (объем и интенсивность потока информации, количество и частота выполняемых опера ЦИЙ, количество и расположение контрольных, сиrналъ ных, управляемых элементов и Т. д.). Эс те т ич ес к и е п ок аз ате л и характеризуют внеш НИЙ вид прибора, ero соответствие современному стилю, rap 11 моничность сочетания отдельных элементов прибора друr с друrом, соответствие q)оРМЫ прибора ero назначению, каче ство и совершенство отделки внешних элементов, поверх ностей и упаковки, выразительность и качество надписей, знаков, технической документации (проспекта, каталоrа, инструкции, паспорта). Показатели стандартизации и унифика Ц и и характеризуют степень использования и примене ния в данном приборе стандартизованных, уни(l)ициРо ванных и заимствованных узлов и деталей. Чем больше таких,элементов будет в проектируемом приборе, тем меньше затраты на их конструирование, технолоrиче скую подrотовку производства, выше, как правило, Ha дежность q)ункционирования, проще орrанизовать обслу живание и ремонт. П а т е н т н О П Р а в о в ы е п о к а з а т е л и характери зуют степень новизны технических решений в приборе и определяются патеnтоспособnостью и nатеnт1l0Й чи стотой. Патентоспособным является решение, которое может быть признано изобретением в одной или несколь ких странах. Патентной чистотой обладают решения, не попадающие под действие (не арушающие прав) друrих патентов. Э к о н о м и ч е с к и е п о к а з а т е л и характеризуют уровень затрат на производство и эксплуатацию оп. Cpe ди них выделяют nолnую себестоимость и оптовую цепу прибора. П ок аз а тели б е з оп ас н о с т и характеризуютстепень защищенности людей и животных от опасноrо воздействия приборов (защита от электрическоrо удара, электромarнит ных полей, тепловоrо воздействия, радиации, оптических излучений, шума, токсичных и rазовых выделений, вибра ций и т. д.), а также самих приборов от климатических, Me ханических, биолоrических и друrих воздействий на них. Такими показателями, например, являются катеzория и класс исполнений и эксплуатации. Эколоrические показатели характеризуют степень Bpeд Horo влияния на окружающую среду и ее заrрязнение при изrотовлении, эксплуатации и утилизации приборов. Следует обратить внимание на то, что именно при проекти ровании и конструировании ОП (а не при ero изrотовлении, эксплуа тации) закладываются потенциальные возможности будущеrо прибора, возникает возможность наиболее эффек 12 тивно повысить все показатели ero качества по сравнению с существующими техническими решениями (прототипом). Например, потребительская стоимость приборов, экономич ность их производства и экс луатации, как показали иссле дованил , на 75 О/о определяются в ходе конструкторской подrотовки производства. 1.1.3. СТРУКТУРА ОПТИЧЕскоrо ПРИ БОРА Оптический irрибор предназначен для преобразования ин(l)ормации от объекта наблюдения (обнаружения), измере ния или управления. На рис. 1.2 показана обобщенная схема q)ункционирования оп. В оптических приборах происходит преобразование вида у == f(х, Qi)" rде f (рункция преобразования; qi KOHCTPYK тивные параметры прибора. Преобразование входноrо сиrнала оп осуществляется ero функциональными устройствами (ФУ), имеющими, как правило, различные физические принципы. На рис. 1.3 изображен состав cOBpeMeHHoro ОП, oCHoBaнHoro на оптиче ских, механических и электронных (электрических) фу и их сочетании. С системных позиций фу представляет собой подсистему оп, которая работает автономно, но определенными OTHO шениями связана с друrими подсистемами (например, для передачи информации, энерrии, вещества). В свою очередь, ФУ состоят "из конструктивllЫХ узлов (КУ) сборочных единиц, которые MorYT конструироваться (а в дальнейшем и собираться) отдельно от друrих составных частей ОП или Bcero прибора в целом и выполнять опреде 1 2 3 хо х оп у у == f(x, qi) Рис. 1.2. Обобщеllная схема ФУIl"ционирования ОП: 1 обоект; 2 ОП; В наблюдатель; Ха информ.атив ный пара.метр обоекта; Х информативный параметр BXoдHOZO сиzнала; у информативный параметр выxoд HOZO сиzнала. 13 м ехан.u ческие./ Оп пluчес"ие Э"лекпl,РО механ.ичес"ие Оп n/"и"o механ.и ческие эл.е"пlрон.н.ыle и электричес"ие Опn/,и ко элекпlрон.н.ЬLе Рис. 1.3. Состав фун."цион.ал.ьн.ых успlройств пlОЧНОZО при бора ленную функцию в ОП только (в отличие от ФУ) совместно с друrими составными частями. В КУ (рис. 1.4) можно выделить соедUllеllUЯ деталей (СД) элементарные сборочные единицы, которые/ состоят из двух или нескольких деталей, находящихся в непосредствен ном физическом контакте друr с друrом. Первичными эле.. ментами СД, а следовательно, и ОП простейших объектов конструирования являются деталu (Д) конструктивные элементыI, выполняемые из однородноrо материала (в резуль тате ero обработки) без соединения с друrими конструктивны" ми элементами (без применения сборочных операций). Таким образом, структура ОП в целом может быть пред ставлена в виде иерархических уровней перечисленных выше составных частей (подсистем), связанных друr с дpy rOM определенными соотношениями (связями) (рис. 1.4). I оп KB Рис. 1.4. Иерархи ческая cnl,py"тypa прибора Методы и принципы конструирования элементов ОП раз" личноrо уровня сложности имеют существенные различия, поэтому их изучение обычно начинают с деталей, переходя от простоrо к более сложному, и заканчивают ФУ. 14 1.2. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ 1.2.1. ОБЩИЕ АСПЕКТЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ в данном подразделе рассматриваются кратко лишь HeKO торые общие, а также специ(l)ические вопросы конструиро вания деталей, так как студентам (и прочим читателям) они, как правило, в известной степени знакомы из друrих учеб ных курсов и публикаций. Как было сказано, детали являются простейшими объек тами конструирования. Они представляют собой неделимые однородные тела, состоящие из элементов (рормы (rеометри Iеских поверхностей тел) и материала. В каждой детали различают следующие структурные эле менты (поверхности): рабочие (активные), базовые, соедини тельные (свободные) и технолоrические. Рабочие элементы (РЭ) (их называют также активными или исполнительными поверхностями) не"посредственно BЫ полняют заданные функции детали. Например, РЭ являются: с(рерические поверхности линзы (рис 1.5, а); эвольвентная поверхностьзубчатоrовенцаколеса(рис. 1.5, б); плоскаяици линдрическая поверхности rнезда оправы линзы (рис. 1. 5, в). Эти поверхности, как правило, тщательно обрабатываются, и к ним предъявляются высокие требования: точность pac положения, поrреmность q)оРМЫ, чистота поверхности, раз меры и т. п. Вазовые элементы (БЭ) обеспечивают координацию дe тали (т. е. координацию ее РЭ) относительно друrих дeTa лей и представляют собой поверхности, по которым деталь сопряrается (соединяется) с базовой деталью (рис. 1.5). Данные поверхности изrотавливаются также весьма тща тельно. Соединительные элементы (СЭ) (их называют часто свободными) служат для обеС-печения материальной связи между рабочими и базовыми элементами (рис. 1.5). К СЭ не предъявляются высокие требования по тщательности и точ ности изrотовления (за исключением требований к чистоте поверхностей, коrда это обусловлено эстетическими показа телями качества детали). Технолоzические элементы (ТЭ) служат для обеспечения технолоrическоrо процесса изrотовления и последующей сборки детали (например, фаски, rалтели, выточки, цeH тровые отверстия в валиках и т. п.). Для линзы (рис. 1.5, а) 15 а) БЭ б) РЭ в) БЭ РЭ ТЗ РЭ СЭ СЭ Рис. 1.5. Cп py"тypHЪLe эл-ементъ{, деталей ТЗ являются фаски, которые устраняют выколки, появля ющиеся на кромках при ее шлифовке; для зубчатоrо колеса (рис. 1.5, б) ТЭ является резьбовое отверстие под стопорный винт для фиксации зубчатоrо колеса на валике при paCCBep ливании отверстия ПОД штифт; в оправе линзы (рис. 1.5, в) ТЭ является резьба (и канавка для выхода" резьбы) для за крепления оправы (с линзой) в центрировочном патроне для результативной обработки ее базовых поверхностей в размер (см. рис. 1.42). Следует отметить, что одни и те же поверхности (части поверхностей) MorYT выполнять роль РЭ, БЭ и СЭ. Наибо лее блаrоприятным считается вариант, коrда в конструкции удается объединить РЭ и БЭ, минимизировать СЗ. Конструирование детали заключается в выборе материа ла, срормы ее поверхностей и определения ее размеров. Кроме этоrо, конструкт,?р должен указать допустимые отклонения характеристик материала, поrреmности изrотовления раз меров и форм, тип покрытий, вид обработки, технические и технолоrические условия и требования (например, азотиро вание, просветление, старение и Т. п.). В ы б о р м а т е р и а л а производится исходя из функ циональноrо назначения детали, условий ее эксплуатации, рациональной технолоrии изrотовления, стоимости и десри цитности материала, требований эрrономики и эстетики. Конструктор руководствуется при этом номенклатурой, сортаментом и физико механическими свойствами KOH струкционных материалов (табл. 1.1). 16 Таблица 1.1 ФUЗU1Со"механ,uчесхuе u техн,олоzuЧ,есхuе свойства матерuалов Свойства Характеристики Электромаrнитные Постоянные Спектральные П оляризацион.н.ые Плотность У пруrость Твердость Износостойкость Прочн.осп ъ Коэффициент линейноrо расширения Теплопроводность Теплоемкость Термооптические постоянные TepMocп oй"ocтb flалетоопасность Радиационная устойчивость Коррозионная стойкость Водоnоzлощае.мосп ь (влаrостойкость) Удельное электрическое сопротивление Коэрцитивная сила Маrнитная проницаемость Пробивн.ая эле"п ричес"ая nрочн.ость Коэффициент трения скольжения Коэффициент трения качения Коэффuциент сцеплен.ия Пластичность Свариваемость Моллируемость Прессуемость Tpyдoe.м"ocп b обрабопl,"U Оптические Механические Тепловые Химические, коррозион.. ные Фрикционные Технолоrические Например, если конструируется линза, то ее материал должен быть прозрачным для рабочеrо диапазона длин волн света. Если линза будет эксплуатироваться в условиях TpO пическоrо или MopcKoro клщмата, необходимо выбрать MaTe риал, стойкий к воздействию влarи, rрибков, соли и дрyrих вредных факторов. Исходя из условия минимизации массы, возможности получения линзы литьем, она моrла бы быть изrотовлена из орrаническоrо стекла (если это не влияет на друrие показатели качества детали). Естественно, что характеристики используемоrо материала должны обеспечить необходимую точность размеров, форм и шероховатость (чистоту) поверхностей детали при ее изrотов лении, а также сохранение их стабильными в процессе дJШ тельной эксплуатации при воздействии различных факторов. 17 Технолоrичными считаются материалы, которые леrко обрабатываются резанием, шли{l)уются, штампуются, прес" суются, свариваются, спекаются, имеют хорошие литейные свойства. Общей современной тенденцией являются исполь.. зование таких материалов, из которых можно изrотавливать детали производительными методами (например, литьем под давлением, штамповкой, прессованием), а также широ" кое применение пластмасс. ПрlI выборе материала деталей, взаимодействующих с че.. ловеком как непосредственно, так и косвенно, учитываются эрrономические показатели: rиrиенические, антропометри" ческие и психоq)изиолоrические (уровень шума, амплитуда и частота вибраций, температура, возможность получения оптимальной q)оРМЫ, усилия, контраст, класс исполнения, степень утилизации и т. п.). Например, такой перспектив" ный для изrотовления космических зеркал материал, как бериллий, обладающий для этоrо рядом очень хороших ха.. рактеристик, является весьма токсичным при обработке, что оrраничивает ero использование. Свойство материала обуславливает также достижение со.. ответствия q)оРМЫ внешних деталей их назначению, каче.. I \ ство И совершенство отделки, возможность нанесения деко" ративных покрытий и друrие эстетические показатели. \ В общем случае решение задачи по выбору lVlатериала детали является мноrовариантным, так как требования к точности, надежности, массе, прочности, жесткости, эконо" мичности, эстетичности и др. вступают в противоречие друr с друrом, которое приходится преодолевать, оптимизируя выбор материала с помощью ранжирования значимости по.. казателей качества детали и свойств материала. Весьма часто выбор материала производится с помощью расчета необхо" димых значений He OTOpыx ero характеристик по требуе" мым показателям качества (например, марок и оптическкх констант стекла по допустимым аберрациям системы, моду" ля упруrости материала валика по ero допустимым деформа" циям, коэq)(рициента линейноrо расширения материала по допустимым изменениям размеров детали при изменении температуры и т. п.). Конструктор должен постоянно следить за появлением новых материалов, а также пытаться использовать нетради" ционные (для ответственных деталей) материалы, которые блаrодаря своим свойствам MorYT повысить показатели ка.. чества проектируемоrо изделия. 18 Например, изrотовление деталей осевых пар теодолитов не из стали, а из алюминиевоrо сплава В95Т (который при закаленном состоянии и твердом анодировании по прочно" сти И твердости приближается к закаленной стали, хорошо обрабатывается, стабилен во времени, имеет низкий коэ(р" q)ициент трения в кинематической паре с таким же матери" алом и хорошо удерживает смазочный материал) позволяет снизить массу деталей и упростить их изrотовление и вза.. имную приrонку деталей. Использование титановоrо спла.. ва ВТ..1 при изrотовлении оправ некоторых оптических де" талей позволяет избежать их температурных деq)ормаций блаrодаря равенству (близости) коэ(l)q)ициентов линейноrо расширения титана и мноrих марок оптическоrо стекла. Из" rотовление направляющих трехкоординатных измеритель" ных машин из rранита или керамики позволяет повысить их технолоrичность и ряд потребительских свойств по cpaB нению с вариантом, коrда направляющие изrотавливают из стали или чуrуна. Наиболее типичным примером использо"" вания новых и нетрадиционных материалов при констру" ировании деталей являются зеркала космических телеско... пов, которые в настоящее время изrотавливают в том числе из таких материалов, как ситалл, карбид кремния, бороси" ликат, композиты. Важными (l)акторами, которые следует учитывать при выборе материала, являются имеющийся ero сортамент и условия поставки (прутки, полосы, трубы, листы, швелле.. ра, пластины, блоки, прессовки, их возможные размеры, наибольшая масса заrотовок и т. д.), так как применение сортамента и зarотовок, близких по (l)opMe и размерам кон"" струируемой детали, позволяет существенно уменьшить трудоемкость ее изrотовления. Особенно внимательно нужно относиться к условиям по.. ставки оптических материало, так как для мноrих ero ви" дов и номенклатуры имеются существенные оrраничения в сортаменте и массе поставляемых заrотовок, что может не позволить изrотовить из них детали требуемых размеров и (рормы или привести к существенным затратам при их из.. rотовлении . Требования к материалам оптических деталей инекото.. рые их характеристики и показатели:качества будут paCCMO трены далее в r лаве 7. В ы б о р Ф о.р м ы оrраничивающих деталь поверхностей осуществляют исходя из их структуры (функциональноrо 19 назначения), технолоrичности, эстетических и эрrономи ческих требований, конструктивной целесообразности. Форма рабочих элементов типовых.деталей часто бывает вполне определенной. Примерами MorYT служить с(l)ериче ские поверхности линз, плоские поверхности преломляю щих и отражающих rраней призм, эвольвентные поверхно" сти зубьев зубчатоrо колеса, спиральный профиль кулачка и т. п. Рабочие элементы ориrинальных деталей выполняют в виде специальных поверхностей, например параболиче скими, эллиптическими, торическими и т. д. Форма базовых, свободных и технолоrических элементов обычно представляет собой типовые поверхности пло.. скость, цилиндр, конус, cq)epy для оптических. Более технолоrичными являются типовые поверхности, получаемые при обработке деталей на универсальном обору довании типовым инструментом. Специальные q)оРМЫ поверхностей получают, используя q)асонный инструмент, специализированное оборудование, оснастку, технолоrические процессы и контроль, что суще ственно снижает их технолоrичность по сравнению с типо выми поверхностями. Это обстоятельство может повлиять на конструкцию не только детали, но и Bcero изделия. rraк, при создании конструкции космическоrо зеркальноrо объ ектива для q)отоrрафирования ядра кометы rаллея (мJежду народный проект «Bera , 1986 r.) из двух разработанных вариантов (один был разработан q)ранцузской лабораторией космической астрономии в r. Марселе, дрyrой в ИТМО), обеспечивающих одинаковое качество изображения, была выбрана и изrотовлена конструкция ИТМО, так как она основывалась на сферических зеркалах, а французская cxe ма объектива базировалась на асq)ерических зеркальных по верхностях. Следует помнить, что точность q)оРМЫ поверхности сни жается с увеличением ее протяженности, при дискретной (зонной) обработке поверхности по сравнению с непрерыв ной, при увеличении числа параметров, которые нужно BЫ держать при обработке. Форма поверхностей детали влияет на эрrономические показатели, определяет их внешний вид, выразительность элементов и композиции, связана с качеством и совершен ством отделки. Например, от формы рукоятки управления приводом прибора зависят чувствительность ее перемеще.. 20 ния, максимальное развиваемое усилие, скорость выполне ния операций управления. Параметры ч>ормы MorYT быть получены эвристически, расчетным путем, исходя из условий стандартизации и уни q>икации, технолоrических возможностей производства и т. п. (например, радиусы кривизны сферических поверхно" стей линз определяют из аберрационноrо расчета и rOCTOB на них, yrол конуса конической или дуrообразной поверх ности центровоrо отверстия детали назначают исходя из типа детали, ее массы, требований к точности обработки и rOCT 14034 74). О п р е Д е л е н и е раз м е р о в Д е т а л и производится С учетом большоrо числа факторов, среди которых следует выделить функциональную точность, параметрическую на дежность, жесткость, компактность, эстетичность и эрrоно мичность, технолоrичность, требования стандартизации и униq>икации, массу и используемый сортамент материала. Конструктор, руководствуясь вышеперечисленными фак торами, выбирает или рассчитывает необходимые размеры структурных элементов детали. В наиболее ответственных случаях детали подверrаются тщательному расчету (а иноrда и экспериментальным ис следованиям) по математическим моделям, связывающим ее размеры (и параметры q>ормы) с требуемыми показателя" ми качества, компоновкой, условиями эксплуатации, про" изводства и друrими оrраничениями. Как правило, это дета" ли, определяющие точность функционирования, качество создаваемоrо изображения, испытывающие значительные статические, динамические, тепловые нarрузки (напри" мер, детали астрономических, военных, космических при" боров). Для оптических деталей подобными расчетами (напри" мер, rабаритно"аберрационным) определяют размеры и рас" положение рабочих элементов. Рассмотрим на упрощенном примере процесс расчета дли" ны и диаметра валика фотоэлектрическоrо преобразователя (датчика) уrловых перемещений (рис. 1.6). Под действием вращающеrо момента М вр вал, а вместе с ним и измерительный растр вращаются (BoKpyr оси Х), модулируя световой поток, проходящ й через щели инди" KaTopHoro растра, создавая на фотоприемнике переменное электрическое напряжение, преобразуемое в счетные элек.. трические импульсы, являющиеся мерой уrла поворота. , . 21 3 4 5 6 7 8 1 Мер х х х х L t Le Рис. 1.6. Упрощенная схема 1СОНСПl,РУ1Сцuи преобразоваП1.еля: 1 вал; 2 Ulариковый nодUlиnllИК; В фотоnрие.мник; 4 индикаторный растр; 5 об-оектив; 6 Из.мерительный растр; 7 конденсор; 8 источник света Длина валика L B определяется r лавным образом paCCTO янием между подшипниками L и размером рабочеrо обыч но заданноrо в ТЗ) конца валика t: L B == L + t. От расстояния между подшипниками зависят уrловые повороты растра BO Kpyr осей Z, У(ДУдр) и, как следствие, торцевое биение ДХдр рабочей дорожки растра, обусловленное радиальными бие" ниями внутренних колец подшипников Др: ДХдр RДУL\р 2Rдр1L, rде R радиус рабочей дорожки растра. Торцевое биение растра может привести к расфокусиров" ке изображения ero штрихов и потере точности работы пре" , образователя, поэтому в лучшем случае оно не должно пре" вышать ди(l>ракционной rлубины резкости проекционноrо объектива Т д: 2 XДp < Т д == л/(2А), rде л рабочая длина волны; А апертура объектива. Следовательно, расстояние между подшипниками и ис комая длина Bcero валика зависят от класса точности при" 22 меняемых ПОДШИПНИКОВ И характеристик проекционноrо объектива: L == 4RA2 p/A. Определим диаметр d в-алика. Он может быть найден из условия, что под действием моментов вращения и сопротив лени я Мс валик закрyt.Iивается на уrол OPM, размеров и взаимноrо расположения ее поверхностей для осуществления сборки (особенно aвTO матизированной сборки, о чем будет сказано в п. 1.3.9). Вопросы технолоrичности конструкций изделий «< OT работка конструкций на технолоrичность) с оrлас но rOCT 14.201 73, rOCT 14.205 83 должны рассматриваться на всех этапах проектно конструкторской работы и изучают" ся в литературе по технолоrии машиностроения и приборо строения, сборке и юстировке приборов , а также по методам уменьшения издержек при создании и конструи ровании продукции . При конструировании деталей конструктор должен опре делить способ термообработки, тип покрытий и смазочный материал, которые оказывают существенное влияние на по казатели их назначения и особенно надежности. Блarодаря термообработке (закалке, отжиrу, старению) улучшаются, например, характеристики прочности и TBep дости, износостойкости, снижаются остаточные напряжения (вызывающие их деформацию во времени), появляется воз можность получения более точных поверхностей в деталях. П окрытия деталей позволяют защитить их от коррозии (налетоопасности, пятнаемости), улучшить их внешний вид, уменьшить износостойкость, изменить некоторые xapaкTe ристики (например, теплопроводность, электрическое со.. противление, коэффициент отражения). Особенно широко приментотся покрытия оптических дe талей: просветляющие, зеркальные, поляризующие, токопро водящие, покрытия"фильтры, защитные и т. д. (см. п. 8.1.1). Смазочные материалы (замазки) предназначены для уменьшения трения и износа подвижных деталей, защитыI от коррозии, борьбы с «осыпкой, rерметизации и влarо.. и пылезащиты. Вопросы термообработки, покрытий, смазки деталей точ" ных приборов изложены в справочниках , rOCTax и специальной литературе. 1.2.2. ПРИНЦИП СОВМЕСТНОЙ ОБРАБОТКИ РАБОЧИХ И БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛИ Этот принцип заключается в предпочтительности кон" струкции детали, пОЗ80ляющей осуществлять совместную 25 а) БЭ БЭ РЭ 1 "- ,J. , " :"/ 1 I , " " РЭ 2: "/ / б) РЭ 1 РЭ 2 Рис. 1.8. Конструкции оправы технолоzuческую обработку (за одну установку) ее рабочих и базовых элементов, так как в этом случае точность их вза имноrо расположения будет выше. На рис. 1.8 изображены варианты упрощенной KOHCTl1>YК ции оправы линз объектива, в одном из которых оба рабочих элемента (РЭ 1 , РЭ 2) не MorYT быть обработаны совместно с базовым элементом (рис. 1.8, а), а в дрyrом такая возмож ность существует (рис. 1.8, б). В первом случае поrрешность расположения РЭ 2 относительно РЭ] и БЭ будет больше, а следовательно, хуже центрировка линз и точность выдержи вания воздушноrо промежутка, чем во втором варианте. Об условлено это тем, что при перестановке (технолоrичес/ком перебазировании). оправы в патроне станка возникают по rрешности взаимноrо расположения ее РЭ и БЭ, обусловлен ные изменением технолоrической и измерительных баз. (На рис. 1.9 показаны старая и модернизированная (рис. 1.9, б) конструкции объектива «rелиос 44 . Оправы 8 и 5 оптических компонентов объектива (рис. 1.9, а) не удовлет воряют рассматриваемый принцип конструирования, поэто му взаимная децентрировкакомпонентов 1 и 2, 3 и 4 больше, чем в модернизированной конструкции, а для компенсации поrрешностей воздушных промежутков варианта, показан Horo на рис. 1.9, а, необходимо компенсационное кольцо 6. Однако и в конструкции, показанной на рис. 1.9, б, принцип 26 а) 5 б) Рис. 1.9. KOHcп PYKциu объектива совместной обработки РЭ и БЭ не удовлетворяет корпусная деталь 7, что может отрицательно сказаться на качестве цeH трировки компонентами 1 , 2 с 3, 4. 1.2.3. ПРИНЦИП ТОЧНОСТНОЙ ТЕхнолоrичности ДЕТАЛЕЙ Этот принцип заключается в учете ЭКО1l0мических фак торов при назначении допусков на характеристики Maтe риала детали и на поzрешн.ости ее изzотовления. Конструктор должен помнить, что от допусков на деталь в существенной степени зависит ее стоимость. Так, чем выше качество используемоrо материала, тем она дороже. Например, стоимость оптическоrо стекла первой катеrории класса А по показателю преломления и средней дисперсии в несколько раз больше, чем стекло той же марки пятой Ka теrории класса r, а ero стоимость с учетом всех показателей качества может отличаться на порядок. На рис. 1.10 изображен rрафик зависимости между допуском 8q на точность изrотовления детали и затратами по ero выполнению ZБq. На rрафике показана кривая, об 27 Zoq разованная участками равнобочных rипербол.1 4, характеризующих затраты на получение допуска при обработ" ке детали на различном оборудовании с исполь.. зованием различноrо ин.. струмента, оснастки и т. д. Узловые точки Э, П, Т, образованные пересе" бq чением соответствующих кривых, являются rрани" цами зон, характеризую" щими llизкие, средние и высокие затраты и со.. Рис. 1.10. 3ависиМОСn1-Ь стои.м.ОСn1-и Оn1- ответствующие им уров" точностu при изеОnl,овлеllии деnl,алей ни пониженной, cpeд ней и высокой точности технолоrических процессов, называемые экономичеСКИlv.IИ, производственными и техническими , . Экономическому (пониженно.му) уровню точности (ЭУТ) технолоrических процессов (допуск обозначается 8q соот" u Э ветствует точность, получаемая в сериином производстве при изrотовлении деталей на автоматическом и ун:и!версаль" ном оборудовании с помощью типовоrо инструмента, оснаст" ки и приспособлений. Контроль производится средствами, находящимися на рабочем месте (микрометры, индикаторы, калибры, эталонные стекла). Для заводов оптической про" мыmленности экономический уровень в среднем начинается с 9 1 O"ro квалитетов точности. П роизводств нному (среднему) уровню точности (ПУТ) соответствует точность 8q , получаемая в серийном произ" п u водстве при изrотовлении деталеи также на автоматическом и универсальном оборудовании, но с применением специаль" ных инструмента, оснастки и технолоrических процессов (например, при изrотовлении деталей: на шлиq)овальных станках; с использованием алмазных резцов; разверток; кон.. дукторов; приспособлений для центрирования заrотовки; с увеличением числа повторных циклов «< выхаживанием) обработки поверхностей детали и т. п.). Контроль произво" дится средствами, находящимися как на рабочем месте, так и в отделе техническоrо контроля (ОТК) цеха. Производствен" 4 3 о Д бq т бq п бq э 28 ному уровню соответствуют в среднем допуски по 6 8 MY квалитетам точности. Техническому (высокому) уровню точности (Т"У"Т) COOT ветствует предельно высокая точность 8q , которая может т быть достиrнута с помощью специальных (прецизионных) оборудования, инструмента, технолоrических процессов и условий производства. Например, для достижения точности нанесения делений на штриховых лимбах (диаметром око.. ло 100 мм) с поrрешностью 1 2" используют прецизионные делительные машины, производят стабилизацию темпера" туры (до COTЫ долей rpaдyca), давления и влажности в рабо \ чем помещении, осуществляют защиту от вибраций и друrие мероприятия. Контроль деталей выполняют с привлечением лабораторных средств (автоколлиматоров, микроскопов, ин Tepq>epoMeTpoB). Техническому уровню соответствуют допу ски ПО 4 5 MY квалитетам. Более высокую точность изrотовления детали (зона Д) можно получить ее доводкой, выполняемой на станках, или слесарным способом вручную (шабрением, притиркой, раз" вертыванием, прикаткой и т. п.), как правило, в процессе сборки детали в узел (обычно этот процесс называют Tex нолоrической компенсацией поrрешностей деталей). Левая rраница этой зоны весьма неопределенна, так как в суще ственной степени зависит от квалиq>икации рабочеrо, нали чия необходимоrо оборудования, инструмента и контроль ных средств. Показанную на рис. 1.10 кривую можно аппроксимиро вать rиперболической кривой, проходящей через узловые точки Э, П, т и характеризующей зависимости между допу ском и затратами на выполнение: т ZБq 2t + Z05q, 8q (1.1) rде Т коэ(l>(l>ициент для выражения допуска в единицах стоимости; t > О показатель степени (обычно считают, что t == 0,5 -7 1); ZОБq стоимость изrотовления (элемента) детали по свободному допуску. Таким образом, назначая высокие (жесткие) допуски на поrрешности изrотовления деталей, конструктор должен OT давать себе отчет, что это приведет к существенному их yдo рожанию, поэтому такие допуски должны быть обоснованы друrими факторами, связанными, например, с затратами на 29 Zoq \ , \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ , "".. .........-... ......- 3 I ,/,/,//" 1 сборку, точностью q)ункциони рования Bcero прибора и т. п. Стоимость сборки деталей, как известно , зависит от поrрешностей их изrотовления (рис. 1.11, кривая 2) и может быть охарактеризована зависи.. мостью: Z8q == R8 q 2r + R 08q , (1.2) бq r де R коэq)(рициент для выра жения допуска в единицах стои мости; r> О показатель степе ни; R 08q стоимость сборки при отсутствии поrреmностей. Такая зависимость обусловлена тем, что затраты на сбор" ку растут с увеличением поrрешностей изrотовления дета лей, так как «rрубые детали обычно требуют при сборке дополнительных реrулировок, приrонок, юстировок (TPYДO емкость которых rораздо больше), а также затрудняют ис пользование средств автоматической сборки. В общем случае конструктор, назначая допуски, дол жен учитывать затраты на изrотовление и сборку деталей (рис. 1.11, кривая 3), назначая, по возможности, допуски, соответствующие экономическим уровням точности, изrо товления и сборки. В дальнейшем будут рассмотрены He которые проблемы, связанные с исследованием зависимо стей 1 и 2 и учетом экономических (ракторов при расчете допусков. Рис. 1.11. Завuсимоспl,U Cпl,OU Mocnl,U uзеОПl,овленuя u сбор"u деПl,алей оп" Пl,очностu их изао. товленuя 1.3. ПРИНЦlJПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ Соединением деталей! в конструкторском смысле (как элемента конструкции) называют конструкцию элементар ной сборочной единицы, которая состоит из двух или He скольких деталей, находящихся в непосредственном KOH такте (сопряжении) друr с друrом. Соединяемые детали образуют контактные пары, которые классифицируют как: подвижные и неподвижные; замыка lСоединением деталей в технолоrическом смысле (как сборочную опе.. рацию) называют сопряжение деталей путем их сочленения, свинчива.. ния, развальцовки, сварки и т. п. 30 а) 1 б) r .... " / " ;Б l l / ; / ;" A 71 L t 2 le; fВT 1 3 lA СВ Ci"l БЭСУ д,/ РЭ 2 БЭС I ll ,АВ i B l L .! БЭС РЭС " РЭ 1 Рис. 1.12. Элементы, соеди нения деn/,алей ющиеся q)ормой, силой и креплением; сопряrающиеся (коп.. тактирующие) по поверхности, по линии и по точке. В соединении различают базовую и рабочую (присоединя" емую) детали, а также базовые (ЕЭС) и рабочие (РЭС) элемен ты (поверхности) соединения. На рис. 1.12, а изображено соединение лимба 1 с валом 2. Базовой деталью здесь является вал, а рабочей лимб, базо" вым элементом соединения цапq)ы вала под подшипники, рабочим элементом поверхность лимба, на которой Haнe сены деления ero штрихов. На рис. 1.12, б показано соединение линзы (рабочая присоединяемая деталь 1) с оправой 2 (базовая деталь) с помощью резьбовоrо кольца 3, которое является в соедине нии вспомоrательной деталью, осуществляющей силовое замыкание линзы на торцевую посадочную поверхность оправы. Показатели качества соединений подразделяются: на экс плуатациОllllые (точность, надежность, износостой" кость, несущая с"пособность и т. д.); КОllструктивные (rабаритные размеры, масса, компактность и т. д.); тex flолоzичеС1Сuе (технолоrичность сборки, юстировки и кон.. троля). Конструируя соединения, в первую очередь стараются достичь их точности (характеризуемой поrрешностью pac положения РЭС относительно БЭС, рис. 1.12), надежности и технолоrичности. Рассмотрим принципы конструирования соединений, по зволяющие обеспечить эти показатели, основанные на об 31 щих правилах и законах наложения материальных связей деталей друr на друrа в соединении. 1.3.1. ПРИНЦИП СОВМЕЩЕНИЯ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СОЕДИНЕНИИ При конструировании соединений предпочтительной является конструкция, позволяющая осуществлять KOH такт соnряzаемыx деталей по их рабочим элементам. В этом случае происходит объединение рабочеrо и базовоrо элементов при соединяемой детали, уменьшается размерная цепь и повышается точность расположения РЭС относитель но БЭС. Например, в случае расположения штрихов лимба на поверхности r (см. рис. 1.12, а) принцип выполняться не будет, так как рабочий элемент (поверхность Д) базовой детали (валика) не совмещен с рабочим элементом присоеди няемой детали. В случае же расположения штрихов лимба на поверхности В, по которой происходит сопряжение л:и:м ба с поверхностью Д валика, принцип соблюдается, и можно утверждать, что точность расположения РЭС относительно БЭС (цапq) валика) будет выше, чем в первом случае. Деталь 1 будет технолоrичней, так как не нужно Bыдep живать строrий допуск на ее клиновидность по сравнению с первым вариантом. а) б) 1 2 2 1 БЭ 1 БЭС (БЭ 2) "" БЭС (БЭ 2) Рис. 1.13. Соединение зеркала с оправой 32 На рис. 1.13 изображена конструкция соединения зер кала 1 с кронштейном 2. Конструкция, изображенная на рис. 1.13, б, позволяет точнее ориентировать отражающую поверхность зеркала (РЭС) относительно основания KpOH штейна (БЭС) и не требует жесткоrо допуска на клиновид ность зеркала по сравнению с конструкцией, изображенной на рис. 1.13, а. 1.3.2. принцир ОТСУТСТВИЯ ИЗБыточноrо БАЗИРОВАНИЯ В СОЕДИНЕНИИ ДЕТАЛЕЙ (СТАТИЧЕСКАЯ ОПРЕДЕЛЕННОСТЬ I СОЕДИНЕНИЙ) Придание материальным телам определенноrо и cTporo фиксированноrо положения в пространстве называют бази рованием. При базировании происходит отнятие лишних степеней свободы присоединяемой детали относительно ба зовой в их соединении. Базирование называют uзбыточным, коrда лишние CTe пени свободы присоединяемой детали отняты более одноrо раза, т. е. коrда для отнятия лишней степени свободы Ha ложена более чем одна связь. Соотношение между оставши мися степенями свободы n и числом наложенных связей т должно быть n + т == 6. Для выявления избыточных (или недостаточных) связей в соединении используют q)ормулу Ddtf [""1,3)""1 k==5 q == n + "LPkK 6, k==l (1.3) rде P k класс элементарной пары контакта, который опре деляет число степеней свободы, отнимаемых парой (напри мер, при контакте по точке P 1 == 1; при контакте по линии р 2 == 2; при контакте по плоскости Р 3 == 3; при контакте по ци линдрической поверхности Р 4 == 4; при контакте KOHYC KO нус, винт rайка Р 5 == 5, в табл. 1.2 приведены классы ряда элементарных контактных пар); К число пар данноrо класса. Если q равно нулю, то базирование в соединении правиль ное; если q меньше нуля, то у присоединяемой детали OCTa ются излишние степени свободы; если q больше нуля, то это означает, что в соединении существует избыточность бази рования. 33 Контакт сопряrаемых поверхностей деталей По точке По линии; двум точкам; кольце вой линии Класс пары (число oт нимаемых степеней свободы) Р...- , 1 P2 2 КЛ,ассы" эл,емеnтарnы"x xonтaxтnbl"x пар Сочетания <рорм поверхностей де1"алей в соединениях т аблu ца 1.2 Сфера цилиндр Сфера сфера "z Сфера плоскость Цилиндр цилиндр Z. 7 Цилиндр пло Сфера призма скость Сфера цилиндр Цилиндр цилиндр P2(Z, <ру) Z х.. Р 2 (У, Z) Р 2 (У, Z) По плоскости; Рз Плоскость пло.. Сфера конус Плоскость кольцевой ли.. скость три сферы нии; cqJepe; трем.Z Z" точкам,У, r · ... Х " Р З (Zt Избыточное базирование может привести к неопределен" ности положения рабочих элементов соединения относитель" но базовых, возникновению дефор аций деталей, услож" нению их сборки (т. е. такое соотношение не будет точным, надежным и технолоrичным). Например, для соединения ползуна 1 (рис. 1.14, а), пере" мещающеrося вдоль оси с направляющими цилиндрически" ми стержнями 2 и 3 получаем q == 1 +4 . 2 6 == 3. Эта конструкция имеет избыточное базирование (три из.. быточные связи), в результате чеrо из..за поrрешностей из.. rотовления деталей (поrрешностей межосевых расстояний, непараллельности отверстий в ползуне и осей валов) MorYT произойти деq)ормация ползуна и ero заклинивание при дви" жении, особенно в случае колебания температуры. Избежать этоrо можно либо за счет больших зазоров в направляющих, что приведет к потере точности, либо за счет тщательной ре" , rулировки цилиндров, что существенно повысит трудоем" кость сборки соединения. Конструкция ползуна, изображен.. ная на рис. 1.14, б, свободна от этих недостатков: q == 1 + 4 . 1 + 1 . 1 6 == о. в некоторых случаях нарушение принципа можно видеть невооруженным rлазом по дублированию сопряжений де" талей (базовых элементов), отнимающих одни и те же степе.. а) 2 б) z Р4 3 I I I Z Х Z ХI у! rrf" у I I I Рис. 1.14. Соединение ползуна с направляющими 36 а) 2 ни свободы у присоединяемой детали относительно базовой (рис. 1.15, а, в). Устранить неопределенность базирования можно либо из менив конструкцию сопряжения деталей (рис. 1.15, б), либо осуществив совместную технолоrическую обработку COOT ветствующих поверхностей сопряrаемых деталей (размера н кронmтейна1 и основания 2нарис. 1.15, в). В тех конструкциях соединения, в которых сопряжение деталей осутцествляется одновременно по двум поверхно стям (рис. 1.16), теоретической неопределенности базирова ния в реальной конструкции можно избежать, управляя co ответствующими размерами сопряrаемых поверхностей или допусками на их поrреmности. На рис. 1.16, а изображена конструкция соединения опра вы объектива с тубусом, имеющая центрировочный поясок в) Дубл.ь по Z, <Рх, <ру б) Рис.l.15.ДуБЛl.lрование в сопряжении деnl,алей а) б) t , ! J L«D Дубль по Х, У, <Рх, <ру " v , Дубль по <рх,<ру Рис. 1.16. Сопряжение деталей в соединении по двум nоверхностям. 37 и резьбу для фокусировки объектива. Чтобы не возникало избыточности базирования в этих сопряжениях, необходи" мо посадку резьбы ПрОИ3БОДИТЬ с r"арантированно большим зазором по сравнению с зазором посадки цилиндричеСRоrо пояска. На рис. 1.16, б представлено соединение вала с подшип" ником, в котором наклоны вала BOKpyr осей Х, У отняты сопряжением ero с подшипником и ПО плоской, и по цилин" дрической поверхностям. Реальное дублирование может возникнуть здесь из..за равенства соответствующих баз (D, L) поверхностей, оrраничивающих повороты (см. п. 1.3.6). Для устранения реальноrо избыточноrо базирования в подобном соединении следует ero конструкцию изменить так, чтобы одна из баз была бы MHoro меньше друrой (рис. 1.16, в, z). в ряде случаев проверка соединения на избыточность ба" зирования требует тщательноrо анализа, поскольку ero ре" зультат не так очевиден, как в рассмотренных примерах. На рис. 1.17 показана типовая конструкция соединения (крепления) плоско"выпуклой линзы с оправой с помощью резьбовоrо кольца. Если q)ормально подойти к определению \ класса элементарных пар контакта в этом соединении, мы должны записать, что: контакт сq)ерической поверхности линзы с буртиком оправы (рис. 1.17, а) является парой тре" тьеrо класса (Р 3) и отнимает смещение линзы по осям Х, У, z; посадка линзы в оправу по цилиндрической поверхности является парой четвертоrо класса (Р 4) и отнимает у линзы Р2 (Х, У) Р 4 (Х, У, <Рх, <ру) Р3 (Z, <Рх, <ру) а) Рз(Z,Х, У) Р 4(Х" У, <Рх,<Ру) Р2(<РХ,<РУ) б) D п Рис. 1.17. Крепление линзы в оправе реаьбовым "ольцом 38 смещения по осям Х, у и повороты BOKpyr этих осей <Рх, <ру; резьбовое кольцо, замыкающее линзу на буртик о-правы (по оси Z), воздействуя на плоскую поверхность линзы, отнима ет у нее повороты BOKpyr двух осей <Рх, <ру. Поворот линзы BOKpyr оси Z(2р (р yroл трения), т. е. приближеШIО: D D 2R > 2/! ::::: 0,3, (1.4) rде R радиус линзы; Jl коэффи циент трения скольжения материа Лов оправы и линзы. Коrда это соотношение не BЫ Полняется, в сопряжении отни FD л т F тp Рис. 1.18. CaMoцeHтpи ров"а линзь" в оправе 39 маются смещение вдоль оси Z и повороты BOKpyr осей Х, у (<Рх, <ру). Рассмотрим сопряжение линзы по посадочному цилин дру диаметром D л с отверстием оправы. Как известно, эта посадка должна быть с rарантированным зазором. Поэто МУ при выполнении условия (1.4) линза не контактирует с оправой (рис. 1.18) по цилиндрической поверхности диа" метром D л, и это сопряжение не должно учитываться при определении избыточности базирования в соединении. Co пряжение цлоской поверхности линзы с резьбовым коль.. цом, как было сказано, оrраничивает повороты линзы (во" Kpyr центра кривизны сферической поверхности) по осям Х, У. Следовательно, данное соединение является статически определенным: q == 1 +3 . 1 + 2 . 1 6 == о. Коrда условие (1.4) не выполняется, смещения линзы вдоль осей Х, у оrраничиваются ее сопряжением с оправой по посадочному цилиндру, а смещение вдоль оси Z торце" вой кромкой оправы. Сложнее обстоит дело с анализом оrраничения поворо" тов. Повороты BOKpyr осей Х, у оrраничиваются и торцевой кромкой оправы, и цилиндрической поверхностью поса.. дочноrо отверстия и, вроде бы, резьбовым кольцом. Одна" ко из..за Toro, что база торцевой кромки, оrраничивающая повороты, MHoro больше соответствующей базы (длины) I цилиндрическои поверхности линзы, а также вследствие Toro, что усилия, развиваемые резьбовым кольцом, не при" водят к развороту линзы, следует считать, что в реальной конструкции именно торцевая кромка будет определять уrловое положение линзы. Таким образом, при невыполнении условия (1.4) соедине ние не будет иметь избыточноrо базирования, однако роль поверхностей оправы в оrраничении подвижности линзы будет иной. "Указанное обстоятельство приводит к тому, что требования (допуски) к параметрам оправы линзы, резьбово" му кольцу и линзе соединения на рис. 1.1 7 будут раз н ы м и в зависимости от условия (1.4). Например, при выполнении условия (1.4) в соединении, показанном на рис. 1.17, а, отверстие оправы диаметром D должно быть соосно С базовой осью Br оправы, а в соедине" нии, показанном на рис. 1.17, б, этой соосности не требуется, 40 а) б) Цш Наllра ленuя 1."350 llере.меll енuя резца Рис. 1.19. Требования 11: оправе при выnолн-ении условия са.моцен-пtрuров"u ЛUН-ЗЪ/. но зато требуется соосность резьбовоrо отверстия М. Допуск на центрировку самой линзы может быть более широким (свободным) по сравнению со случаем, коrда условие (1.4) не выполняется. Перпендикулярность торцевой по"верхности резьбовоrо кольца к ero резьбовой поверхности будет иметь жесткий допуск в случае выполнения условия (1.4) и широ" кий в случае ero невыполнения. Анализ данноrо соединения на избыточность базирова" ния заставляет конструктора обратить внимание на такие «мелочи, которые часто выпадают из ero поля зрения. Так, опорная кромка буртика оправы не должна иметь rpaTa и за.. усениц, поэтому направления движения резца,."tолжны быть от кромки в «тело детали (рис. 1.19, а, б) при ее обраб,отке. В случае, коrда для уменьшения де(l)ормации кромки апра" вы и линзы при закреплении последней кромку выполняют под уrлом 1350 либо под уrлом, касательным к сq)ерической поверхности линзы (рис. 1.19, б, в), необходимо обеспечить расположение вершины конической поверхности кромки на базовой оси оправы. . . 1.3.3. ПРИНЦИП rЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПРЕДЕЛЕННОСТИ КОНТАКТА ПАР В СОЕДИНЕНИИ Этот принцип заключается в определенностu положенuя и формы контакта сопряzаемых поверхностей деталей. Реальные поверхности деталей имеют макро" и микропо" rрешности формы поверхностей. В результате детали кон.. 41 а) 3)) \ / \ I б) F Рис. 1.20. Сопряжение.зер"ала с оправой тактируют друr с друrом не по линиям и поверхностям, а по пятнам (площадкам) неопределенной (рормы, размеры и по ложения которых в сопряжении также неопределенны. Эта неопределенность снижает точность расположения присоединяемой детали и несущую способность базовой дe тали. Наибольшее влияние на точность оказывает не9преде ленность расположения пятен контакта. На рис. 1.20, а изображено соединение зеркала 1 с опра вой 2 с помощью трех уrольников. Из за поrрешностей фор" мы сопряrаемых поверхностей зеркала и оправы их контакт будет происходить не по плоскости, а по трем площадкам 3, расположение и форма которых MorYT быть произвольными в пределах сопряrаемых поверхностей. В результате возни z б) у а) Х. у в дС z z х в) Х у I C C Рис. 1.21. Соnряженu.е осей с nодшипни"ами 42 кает объемная деформация зеркала под F действием сил F со стороны уrольников и...... реакции R со стороны оправы, приводя щая к порче качества изображения. Соединение, изображеIПIоенарис.1.20, б, обладает определенностью расположения площадок контакта блarодаря специаль ным выборкам (либо прокладкам) на опра ве. Здесь возникает только контактная деформация зеркала в пределах контакти рующих зон,.. не приводящая к ухудшению качества изображения. Неопределенность расположения и фор мы контакта цилиндрической оси Bpa Рис. 1.22. Сопряжение щения с подшипником (рис. 1.21, а) не менис"а с оnрав.ой позволяет определить базу В между элементами поверхно сти, оrраничивающими ее наклоны BOKpyr координатных осей Х, У, требует тщательной обработки всей поверхности и отсутствия бочкообразности. Выборка на поверхности оси (рис. 1.21, б, 8) приводит К соблюдению рассматриваемо ro принципа и позволяет избежать упомянутые HeДOCTaT ки конструкции соединения." По этим причинам осущест вляют также выборки на протяженных поверхностях ползунов или направляющих поступа тельноrо движения (см. рис. 1.26). Выборки на торцевой опорной поверхности оправы под линзу (рис. 1.22) позволяют соблюсти также принцип силовоrо замыкания этоrо соединения, изложен ный в следующем парarра(l>е. 1 1.3.4. ПРИНЦИП силовоrо ЗАМЫКАНИЯ Силовое замыкание соединений следует осуществлять так, чтобы линия действия замыкающей силы проходила через зону (площадку) контакта сопряzаемых пoвepXHO стей. Тоrда сила и возникающая реакция не образуют изrи бающеrо момента, действующеrо на присоединяемую и базо вые детали. Примерами выполнения этоrо принципа MorYT служить рассмотренное крепление зеркала (см. рис. 1.20, б), а также известный способ крепления тонкой линзы, которая опира ется на три выступа оправы с помощью резьбовоrо и упру roro кольца, имеющеrо три выступа, которые расположены 43 против выступов оправы (см. рис. 1.22), посредством направ ляющей шпонки (винта) 1 . Коrда соединение передает усилие (кронштейны, зубча тые и (l>рикционные пары, мУ(l>ты и т. п.) или требуется pac пределение сил (разrрузка зеркал, опор вращения и т. п.), следует руководствоваться принципами передачи сил (пря Mozo и KopoтKozo пути, соzласоваНIlЪLХ деформаций, Н;OMпeH F F F Рис. 1.23. Распределение массы детали на опорные п оч"и Ar 1А Рис. 1.24. Рааеруз"а,М,ассы. зер"ала на 18 опор: 1 опоры; 2 разzрузочная плоu адка; 3 сферический шарнир 44 сации силы, определенноzо распределения сил), изложенны МИ в работе . Например, на рис. 1.23 показаны схемы минимизации дe (l)оРмации детали под действием силы F (например, массы) при установке ее на несколько точек опоры . На рис. 1.24 изображена конструкция разrрузки зеркала телескопа, позволяющая минимизирова ть деформации зер кала блаrодаря равномерному распределению ero массы на 18 опор. 1.3.5. ПРИНЦИП оrРАНИЧЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ в СОЕДИНЕНИИ ДЕТАЛЕЙ Соrласно этому принципу поверхности, оzраничиваюu ие смещение nрuсоедuняе:мой детали относительно базовой, следует расnолаzать nерпендикулярно к направлению ozpa ничиваемоzо смещенuя. В этом случае более точно обеспечивается расположение рабочих элементов соединения относительно базовых, более блarоприятным будет силовой режим в соединении (связан ный с деформациями деталей, их износом), технолоrичнее будут детали. На рис. 1.25 изображены два варианта оrраничения CMe щения штока 1 вдоль оси У деталью 2. На рис. 1.25, а по верхность детали 2, оrраничивающая смещение штока, pac положена перпендикулярно, а на рис. 1.25, б под уrлом 900 а к оси У. В результате для первоrо варианта поrреmность распо ложения штока вдоль оси У из за поrреmности дq (напри мер, шероховатости) детали 2 будет равна самой поrреm ности: дУ дq дq; а во втором варианте она будет больше: АУдq дq/соsа. а) 2 б) l 1 2 1 "* 1"""" "1 o o с l" , " , " " "1 Рис. 1.25.КОllстрУ1Сции оераllиченuя смещений што"а 45 C C Z у Ь // В В Рис. 1.26. Тиnовы.е направляющие поспtупаrпелъноео движения Реакция R со стороны детали 2 на замыкающую силу 8 в первом варианте равна (без учета сил трения) самой силе: R 8; а во втором варианте она больше: R 8 jcos а (т. е. боль ше будет износ деталей). Кроме этоrо, появляется составля ющая сила Т == 8 tg а, которая может привести к изrибу и по вороту (относительно оси Х) штока в зазоре направляющих. При изrотовлении в первом варианте необходимо обеспе чить параметр l, в то время как во втором случае обеспечива ются параметры l и а. Таким образом, на этом элементарном примере можно убедиться в том, что соблюдение принципа оrраничения CMe щения деталей в соединениях позволяет повысить точность, надежность и технолоrичность конструкции. Следовательно, цилиндрические направляющие Bpa щательноrо движения предпочтительнее конических (см. рис. 1.21, в), а направляющие поступательноrо движе ния Т образноrо типа лучше направляющих типа « ласточкин XВOCT (рис. 1.26). Точность кулачковоrо механизма 1 с меньшим уrлом дaB ления 1 будет выше, чем у механизма 2 с большим уrлом давления 2 (рис. 1.27). Поrрешность передачи движения винтовым механизмом с остроуrольной резьбой больше, чем при трапециевидной 2 1 С " . " / 1 1 ]! j / / / / / / / / / / / / Рис. 1.27. Плос"ие "улач"и у 46 а) в) б) 300 Рис. 1.28. Винтповые механизмы. резьбе и ленточной (рис. 1.28, a в), либо, коrда винт выпол нен с трапециевидной резьбой, а rайка с прямоyrольной лен точной (рис. 1.28, z). На рис. 1.29, а изображена часть конструкции объектива, воздушный промежуток d между линзами KOToporo Bыдep живается с помощью промежуточноrо кольца размером l. Из за нарушения принципа оrраничения смещений на по rрешность воздymноrо промежутка d будет влиять не толь ко поrрешность размера l кольца l, но и поrрешность диа метров кольца D 1 и D 2 . Например, D 1 (1 1) !J.d6. D l T(R 1 + R 2 дп, rде R 1 , R 2 радиусы сq>ерических поверхностей линз. Кроме этоrо, данное соединение может быть критично к изменениям температуры при различных коэq>фициентах а) l ..... q C\I q d б) C\I q ..... q d l Рис. 1.29. Объе"nl,ивы 47 z у х / / / , / / // // 2 Рис. 1.30. Узел nодвuжной "apeпt"u линейноrо расширения материалов линз и кольца, приво дящих к разности изменений соответствующих диаметров кольца и линз, обуславливающих появление деq>ормаций и децентрировок оптических компонентов. "Устранение указанных недостатков достиrается в HeKO торых конструкциях путем выполнения линз с так называ емым П образным буртиком (рис. 1.29, б), что позволяет co блюсти принцип оrраничения смещений. Нарушение рассматриваемоrо принципа приводит, Ha пример, к тому, что при фиксации положения подвижной каретки 1 , несущей проекционную систему универсальноrо измерительноrо микроскопа "УИМ 23, винтом 2 происходит значительное ее смещение вдоль оси Х (рис. 1.30). Более пра вильно для направляющих типа « ласточкин хвост осущест влять q)иксацию в направлении оси У, дЛЯ KOToporo принцип оrраничения смещений соблюдается. 1.3.6. ПРИНЦИП ОrPАНИЧЕНИЯ ПОВОРОТОВ. Соrласно этому принципу связи, накладываемые базовой деталью на присоедuняемую, должны располаzаться на воз можно большем базисе. Тоrда поrрешность уrловоrо положе ния присоединяемой детали при прочих равных условиях будет наименьшей. На рис. 1.31 изображены схемы конструкций соединения вала 1 с подшипниками 2 для поворота зеркала BOKpyr оси У. Вариант, показанный на рис. 1.31, а, уступает варианту, изображенному на рис. 1.31, б, так как база Bl между под шипниками, оrраничивающая возможные повороты вала относительно осей Z, Х (например, из за биений p BHYTpeH 48 а) в 1 L б) В 2 z х у ", у Рис. 1.31. Осевая система зер"ала них колец подшипников х == Hz z == L х == L z == Н х 8у == Н х ункциональные устройства (ФУ) представляют собой более сложные, чем соединения, сборочные единицы, состоящие из большеrо числа деталей и элементов, которые MorYT выполнить совместно с друrими составными частями ОП (или самостоятельно) определенную (l>Ункцию. Это, на.. пример, объективы, окуляры, механизмы, сканирующие устройства, устройства крепления источников и приемни" ков излучения, затворы, диафраrмы, столики, датчики и т. п. В узлах и фу целесообразно различать рабочие (испол" нительные), базовые (несущие) и эталонные (образцовые) детали и рабочие (РЭУ), базовые (БЭУ) и эталонные (ЭЭУ) элементы. Основные показатели качества узлов и фу точность (расположения РЭУ относительно БЭУ и ЭЭУ) передачи и riреобразования информации, качество создаваемоrо изобра" жения, надежность и технолоrичность. Рассматриваемые в следующих разделах принципы за.. ключаются в общих правилах конструирования ме аниче" ских и оптических ФУ прибора, позволяющих оптимизи" ровать их структуру, внутренние связи и взаимодействие элементов в целях повышения упомянутых показателей ка.. чества создаваемых ФУ. 1.4.1. ПРИНЦИП АББЕ По этому принципу, называемому также принципом исключения компараторной поrрещности, эталонный элемент устройства должеll быть расположеll СООС1l0 с рабочим элементом (или измеряемым объектом). В этом случае уменьшается поrрешность взаимноrо линейноrо расположения эталонноrо и рабочеrо элементов при воз.. никновении поворотов деталей из..за технолоrических или эксплуатационных поrрешностей (зазоров, поrрешностей (l>ормы контактирующих поверхностей, деформаций, бие" пий и т. п.). На рис. 1.44 показан классический пример, давший вто" рое название принципу с поперечным (рис. 1.44, а) и про" дольным (рис. 1.44, б) компараторами. На каретке, переме" щаемой вдоль оси У, установлены эталонная Э и поверяемая 61 П шкалы, взаимное положение штрихов которых измеряет ся с помощью отсчетных микроскопов М 1, М 2. В поперечном компараторе, из"за.поворотов каретки (q>z) BOKpyr оси Z, обусловленных поrрешностями направляю щих, возникает значительная поrрешность измерения Yl первоrо порядка малости, пропорциональная расстоянию Н между шкалами (рис. 1.44, в): Yl == Hsin q>z H q>z. Чтобы исключить поrреmность первоrо порядка, Аббе предложил расположить талонную и поверяемую шкалы co осно, преобразовав компаратор в продольный (компаратор Аббе). В этом случае поrреrnность измерения из за поворотов каретки будет лишь BToporo порядка малости (рис. 1.44, z): Y2 == L L" == L2sin 2 (q>/2) L(q>2/2). Рассмотрим типовые примеры на соблюдение и на рушение этоrо принципа в некоторых устройствах оп. На рис. 1.45 изображена измерительная пиноль 1 длиноиз мерительной машины, перемещающаяся в шарикоподшип никовых направляющих 2. Эталонным элементом пиноли является измерительный растр (дифракционная решетка) 3, который установлен для соблюдения принципа Аббе соосно с наконечником (РЭ"У), контактирующим с измеряемым объектом. Если бы растр был установлен так, как показано """""""""""" """""""""""" а) i(н б) 4 (М 1 Х..... Д<Рz ........, в) /11 е) , 1 I , н v . 11 , I I L" i"l ДУ2/ 2 L ДУl Рис. 1.44. Ko.м.napaп opы 62 штриховой линией (на верхней поверхности пиноли), то из за неизбежных поворотов пиноли при ее движении вдоль оси у возникала бы зна"чительная поrрешность измерения. С явным нарушением принципа Аббе выполнена KOHC трукция оку лярноrо микррметра типаМОВО (rOCT 786 5 7 7), схема KOToporo изображена на рис. 1.46. Перемещение у марки подвижной сетки осуществляется rайкой 5 при повороте винта 6 и связано с поворотом лимба зависимостью у == Z3 k p х, Z4 21t rде Z4, Z3 числа зубьев соответствующих колес; k и р чис ло заходов и шаr резьбы винтовоrо механизма; х уrол по ворота точной шкалы. При движении сетки из за поrрешностей направляющих происходит ее ПОБОрОТ BOKpyr ОСИ Z(z Hl

Развернуть ▼

Учебное пособие посвящено основам конструирования современных точных приборов, типичными представителями которых являются оптические приборы, содержащие а своем составе механические, электронные и оптические функциональные устройства и элементы.
Специфика конструирования таких приборов заключается в том, что их показатели качества, и в первую очередь показатели точности, технологичности и надежности, в существенной степени зависят от выполнения определенных методов, правил и принципов конструирования, способов и методов параметрического и точностного синтеза конструкций, знаний путей и приемов повышения целевых показателей качества при проектировании.
Учебное пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений приборостроительного профиля, а также инженерно-технических работников промышленности.
Введение
Создание новой техники, базирующееся на результатах фундаментальных и прикладных исследований, содержит особый этап умственной деятельности, заключающийся в разработке технического проекта будущего изделия.
Задачами этого этапа являются: выявление потребности общества в том или ином техническом изделии (с учетом технико-экономических характеристик, расходов природных ресурсов, влияния на экологию и т.п.); поиск идей и способов инженерных решений; разработка конкретной конструкции изделий с выпуском необходимой технической документации.
Данную работу называют проектированием и (или) конструированием изделия.
Проектирование и конструирование взаимосвязаны, дополняют друг друга, выполняются, как правило, специалистами одной профессии - инженерами-конструкторами, имеют одну и ту же конечную цель - разработку нового изделия, и поэтому часто весь процесс называют проектированием 1.1,1.2 или конструированием 1.3.
Однако на практике и в литературе 1.4, 1.5, 1.6 существует и другая точка зрения, согласно которой эти понятия различают. Считают, что проектирование предшествует конструированию и заключается в выявлении потребности общества в изделии, в поиске идей, физических эффектов, целесообразных методов и принципов действия, в синтезе функциональных структур возможных вариантов.
Под конструированием понимают разработку конкретного варианта изделия на основе результатов проектирования, при которой создается его конструкция: устройство, состав, взаимное расположение частей и элементов, способ их соединения и взаимодействия с учетом используемых материалов, технологии изготовления и т. п.
В процессе конструирования выпускают чертежи сборочных единиц и деталей, схемы, рассчитывают допуски на погрешности и технологию изготовления и сборки деталей, устанавливают технические условия на прибор, составляют техническое описание, разрабатывают другую конструкторскую документацию, необходимую для изготовления и эксплуатации изделия.
Существуют два мнения о взаимоподчиненности понятий проектирования и конструирования. Согласно одному из них, проектирование - итерационный процесс преобразования информации в целях получения технических систем, удовлетворяющих определенным человеческим потребностям, а конструирование - часть проектирования, заключающаяся в преобразовании информации в целях получения графических моделей технических систем.
Согласно другому мнению }