^{Московский} ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени

Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Калужский филиал

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

Проектирование механизма поворота и отсчета аттенюатора

Калуга

Содержание

1. Задание на проектирование

2. Цель и назначение изделия

3. Проектирование кинематической схемы

4. Описание конструкции

5. Расчёт спиральной многооборотной шкалы

6. Описание конструкции шкалы

7. Расчёт червячной передачи

8. Выбор диаметра вала-червяка

9. Выбор подшипников для вала-червяка

10. Выбор подшипников для подвижного волновода

Литература

Приложения

2. Задание на проектирование

Тема задания: разработать конструкцию механизма поворота поглощающей пластины П центрального волновода 2 поляризационного аттенюатора в сочетании с отчетным устройством по кинематической схеме, исходным данным и следующим техническим требованиям:

1. Затухание сигнала в волноводе 3 обеспечить поворотом волновода 2 с пластиной П на угол от = 0 до = _max

2. Пластину П изготовить из двойного слоя слюды, толщиной 0.25 мм с нанесением поглощающего слоя из графита.

3. Отверстия входного и выходного волноводов выполнить прямоугольными с размерами 1828 мм. На концах предусмотреть контактные фланцы.

4. Соединение центрального подвижного волновода с неподвижным выполнить дроссельными фланцами.

5. Для улучшения электрических характеристик контура контактные и токопроводящие поверхности серебрить.

2. Цель и назначение изделия. Описание принципа действия

Для уменьшения мощности в известное число раз используются приборы, называемые аттенюаторами. Они применяются в различных измерительных приборах, например, в генераторах малых мощностей. Аттенюатор любого типа характеризуется вносимым в тракт затуханием, т.е. отношением мощностей на входе и выходе.

В радиотехническом диапазоне волн применяются аттенюаторы различных типов, в том числе аттенюаторы, обеспечивающие затухание за счёт поглощения мощности материалом, помещённым в электромагнитное поле. Они бывают коаксиальные и волноводные. Схема аттенюатора для круглого волновода, возбуждаемого волной Н1, показана на рисунке 1.

Рис. 1.

Здесь 1 и 3 – неподвижные участки волновода, 2 – его вращающийся участок. Когда все три поглощающие пластины П лежат в одной плоскости, то затухание близко к нулю. По мере поворота поглощающей пластины во вращающейся части волновода затухание на выходном конце волновода увеличивается. Принцип возникновения затухания показан на рисунке 2.

Р ис. 2.

Вектор напряжённости поля Е может быть разложен на составляющую Esin в плоскости пластины и составляющую Ecos, перпендикулярную ей. На выходе средней секции волновода составляющая Esin не пропускается. Прошедшая составляющая Ecos в неподвижной третьей секции восстанавливает первоначальную поляризацию, образуя составляющие Еcos² и Esin Ecos, на выходе соседней секции остаётся только составляющая Еcos². Затухание такого аттенюатора определяется выражением:

А = М lg cos,

где М – постоянная затухания.

2. Проектирование кинематической схемы

Кинематическая схема должна обеспечивать поворот подвижной части волновода 2 (см. чертежи) с поглощающей пластиной П относительно неподвижных участков 1 и 3. Её поворот на угол осуществляется с помощью рукоятки 5, которая управляет червячной передачей Z₁ - Z₂. Червячное колесо закреплено при этом на подвижном участке волновода. Отсчёт затухания будем вести по шкале 4. График функции затухания А = М lg cos показан на рисунке 3.

Р ис. 3.

2. Описание конструкции

Аттенюатор состоит из корпуса, отлитого из магниевого сплава МЛ5, соединённого фланцами с входным и выходным волноводами. Внутри корпуса на шариковых подшипниках вращается подвижный волновод с поглощающей пластиной. Её вращение осуществляется от ручки настройки с помощью червячной передачи, состоящей из червяка и червячного колеса, насаженного на наружную поверхность подвижного волновода. Поглощающие пластины из слюды с графитовым покрытием установлены также в неподвижных волноводах. Шкала отчетного устройства многооборотная и закреплена на оси червяка. Соединение волноводов бесконтактное, дроссельного типа. Для уменьшения излучения в зазоре в волноводном тракте установлены поглощающие шайбы. Шайбы фиксируются на волноводе с помощью стопорных колец. Так как частота внутренней поверхности волновода сильно влияет на величину затухания, чистоту поверхности назначают не хуже Ra = 0.32 с последующим серебрением. Поглощающие пластины изготовлены из двух слоёв слюды, толщиной 0.25 мм с нанесённым на их внешнюю поверхность поглощающего слоя из графита. Передаточное число червячной передачи u = 12, заходность червяка Z₁ = 4, число зубьев на колесе Z₂= 48, модуль зацепления m = 1 мм.

2. Расчёт спиральной многооборотной шкалы

Исходные данные для расчёта: Тема №8 Вариант№5

1. Постоянная затухания М = -45

2. Наибольшая относительная погрешность настройки

= 0,5 для 0 45^о

= 2,0 для 45^о _max

1. Диапазон затухания

А_min = 0 Дб А_max = 70 Дб

1. Внутренний диаметр центрального волновода

d_в = 32 мм

1. Диаметр шкалы (начало оцифровки) отсчётного устройства

D_ш = 150 мм

Порядок расчёта:

1. Определяем угол поворота элемента настройки, соответствующий наибольшему затуханию

_max = arccos 10^{Amax / M}

_max = arccos 10^{70/ -45} = 88,384

1. Расчёт для относительной погрешности

= 0.5 при 0 45^о

1. Находим угол поворота элемента настройки, соответствующий заданной величине абсолютной погрешности А, исходя из

A₁ = A_max – 2*A = A_max –2* *A_max /100% =70 - 2 * 0,5 * 70 / 100 = 69,3Дб

₁ = arccos 10^{A1 / M} = arccos 10^69,3/-45 = 88,347

1. Выбираем допустимую погрешность перемещения на ручке настройки из условия

[_n] = 1...1.5^o. Полагаем [_n] = 1^о.

1. Расчитаем величину коэффициента замедления

i = [_n] / _n = [_n] / (_max - ₁) = 1 / (88,384-88,347) = 37

1. Проводим расчёт шкалы, исходя из длины деления

[b] = 1...1.5мм. Положим [b] = 1.5мм

1. Цена деления

H = 2*A=2*A_max*/100 = 2*70*0.5/100 = 0,7Дб

1. Число делений шкалы

N = A/H = 70 / 0.7 = 100

1. Число оборотов шкалы при угле поворота элемента настройки

_max = 88,384

K = _max i/2 = 88,384*37/360=9,08

Число делений на каждом обороте

N’ = N / K = 100/ 9,08= 11,01

1. Наименьшая длина деления шкалы при наибольшем радиусе шкалы

R_o = D_ш / 2 =150/2=75 мм

и далее очерченной дугами окружностей будет на каждом полувитке

b_k ’=2R_m / N’= 2(R_o – (t/4)*m) / N’

где t – шаг спирали шкалы

t = 4 мм

b₁ = 2(75 – 1*1)/11,01= 42,02

b₂ = 2(75 – 1*3)/11,01 = 41,07

b₃ = 2(75 – 1*5)/11,01 = 39,93

b₄ = 2(75 – 1*7)/11,01 = 38,9

b₅ = 2(75 – 1*9)/11,01 = 37,65

b₆ = 2(75 – 1*11)/11,01 = 36,5

1. Расчёт произведён правильно, т.к. b_k[b]

1. Расчёт для относительной погрешности

= 2 при 45^о _max

4.1 Находим угол поворота элемента настройки, соответствующий заданной величине абсолютной погрешности А, исходя

A₁ = A_max – 2*A = A_max –2** A_max /100% = 70 - 2 * 2 * 70 / 100 = 67,2 Дб

₁ = arccos 10^{A1 / M} = arccos 10^{67,2 / -45} = 88,161

4.2 Выбираем допустимую погрешность перемещения на ручке настройки из условия [_n] = 1...1.5^o. Полагаем [_n] = 1^о.

4.3 Расчитаем величину коэффициента замедления

i = [_n] / _n = [_n] / (_max - ₁) = 1 / (88,384-88,161) = 2,23

4.4 Проводим расчёт шкалы, исходя из длины деления

[b] = 1...1.5мм. Положим [b] = 1.5мм

4.5 Цена деления

H = 2*A=2*A_max*/100 = 2*70*2/100 = 2.8Дб

4.6 Число делений шкалы

N = A/H = 70 / 2,8 = 25

4.7 Число оборотов шкалы при угле поворота элемента настройки

_max = 88,384

K = _max i/2 = 88,384*2,23/360=0,55

4.8 Число делений на каждом обороте

N’ = N / K = 25 / 0,55 = 45,4

4.9 Наименьшая длина деления шкалы при наибольшем радиусе шкалы

R_o = D_ш / 2 =150/2=75 мм

и далее очерченной дугами окружностей будет на каждом полувитке

b_k ’=2R_m / N’= 2(R_o – (t/4)*m) / N’

где t – шаг спирали шкалы

b₁ = 2(75 – 2*1)/45,4 = 10,1

b₂ = 2(75 – 2*3)/45,4 = 9,5

b₃ = 2(75 – 2*5)/45,4 = 8,9

b₄ = 2(75 – 2*7)/45,4 = 8,4

b₅ = 2(75 – 2*9)/45,4 =7,9

b₆ = 2(75 – 2*11)/45,4 = 7,3

и далее очерченной дугами окружностей будет на каждом полувитке

где t – шаг спирали шкалы

t = 8 мм

4.10 Расчёт произведён правильно, т.к. b_k[b], где [b] = 1.5мм

6. Описание конструкции шкалы

Конструкция отчетного устройства с многооборотной шкалой в основном аналогична отчетному устройству с однооборотной шкалой. Отличие состоит в кинематической связи между вращением шкалы 1 и перемещением указателя 2 в радиальном направлении за один оборот шкалы, которое равно одному шагу спирали. Это обеспечивается вхождением выступов с одной стороны указателя в прорезь спирали шкалы, а выступа с другой стороны указателя в направляющие 3 держателя шкалы (рис. 4).

Шкалу со спиралью изготавливают из металла, шкалу изготавливают из оргстекла. На оргстекло наносим оцифровку. Надписи на шкале

Р ис.4

выполняем шрифтом по ГОСТ 2930-62. Технические требования к конструкции шкалы

1. Число делений шкалы – 125. Шкала содержит 37 главных отметок, которые делятся средней отметкой пополам.

2. Допустимое смещение отметок от номинала 3

3. Риски и цифры гравируют. Ширина рисок – 0,2мм, глубина – 0,85мм. Шрифт надписей ПО-5 по ГОСТ 2930-62. Гравировку заливают эмалью.

Рис.5

Разметка на многооборотной шкале наносится с учётом проведённых расчётов. Шкала закрепляется на валу с помощью штифта. Шкалу и спиральную шкалу соединяем склеиванием.

7. Расчёт червячной передачи

Исходные данные:

Передаточное число червячной передачи Заходность червяка Число зубьев на червяке Модуль зацепления

U = 12 Z1 = 4 Z2 = 48 M = 1

7.1 Расчёт параметров зацепления

7.1.1 Межосевое расстояние

a = 0.5M(Z₂ + q) = 0.5*1(48+20) = 34

где q – коэффициент диаметра червяка. Он выбирается из специального ряда. Примем = 20, т.к. необходимо повысить жёсткость червяка.

7.1.2 Принимаем h_а = 1 по ГОСТ 9036 – 73.

7.1.3 Передаточное число U = 12.

7.1.4 Модуль зацепления M = 1

7.2 Расчёт червяка

7.2.1 Длина нарезанной части червяка

b₁ (12.5+0.09*Z₂)*M

b₁ (12.5+0.09*48)*1 = 16.89; b₁ = 17

На конце нарезной части выполняют фаски под углом 20^о. Обеспечение жёсткости – основное условие, предъявляемое к конструкциям червяков. Поэтому расстояние между опорами вала – червяка принимают по возможности минимальным.

7.2.2 Находим делительный угол подъёма витка