CC BY
28
ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ УПРУГИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С РЕГУЛЯРНЫМ
МИКРОРЕЛЬЕФОМ
Н.Н. Валентик, Н.В. Когай, Д.Н. Кокшаров Научный руководитель — доктор технических наук, профессор В.Л. Ткалич
Рассмотрены аспекты взаимосвязи работы датчиков на основе магнитоуправляемых контактов и акселерометров с параметрами качества и надежности упругих чувствительных элементов с регулярным микрорельефом
Создание на поверхности УЧЭ регулярного микрорельефа того или иного класса, группы, вида, типа с различными значениями его параметров достигается за счет варьирования значений параметров режима вибронакатывания. Сложность кинематики процесса вибронакатывания и большое число регулируемых параметров режима, с одной стороны, облегчают решение этой задачи, обеспечивая возможность в больших пределах варьировать их сочетание по номенклатуре и численным значениям, с другой стороны, существенно усложняют технологическое обеспечение заданного конструктором РМР.
Так как РМР при вибронакатывании образован регулярно чередующимися одинаковыми по форме и размерам выступами и впадинами, представляется возможность выделения единичного элемента поверхности и его достаточно точного моделирования. Число выступов и впадин, приходящихся на единицу площади вибронакатанной поверхности, определяется строго аналитически как функция режима обработки. Поэтому возможен аналитический расчет таких важных параметров, как фактическая площадь поверхности, число пятен фактического контакта, фактическая площадь контакта.
Таким образом, поверхность с РМР может рассматриваться как набор идентичных элементарных ячеек, каждая из которых представляет собой сферический сегмент (рис. 1). Такая модель особенно эффективна при решении задач, связанных с теплопередачей, электропроводностью, с контактом твердых тел (контактных сердечников) с жидкой фазой (расплавом стекла). Эта модель позволяет использовать ПК при аналитических расчетах параметров РМР и параметров режима вибронакатывания. Переход на расчетный метод нормирования микрогеометрии является в настоящее время основным эффективным направлением нормирования микрогеометрии технических поверхностей.
Можно также пользоваться при нормировании микрогеометрии поверхности УЧЭ методом нормирования по прототипу, однако этот метод имеет много недостатков [3].
Поэтому основным, наиболее надежным методом нормирования качества поверхности УЧЭ является проведение экспериментальных исследований с целью выявления оптимального вида РМР и значений его параметров.
Решение проблемы качества рабочей поверхности УЧЭ представлено на рис. 2.
Рис. 1. Моделирование выступов поверхности УЧЭ с РМР: а, б, в - сферическим
сегментом; г - укороченной трахоидой
Рис. 2. Проблема качества рабочей поверхности УЧЭ
Применение РМР обеспечивает [1, 2, 4]:
(1) повышение качества УЧЭ;
(2) повышение ресурса работы УЧЭ;
(3) снижение потерь на трение (скользящие контакты);
(4) исключение залипания КС МК вследствие микросварки;
(5) исключение приработки контактов;
(6) повышение контактной жесткости;
(7) повышение сопротивления ползучести;
(8) повышение усталостной прочности;
(9) повышение коррозийной стойкости;
(10) решение проблемы трения в вакууме;
(11) повышение гидроплотности;
(12) улучшение качества спая КС со стеклом баллона МК;
(13) сохранение эксплутационных свойств соединений при длительном хранении и транспортировке;
(14) улучшение теплоотвода от рабочей поверхности УЧЭ;
(15) ускорение очистки при вакуумировании;
(16) стабилизацию электрического сопротивления контактного перехода КС МК;
(17) экономию металлов, в том числе драгоценных;
(18) исключение термообработки (термотренировки) УЧЭ;
(19) экологическую чистоту технологического процесса обработки поверхности УЧЭ.
& а
<и
и
ч о
X
т
Параметры УЧЭ
Параметры Геометрические
вида УЧЭ: параметры УЧЭ:
- марка - длина УЧЭ,
материала, - ширина УЧЭ,
- толщина - диаметр УЧЭ.
материала,
- форма.
Эксплуатационные параметры:
- величина нагрузки,
- температура,
- параметры возмущающих колебаний.
Рис. 3. Взаимосвязь параметров УЧЭ с показателями надежности
Контактные явления при поверхностном Геометрические параметры рабочей
взаимодействии с различными фазами поверхности УЧЭ
(газ, жидкость, твердое тело)
Адсорбция КаДг'ДД
Теплопередача
Взаимодействие с ионными и электрон- Дг',Г
ными пучками
Эмиссия электронов гДДа
Адгезия tp,r,Rz,Ra,a
Статическое и динамическое нагружение
Электропроводность
Смачивание
Таблица 1. Геометрические параметры поверхности УЧЭ и различные виды контактных явлений коммутирующих устройств и датчиков
Качество УЧЭ определяет дальнейшие параметры датчиков в целом. В свою очередь, одним из важнейших параметров работы устройства является надежность. При динамических условиях эксплуатации УЧЭ надежность характеризуется работоспособностью герконов, акселерометров. На рис. 3 приведена трехуровневая иерархическая структура взаимосвязи параметров датчиков с показателями надежности УЧЭ. Нижний уровень, названный входными параметрами, учитывает геометрию, вид и условия экс-
плуатации УЧЭ. Второй уровень представляет собой расчет механических напряжений по математическому описанию герконов, акселерометров и расчет резонансных частот по моделям расчета присоединенных масс. В результате на третьем уровне, используя результаты вычислений второго уровня, может быть осуществлен переход к прогнозированию ресурсных показателей надежности: долговечности, циклической прочности и работоспособности.
Влияние геометрических параметров поверхности УЧЭ на различные виды контактных явлений коммутирующих устройств и датчиков представлено в табл. 1.
Заключение
Таким образом, проведенный анализ зависимости работы датчиков от параметров УЧЭ в совокупности позволит создать современную методику, позволяющую проводить моделирование стереометрических параметров УЧЭ, что является одним из важных аспектов проблемы создания высокоточных и надежных датчиков систем управления.
Литература
1. Ткалич В.Л. Разработка и исследование методов повышения надежности герконов и реле на их основе. // Автореферат ддис. на соискание степени кандидата технических наук. ЛИТМО, Санкт-Петербург, 1994. 20 с.
2. Ткалич В.Л., Добрусин А.М., Фролов Н.Д. Повышение надежности пружинных ртутных и мембранных герконов. / Материалы Всероссийской научной конференции (Computer-Based Conference) «Методы и средства измерений», раздел 11. «Мат. модели и численное моделирование измерительных приборов и датчиков». Нижний Новгород, 2000. 16 с.
3. Ткалич В.Л., Михеева О.Д., Железков В.В. Исследование динамики плоских УЧЭ устройств АСУ. / Материалы Всероссийской научной конференции (Computer-Based Conference) «Методы и средства измерений», раздел «Мат. модели и численное моделирование измерительных приборов и датчиков». Нижний Новгород, 2000. 14 с.
4. Ткалич В.Л., Гвоздев С.С., Фролов Н.Д., Сологубов Д.Н. Экспериментальное исследование эксплуатационных свойств УЧЭ с РМР рабочих поверхностей. / Материалы Юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, посвященной 100-летию университета, СПб ГИТМО (ТУ), 29-31 марта 2000 г. 21 с.
