Реферат: Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры
описанного типа устройств с механизмами переменной структуры: с
отключением механизма герметизации при перекрывании проходного от-
верстия и с отключением механизма перемещения уплотнительного
диска при его герметизации, что отмечено при разработке структур-
- 133 -
но-конструктивной классификации ВКА (п. 1.3), а формально было
предопределено при анализе множества возможных формул строения ВКА
(выражение (3.33)).
Подобное выполнение устройства позволило исключить механизмы
из вакуумной полости, что повышает ресурс работы затвора, упрощает
его управление и наладку при сохранении автономного (в сравнении с
пневмоуправляемыми конструкциями) привода [158].
4.4.3. Конструкции ВКА, разработанные на основе использования
различных физических эффектов.
При создании конструкций ВКА, описываемых в настоящем разделе
использован программный модуль "VP2".
Использование ФЭ в структуре ВКА как правило приводит к ее
усложнению и удорожанию, поэтому их применение целесообразно, в
основном, в сверхвысоковакуумных конструкциях, что объясняется
сложностью и особенностями функционирования подобной ВКА.
Главным недостатком цельнометаллической ВКА является большое
усилие герметизации уплотнительной пары, что приводит к повышенной
требуемой мощности привода, росту массо-габаритных характеристик и
снижению ресурса работы устройств. В связи с этим основной целью
проектирования является уменьшение действующих в ВКА усилий.
Достичь желаемого позволяет ФЭ, получивший название "гистерезис
натеканий" и заключающийся в возможном снижении после герметизации
УП прикладываемых к ней усилий в 2-3 раза, не приводящем к разгер-
метизации стыка [70, 159].
С использованием данного ФЭ разработан способ герметизации
цельнометаллического разъемного вакуумного соединения, который мо-
жет быть реализован как с помощью средств управления [160, 161],
так и с помощью ФЭ, преобразующих немеханическую энергию в механи-
- 134 -
ческую [162]. Уточненная с учетом выявленной вспомогательной функ-
ции - "разгрузить уплотнительную пару" - обобщенная функцио-
нальная структура , представлена на рис. П.13. Причем выполне-
ние функции может быть реализовано соответствующим перемещени-
ем уплотнительного диска.
Конкретная реализация подобной получена в конструкции
сверхвысоковакуумного клапана, приведенной на рис. П.14, использу-
ющей ФЭ "тепловое расширение" - преобразование тепловой энергии в
механическую (перемещение уплотнительного диска за счет изменения
линейных размеров штока при нагреве). При этом введение в структу-
ру предлагаемого устройства ФМ "нагреватель", включение которого
герметизирует УП, а отключение - разгружает ее (после остывания
штока), позволяет уменьшить усилия в элементах клапана в положении
"закрыто", избавиться от перегрузок на уплотнительную пару в мо-
мент герметизации и при прогревах; снизить мощность используемого
привода, что существенно повышает надежность и ресурс работы
конструкций [163].
Анализ дерева целей проектирования, представленного на рис.
2.8, позволяет сформировать косвенные пути решения поставленной
задачи. В частности, как отмечалось в п. 2.4 уменьшение усилия
герметизации, связанно с изменением свойств материала уплотнителя,
например, предела его текучести. Более подробное изучение данной
проблемы показало, что существенное влияние на этот параметр ока-
зывает образующаяся на поверхности уплотнителя оксидная пленка
[67]. Таким образом, сформировалась дополнительная функция ВКА
- "удалить оксидную пленку с поверхности уплотнителя". Уточненная
, учитывающая данную функцию представлена на рис. П.15. Для ре-
ализации выявленной дополнительной функции был использован ФЭ
диссоциации окислов под воздействием потока электронов [164].
Конструкция сверхвысоковакуумного затвора, позволяющая воплотить
- 135 -
данный ФЭ, приведена на рис. П.16, П.16А,Б, из которых видно, что
дополнительная функция ВКА повлекла за собой изменение структуры
ВКА за счет появления нового ФМ "катодный узел".
Подобное выполнение устройства позволяет уменьшить усилие
герметизации вследствие устранения промежуточного слоя окисла и
повышения пластичности уплотнителя путем уничножения оксидной
пленки на его поверхности, что существенно повышает надежность и
ресурс работы затвора и уменьшает массо-габаритные характеристики
привода [165].
Выводы.
1. Создан комплекс программных средств, реализущий разрабо-
танные методики и позволяющий автоматизировать основные этапы
функционального и схемотехнического проектирования ВКА. Использо-
вание программных средств, предоставляя возможность рассмотрения
всех вариантов генерируемых технических решений ВКА, в 3-4 раза
уменьшает трудоемкость конструкторских разработок по сравнению с
нормами традиционного проектирования.
2. Разработанное программное обеспечение параметрического
анализа конструкций ВКА инвариантно и может быть использовано для
анализа ТО любой предметной области при создании соответствующего
информационного обеспечения.
3. На базе предложенного алгоритма схемотехнического и функ-
ционального проектирования ВКА, а также созданных программных
средств, разработана структурно-функциональная модель САПР ВКА,
реализующая этапы синтеза, анализа и моделирования ВКА, использо-
вание которой позволит конструктору получать принципиально новые
технические решения.
4. На основе применения созданных программных средств м раз-
- 136 -
личных методик схемотехнического и функционального проектирования
разработаны новые перспективные конструкции ВКА, отличающиеся по-
вышенными технико-экономическими показателями, в частности, в 2-4
раза меньшими потребляемой мощностью и массо-габаритными характе-
ристиками, в 1,5-2 раза повышенными ресурсом и надежностью работы.
5. Практически реализована конструкция нового, ранее не
встречавшегося в практике конструирования типа ВКА с механизмами
переменной структуры: с отключением механизма герметизации при пе-
рекрывании проходного отверстия и с отключением механизма переме-
щения уплотнительного диска при его герметизации, выявленная в
процессе разработки методических основ синтеза механизмов ВКА.
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненный комплекс теоретических, исследовательских и
конструкторских работ и полученные результаты позволяют сделать
следующие выводы:
1. На основе анализа требований и эволюции оборудования про-
изводства изделий электронной техники выявлена потребность разра-
ботки новых конструкций ВКА. Показана необходимость новых подходов
к проектированию ВКА, использование которых раскрывает и усиливает
творческие возможности конструктора и предоставляет ему методы для
поддержки принимаемых им решений.
2. Проведен системный анализ ВКА, позволивший разработать ин-
вариантные относительно иерархического уровня модели ВКА как объ-
екта конструирования и системную модель процесса проектирования
ВКА, являющиеся основой создания методик функционального и схемо-
технического проектирования. На основе системного анализа произве-
дена структуризация требований, предъявляемых к ВКА, и формализо-
ваны процедуры формирования исходных данных для различных этапов
проектирования, позволяющие устранить ошибки конструктора, умень-
шить количество итераций и исключить неопределенность и противоре-
чивость данных при проектировании.
3. Осуществлен функционально-структурный анализ ВКА, на осно-
ве которого выявлена обобщенная структура ВКА и установлена ее
стабильность, что обеспечило использование методов поискового
конструирования для схемотехнического проектирования ВКА. Показана
целесообразность применения наиболее естественного для практики
конструирования метода морфологического анализа и синтеза, позво-
ляющего формализовать процесс синтеза структурных схем ВКА и об-
легчающего работу конструктора.
4. Разработаны математические модели ВКА на этапах функцио-
нального и схемотехнического проектирования. Обоснованы и выведены
критерии оптимальности ВКА, позволившие определить пути совер-
шенствования и выбор наилучших технических решений ВКА. Изучено
влияние кинематических и динамических свойств механизмов ВКА на ее
показатели качества и процесс функционирования.
5. Предложена обобщенная модель функционально-схемотехни-
ческого проектирования ВКА, предоставляющая конструктору упорядо-
ченную последовательность действий, необходимых для выбора страте-
гии при создании ВКА.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
