Проектирование механизма поворота и отсчета аттенюатора

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

1.  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 Q = 0 до Q = Q_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 18´28 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.

Рис. 2.

Вектор напряжённости поля Е может быть разложен на составляющую EsinQ в плоскости пластины и составляющую EcosQ, перпендикулярную ей. На выходе средней секции волновода составляющая EsinQ не пропускается. Прошедшая составляющая EcosQ в неподвижной третьей секции восстанавливает первоначальную поляризацию, образуя составляющие Еcos²Q и EsinQ EcosQ, на выходе соседней секции остаётся только составляющая Еcos²Q. Затухание такого аттенюатора определяется выражением:

А = М lg cosQ,

где М – постоянная затухания.

3.  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 Q 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 cosQ показан на рисунке 3.

Рис. 3.

4.  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.

5.  Расчёт спиральной многооборотной шкалы

Исходные данные для расчёта: Тема №8 Вариант№5

1.  Постоянная затухания М = -45

2.  Наибольшая относительная погрешность настройки

e = 0,5 для 0 < Q < 45^о

e = 2,0 для 45^о < Q < Q_max

 

3.  Диапазон затухания

А_min = 0 Дб А_max = 70 Дб

4.  Внутренний диаметр центрального волновода

d_в = 32 мм

5.  Диаметр шкалы (начало оцифровки) отсчётного устройства

D_ш = 150 мм

Порядок расчёта:

1.  Определяем угол поворота элемента настройки, соответствующий наибольшему затуханию

Q_max = arccos 10^{Amax / M}

Q_max= arccos 10^{70/ -45} = 88,384°

 

2.  Расчёт для относительной погрешности

e = 0.5 при 0 < Q < 45^о

2.1  Находим угол поворота элемента настройки, соответствующий заданной величине абсолютной погрешности DА, исходя из

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

Q₁ = arccos 10^{A1 / M} = arccos 10^69,3/-45 = 88,347°

2.2  Выбираем допустимую погрешность перемещения на ручке настройки из условия

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

2.3  Расчитаем величину коэффициента замедления

i = [dj_n] / dj_n = [dj_n] / (Q_max- Q₁) = 1 / (88,384-88,347) = 37

3  Проводим расчёт шкалы, исходя из длины деления

[b] = 1...1.5мм. Положим [b] = 1.5мм

3.1  Цена деления

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

3.2  Число делений шкалы

N = A/H = 70 / 0.7 = 100

3.3  Число оборотов шкалы при угле поворота элемента настройки

Q_max = 88,384°

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

Число делений на каждом обороте N’ = N / K = 100/ 9,08= 11,01

3.4  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 ’=2pR_m / N’= 2p(R_o – (t/4)*m) / N’

где t – шаг спирали шкалы

t = 4 мм

b₁ = 2p(75 – 1*1)/11,01= 42,02

b₂ = 2p(75 – 1*3)/11,01 = 41,07

b₃ = 2p(75 – 1*5)/11,01 = 39,93

b₄ = 2p(75 – 1*7)/11,01 = 38,9

b₅ = 2p(75 – 1*9)/11,01 = 37,65

b₆ = 2p(75 – 1*11)/11,01 = 36,5

3.5  Расчёт произведён правильно, т.к. b_k>[b]

4.  Расчёт для относительной погрешности

e = 2 при 45^о < Q < Q_max

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

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

Q₁ = arccos 10^{A1 / M}= arccos 10^{67,2 / -45} = 88,161°

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

4.3 Расчитаем величину коэффициента замедления

i = [dj_n] / dj_n = [dj_n] / (Q_max- Q₁) = 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*DA=2*A_max*e/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

Q_max = 88,384°

K = Q_max i/2p = 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 ’=2pR_m / N’= 2p(R_o – (t/4)*m) / N’

где t – шаг спирали шкалы

b₁ = 2p(75 – 2*1)/45,4 = 10,1

b₂ = 2p(75 – 2*3)/45,4 = 9,5

b₃ = 2p(75 – 2*5)/45,4 = 8,9

b₄ = 2p(75 – 2*7)/45,4 = 8,4

b₅ = 2p(75 – 2*9)/45,4 =7,9

b₆ = 2p(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