ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ  МАЛЫХ  ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Валяшов  Владимир  Васильевич

студент  1  курса,  кафедра  технико-технологических  дисциплин  ВлГУ,  РФ,  г.  Владимир

E -mail:  ttd.tef@vlsu.ru

Шарыгин  Лев  Николаевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  профессор  ВлГУ,  РФ,  г.  Владимир

В  статье  предложена  конструкция  простого  и  технологичного  преобразователя  малых  механических  линейных  и  угловых  перемещений.  Предложена  функциональная  схема  дискретного  преобразования  первичного  сигнала.  В  проекте  использованы  принципы  оптического  преобразования  [3],  теории  конструирования  механических  устройств  [1,  2]  и  электоники  [4].

Конструкция  преобразователя  малых  перемещений  представлена  на  рис.  1—3.  Монтажной  основой  служит  основание  1.  На  этом  основании  винтами  2  закреплены  два  кронштейна  3,4,  в  которых  с  помощью  подшипников  5,6  установлен  вал  7.  В  средней  части  вала  с  помощью  штифта  8  закреплен  рычаг  9.  С  внешней  стороны  с  помощью  резьбы  к  рычагу  присоединен  измерительный  щуп  10.  Рычаг  имеет  регулируемый  упор  11  в  виде  кулачка  (эксцентрика),  фрикционно  установленного  на  кронштейне  с  применением  кольцевой  вставки  12,  которая  с  натягом  соединена  с  валом  упора.  В  исходном  положении  рычаг  9  поджат  к  регулируемому  упору  пружиной  13.  Пружина  имеет  спиральную  форму,  ее  внутренний  отгиб  находиться  в  плоскости  пружины  и  установлен  в  поперечное  отверстие  вала  7  —  это  типовое  соединение  на  чертеже  не  показано.  Внешний  отгиб  14  пружины  вставлен  в  отверстие  кронштейна  3.

На  левом  конце  рычага  (здесь  и  далее  ориентация  по  чертежу)  винтами  15  закреплена  шторка  16.  Дуговая  часть  17  шторки  размещена  с  зазором  в  оптическом  блоке,  который  представлен  корпусом,  составленным  из  двух  полукорпусов  18,19.  Из  технологических  соображений  для  размещения  шторки  в  оптическом  блоке  в  полукорпусе  18  выполнена  выборка  20,  что  позволяет  упростить  форму  полукорпуса  19  и  обеспечить  удобство  сборки  всего  устройства.  Шторка  (ее  дуговая  часть  17),  перекрывает  встречные  щели  21,  22  в  полукорпусах,  соответственно  18,19.  Щели  ориентированы  по  дуге  части  17  шторки  16,  форма  щелей  может  быть  дуговой,  а  в  простейшем  случае  прямоугольной.  Последнее  возможно,  поскольку  для  малых  углов  хорда  близка  к  дуге  окружности.

Рисунок  1.  Вертикальный  разрез  преобразователя

Рисунок  2.  Разрез  А-А  по  рис.  1

В  расточках  23,  24  полукорпусов  оптического  блока  установлены  осветитель  25  и  фотоприемник  26.  При  выборе  осветителя  необходимо  соблюдать  требование ̶  яркость  по  полю  осветителя  (или  по  части  поля,  ограниченного  щелью)  должна  быть  постоянной.  Аналогичное  требование  предъявляется  к  фотоприемнику,  но,  соответственно,  по  фоточувствительности.  В  простейшем  случае  в  качестве  осветителя  может  быть  применен  полупроводниковый  светодиод,  а  в  качестве  фотоприемника  полупроводниковый  фотодиод.  Осветитель  и  фотоприемник  монтажными  проводами  соединены  с  электрическим  разъемом  27.  При  названых  требованиях  к  осветителю  и  фотоприемнику  фототок  последнего  будет  пропорционален  перемещению  дуговой  части  17  шторки  16,  т.  е.  углу  поворота  рычага  9.

Рисунок  3.  Увеличенное  изображение  фрагмента  I   по  рис.  2

При  измерении  линейных  перемещений  основание  1  базируют  на  исследуемом  объекте,  а  шаровой  наконечник  щупа  10  подводят  к  подвижному  элементу  объекта.  В  случае  измерения  угловых  перемещений  соединяют  консольную  часть  вала  7  с  измеряемым  элементом  исследуемого  объекта  либо  с  помощью  фрикционного  наконечника,  либо  с  помощью  гибкого  вала.  Заметим,  что  следует  соблюдать  направление  углового  перемещения,  подключая  соединительное  звено  к  соответствующей  консоли  вала  7.

Выходной  сигнал  преобразователя  малых  перемещений  используют  в  зависимости  от  целей  исследования.  При  статических  измерениях  можно  воспользоваться  функциональной  схемой  рис.  4.  В  этом  случае  задавшись  погрешностью  дискретности  устанавливают  уровни  напряжения  задатчиком  опорных  напряжений  28.  Задатчик  представляет  собой  делитель,  составленный  из  одинаковых  резисторов  R1…..R_n.  Фотоприемник  26  совместно  с  резистором  R_u  образует  измерительную  цепь  29,  напряжение  на  R_u  пропорционально  углу  поворота  вала  7  преобразователя.  Далее  с  помощью  двух  диодных  ограничителей  30,31,  двух  усилителей  32,33,  инвертора  34  и  конъюyктора  35  выявляется  попадание  выходного  сигнала  измерительной  цепи  U_u  в  интервал  дискретности  ∆E_i=E_i-E_i+1.  Выходы  конъюнкторов  подключены  к  индикатору  36  в  виде  линейки  светодиодов.  Логическая  единица  на  выходе  i-го  конъюнктора  35  образуется  при  условии  E_i+1<U_u<E_i.  В  случае  динамических  измерений  следует  воспользоваться  компьютерной  обработкой  сигналов  конъюнкторов,  при  этом  может  быть  учтена  синусоидальная  зависимость  линейного  перемещения  щупа  10  преобразователя  от  угла  поворота  вала  7.

Рисунок  4.  Функциональная  схема  электронного  блока

Список  литературы:

1.Дунаев  П.Ф.  Конструирование  узлов  и  деталей  машин:  учеб.пособие/П.Ф.  Дунаев,  О.П.  Леликов.  12-е  изд.  стер.  М.:  издательский  центр  «Академия»,  2009.  —  496  с.

2.Первицкий  Ю.Д.  Расчет  и  конструирование  точных  механизмов:  учеб.пособие  2-е  изд.доп.  и  перераб.  Л.:  Машиностроение,  1976.  —  456  с.

3.Устройство  для  измерения  виброускорений.  Патент  RU  2  454  645C1,  МПК  G01M  7/02,  G01P  15/093.  Опубл.  27.06.2012.

4.Щука  А.А.  Электроника.  2-е  изд.  перераб.  И  доп.  СПб:  БХВ-Петербург,  2008.  —  752  с.