Динамо-машины  Статические характеристики элементов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 [ 117 ] 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ

ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Глава XV

СТАБИЛЬНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ

1. ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ

Расчет элементов выполняется для определенных материалов, деталей и узлов и для номинальных (расчетных) условий эксплуатации, в результате чего и полученные значения параметров элементов в целом, если отвлечься от положенных в основу расчета допущений, вполне определенны и однозначны.

Однако при изготовлении элементов, рассчитанных подобным образом, даже если положенные в основу расчета допущения и не сказываются существенно на результатах, всегда наблюдается заметное отклонение действительных параметров элемента от значений параметров, полученных при расчете. Особенно большие отклонения могут появляться в процессе эксплуатации элемента. Эти отклонения могут быть настолько большими, что далеко выходят за границы, допустимые с точки зрения нормальной работы того устройства, в состав которого входит данный элемент.

Так, уменьшение коэффициента усиления усилителя иногда приводит к недопустимому понижению статической точности системы автоматического регулирования, а сильное увеличение коэффициента усиления может привести к существенному ухудшению качества переходного процесса и даже к потере устойчивости. Поэтому в дополнение к расчету при номинальных значениях параметров деталей и номинальных условиях эксплуатации каждый проектируемый элемент должен проверяться расчетом на возможный разброс параметров. Последнее относится и к приобретаемым в готовом виде элементам, в том числе и типовым, если данные о возможном разбросе их параметров отсутствуют.

Причины, вызывающие разброс параметров элемента, целесообразно разделить на две категории: технологические и эксплуата-HHOHiHje.

К числу причин технологического характера относятся отклонения, характеризуемые разного рода допусками: на свойства материалов изделий (например, на удельное сопротивление проводника или на магнитную проницаемость ферромагнетика), на раз-

меры деталей (например, на диаметр провода или на толщину стенок сильфона), на сборку элемента из деталей (например, на зазоры между механическими звеньями или на собственную емкость и индуктивность электрического монтажа). Разбросы параметров по технологическим причинам можно значительно уменьшить, если в конструкции элемента предусмотрено регулировочное приспособление (например, регулируемое сопротивление или регулируемая пружина). Для этого должна быть правильно выбрана глубина регулировки. Однако такая регулировка может обеспечить сокращение допусков на параметры элемента только при определенных внешних условиях.

Во время эксплуатации элемента меняется температура окружающей среды и плотность воздуха, элемент подвергается воздействию ускорений, меняются величины напряжений в питающих электрических сетях, величины давлений в питающих гидравлических и пневматических сетях и т. д. В результате прежде всего могут меняться параметры отдельных деталей (например, вследствие температурного изменения вязкости рабочей жидкости или удельного сопротивления материала электрического проводника), что скажется и на изменении параметров элемента в целом. Кроме того, изменение внешних условий может влиять на параметры элемента и непосредственно, т. е. даже при постоянстве параметров деталей, например, увеличение напряжения в питающей сеги будет сопровождаться уменьшением времени срабатывания электромагнитного реле, а повышение давления в гидросети вызовет увеличение скорости перемещения поршня гидроусилителя. Изменения параметров деталей могут происходить и вследствие их старения и износа.

Огарение и износ деталей происходят сравнительно медленно , и часто возможно поддерживать параметры элемента в требуемых пределах путем профилактических эксплуатационных регулировок. Все же прочие внешние воздействия быстро изменяются во времени, и ручная регулировка уже непригодна. Если полученные при этом изменения параметров элемента выходят за пределы требуемой точности, то необходимо ввести автоматически действующие компенсирующие приспособления (стабилизация напряжения, температурная компенсация, термостатирование, применение реверсивных компенсационных схем, стабилизирующих отрицательных обратных связей и т. п.).

Наиболее интенсивное старение происходит в начальный период эксплуатации. Тогда же проявляются случайные дефекты. Поэтому ответственные детали самого разнообразного назначения - от электронных ламп до пружин - подвергаются предварительному laquo;искусственному raquo; старению, т. е. работают определенный срок до выпуска с завода. По окончании гарантийного срока службы, когда вероятность интенсивного старения и выхода из строя опять возрастает, детали заменяются вне зависимости от их фактического состояния.

Чтобы выбрать путь повышения стабильности параметров, конструктору часто удобно разделить возникающие погрешности также и по другому, принятому в приборостроении, признаку на инструментальные и методические. При этом к инструментальным относятся все погрешности, вызываемые несовершенством применяемых материалов и неточностями изготовления и сборки, даже если они и проявляются лишь при изменении условий эксплуа тации. К методическим относятся погрешности, вызываемые недо статном самого выбранного конструктором метода преобразования. Так, влияние величины напряжения питания на чувствительность потенциометрического датчика практически не зависит от качества изготовления последнего и соответствующая погрешность должна быть отнесена к методическим погрешностям.

2. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЙ (ВАРИАЦИЙ) ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ

Задача определения пределов вариаций величины того или иного параметра элемента по заданным допускам на отдельные детали элемента и по заданным условиям его эксплуатации относится к общей теории точности, основы которой созданы акад. Н. Г. Бруе-вичем и его сотрудниками. Достаточно строгие методы теории точности базируются на применении теории вероятностей и требуют прежде всего предварительного статистического изучения законов распределения отклонения параметров деталей от номинала и влияния старения. Если бы эти законы были известны, то можно было бы решить основную задачу теории ошибок - определить пределы, за которые с заранее заданной вероятностью (так называемой надежностью результата) отклонение исследуемого параметра элемента не выходит. Однако в настоящее время необходимые статистические материалы имеются пока в недостаточном количестве.

Опираться в расчетах на какое-нибудь теоретическое (напри мер, гауссово) распределение вероятностей не всегда возможно, так как действительные условия могут сильно отличаться от теоретических предпосылок. Поэтому часто идут по пути определения максимально возможных отклонений, так как предельные допуски на детали почти всегда бывают известны . К тому же этот путь по сравнению с вероятностными методами дает относительно завышенные, а потому и вполне надежные результаты.

Здесь под вариациями будем понимать и не очень малые изменения параметров.

2 В литературе есть сведения о практически оправдавшей себя оценке разбросов параметров деталей по величине, равной одной трети от предельного допуска (см. подробнее П. П. Месяцев. Применение теории вероятности и математической статистики при конструировании и производстве радиоаппаратуры. М., Оборонгиз, 1958, стр. 264).