Конструирование измерительного устройства

Конструирование ИУ практически не поддается математическому описанию. Эта область творческой деятельности скорее является искусством. В ней большое значение имеют практический опыт, интуиция, геометрическое воображение и склонность к изобретательству. Вместе с тем нельзя полностью отделять конструирование от научно обоснованного подхода.

Проектирование и конструирование взаимосвязаны, дополняют друг друга и выполняются специалистами одной профессии — инженерами-конструкторами. Однако это две разные стороны одного и того же процесса, направленного на создание новой техники. В этом процессе проектирование поглощает конструирование, создавая условия для успешной разработки конструкции конкретного варианта ИУ. Различие между проектированием и конструированием может быть наглядно выражено фразой: проектирование отвечает на вопрос «как устроен прибор», а конструирование — на вопрос «из чего устроен прибор», т. е. осуществляя проектирование, разрабатывают модель и принципы построения ИУ, а конструируя прибор, выбирают материалы и способы соединения деталей, разрабатывают чертежи, ооеспечивают выполнение треоовании к технологичности, удобству наладки, монтажа, эксплуатации и пр. Именно на этом этапе прибор приобретает материальную (правда, только в конструкторской документации) реализацию [25].

Конструирование, как и функциональное проектирование, разделяют на уровни, отличающиеся степенью детализации объектов конструирования. Уровень конструирования: Объект конструирования:

Компоновочный Комплект Функциональный Комплекс Уровень узлов Сборочная единица Уровень деталей Деталь На верхнем, компоновочном, уровне разрабатывается общая компоновка конструкции ИУ, которая представляется в виде сочетания комплектов. Каждый из них — это набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение. Далее идут уровни, на которых разрабатываются конструкции отдельных частей ИУ: комплексов (функциональный уровень), сборочных единиц (уровень узлов) и деталей (уровень деталей).

В [ 321 указаны основные задачи и даны общие рекомендации, которыми следует руководствоваться при конструировании элементов приборных устройств:

• 1) исходным документом для разработки конструкции является техническое задание. Отступление от технического задания без согласования с Заказчиком недопустимо.
• 2) основной задачей при конструировании должно быть получение гармоничной конструкции, т. е. такой конструкции, все элементы которой обладают одинаковой степенью соответствия требованиям надежности, точности, жесткости, прочности, художественного конструирования и др.;
• 3) на стадии эскизного проектирования необходимо добиваться рациональной компоновки сборочных единиц, обеспечивая необходимые (наименьшие) габариты, удобство сборки, регулировки, замены деталей или узлов при ремонте и пр.;
• 4) при выборе материалов и термообработки деталей нужно, чтобы обеспечивались их свойства, такие как работоспособность (прочность, жесткость, износостойкость), малые масса и габариты, антикоррозионная стойкость, необходимые электроизоляционные свойства, фрикционные свойства и пр. При конструировании деталей из пластмасс, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, необходимо учитывать их старение, сопровождаемое постепенным изменением механических характеристик и размеров таких деталей;
• 5) конструктор обязан разработать технологичную конструкцию, т. е. такую, для изготовления которой требуются минимальные затраты времени, труда и средств в условиях данного производства;
• 6) мри конструировании необходимо широко использовать стандартные и унифицированные изделия;
• 7) при конструировании необходимо обоснованно задавать класс точности изготовления детали посредством назначения предельных отклонений на ее размеры, форму, взаимное расположение и шероховатость поверхностей;
• 8) в конструкции должны быть предусмотрены устройства, обеспечивающие хорошую смазку элементов, работающих в условиях трения. При этом особое внимание необходимо уделять правильному подбору смазки, учитывая условия работы изделия (температуру, вид нагрузки и пр.).

Этапы проектно-конструкторских работ, а также основы и особенности конструирования точных (оптических) приборов подробно рассмотрены в [9]. Специфика конструирования таких приборов заключается в том, что их показатели качества, в первую очередь точность, надежность и технологичность, в существенной степени зависят от выполнения правил и принципов конструирования, изложенных в этой работе.

Отличительной чертой современного этапа развития приборостроения является повышение роли и значения технологических процессов при создании новых средств измерений. Это объясняется значительным (иногда определяющим) влиянием применяемых материалов, режимов их обработки и технологических процессов на выходные характеристики создаваемых ИУ. Особенно ярко это проявляется при проектировании микромеханических приборов 115|. Высокие метрологические и эксплуатационные характеристики этих приборов достигаются за счет объединения уникальных свойств кристаллов и современных достижений в области микроструктур, микроэлектроники, микромеханики и планарной технологии. Поэтому задачи проектирования, конструирования и изготовления современных ИУ неразрывно связаны друг с другом. Учитывая это, работы, связанные с разработкой конструкции и технологии изготовления И У, объединяют общим названием — конструкторско-технологическое проектирование.