УПРУГИЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области упругих чувствительных элементов, выполненных на базе сильфонов, и может быть использована в конструкциях электровакуумных и измерительных приборов, а также в самолетостроении.
Известна конструкция чувствительного элемента, выполненная в виде сильфона, содержащая направляющий стакан и амортизационные кольца, при этом амортизационные кольца выполнены разрезными и установлены между гофрами сильфона с зазором по отношению к внутренней поверхности направляющего стакана и внешней поверхности сильфона, причем наружный диаметр колец больше наружного диаметра сильфона (см. В.П. Горбунов, П.Е. Кузнецов, С.В. Никитин, Ю.В. Тишечкин Чувствительный элемент.Патент РФ №257813, 20.11.1969, Бюл. №36, кл. G011A 62b). Недостатком данной конструкции является низкий уровень коррозионной стойкости, износостойкости и циклопрочности, а также точности измерений при действии динамических нагрузок.
Известна конструкция чувствительного элемента, содержащая корпус и упругие вставки, свободно расположенные между гофрами сильфона и соединенные с корпусом, при этом упругие вставки выполнены многослойными и закреплены на осях с возможностью вращения (см. С.С. Евстигнеев, И.К. Панфилов и Г.П. Приказчиков Чувствительный элемент. Патент РФ №398844, 27.11.1973, кл. G 011 7/06). Недостатком данной конструкции является низкий уровень коррозионной стойкости, износостойкости и циклопрочности, а также точности измерений при действии динамических нагрузок.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является конструкция анероидного упругого чувствительного элемента (см. П.Е. Кузнецов, С.В. Никитин Патент РФ №233257, 18.12.1968, кл. G 011), выполненного в виде вакуумированного герметичного сильфона, при этом внутренняя полость сильфона частично заполнена жидкостью, а подвижное дно связано с основанием сильфона направляющей парой, выполненной в виде поршня с цилиндром, снабженным демпфирующими отверстиями. Недостатком данной конструкции является низкий уровень коррозионной стойкости, износостойкости и циклопрочности.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности и улучшении эксплуатационных свойств.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в увеличении ресурса работы.
Данный технический результат достигается тем, что в упругом чувствительном элементе, содержащем вакуумированный герметичный сильфон, внутренняя полость которого частично заполнена жидкостью, а подвижное дно связано с основанием сильфона направляющей парой, выполненной в виде поршня с цилиндром, снабженным демпфирующими отверстиями, новым является то, что поверхности сильфона выполнены наноструктурированными с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) (см. ГОСТ 24773-81: Поверхности с регулярным микрорельефом), а продольная огибающая сильфона имеет вид кривой, представляемой Абелевыми функциями.
При совокупном использовании вышеперечисленных особенностей (наличие полностью регулярного микрорельефа и наноструктурированных контактных поверхностей сильфона, а также продольной огибающей сильфона, имеющей вид кривой, представляемой Абелевыми функциями) в предлагаемой полезной модели проявляются новые свойства, такие как циклопрочность, износостойкость, коррозионная стойкость и точность измерений при действии динамических нагрузок, что приводит к повышению надежности и улучшению эксплуатационных свойств упругого чувствительного элемента.
На фиг. представлен вариант выполнения упругого чувствительного элемента.
На фиг. представлена конструкция описываемого упругого чувствительного элемента, состоящего из сильфона 1, продольная огибающая которого имеет вид кривой, представляемой Абелевыми функциями 2, нижнего центра с направляющим цилиндром и демпфирующими отверстиями 3, внутренней полости, частично заполненной маслом 4, верхнего центра с направляющим поршнем 5 и медной трубки 6, через которую производится заполнение чувствительного элемента маслом и вакуумирование.
Устройство работает следующим образом.
При изменении внешнего давления нижний центр 3 совершает определенный ход, регулируя тем самым положение иглы в карбюраторе. При изменении температуры окружающей среды чувствительный элемент также совершает ход. Ход от изменения внешнего давления происходит за счет разности внутреннего и внешнего давлений и жесткости сильфона. Ход от изменения температуры происходит за счет увеличения или уменьшения давления внутри чувствительного элемента от температуры и жесткости сильфона. Сильфон выполнен с полностью регулярным микрорельефом (ПРМР IV вида) и наноструктурированной поверхностью, полученной методом ионно-плазменной обработки, а также продольная огибающая сильфона 2 имеет вид кривой, представляемой Абелевыми функциями. При работе в непосредственной близости от двигателя на чувствительный элемент передаются все вибрационные и линейные нагрузки. От поперечных нагрузок чувствительный элемент полностью защищен направляющей парой, от продольных колебаний чувствительный элемент защищает демпфирующая пара, работая как гидравлический тормоз. Расчет величины хода чувствительного элемента в зависимости от изменения давления и температуры производят по закону Бойля- Мариотта и Гей-Люссака.
Наличие полностью регулярного микрорельефа и наноструктурированных поверхностей обеспечивает увеличение циклопрочности за счет повышения сопротивления усталости (в 1,2-2,5 раза), уменьшение веса сильфона за счет снижения толщины стенок при сохранении требуемой жесткости сильфона, повышения гидроплотности резино-механических уплотнителей при соединении их с сильфоном (что особенно актуально при работе сильфона в жидких средах), а также увеличение коррозионной стойкости, что связано с тем, что на сопротивление коррозии сильфона при вибронакатанной поверхности с ПРМР происходит сглаживание неровностей исходной поверхности и образование микрорельефа со впадинами, радиус которых значительно больше, чем у обработанной любым способом финишной доводки поверхности. Это определяет меньшую концентрацию в них продуктов, вызывающих коррозию и, в результате коррозионная стойкость повышается. Помимо этого наличие регулярного микрорельефа поверхности сильфона приводит к увеличению активности рабочей поверхности, т.е. к улучшению адгезионных свойств, что в свою очередь способствует хорошему качеству ионно-плазменной обработки при наноструктурировании поверхности сильфона, предварительно снабженной регулярным микрорельефом, что также дополнительно способствует увеличению коррозионной стойкости, что позволяет повысить надежность и улучшить эксплуатационные свойства сильфона.
Продольная огибающая сильфона имеет вид кривой, представляемой Абелевыми функциями, позволяет достичь наиболее корректного и адекватного аналитического описания, как самого сильфона, так и происходящих в нем динамических процессов, что важно для оценки устойчивости и надежности сильфона. Такая форма кривой наиболее оправдана при анализе сильфона с переменной толщиной стенок, что часто сопровождает процедуру гидравлического формования при изготовлении сильфона. Данная продольная огибающая сильфона позволяет получать высокоточные приборы регистрирующие давление с точностью до сотых единиц миллиметров ртутного столба.
Сильфон, имеющий огибающую, представленную Абелевыми функциями, обладает высокой устойчивостью к усталостным нагрузкам и повышенным ресурсом работы благодаря отсутствию в стенках сильфона очагов напряженно-деформированного состояния (НДС), что обусловлено равномерным распределением внешней механической нагрузки по всей площади поверхности и в объеме материала упругого сильфонного элемента. Такая форма обеспечивает отсутствие концентраторов механических напряжений в местах, содержащих острые углы и зоны резкого перегиба (точки перегиба).
Благодаря этой форме кривой огибающей сильфона устраняются локальные области термо-механических напряжений, Которые активизируются при наличии напряженно-деформированного состояния сильфона в условиях повышенных температурных нагрузок при работе УЧЭ в областях ракето- и самолетостроения.
Ресурс работы предлагаемого устройства был проверен на установке для исследования циклопрочности, износо- и коррозионной стойкости.