facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ИЛИ ПРИКЛАДНАЯ, КАКАЯ ИЗ НИХ ТЕХНИКЕ РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ ОНА РОДНАЯ?

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ИЛИ ПРИКЛАДНАЯ, КАКАЯ ИЗ НИХ ТЕХНИКЕ  РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ ОНА РОДНАЯ?
Евгений Травников, гранд-конструктор впк ссср, кандидат технических наук, доцент

Государственный Университет Телекоммуникаций, Украина

Участник конференции

В статье рассматриваются вопросы, связанные с преподаванием в ВУЗах прикладной механики как основой всех движущих механизмов техники динамической регистрации информации.

Ключевые слова:Движущие механизмы с небольшими нагрузками, но высокой точности.

This article discusses issues associated with teaching in the universities of applied mechanics as the Foundation of all the driving mechanisms of the technology dynamically register information.

Keywords: driving mechanisms with small loads, but with high accuracy.

Прикладная механика полвека сопровождала меня,

Внедрившаяся в сотни изобретений, меня любя

ЕНИТ,ХХ1 век

Механика возникла в глубокой древности, её прикладное значениев подъеме воды на небольшие высоты для полива растений, приготовления пищи, использование в мельницах  для помола  зерен и др. широко использовалось в жизни человека. Люди ещё не знали многих теоретических основ, но строили механизмы. Механикой  называют науку о простейших формах движения материи. Слово механика происходит от греческого слова «механе»- машина. Механика- наука о движении материальных тел, которые по свойствам подразделяются на абсолютно твердые, в которых взаимные расстояния  составляющих частиц остаются неизменными (металлические детали - валы, их опоры, зубчатые колеса, рычаги, маховики и др.) и изменяемого тела - гибкие , способные изменять свою форму, например ременные передачи с вала электродвигателя на ведущий вал магнитофона,  прижимной обрезиненный ролик к ведущему валу и др. По характеру изложения предмета механики её подразделяют на теоретическую и техническую или прикладную. Теоретическая механика содержит основные понятия, аксиомы простейшей теории статики, теории сходящихся сил, теории пар сил на плоскости, моменты силы относительно точки, теории Вариньона, понятия произвольной системы сил, расположенных в плоскости, понятия пространственной системы сил, понятия центра параллельных сил, кинематику точки, понятия движений твердого тела, понятия динамики и сопротивления  материалов. Все эти понятия приводятся вне зависимости от области применения механики. Прикладная механика обычно жестко привязана к области её применения : прикладная механика в авиации (механика механизмов привода шасси, рулей поворота закрылок, управления полетом самолета, системой наведения оружия и бомбометания и др.), прикладная механика в приборостроении : это точные механизмы приборов - фрикционные, зубчатые, гибкие передачи, механизмы давления газов и жидкости, механизмы самописцев в то числе и магнитной записи, лазерно-оптической, фото и кинотехники, механизмов измерительной техники - натяжения и скорости движения носителя информации, моментов вращающихся узлов, механизмы механических измерений длин, диаметров деталей, механизмы аналоговых электроизмерительных приборов - ампер, вольт и омметров и многое другое. Прикладная механика может быть в медицине, ракетной технике, автомобиле строении, строительной технике, машино и станкостроении и во многих других направлениях. Естественно, прикладная механика для разных направлениях техники будет существенно отличаться. Если это отрасль включает в себя крупногабаритные устройства (машино и станкостроение, строительная техника  и др.), большой массы  и больших нагрузок, то основы теоретической механики с её сопроматом и др. следует включать в преподавание и изучение. А если эта отрасль основана на  небольших нагрузках (десятках и сотнях грамм, вращающихся моментов до 10 кг), на небольших массах ( до 50 кг), например приборостроение и техника регистрации информации, то вполне достаточным остается прикладная механика, хотя есть там единичная механика с применением сопромата (будет позже об этом сказано). Когда-то в КПИ читались на кафедре «Звукотехника и регистрация информации» два курса «теоретическая и прикладная механика». Когда эти курсы передали автору этой статьи, то он доложил на заседании кафедры о целесообразности читать только один курс, а именно «Прикладная механика в технике регистрации информации» с чем и согласились коллеги и заведующий кафедрой. Автор с 2000г начал читать этот курс, написал электронный учебник, по которому и сейчас после ухода его читают по его учебнику (рис.1). Краткое содержание курса «Прикладная механика в технике регистрации информации» приведено ниже (рис.2).

Рис.1. Обложка электронной книги ЕНИТа (504стр.).

Рис.2. Содержание электронной книги ЕНИТа.


Сначала дается традиционно назначение и области применения: механизмы электромагнитной записи (на магнитной ленте, на дисках, видеомагнитофонах), самолетах, киносъемочной и кинопроекционной аппаратуре, сканерах, печатающих устройствах, метрологии (рис.3). 

Рис.3. Примеры применения механизмов регистрации информации.

С точки зрения прикладной механика - устройство, предназначенное для обеспечения согласно алгоритму (принципу действия) заданного взаимодействия носителя информации с элементами записи - воспроизведения этой информации. Если это относится к электромагнитной записи, то взаимодействия магнитной ленты с магнитными головками, если к дисковым механизмам, то это взаимодействия магнитных (оптических) дисков с магнитными или лазерно-оптическими головками, если это принтеры, то взаимодействие бумажного носителя с краской картриджей и тому подобное  (определение автора с 1981 года). Далее согласно содержанию книги идет элементы кинематики механизмов. Механизмы состоят из деталей (звеньев), соединенных между собой неподвижно и подвижно. Теоретические основы механизмов составляет кинематика и динамика. Кинематика - раздел теории механизмов, в котором изучают механическое движение звеньев механизма, отвлекаясь от вызывающих его причин (kinema- гр. движение).Механическое движение происходит в пространстве и во времени. Пространство, в котором происходит движение звеньев, рассматривается как трехмерное, хотя часто звенья механизмов взаимодействуют друг с другой в одной или часто в двух плоскостях. Основная задача кинематики - определение положения звеньев механизма, отражение траектории отдельных точек механизма, определение линейных и угловых скоростей и их ускорений. Чтобы ясно и наглядно решать поставленные в кинематике задачи надо составлять принципиальные схемы построения механизмов, их составляющих, взаимодействия между собой, что возможно по кинематическим схема (плоским или пространственным) (рис.4). Принципиальная кинематическая схема любого механизма выражает движения всех его звеньев относительно одного, принятого за неподвижное, например относительно неподвижных магнитных головок в аппаратуре электромагнитной записи с преобразованием одних движений в другие. Ведущий вал преобразовывает свое вращение в поступательное движение магнитной ленты, вал электродвигателя передает свое вращение с большой частотой маховику с значительно меньшей частотой вращения  и т.п. Кинематическая схема является графическим скелетом любого механизма и может быть выполнена плоской для простых механизмов (рис.4,а) или пространственной для сложных механизмов (рис.4,б). Не характерные для передачи движений и их преобразования на схеме не обозначаются.

Рис. 4. Кинематическая схема механизмов ленточной аппаратуры: а - плоское исполнение, б  – пространственное, в – конструктивное исполнение механизма.

В кинематической схеме механизма  присутствует обязательно источник активного движения (электродвигатель ЭД, пружинный механический двигатель, электромагниты). По числу электродвигателей кинематические схемы разделяют на одномоторные (один ЭД), двухмоторные (два ЭД), трехмоторные (три ЭД)  и более. Плоские кинематические схемы графически выполнять просто, а пространственные – значительно сложней, но они в понимании очень просты, даже без значительного текстового материала. Далее в книге идет описание видов движения механизмов, которые подразделяются на вращательные (самые распространенные) и поворотные (часть вращательного движения), прямолинейные поступательные, винтовые и комбинированные (рис.5).

Рис.5. Некоторые примеры видов движения в механизмах ТРИ.

Вращательным движением  твердого тела или эластичного, его обхватывающего, называется такое движение, когда все точки лежащие на геометрической  оси вращения остаются неподвижными, а остальные точки, лежащие вне геометрической оси, описывают окружность вокруг этой оси в плоскостях, перпендикулярных этой оси с центром  О. Угол, на который поворачивается любая точка вне оси, называется углом поворота. Когда угол поворота бесконечен, то это звено (деталь) вращается шагово (дискретно) или непрерывно. Вращение детали на угол 360о  называется полным оборотом её. (рис.6).

Рис.6. Схема вращательного движения.

Вращательное движение присуще ведущим валам механизмов транспортирования магнитной ленты (равномерное), валам электродви гателей, вращению рулонов с магнитной или кинолентой (равномерно ускоренное и равномерно замедленное), вращению прижимных роликов, вращению магнитных и оптических дисков и др. Деталь вращения, передающая вращающий момент, называется  валом, а не передающая его, подвижная или неподвижная называется осью. Форма вала (оси) может быть гладкой цилиндрической, ступенчатой или конусной в зависимости от выполняемых функций (рис.7) и конструкции узла механизма. Валы по форме могут быть гладкими цилиндрическими, ступенчатыми, полыми большого диаметра, цельными или сборными.

Рис.7. Форма валов механизмов ТРИ.

Прямолинейным и поступательным движениемтвердого тела (звена) называется такое движение, когда всякая прямая, проведенная в этом теле, остается параллельной своему начальному положению. Скорость всех точек звена механизма будут одинаковы по величине. Прямолинейное движение всегда имеет начальное и конечное положения, оно присуще движению лазерно-оптических головок дисковых оптических механизмов, ряду магнитных головок механизмов Винчестеров (жестких магнитных дисков), движению направляющих вакуумных камер видеомагнитофонов поперечно-строчной записи (ПСЗ) профессионально и специального назначения. Кроме того, прямолинейное движение присуще перемещению кинопленки в фильмовом канале всей киносъемочной и кинопроекционной аппаратуры. Прямолинейное движение  может быть равномерным или скачкообразным (в фильмовых каналах кинотехнической аппаратуры). Комбинированными видами движения  являются такие, в которых есть сочетания несколь ких ранее рассмотренным, например вращательное движение винтового вала и прямолинейное движение магнитных или оптических головок в дисковых механизмах (рис.8,б,в) механизмов позиционирования. Не буду дальше рассматривать разделы по содержанию глав прикладной механике, отмечу, что все механизмы, приведенные выше отличаются малыми габаритными размерами и малыми нагрузками, например ведущий вал кассетных магнитофонов обычно выполняется диаметром 2-2,5 мм, что при радиальной нагрузке 200 -250 г. не испытывает механического прогиба, а ведущий вал из закаленной инструментальной стали ХВГ диаметром 10 мм.  большинства самолетных магнитных самописцев на дюймовую ширину магнитной ленты (25,4 мм) при радиальной нагрузке 3,5 кг. также не испытывает даже микронной деформации и не требует сопроматных расчетов на изгибы и деформации из теоретической механики, все находится на уровне прикладной механики и все остальные механизмы по опыту 30-летней работы автора на головной фирмы СССР по электромагнитной записи и термопластической (НИИ ЭМП объединения «Маяк»).

Рис.8. Прямолинейное движение и его сочетание с вращательным.

Применение теоретической механики и её составляющего расчета на сопромат очевидно будет рационально  для сильно нагруженных устройств механико-оттисковой печати -печатных машин (рис. 9), но эти печатные машины обычно у нас не разрабатываются  и выгодно покупаются за рубежом.

Рис.9. Электромеханический измеритель натяжения и скорости магнитной ленты по а.с.№1682839 «ЕНИТ-РТ».

Тоже относится к машинам для производства магнитных и кинолент, например объединение  «Свема» (г.  Шостка) закупило  в ФРГ (автор был там  когда-то в  командировке). В этих машинах при каландрировании пластмассовой основы и нанесении магнитного слоя усилия достигают  до 1 т. и они наверняка конструировались на основе сопромата  и теоретической механики. Остальные главы не стану рассматривать, они также построены на прикладной классической механике, а новый раздел, не описанный нигде в ней, приведу подробнее. Любые исследования, а также производство техники немыслимо без применения измерительного инструмента и измерительных приборов. Эту область представляет собой метрология, которая выделяется как наука об измерениях.При этом существуют стандартные и нестандартные средства измерений. К первым относятся приборы и инструменты, которые применяются во многих отраслях механики, электронике, выпускаются серийно крупными партиям, например, весь штангенинструмент, микрометры, динамометры, биенемеры (индикаторы) , осциллографы, генераторы сигналов , ампер-вольтметры , мультиметры и др. Они могут применяться для измерения в механизмах самолетостроения, автомобилестроении, станкостроения и др. Ко второй группе метрологического назначения относят такие механизмы, которые применяются только для узкого назначения механизмов, например, медицинского, приборостроительного и в том числе, технике регистрации  информации. Эти механизмы и приборы выпускаются небольшими партиями, часто содержат не традиционные конструкции имеют высокие (микроные) точности. Приведу один лишь пример, применения нестандартной метрологической прикладной механики в технике регистрации информации (рис.9).  Это электромеханический измеритель натяжения и скорости магнитной ленты, который содержит чувствительный стержень 1, образованный не традиционно в виде установленного на малых 5 шарикоподшипниках 3х7х2,5 мм, которые эксцентрично размещены в больших легких 4 шарикоподшипниках 17х25х3 мм на втулке 7. Большие шарикоподшипники установлены в цилиндрическом корпусе 2 измерителя. Эксцентричное расположение образует не традиционный рычаг  с плечом 3 мм., что обеспечило очень компактную конструкцию всего измерителя. Чувствительный стержень 1 имеет вращение и поворотное перемещение за счет шарикоподшипников и расположен в неподвижной U- образной направляющей, куда стремится войти ЧЭ (чувствительный стержень), взаимодействующий с движущейся магнитной лентой МЛ. Чем больше натяжение МЛ, тем больше выдвигается ЧЭ из направляющей 10. Чувствительный стержень 1 соединен шарнирно с тензометрическим преобразователем 3, деформация полупроводникового тензомоста которого дальше в электронном блоке поступает на аналого-цифровой преобразователь, усилитель и высвечивается в виде натяжения в граммах  на дисплее электронного блока. Цена деления измерителя 1 г. до 1000г. Кроме того, на верхнем вылете чувствительного стержня установлен маховичок 9 с намагниченными по его цилиндрической поверхности магнитными рисками, против которых размещен датчик Холла (потокочувствительная магнитная головка)  8. При вращении чувствительного стержня магнитной лентой МЛ частота вращения маховичка считывается магнитной головкой 8 и передается в электронный блок и там преобразуется в значение скорости движения МЛ, которое высвечивается на экране дисплея и может составлять от 1гс до 1000гс. с ценой деления 1гс. Такие измерители натяжения и скорости магнитной ленты были изготовлены и поставлены на предприятия СССР, которые занимались выпуском видеомагнитофонов (НПО «Тантал» - Саратов, НИИ ЭМП- Киев,  «Спектр» -Великий Новгород и др.). Предприятие изготовитель- ООО «ЕНИ ТЕХ, г. Киев, директор и ГК - Травников Е.Н.

Выводы и рекомендации:

1. Если писать книгу по прикладной механике любого направления, то необходимо приводитьиллюстрации только по её тематике, лучше всего это будет получаться у специалистов проофессионалов, работающих в этой отрасли или в содружестве с преподавателями.

2. В книгах по прикладной механике желательно приводить главу по её метрологии, что подымет уровень книги и позволит более полней раскрыть содержание излагаемого материала.

3. Пока в литературе по прикладной механике нет ни у кого раздела «метрология», что очень жаль.

4. Электронный вариант книги автора пока единственный пример как стоит классически её писать.

5. Если  книга по прикладной механике не имеет предназначения, просто называется «Прикладная механика», то это чистый обман и она является теоретической механикой.

6. Автор впервые в научно-технической литературе попытался написать классическую книгу (учебник) по прикладной механике в такой громадной области как «Техника регистрации информации», которой отдал как конструктор-изобретатель   свыше 30 лет  и как преподаватель КПИ свыше 15 лет.

 

Литература:

1. Г.Б. Иосилевич, П.А. Лебедев, В.С. Стреляев Прикладная механика. «Машиностроение», М, 1985г. (пока только теоретическая механика). 576 с.

2. Т.В. Путята, Н.С. Можаровский и др.Прикладная механика. «Вища школа», К. 1977 г.536 с. (пока только теоретическая механика, сопротивление материалов, теория машин и механизмов, детали машин).

3. Травников Е.Н. Механизмы магнитной записи. «Техника», К. 1976 г. 486 с.

4. Травников Е.Н. Власюк Г,Г. и др. «Системи та пристрої реєстрації інформації», навчальний посібник для студентів технічних спеціальностей вищих навчальних закладів» ,»Кафедра», м. Київ, 2013 р. 215 с.

5. Справочник по технике магнитной записи. Под ред. О.В. Порицкого и Травникова Е.Н. «Техника», К. 1981 г.317с.

6. Травников Е.Н. Прикладная механика в технике регистрации информации. Электронный вариант, 2001 г. 504 с.

7. Прикладная механика. Под ред. К.И. Заблодского .Учебное пособие для вузов, «Вища школа», К. 1979, 280 с.

Комментарии: 2

Травников Евгений Николаевич

Дорогой армянский друг Геворг! Спасибо за высокую оценку моей скромной статьи, рожденной на базе многолетней преподава- тельской практики и работы в промышленности МПСС СССР. желаю здоровья и творческих успехов. Твой русский друг друг, Евгений Т.

Симонян Геворг Саркисович

Дорогой Женя! Ей-богу отличная методологическая статья, где рассматриваются вопросы, связанные с преподаванием в ВУЗ-ах прикладной механики, так же дается рекамендации какие раздели должни бить в книге «Прикладная механика».Желаю успехов. Армянский друг Геворг.
Комментарии: 2

Травников Евгений Николаевич

Дорогой армянский друг Геворг! Спасибо за высокую оценку моей скромной статьи, рожденной на базе многолетней преподава- тельской практики и работы в промышленности МПСС СССР. желаю здоровья и творческих успехов. Твой русский друг друг, Евгений Т.

Симонян Геворг Саркисович

Дорогой Женя! Ей-богу отличная методологическая статья, где рассматриваются вопросы, связанные с преподаванием в ВУЗ-ах прикладной механики, так же дается рекамендации какие раздели должни бить в книге «Прикладная механика».Желаю успехов. Армянский друг Геворг.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.