автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и разработка высокочувствительных маятниковых систем с жестким подвесом для компенсаторов нивелиров

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

РГб од

, 0 " '-1 На правах рукописи

КУРЛАЕВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 528.541.2

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАЯТНИКОВЫХ СИСТЕМ С ЖЕСТКИМ ПОДВЕСОМ ДЛЯ КОМПЕНСАТОРОВ НИВЕЛИРОВ

05.11.07 - Оптические приборы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском Государственном. Университете геодезии и картографа.

Научный руководитель доктор технических наук,профессор

Мнхеечев B.C..

Офщиальше оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Ямбаев Х.К.

кандидат технических наук

Кагшар Е.И.

Ведущее предприятие ЗСШ ЦЩМГАМК

Защита состоится ^/7" ¿¿-¿оЛ^ 1994 года на заседании специализированного совета K063.0I.04 в Московском Государственном Университете геодезии и картографии по адресу: 103064, г. Москва Гороховский пер., 4, (ауд. 321). ^ /2 С диссертацией коено ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Университета геодезии и картографии. Автореферат разослан^У^> " 1994 года.

Учений секретарь сЕащалжироввшого • совета

В.А.-Соломатин

■V

Общая характеристика работы

Актуальность. Современный уровень геодезических работ предъявляет к заюдаы-ичготователяи требования по выпуску строкой гач-VII надетзшх и удобных нивелиров. Однако приходится констатировать, что отечественная претзшленность ке разработала конструкцию серийно выпускаемого высокоточного нивелира с компенсатором. Это в основном объясняется тем, что до сего времени отсутствует высоко надежшй и технологически простой маятниковый компенсатор с порогом чувствительности ко более 0,2".

В настоящее время конструктивные решения высокочувствительных компенсаторов основываются на применении упругого подвеса чувствительного влококта. Сдиш;о пря^сжапга , упругих элементов т: механизме подвеса чувствительного элемента представляет опре/.е-ленине слотаости при ого технологической подготовке и контсжз, а такие в вксплуатсции. Поэтому следует считать целесообразные исследования перспективных вариантов маятникового ко-яюнсатора с гесткки подвесом чувствительного элекэнта. Остается актуальным совервенствование схеишх решений оптической свстеш зрительной трубы высокоточного нкзелира. Одновременно возникает задачг, создания методов н приборов дня контроля и выварки ззншароз.

Рассмотренный круг вопросов является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит разработать и сократить сроки освоения серийного выпуска высокоточного нивелира с кошенсатором.

Шль гвботн. Целью диссертационной работа япяяется разработка конструкций маятниковых компенсаторов с кзстким подвес«»«

для высокоточного ншззларэ с порогом чувствительности н? более 0,2", для достиешея которой поставлены и решаются следующие

исследовательские задачи:

1. Определить на основе анализа существующих решений подвеса компенсатора нивелира перспективные направления исследований с целью создания маятниковых систем, отвечающих предельно возможным точностным характеристикам.

2. Определить путем расчета моменты сил сопротивления трения трогания в миниатюрных опорах качения и скольжения маятниковых систем с кестким подвесом.

3.Теоретически обосновать возможность создания прецизионных магнитно-разгруженных маятниковых систем с еосткш подвесом для компенсатора высокоточного нивелира.

4. Разработать и изготовить макеты маятниковых компенсаторов с кестким подвесом, оценить экспериментально их реальные технические и точностные характеристики.

5. Внедрить в производство и практику результаты диссертационных исследований.

Методы исследований. В основу решения вопросов, рассматриваемых в диссертации, положены аналитические и экспериментальные методы исследования ыехано-физико-химических эффектов, определяющих существо контактных взаимодействий в опорах компенсатора нивелира и являщахся основопологаюодами при оценке его точностных возможностей. Теоретический анализ базируется на положениях мо-лекулярно-механической теории трения и .теории контактных взаимодействий Герца.

Используются классификация и анализ существующих технических решений в соответствии с обоснованной системой критериев.

Расчеты оптических систем выполнены с использованием теоретических основ геометрической оптики.

В работе сочетаются теоретические и экспериментальные методы оценки точностных и метрологических характеристик макетных образцов компенсаторов нивелиров.

Научная новизна. Исследованы и выявлены причины неупругого поведения современных перспективных материалов нитевидных подвесов, установлены границы рабочих напряжений нитей упругих подвесов, составляющих величину порядка 50$ от предела упругости или пропорциональности материала.

Получена обобщенная зависимость влияния шероховатости и отклонения формы контактирующих поверхностей опоры на величину порога чувствительности компенсатора с жестким подвесом.

Исследованы механо-физико-химические процессы в контактной области опоры жесткого подвеса, определяющие aro точностные возможности.

Предложена расширенная классификация магнитных опор, позволяющая на стадии проектирования опор с магнитной разгрузкой обоснованно подойти к выбору их конструктивных решений.

Получены аналитические выражения для оценки порога чувствительности компенсатора нивелира, установленного на миниатюрных опорах скольжения и качения.

Практическая ценность. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать для нивелира маятниковый компенсатор с жестким подвесом и порогом чувствительности не более 0,2".

На основе выведенных аналитических зависимостей момента сил сопротивления трения трогания в миниатюрных опорах скольжения и качения представляется возможность оценить на стадии проектирования точностные характеристики маятниковых подвесов.

Экспериментально подтвержденные точностные характеристики магнитно-разгруженных маятниковых систем позволили разработать базовую оптическую схему высокоточного нивелира и стенда-коллиматора для исследований и выверок.

Реализация и внедрение. Практическая реализация предложенного в диссертации метода расчета и исследования магнитно-разгруженных маятниковых систем нашла отражение в договоре с ИГО имени Ф.Э. Дзержинского. Разработана техническая документация для двух вариантов оптической схемы высокоточного нивелира, стенда-коллиматора с магнитно-разгруженным маятниковым компенсатором, которые используются на ИГО На. Ф.Э. Дзержинского. Применение предложенных в работе методик оценки порога чувствительности компенсатора нивелира, установленного на миниатюрных опорах качения, позволяет получить достоверные оценки качества функционирования компенсатора уже на этапе проектирования. По результатам экспериментальных исследований серийных образцов компенсатора нивелира 2Н10КЛ даны практические рекомендации по изменению технологии сборки компенсатора, которые внедрены в производство.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований излогины и обсуедены:

- на Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 70-ти летню Великого Октября (МШГАйС, Москва, 1987г.);

- на Четвертом Всесоюзном совещании "Оптические скакирущие устройства и ■' измерительные приборы на их основе" (АПИ, Барнаул, 1588г.);

- на научно-технической конференции, посвященной 70-ти летию ГУГК (Москваг 1889г.).

Публикации. Основные результаты работы изложены в шести статьях, отражены в тезисах докладов, двух депонированных рукописях, авторском свидетельстве на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и приложения, она изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 10 таблиц, список научно-технической литературы, включающий 121 наименование, и приложение на в страницах.

Основные положения, представляемые к защите

1.Исследование и разработка оригинальной магнитно-разгруженной маятниковой системы с жестким подвесом чувствительного элемента для компенсатора высокоточного нивелира.

2.Математическая модель выбора материалов и геометрической форш контактирующих поверхностей опоры подвеса компенсатора нивелира, базирующаяся на аналитическом расчете деформационно-ги-стерезисной составляющей коэффициента трения качения.

3.Математическая модель оценки порога чувствительности компенсатора нивелира, установленного на шаровых миниатюрных опорах скольжения с магнитной разгрузкой опор.

4.Аналитические выражения для инженерного расчета момента сил сопротивления сухого подшипника качения, позволяющие на стадии проектирования подвеса компенсатора нивелира на миниатюрных опорах качения оценить порог его чувствительности.

Содержание

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задача исследований, приведены основные положения, представляемые к защите.

В первой главе диссертационной работы рассмотрены роль компенсатора нивелира и осбенности конструктивных решений подвеса компенсатора на упругих элементах и жесткого подвеса на опорах скольжения и качения. Определено оптимальное место расположения компенсатора с жестким подвесом в системе зрительной трубы.

Поскольку основным источником нестабильности пространственного положения подвеса на упругих элементах являются эффекты неупругого поведения материалов нитей, в работе сформулированы наиболее существенные требования к их техническим и технологическим, параметрам. Отмечено, что материал нити должен обладать высокой прочностью, сочетать немагнитные и антикоррозионные свойства. Рабочее напряжение нити подвеса должно составлять около 50% от величины предела упругости или пропорциональности материала.

Даны рекомендации по назначению геометрических соотношений размеров нитей (рекомендуется отношение длины к толщине упругого элемента прямоугольного сечения, равное 4000-5000, при коэф£ици-енте формы сечения, равном 10). Показано, что рабочее усилие одной нити подвеса в геодезических приборах, как правило, не должно превышать 2 Н, при условии, что диаметр нити составляет 50 мкм.

Изучение неупругих эффектов нитевидных материалов подвесов проводилось по разработанной методике на созданной установке, базовыми элементами которой служили микроскопы МПБ-2. Приведены обобщенные экспериментальные результаты определения гистерезиса материалов нитей промышленного производства в деформированном и термообработанном состоянии. Исследовались неупругие эффекты нитевидных материалов из сплавов марок №47, ВР20, сплава молибден-кремний-рений, вольфрамовой и молибденовой проволок марок ВА-1А и МЧ соответственно, а также высокоазотистой стали марки Х18А12С2.

Полученные экспериментальные результаты указывают на высокую стабильность структуры и упругих свойств сплавов МР47 и ВР20. Прямое упругое последействие материала нитей из сплава ВР20 величиной 0,001Ж начинает проявляться в случае приложения напряжения величиной 3000 МПа в течение 25 часов испытаний, а при последующих 100-часовых испытаниях величина упругого последействия не изменяется. Минимальное прямое,, обратное упругое последействие и гистерезис отмечаются для сплава МР47.

Приведено влияние конструктивно-технологических факторов на точностные характеристики упругого подвеса. Указано, что запаздывание в деформации наружных и внутренних 'слоев из-за разности упругих свойств поверхности нитевидного материала и его "сердцевины" вследствие образования тончайших окисных и пассивирующих пленок увеличивает ширину петли гистерезиса. Рекомендован отяиг тонких металлических нитей в вакууме.

Отмечая высокие технические характеристики современных нитевидных материалов, следует указать и на недостатки, присущие упругому подвесу. К ним относятся: невозможность жесткой ориентировки стабилизирующего чувствительного элемента относительно прибора, сложность конструктивных решений, невысокая надежность, чувствительность к колебаниям температуры и ударам, высокая себестоимость, трудоемкость ремонта.

Альтернативным решением подвеса чувствительного элемента компенсатора нивелира на упругих элементах является яесткий подвес на миниатюрных опорах скольжения (МОС), миниатюрных опорах качения (МОК) и на ножевой опоре.

Проведены аналитические и экспериментальные исследования порога чувствительности компенсаторов нивелиров на двух вертика-

льно расположенных керновых опорах и на камневых с цилиндрической цапфой и оливированным отверстием подшипника.

Порог чувствительности компенсатора на керновых опорах

и « . »'В

а =1,о7гр ^/(ъкр^Рп^/с^+Бд)] } где рп = 1/гп, рк =1/гк, £п=(1-,1'д)/Еп, ^=(1^)/^; л-контактная нагрузка, ь-длина физического маятника, 1 - коэффициент трения скольжения, гп> гк, Еп, Ек, рп, ^-радиусы закруглений, модули упругости первого рода и коэффициенты Пуассона материалов подпятника и керна соответственно, р"= 2,06 105

Анализ известных уравнений для оценки порога чувствительности компенсатора на камневых миниатюрных опорах сколькения с оливированным отверстием подшипника показывает, что порог чувствительности компенсатора не зависит от массы маятника. Данные уравнения являются первым приближением более общещей зависимости момента трения от влияния контактной нагрузки, формы контактирующие поверхностей и их шероховатостей. Экспериментальные исследования такой маятниковой системы подтверждают тот факт, что порог чувствительности не более 0,2" не может быть обеспечен без снижения уровня контактных давлений в опоре.

Анализ и исследования маятниковых . компенсаторов, установленных на МОК, показали, что точностные возможности этих узлов определяются величинами зон застоя, вызванными моментам сил сопротивления трения трогания. Сложные процессы, влиявцие на величину момента трения подшипникового узла, работающего в колебательном режиме с малой амплитудой (до 3°) изучены недостаточно полно. Использование формул, приводимых в технической литературе, учитывающих влияние различных видов трения в шарикоподшипнике, часто приводит к результатам, расходящимся с экспериментальными дан-

ними. Более того, анализ литературных источников показал, что как расчетные, так и экспериментальные данные отличаются значительным разбросом числовых величин. Например, при аналитическом определении момента трения трогания МОК по предлагаемым в технической литературе формулам разброс числовых значений момента трения достигает 10 и более раз. Применение этих формул для расчета моментов трения в маятниковых системах гедезических приборов затруднительно, поскольку эмпирические коэффициенты, входящие в эти формулы, получены без учета специфики фрикционных процессов при радиальной нагрузке до 1,5 Н на одну опору.

Поэтому в настоящей работе рассматривается и дается сравнительный анализ различных методик определения момента трения трогания МОК. Анализ уравнений позволяет выявить взаимосвязь мззду "комплексным коэффициентом трения" шарикоподшипника, его размерами и величиной приложенной нагрузки. Очевидно, что минимальное значение уровня диссипативных процессов в подшипнике будет и при юшимальном значении "комплексного коэффициента трения", включающего адгезионную и деформационно-гистерезисную составлящие.

Приводится выражение оптимального радиуса шарикоподшипника, у которого при заданной радиальной нагрузке коэффициент трения будет наименьший. Отличительной особенностью расчетно-эксперимен-тальных уравнений определения момента трения трогания состоит в том, что момент сопротивления в МОК пропорционален контактной нагрузке в степени 4/3, однако, в действительности рассчитать по этим методикам момент трения трогания затруднительно. Учитывая специфику работы подвеса компенсатора, момент сил трогания МОК можно представить в виде суммы момента трения ненагрукенного подшипника М0 и момента сопротивления силы трения качения

При вычислении момента М0 ненагруженного подшипника рассмат-ваются такие контактные характеристики как фактическая площадь контакта Аг, удельная сдвиговая прочность молекулярных связей т0 при экстраполяции нормального давления до нуля, коэффициент упрочнения молекулярных связей под воздействием нормальных сжимающих напряжений р. В расчетах используется приведенные в литературе экспериментально полученные достоверные значения коэффициентов трения качения ^ контактирующих материалов. Даже в отсутствии нагрузки из-за наличия адгезионных сил момент трения трогания подшипника оценивается величиной 1-Ю ' Нм. В то же время для обеспечения порога чувствительности подвеса компенсатора не более 0,2" необходимо иметь момент сил сопротивления в опорах на порядок меньше.

В работе приведены результаты экспериментальных исследований серийных компенсаторов нивелиров 2НМКЛ. Приведенные данные показывают, что экспериментальные исследования хорошо подтверждают аналитическую модель, а величина порога чувствительности компенсатора на МОК составляет 0,8-1,0" в диапазоне до 3°.

Дана оценка порога чувствительности маятниковой системы, выполненной с использованием карданного шарнира на МОК, в котором монтируются конструкции с различными вариантами оптических схем прожекторной части лазерного нивелира.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований рекомендован перечень конструкторско-технологически^ мероприятий с целью повышения точностных возможностей маятниковых систем на МОК.

Во второй главе диссертации проведено теоретическое обоснование применения камневых миниатюрных опор скольжения в качестве

опоры маятниковых систем компенсатора нивелира. Рассматриваются как перспективные камневые опоры с шаровой цапфой и цилиндрическим отверстием подшипника, в которых исключается нестабильность момента сопротивления при трогании в различных точках контакта. При этом отмечается необходимость снижения контактных давлений в опоре путем применения магнитной опоры.

Приводится математическая модель влияния шероховатости и отклонения формы контактирующих поверхностей на величину порога чувствительности компенсатора, годтверадается известное положение, что основной источник образовали зон застоя - трение контактирующих поверхностей. Количественная оценка уровня диссипативных потерь на трение в опоре связана с рассмотрением вопросов механизмов контактного взаимодействия в парах трбния.

На основе анализа механо-физико-химических процессов в контактной области камневой опоры, предложена в качестве теоретической предпосылки для решения общей задачи определения моментов сил сопротивления адгезионная модель трения. Рассматриваются и сравниваются различные модели адгезионного взаимодействия контактирующих тел. Оценивается роль поверхностной энергии контактирующих материалов и ее вклад в адгезионную составляющую сил трения.

В результате анализа механизмов контактного взаимодействия пар трения в камневой опоре компенсатора нивелира фрикционную характеристику контактирующих тел можно оценить как фреттинг поверхностных слоев Бейльби в условиях ювенильно-граничного трения при преимущественно упругом ненасыщенном контакте в режиме покачивания с микропроскальзыванием.

Анализ источников диссипативных потерь на трение при колебаниях с малой амплитудой показывает, что одним из основных каналов

рассеивания энергии при качании на площадке Герца является дефор-мационно-гистерезисная составляющая трения качения. В работе дана теоретическая оценка этой составляющей коэффициента для шаровой опоры. На основе теоретического анализа по определеленюо деформа-ционно-гисгерезисной составляющей коэффициента трения качения предложены практические рекомендации в отношении требований к упругопластическим постоянным контактирующих материалов с учетом величин их поверхностных энергий.

В работе приведены результаты расчетно-экспериыентальных исследований по определению фрикционных параметров ^ и р для контактирующей пары лейкосапфир-вольфрамокобальтовый сплав. Предварительно для проведения расчетов в эксперименте записывались профилограммы образцов поверхностей льйкосапфира и вольфрамокоба-льтового сплава (запись выполнена на аппаратуре "Телесерф"). В результате для этой контактной пары были впервые получены значения 10=4,18-Ю7 Н/мг, р=0,042.

Вычисления момента сопротивления сил трения в камневых опорах предполагает знание площадей поверхности контактной области и напряжений в контакте. В работе аналитическим объединением совокупных параметров из решения плоской контактной задачи и классической задачи Герца разработана модель определения контактных характеристик шаровой камневой опоры. Теоретически определен момент сил сопротивления трения верчения в опоре шар-плоскость, при анализе учтены особенности контактирования поверхностей с различными упругими характеристиками и даны пределы изменения моментов трения пары. На основе вычисленных контактных параметров сопряжения шар в цилиндре и шар на плоскости оценивается общий момент сил сопротивления трения трогания в МОС.

В третьей главе диссертации рассмотрены вопроса магнитной разгрузки опор и магнитного демпфирования. Поиски путей повышения порога чувствительности, а также расширения диапазона работы маятниковой системы с жестким подвесом привели к рассмотрению вопросов, связанных с созданием маятниковых систем с магнитной разгрузкой опор. Для анализа принципов действия и систематизации конструкций опор, рационального выбора конструкции маятникового подвеса чувствительного элемента компенсатора нивелира предложена расширенная классификация магнитных опор. Классификация предусматривает новые подходы к конструктивным решениям магнитных опор, отражает современный уровень развития материаловедения, точной механики и систем управления. Оригинальное конкретное решение магнитного ^азгружения опоры маятниковой системы по принципу магнит-ферромагнетик изложено в а.с.СССР Л 1659704. Оно положено в основу конструкции компенсатора высокоточного нивелира, показанного на рисунке, где шаровые опоры I маятника 2 разгружаются при помощи магнитной системы, состоящей из двух одинаковых встречно ориентированных магнитов 3. Они установлены вдоль оси симметрии маятника и ферромагнитного сегмента 4, скрепленного с основанием и радиусом кривизны с центром, расположенным на вооброкаемой линии, соединяющей "точки" контакта шаровой опоры. 'Верхний магнит создает тяговое усилие, направленное противоположно линии действия силы тяжести маятника, шагай магнит и .диамагнитная пластина 5 являются демпфером. На рисунке, как и в макетном образце,чувствительный элемент 6 выполнен в виде плоскотараллэльного зеркала.

Обоснованы критерии выбора магнитно-твердых и магнитно-мягких материалов. Анализируется широкий спектр современных закрити-ческих интерметаллических соединений, применяемых в качестве по-

стоянных магнитов, типа ЗгоСо и Н(Ц?еВ, имеющих рекордные энергетические характеристики при минимальном объеме материала. Сформулированы требования к материалу постоянного магнита, заключающиеся в необходимости строгого соблюдения однородности и направленности его магнитного поля. Показаны преимущества и недостатки эксплуатационных характеристик магнитно-твердых материалов.

Обосновано применение современных магнитно-мягких материалов, обладающих максимальной индукцией насыщения (сплавы 49К2ФВИ и 49К2ФА). Указывается важность учета фактора магнитной анизотропии их свойств, т.е. необходимость строгой геометрической ориентации структуры сплава в рабочем направлении при формообразовании геометрии ферромагнитного тела. Отмечается перспективность применения в качестве магнитно-мягких материалов нового класса аморфных металлических материалов.

Для обеспечения предлевитационного состояния маятника компенсатора необходимо обеспечить соответствующее тяговое усилие. В работе на основе оптимизационного критерия найдено соотношение размеров магнита заданного объма \т, обеспечивающее максимум силы тяги р. Делается вывод, что при применении магнитов БтСо и ШРеВ длина магнита должна быть соизмерима с -длиной рабочего зазора, а сам магнит должен иметь вид толстой пленки.

Выполнен расчет нетрадиционной конструкции магнитного демпфера. Ус.танавлена связь коэффициента демпфирования с геометрическими параметрами демпфера и индукцией магнитного поля постоянного магнита.

Рассмотрено влияние земного магнетизма и источников магнетизма индустриального происхождения на изменение пространственного положения чувствительного элемента компенсатора. Аналитически по-

казано, что компенсатор является астатической системой в однородном магнитном поле. Указана целесообразность защиты маятниковых систем с магнитной разгрузкой опор экранированием внешних магнитных шлей с помощью напыления антимагнитных покрытий сплавом никель-железо корпуса нивелира.

Предложена математическая модель оценки порога чувствительности компенсатора нивелира на шаровых миниатюрных опорах скольжения. Установлена связь между механо-физико-химическими и геометрическими параметрами маятниковой системы и порогом ее чувствительности

С"=р " [2АГ (Т^+рм/Ар) гц+2 1СГ9Н (Лгц/Е ] /Ю., где Гц - радиус цапЗы.

Экспериментальные исследования по оценкам порога чувствительности маятниковой системы с магнитной разгрузкой опор проводились с тремя типами подвесок: на керновых опорах, цилиндрических камневых опорах с оливированным отверстием подшипника, шаровых камневых опорах.

Анализ данных экспериментальных испытаний показывает, что магнитная разгрузка керновых опор практически не оказывает существенного влияния на точность самоустановки маятника, что вызвано технологическими сложностями обеспечения высокой чистоты обработки кратера подпятника. В то же время магнитная разгрузка цилиндрических камневых опор позволяет уменьшить зону застоя до 0,2й в диапазоне ±30". Максимальная чувствительность до 0,2" в диапазоне +6' достигнута в подвесе на шаровых опорах. Эти результаты были получены по методике диссертанта в лаборатории "Союзтест" с использованием в качестве эталонного - лазерного автоколлиматора фирмы "Тейлор и Гобсон" с порогом чувствительности 0,1".

В четвертой глава диссертации отражены вопросы применения магнитно-разгруженных маятниковых систем в нивелирах и контроль-но-юстировочных стендах, а также в промышленности.

Разработаны две базовые оптические схемы нивелиров, е работе приведены их оптические выпуски.

Предложена конструкция стенда-коллиматора для исследования и выверки нивелиров. Отличительной особенностью стенда коллиматора является применение в нем в качестве фокусирующего элемента плоского зеркала, подвешенного на маятнике с магнитной разгрузкой опор. Приводится методика исследований и выверок.

Основные результаты работы

1.Проведен анализ различных конструктивных решений механизмов подвеса компенсаторов нивелиров. Обоснованы требования к техническим характеристикам упругих элементов и проведено экспериментальное исследование явлений ноупругого поведения материалов нитей, используемых в качестве элементов упругого подвеса компенсатора нивелира. Показана необходимость разработки конструкции компенсатора с жестким подвесом и магнитной разгрузкой опор.

2.Проведен параметрический анализ механо-фмзико-химических аспектов контактного взаимодействия пар трения в опорах маятниковой системы с жестким подвесом. На основе теоретических обобщений выявлены доминирующие источники диссипативных потерь на трение, указана как определяющая адгезионная модель трения контактирующих поверхностей.

3.Аналитически обоснованы альтернативные подходы к методике выбора контактирующих материалов, учитывающие <фзико-механические

н химические процессы, протекающие в контактной области. Расчет-но-экспериментальным методом определены параметры сдвиговой прочности молекулярных связей контактирующих поверхностей, проведена запись профилограмм шероховатых поверхностей, вычислены параметры, необходимые для аналитического описания профилей поверхностей.

4.Проведан анализ механизмов диссипации энергии в миниатюрных опорах качения, предложена методика расчета моментов сил сопротивления в МОК, учитывающая наличие молекулярных сил при взаимодействии контактирующих поверхностей. На основе предложенной методики решена задача определения порога чувствительности подвеса компенсатора на МОК. Дана оценка порога чувствительности маятниковой системы, выполненной с использованием карданного шар-1шра на МОК, в котором монтируются конструкции с различны?®! варианта® оптических схем прожекторной части лазерного нивелира.

б.Разработана математическая модель оценки порога чувствиге-льности маятниковой системы, установленной на миниатюрных опорах скольяения, базирующаяся на теории механики контакта.

6.В результате теоретических и экспериментальных исследований разработан и изготовлен макет оригинальной маятниковой системы с жестким подвесом и магнитной разгрузкой опор для компенсатора ' высокоточного нивелира с порогом чувствительности не более 0,2" в диапазоне +6'.

7.Разработана методика расчета системы магнитной разгрузки и магнитного демпфера подвеса ксшенсатора, практически нечувствительного по отношению к магнитному полю Земли.

8.Разработаны методики и стенды, которые позволили экспериментально подтвердить достоверность расчетных моделей сценки по-

рога чувствительности' макета маятниковой системы с магнитной разгрузкой опор и серийно выпускаемых компенсаторов нивелиров, установленных на МОК.

9.На базе разработанного компенсатора с магнитной разгрузкой опор предложены и рассчитаны две оптические системы зрительной трубы высокоточного нивелира и оптическая схема стенда-коллиматора.

Заключение

В диссертации, в целом, изложены исследования, связанные с разработкой высокоточного нивелира. Круг затронутых в диссертации проблем выходит за рамки геодезического приборостроения. Результаты исследований и конструктивные решения могут быть использованы при создании конгрольно-юстировочных приборов; наклономеров; экспериментальных установок для изучения задач материаловедения при научно-исследовательских работах по оценке механо-физико-хи-мических процессов взаимодействия различных пар и профилей контактирующих материалов; магнитометров, в конструкциях которых возможно применение оригинальной магнитной системы подвеса; стендов для определения моментов трения трогдая шарикоподшипников.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Курлаев A.A. .Михеечев В.С.,Попов H.H. Маятниковые уровни с магнитным подвешиванием. //Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.-1988.^* 4.-С.175-178,

2. Курлаев А.А.,Михеечев B.C.,Перов В.А. Маятниковая стабилизация опорного направления светового луча. // Тез.докл. на Четвертом Всесоюзном совещании "Оптические сканируицие устройства и

измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 13-16сент. 1988), 4.1. - АЛИ им. И.И.Ползунова, 1988. -С.128-129.

3. Курлаев A.A.,Михеечев В.С.,Попов H.H..Квасова И.П. О механических и магнитных свойствах магнитов, применяемых для. компенсаторов нивелиров. Рук.деп. в ВИНИТИ * 89I9-B88 от 23.I2.88.-M.: МИИГАиК, 1988. -14с.

4. Курлаев A.A., !.!ихеечев B.C.-, Попов H.H., Квасова И.П. О методике оценки анизотропии магнитных свойств постоянного магнита, применяемого для маятникового компенсатора нивелира. Рук. деп. в ВИНИТИ JS 4978-В88 от 23.06.88. -14с.

5. Курлаев A.A., Михеечев B.C., Попов H.H. Материалы упругих подвесов чувствительных элементов геодезических приборов. //Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. -1989. -J6 5. -С.140-145.

6. Курлаев A.A., Михеечев B.C., Попов H.H. Методика оценки некоторых свойств материалов упругих подвесов маятниковых уровней. //Изв. вузов. Геодезия и аэрофтосъемка.-1991.-й 4.-C.II0-II6.

7. Курлаев A.A., Михеечев B.C., Попов H.H. Новые перспективные металлические материалы деталей геодезических приборов. //Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.-1991.-й 6.-C.I36-I44.

8. Курлаев A.A., Михеечев B.C., Пятин Ю.М. Наклономер. Авторское свидетельство на изобретение. - Опубл. в В.И. .<5 24, 1991.

9. Попов H.H., Михеечев B.C., Курлаев A.A., Кузьменко В.В., Блинов В.М..Карелин Ф.Р. Упругий подвес из высокоазотистой стали для чувствительного, элемента преобразователя угла наклона. //Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 1992. - Я 3. - С.171-176.

10. Костриков А.Л., Курлаев A.A., Михеечев B.C. О точностных возможностях маятниковых компенсаторов нивелиров, установленныхз на миниатюрных опорах качения. //Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 1993. -й 5-6. -С.I17-124.

Рис. Упрощенная схема конструкции магнитно-разгрукешюй маятниковой системы компенсатора нивелира

Заказ № ЭуЬ2. Тираж-100. Подп. з печать 10.05.94г. УПП "Репрография".