рывания проходного отверстия и герметизации УП в плоских уст-
ройствах, в качестве прототипа была выбрана разработанная нами ба-
зовая конструкция сверхвысоковакуумного затвора с двумя исполни-
тельными органами и электропневматическим приводом [153]. Приняв
за основу структуру, генерируемую по правилу (3.22), получаем из
выражения (3.30) искомую формулу строения создаваемого устройства:
Общий вид разработанного затвора представлен на рис. П.6,
П.6А. Для согласования функциональных параметров сопрягаемых
основных ФМ совместно с электромагнитным приводом использован гид-
равлический усилитель, т.е. образован комбинированный привод, поз-
воляющий применять подобное решение и для устройств с цельнометал-
лической УП. Проведенный анализ множества позволил модифициро-
вать описываемую конструкцию за счет использования для перемещения
уплотнительного диска принципиально нового для ВКА ввода движения
- упруго деформируемого полого элемента - трубки Бурдона. Подобное
выполнение конструкции позволило упростить управление работой зат-
вора, повысить его быстродействие и уменьшить дестабилизирующее
воздействие элементов затвора на вакуумную среду [154].
Дальнейшее развитие конструкций ВКА, включающих вводы движе-
ния - механизмы непосредственного действия, не содержащие пары
трения в вакуумной полости, обусловило необходимость получения
структуры с одним исполнительным органом. Формула строения данного
устройства получена из выражения (3.32) :
Общий вид конструкции сверхвысоковакуумного затвора , реали-
зующей данную цель, приведен на рис. П.7, П.7А-В.
Подобное выполнение затвора позволило использовать в структу-
ре только один исполнительный орган при сохранении достоинств вы-
- 130 -
шеописанной конструкции [155].
4.4.2. Конструкции ВКА, разработанные на основе синтеза ее
механизмов.
Необходимость синтеза механизмов обусловлена, как правило,
использованием электромеханического или ручного привода, а также
сложным видом движения при перекрывании и герметизации проходного
отверстия, что особенно актуально для плоских и проходных затво-
ров. Рассмотрим конструкции ВКА, полученные с использованием раз-
личных путей синтеза ее механизмов (см. п. 3.4.1.).
Кинематическая схема поворотного затвора, полученная на осно-
ве анализа трехконтурной формы цепи (с использованием ППП "SSVC"),
реализованной посредством плоских рычажных механизмов, приведена
на рис. П.8. Формулу строения данного устройства, согласно (3.35),
можно представить в виде:
Проработка и практическое воплощение полученной схемы меха-
низма совмещенной структуры (рис. П.9) обеспечили рациональное
движение уплотнительного диска при перекрывании и герметизации
проходного отверстия: поступательное его движение на стадии герме-
тизации и поворот уплотнительного диска на 90 на стадиях открыва-
ния и закрыванияя затвора при небольшом ходе ведущего звена приво-
да.
Подобное выполнение устройства приводит к повышению ресурса и
надежности работы затвора за счет исключения неравномерности сжа-
тия уплотнителя и его трения о седло, а также обеспечения фиксиро-
ванного положения уплотнительного диска в каждый момент работы
затвора, что устраняет возможность его перекосов [120].
- 131 -
Дальнейшая доработка рассмотренной конструкции обусловлена
оптимизацией созданного механизма по критерию Ф (выражение
(2.21)). Оптимизация проводилась для механизма, расположенного вне
вакуумной полости затвора и являющегося собственно его приводом (с
использованием ППП "Р4"). Целью проектирования явилась необходи-
мость обеспечения различных передаточных функций на стадиях перек-
рывания и герметизации проходного отверстия. Указанная цель реали-
зована посредством использования двух взаимодействующих типовых
элементарных механизмов - попеременно работающих эксцентриков
(рис. П.10), причем на стадии перемещения уплотнительного диска,
требующей значительных перемещений при малых усилиях, работает
эксцентрик с большим эксцентриситетом, а герметизация затвора про-
изводится эксцентриком с маленьким эксцентриситетом. Подобное вы-
полнение устройства позволяет существенно уменьшить приводное уси-
лие для получения требуемого усилия герметизации [156].
По отношению к используемым механизмам, особенно расположен-
ным в вакуумной полости, наиболее критичны сверхвысоковакуумные
конструкции, качество которых зачастую определется дестабилизирую-
щим влиянием на рабочую сверхвысоковакуумную среду (величиной
привносимой дефектности). В связи с этим одной из основных целей
проектирования сверхвысоковакуумных клапанов и затворов является
уменьшение числа тяжелонагруженных пар трения в механизмах, рабо-
тающих в вакуумной полости ВКА, либо полное их устранение, что на-
иболее труднодостижимо для конструкций плоского типа. Другим важ-
ным аспектом разработки конструкций с электромеханическим приводом
является использование только одного привода для их функционирова-
ния, что определило цели проектирования описываемых ниже конструк-
ций сверхвысоковакуумных прямопролетных плоских затворов.
На рис. П.11, П.11А,Б представлен общий вид сверхвысоковаку-
умного затвора, в котором механизм, расположенный в вакуумной по-
- 132 -
лости, обеспечивает поворот уплотнительного диска для перекрывания
проходного отверстия, что не требует больших усилий, а герметиза-
ция осуществляется механизмом, расположенным вне вакуумной по-
лости. Формула строения при этом имеет вид:
Подобная конструкция является устройством переменной структу-
ры с отключением механизма перемещения при герметизации:
Достоинством разработанного механизма перемещения уплотни-
тельного диска (рис. П.11Б) является его большое передаточное от-
ношение при незначительных габаритах, что приводит к минимизации
критерия Ф [157].
Вместе с тем, рассмотренная конструкция достаточно сложна, а
механизм перемещения из-за расположения в вакуумной полости труд-
норегулируем, что определило цель проектирования - удаление меха-
низма из вакуумной полости (замена его механизмом непосредственно-
го действия), т.е. генерацию структуры по выражению (3.33). При
этом формула строения принимает вид:
Указанная проектная цель была достигнута в разработанном
сверхвысоковакуумном затворе с электромеханическим приводом путем
синтеза зубчато-кулачкового механизма, расположенного вне вакуум-
ной полости (рис. П.12, П.12А,Б).
Рассматриваемый затвор является конструкцией нового, ранее не
описанного типа устройств с механизмами переменной структуры: с
отключением механизма герметизации при перекрывании проходного от-
верстия и с отключением механизма перемещения уплотнительного
диска при его герметизации, что отмечено при разработке структур-
- 133 -
но-конструктивной классификации ВКА (п. 1.3), а формально было
предопределено при анализе множества возможных формул строения ВКА
(выражение (3.33)).
Подобное выполнение устройства позволило исключить механизмы
из вакуумной полости, что повышает ресурс работы затвора, упрощает
его управление и наладку при сохранении автономного (в сравнении с
пневмоуправляемыми конструкциями) привода [158].
4.4.3. Конструкции ВКА, разработанные на основе использования
различных физических эффектов.
При создании конструкций ВКА, описываемых в настоящем разделе
использован программный модуль "VP2".
Использование ФЭ в структуре ВКА как правило приводит к ее
усложнению и удорожанию, поэтому их применение целесообразно, в
основном, в сверхвысоковакуумных конструкциях, что объясняется
сложностью и особенностями функционирования подобной ВКА.
Главным недостатком цельнометаллической ВКА является большое
усилие герметизации уплотнительной пары, что приводит к повышенной
требуемой мощности привода, росту массо-габаритных характеристик и
снижению ресурса работы устройств. В связи с этим основной целью
проектирования является уменьшение действующих в ВКА усилий.
Достичь желаемого позволяет ФЭ, получивший название "гистерезис
натеканий" и заключающийся в возможном снижении после герметизации
УП прикладываемых к ней усилий в 2-3 раза, не приводящем к разгер-
метизации стыка [70, 159].
С использованием данного ФЭ разработан способ герметизации
цельнометаллического разъемного вакуумного соединения, который мо-
жет быть реализован как с помощью средств управления [160, 161],
так и с помощью ФЭ, преобразующих немеханическую энергию в механи-
- 134 -
ческую [162]. Уточненная с учетом выявленной вспомогательной функ-
ции - "разгрузить уплотнительную пару" - обобщенная функцио-
нальная структура , представлена на рис. П.13. Причем выполне-
ние функции может быть реализовано соответствующим перемещени-
ем уплотнительного диска.
Конкретная реализация подобной получена в конструкции
сверхвысоковакуумного клапана, приведенной на рис. П.14, использу-
ющей ФЭ "тепловое расширение" - преобразование тепловой энергии в
механическую (перемещение уплотнительного диска за счет изменения
линейных размеров штока при нагреве). При этом введение в структу-
ру предлагаемого устройства ФМ "нагреватель", включение которого
герметизирует УП, а отключение - разгружает ее (после остывания
штока), позволяет уменьшить усилия в элементах клапана в положении
"закрыто", избавиться от перегрузок на уплотнительную пару в мо-
мент герметизации и при прогревах; снизить мощность используемого