Способ изготовления замедляющих систем спирального типа

 

Сущность изобретения: размещают в баллоне спираль с опорными стержнями, ориентированными по внутренним образующим баллона, и обжимают баллон по шести противолежащим наружным образующим одновременно, при этом толщину стенки баллона b_б и величину деформации спирали f_c и баллона f_б выбирают из аналитических выражений. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к вакуумным электронным приборам, в частности, к способам изготовления замедляющих систем ламп бегущей волны (ЛБВ).

Разработка высокоэффективных ЛБВ с КПД ≈50% основана на использовании нетрадиционных материалов с высокой тепло-электропроводностью. Так, в качестве материала баллона используется пластичная медь, материала спирали молибден, вольфрам, медь, сплав на основе меди МАГТ-0,2.

Новые материалы дали развитие новым способам сборки замедляющих систем, каждый из которых в той или иной мере решает задачу уменьшения теплового сопротивления контактов "спираль-стержень", "стержень-баллон", "баллон-магнитная система".

Любая ЛБВ конструктивно содержит замедляющую систему (ЗС), представляющую собой, в данном случае, спираль, заключенную в металлическую оболочку, помещенную в магнитную систему (МС).

В совокупность требований, предъявляемых к ЗС и ее вакуумной оболочке входят: надежность закрепления спирали в баллоне, минимальное тепловое сопротивление контактов "спираль-стержень", "стержень-баллон" и контакта "баллон-МС".

Указанные требования создают значительные технологические трудности при сборке ЗС, поэтому разработано несколько способов, каждый из которых имеет свои недостатки.

Известен, например способ [1] в котором спираль приклеивают к расположенным вокруг нее трем опорным стержням, и образованный пакет вводят внутрь баллона с зазором по отношению к внутреннему диаметру баллона, после чего баллон обжимают на всю длину по его окружности специальной оправкой, представляющей собой толстостенную втулку, разрезанную на две части по ее образующей. После обжатия спираль оказывается закрепленной относительно баллона, как в аксиальном, так и в радиальном направлениях.

Основным недостатком способа является наличие огранки по наружному диаметру баллона (бурты), что может привести к: а) снижению точности при выставлении МС относительно баллона и спирали, б) увеличению теплового сопротивления контакта "баллон-МС", вследствие существования зазора между баллоном и МС, равного величине бурта.

Обжатие баллона по всей длине и поверхности вызывает удлинение баллона на длину, которая при малых поперечных размерах баллона может быть существенной и отрицательно сказываться на стабильности электрических параметров ЛБВ.

Технология усложнена удалением клея.

Кроме того, оправка обеспечивает гарантированное обжатие баллона и закрепление спирали только для одного набора размеров всех деталей ЗС: баллона, спирали, стержней.

Известен, также, способ [2] в котором прежде, чем ввести пакет в баллон, последний деформируют таким образом, что в поперечном сечении он принимает форму овального треугольника. Пакет ЗС вводят в баллон, располагая опорные стержни в углах треугольника. После введения пакета в баллон его вторично деформируют по наружным образующим, противолежащим опорным стержнем (по вершинам треугольника), в результате чего баллон в поперечном сечении принимает форму шестиугольника со скругленными углами, незначительно отличающуюся от окружности.

Двойная деформация баллона применена для придания баллону в поперечном сечении формы шестиугольника, с целью снижения теплового сопротивления контакта "баллон-МС".

Недостаток описанного способа заключается в том, что надежное закрепление спирали в баллоне возможно только на толстостенных баллонах, применение которых нежелательно, так как приводит к неоправданному увеличению веса и габаритов МС.

Двойная деформация баллона усложняет технологию сборки ЗС при снижении точностных характеристик.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача повышения надежности закрепления спирали в тонкостенных баллонах, снижения теплового сопротивления контактов "спираль-стержень", "стержень-баллон", "баллон-МС".

Поставленная задача решается тем, что предложен способ изготовления ЗС спирального типа, в котором размещают в баллоне спираль с опорными стержнями, ориентированными по внутренним образующим баллона, и обжимают баллон по трем противолежащим наружным образующим.

Новым в предложенном способе является то, что одновременно обжимают баллон еще по трем образующим, каждую из которых выбирают в промежутке между каждой парой первых образующих, при этом толщину стенки баллона b_б и величину деформации спирали f_c и баллона f_б выбирают из условий: , , f_б= Δ_{сб max}+f_c, где σ_б, σ_c предел текучести материалов баллона и спирали соответственно (н/мм²), Е_б, Е_c модуль упругости материалов баллона и спирали соответственно (н/мм²), d_б, d_с средний диаметр баллона и спирали соответственно (мм), b_с толщина витка спирали (мм),
Δ_{сб max} максимальное значение зазора между деталями пакета и внутренним диаметром баллона (мм).

Верхняя граница толщины стенки баллона выбирается из практических соображений и увязывается с параметрами МС и прибора.

Верхняя граница величины деформации спирали определяется параметрами ЛБВ и выбирается индивидуально в каждом конкретном случае.

В возможном варианте реализации способа в баллоне на время обжима размещают параллельно опорным стержням технологические стержни, при этом зазор Δ между опорными и технологическими стержнями устанавливают из условия:
,
где α допуск на отклонение углового расположения опор,
наружный диаметр спирали (мм),
d_mc диаметр технологического стержня (мм), равный
d_mc h f_б f_c,
где h высота опорного стержня (мм),
f_б, f_c максимальная величина деформации баллона и спирали соответственно при проведении операции обжатия (мм).

Для расширения возможностей сборки технологические стержни могут быть выполнены с лысками. Количество технологических стержней между каждой парой опорных стержней может быть 2, 3 и более.

Применение технологических стержней позволяет отказаться от технологии закрепления стержней на спирали с помощью клея перед введением пакета в баллон.

На фиг. 1 показано поперечное сечение пакета ЗС в баллоне, на котором реализуется заявленный способ, на фиг.2 то же, вариант реализации.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Спираль 1 (фиг. 1) заключают между тремя опорными стержнями 2, и образованный пакет вводят внутрь баллона 3. Для повышения пластичности при последующей деформации баллон желательно предварительно отжечь. После этого баллон обжимают одновременно 6-ю силами Р и Р_g (фиг.1), приложенными вдоль внешних образующих по всей длине баллона. При этом силы Р прикладывают по образующим, расположенным против опорных стержней 2, а силы Р_g по образующим, расположенным в промежутке между каждой парой сил Р. Необходимым условием надежного закрепления спирали внутри баллона является правильный выбор толщины стенки баллона b_б и величины деформации спирали f_c и баллона f_б, которые выбирают из условий:


f_б= Δ_{сб max}+f_c,
где σ_б, σ_c предел текучести материалов баллона и спирали соответственно (Н/мм²),
Е_б, Е_c модуль упругости материалов баллона и спирали соответственно (н/мм²),
d_б, d_с средний диаметр баллона и спирали соответственно (мм),
b_c толщина витка спирали (мм),
Δ_{сб max} максимальное значение зазора между деталями пакета и внутренним диаметром баллона (мм).

В возможном варианте реализации способа в промежутках между опорными стержнями 2 (фиг. 2) могут быть расположены технологические стержни 4, с лысками 5, которые вводят в баллон 3 перед его обжимом одновременно с пакетом ЗС, при этом зазор 6 ((Δ)) между технологическими и опорными стержнями устанавливают из условия:
,
где α допуск на отклонение углового расположения опор,
наружный диаметр спирали (мм),
d_mc диаметр технологического стержня (мм), равный
d_mc h f_б f_c,
где h высота опорного стержня (мм),
f_б, f_с> максимальная величина деформации баллона и спирали соответственно при проведении операции обжатия (мм).

Из фиг.1, 2 также видно, что опорные стержни могут быть любого сечения: круглые, цилиндрические, трапецеидальные и т.д. После обжатия силами Р и Р_g технологические стержни из баллона удаляют.

После обжатия баллон 3 в поперечном сечении будет иметь форму, подобную правильному овальному шестиугольнику, несущественно отличающуюся от окружности, при этом гарантируется надежный контакт баллона с МС.

Операция деформации баллона происходит в специальной оправке, обеспечивающей высокую точность перемещения элементов, передающих усилия Р и Р_g в радиальном направлении в зависимости от выбранных значений f_б и f_c.

Предложенный способ, в отличие от описанных выше, обеспечивает надежность закрепления спирали в тонкостенном баллоне, низкое тепловое сопротивление контактов "спираль-стержни", "стержни-баллон" и контакта "баллон-МС".

Кроме того, в данном способе не применяется клей для крепления керамических опор, что всегда вносит загрязнение в пакет ЗС, не происходит удлинение баллона, что отрицательно влияет на параметры прибора.

Способ технологичен, обжим баллона осуществляется в одну операцию.

Пример конкретного исполнения способа.

Гарантированное закрепление спирали в баллоне возможно при условии, что величина упругой деформация баллона f_бу> после снятия деформирующих усилий меньше величины упругой деформации спирали f_су, т.е.

f_бу<f
Данное условие всегда выполняется для баллона, обжатого по всему периметру (способ [1]), т.к. упругая деформации в этом случае близка к 0.

Для баллона, деформированного 3-мя силами (способ [2]), данное условие выполняется только при определенном, достаточно большом значении толщины стенки баллона.

Рассмотрим пример конкретного исполнения способов 2 и 3 (заявленного).

Спираль наружный диаметр 0,8 мм толщина плющенки 0,2 мм - материал-молибден, δ=60 Н/мм², Е=3100 Н/мм²
Баллон наружный диаметр 4 мм, средний диаметр d_б 3,3 мм толщина стенки, b_б 0,7 мм, материал-медь, d=9 Н/мм², Е=1200 Н/мм²
а) при деформации баллона 3-мя силами
f_су 8·10^-4 мм, f_бу 9,85·10^-4, т.е. f_бу>f_су
Тепловое сопротивление (ТС) промежутка "спираль-баллон", замеренное экспериментально, равно 13 .

б) при деформации баллона 6-ю силами
f_су 8 · 10^-4 мм, f_бу=2,2·10^-4 мм, т.е. f_бу<f
ТС в данном случае уменьшается до 3,3 .

Приведенный пример показывает, что высокое ТС случая а) является результатом плохо сформированных контактов между спиралью и опорными стержнями, стержнями и оболочкой вследствие значительного ухода стенки баллона после деформации.

Для того, чтобы в случае а) достичь соотношения f_бу<f, и, тем самым снизить ТС, необходимо перейти на баллон с геометрией: наружный диаметр 6,3 мм, толщина стенки 3 мм, и значительно удалить МС от пучка. Из приведенного примера следует, что путь снижения упругой деформации баллона при воздействии 3-х сил за счет изменения геометрии пакета может оказаться бесперспективным.

В случае б), т.е. при условии f_бу<f, происходит формирование контактных площадок на спирали, через которые передаются тепло на стержни и баллон.

ЗС, собранная по заявленному способу, позволяет получать КПД ЛБВ на уровне 50%

Формула изобретения

1. Способ изготовления замедляющих систем спирального типа ламп бегущей волны, включающий размещение в баллоне из пластичного материала спирали с тремя опорными стержнями, ориентированными по внутренним образующим баллона, и обжатие баллона по шести противолежащим наружным образующим, отличающийся тем, что обжатие баллона по всем образующим для получения в сечении правильного шестиугольника осуществляют одновременно и толщину b_б стенки баллона, величины деформации спирали f_с и баллона f_б выбирают из выражений



где δ_б, δ_c предел текучести материала баллона и спирали соответственно, Н/мм²;
E_б и E_c модуль упругости материалов баллона и спирали соответственно, Н/мм²;
d_б и d_c средний диаметр баллона и спирали соответственно, мм;
b_c толщина витка спирали, мм;
максимальное значение зазора между деталями пакета и внутренним диаметром баллона, мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на время обжима в баллоне размещают параллельно опорным стержням технологические стержни, при этом зазор Δ между опорными и технологическими стержнями выбирают из выражений

d_т.с h f_б f_c,
где α допуск на отклонение углового расположения опор;
наружный диаметр спирали, мм;
d_т.с диаметр технологического стержня, мм;
h высота опорного стержня, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2