Опорно-поворотное устройство

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для систем аэропоники, контролируемой системы листовой подкормки в земледелии открытого и закрытого грунта, позиционирования датчиков приема приема-передачи данных, приборов визуального контроля с возможностью независимого изменения их ориентации во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Известно опорно-поворотное устройство, в котором на вертикальной опоре закреплен опорно-вращающийся блок, расположенный под поворотной платформой, которая соединена с фланцем, выполненным с возможностью крепления к антенне и соединенным с одним из концов штока (см. патент РФ № 172074, МПК H01Q 3/08, опубликовано 28.06.2017).
Недостатками известного решения являются:
- сложность и массивность конструкции;
- увеличенная рабочая площадь, обусловленная длиной штока.
В качестве ближайшего аналога принято опорно-поворотное устройство, включающее вращающуюся стойку, которая опирается на подшипник и крутится относительно соединенной с ней стойки, закрепленной на основании, причем стойки выполнены цилиндрическими и соосными, кроме того, устройство снабжено крепежным элементом в форме обечайки, соединяющей стойки друг с другом, и в полости которой расположена вращающаяся стойка, и поворотным элементом, закрепленным с возможностью совместного вращения с вращающейся стойкой (см. патент РФ № 184902, МПК E06B 11/00, опубликовано 13.11.2018).
Недостатком ближайшего аналога является возможность изменения ориентации закрепленных на устройстве объектов только в поперечной плоскости вращающейся стойки путем ее поворота.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка опорно-поворотного устройства, которое обеспечивает возможность независимого изменения ориентации установленных на устройстве объектов во взаимно перпендикулярных плоскостях и упрощение конструкции устройства.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности независимого изменения ориентации установленных на устройстве объектов во взаимно перпендикулярных плоскостях с упрощением конструкции.
Поставленная задача решается тем, что опорно-поворотное устройство, включающее вращающуюся стойку, которая опирается на подшипник и крутится относительно соединенной с ней стойки, закрепленной на основании, причем стойки выполнены цилиндрическими и соосными, кроме того, устройство снабжено крепежным элементом в форме обечайки, соединяющей стойки друг с другом, и в полости которой расположена вращающаяся стойка, и поворотным элементом, закрепленным с возможностью совместного вращения с вращающейся стойкой, отличается тем, что внешнее кольцо подшипника выполнено разрезным и разделено по высоте на две равные части, нижняя из которых зафиксирована в полости стойки, а верхняя с возможностью совместного вращения жестко соединена с вращающейся стойкой и с нижней частью крепежного элемента, расположенной между торцами стоек, кроме того, поворотный элемент выполнен в виде зубчатого колеса, жестко закрепленного на крепежном элементе, нижняя грань которого лежит в одной плоскости с контактной поверхностью частей внешнего кольца подшипника и с нижним торцом крепежного элемента, кроме того, в поперечной плоскости верхней части вращающейся стойки установлен сквозной вал, который жестко и с возможностью совместного поворота соединен с зубчатым колесом и с помощью ребер жесткости с платформой, расположенной над вращающейся стойкой, причем в верхней части вращающейся стойки выполнены продольные сквозные прорези для соответствующих ребер жесткости.
Кроме того, стойки съёмно соединены друг с другом, для чего сквозь крепежный элемент и вращающуюся стойку через соответствующее сквозное отверстие пропущен центральный поперечный штырь.
Кроме того, стойка расположена с образованием зазора между ее торцом и опорной поверхностью основания, выполненного с возможностью обеспечения поворота указанной стойки в продольной плоскости и возможностью фиксации ортогонального положения стойки относительно опорной поверхности основания.
Кроме того, основание устройства выполнено в виде пары элементов, расположенных по периметру стойки симметрично относительно ее центральной продольной оси, каждый из которых состоит из опорной части, которая под прямым углом жестко соединена с соединительной частью, при этом соединительные части основания жестко скреплены между собой с помощью центрального поперечного стержня, пропущенного через соответствующие сквозные отверстия стойки и обеспечивающего возможность поворота стойки в продольной плоскости.
Кроме того, для фиксации ортогонального положения стойки относительно опорной поверхности основания используют центральный поперечный штырь, пропущенный через соответствующие сквозные отверстия стойки и соединительных частей основания и расположенный над центральным поперечным стержнем основания.
Сопоставительный анализ признаков заявляемой полезной модели с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы полезной модели обеспечивают решение следующих функциональных задач.
Признаки «внешнее кольцо подшипника выполнено разрезным и разделено по высоте на две равные части, верхняя из которых с возможностью совместного вращения жестко соединена с вращающейся стойкой и с нижней частью крепежного элемента, расположенной между торцами стоек» и «нижняя грань поворотного элемента лежит в одной плоскости с контактной поверхностью частей внешнего кольца подшипника и с нижним торцом крепежного элемента» описывают механизм, обеспечивающий поворот вращающейся стойки относительно соединенной с ней стойки.
Признак «нижняя часть внешнего кольца подшипника зафиксирована в полости стойки» повышает пространственную жесткость устройства и способствует более прочному соединению стоек друг с другом.
Признаки «поворотный элемент выполнен в виде зубчатого колеса, жестко закрепленного на крепежном элементе» позволяют организовать передачу крутящего момента от поворотного элемента вращающейся стойке.
Признаки «в поперечной плоскости верхней части вращающейся стойки установлен сквозной вал, который жестко и с возможностью совместного поворота соединен с зубчатым колесом и с помощью ребер жесткости с платформой, расположенной над вращающейся стойкой, причем в верхней части вращающейся стойки выполнены продольные сквозные прорези для соответствующих ребер жесткости» обеспечивают возможность изменения ориентации закрепленных на устройстве объектов в продольной плоскости стоек путем наклона платформы.
Признаки зависимых пунктов формулы значительно упрощают монтаж-демонтаж устройства и способствуют его более удобной транспортировке.
На фиг. 1 показан вид стоек изнутри.
На фиг. 2 приведен поперечный разрез устройства.
На фиг. 3 изображен узел соединения стойки с основанием.
На чертежах показаны вращающаяся стойка 1, подшипник 2, стойка 3, основание 4, крепежный 5 и поворотный 6 элементы, верхняя 7 и нижняя 8 части внешнего кольца 9 подшипника 2, нижняя часть 10 крепежного элемента 5, сквозной вал 11, зубчатое колесо 12, ребра 13 жесткости, платформа 14, продольные сквозные прорези 15 вращающейся стойки 1, центральные поперечные штыри 16 и 17, зазор 18 между торцом стойки 3 и опорной поверхностью 19 основания 4, опорные 20 и соединительные 21 части основания 4, сквозные отверстия 22 вращающейся стойки 1, центральный поперечный стержень 23 основания 4.
Стойки 1 и 3 выполнены цилиндрическими и соосными и соединены друг с другом посредством крепежного элемента 5 в форме обечайки, нижняя часть 10 которого расположена между торцами указанных стоек 1 и 3.
Кроме того, стойки 1 и 3 съемно соединены друг с другом, для чего сквозь крепежный элемент 5 и вращающуюся стойку 1 через соответствующие сквозные отверстия 22 пропущен центральный поперечный штырь 16.
Вращающаяся стойка 1 опирается на подшипник 2, расположена в полости крепежного элемента 5 и закреплена с возможностью ее поворота относительно стойки 3.
В поперечной плоскости верхней части вращающейся стойки 1 установлен сквозной вал 11, который жестко и с возможностью совместного поворота соединен с зубчатым колесом 12 и с помощью ребер жесткости 13 с платформой 14, расположенной над вращающейся стойкой 1, причем в верхней части вращающейся стойки 1 выполнены продольные сквозные прорези 15 для соответствующих ребер жесткости 13.
Внешнее кольцо 9 подшипника 2 выполнено разрезным и разделено по высоте на две равные части, нижняя 8 из которых зафиксирована в полости стойки 3, а верхняя 7 с возможностью совместного вращения жестко соединена с вращающейся стойкой 1 и с нижней частью 10 крепежного элемента 5.
Поворотный элемент 6 выполнен в виде зубчатого колеса, жестко закреплен на крепежном элементе 5, и его нижняя грань лежит в одной плоскости с контактной поверхностью частей 7 и 8 внешнего кольца 9 подшипника 2 и с нижним торцом крепежного элемента 5.
Стойка 3 закреплена на основании 4 с образованием зазора 18 между ее торцом и опорной поверхностью 19 основания 4.
Основание 4 устройства выполнено в виде пары элементов, расположенных по периметру стойки 3 симметрично относительно ее центральной продольной оси, каждый из которых состоит из опорной части 20, которая под прямым углом жестко соединена с соединительной частью 21, при этом соединительные части 21 основания 4 жестко скреплены между собой с помощью центрального поперечного стержня 23, пропущенного через соответствующие сквозные отверстия (на чертежах не показаны) стойки 3, и обеспечивающего возможность поворота стойки 3 в продольной плоскости.
Для фиксации ортогонального положения стойки 3 относительно опорной поверхности 19 основания 4 используют центральный поперечный штырь 17, пропущенный через соответствующие сквозные отверстия (на чертежах не показаны) стойки 3 и соединительных частей 21 основания 4 и расположенный над центральным поперечным стержнем 23 основания 4.
Срочный демонтаж устройства, например при подготовке к транспортировке, осуществляют следующим образом.
Из сквозных отверстий 22 вынимают центральный поперечный штырь 16 и извлекают вращающуюся стойку из полости крепежного элемента 5.
Отсоединяют опорные части 20 основания 4.
Из сквозных отверстий вынимают центральный поперечный штырь 17 и поворачивают стойку 3 вокруг центрального поперечного стержня 23, опирая ее свободный конец на твёрдую поверхность.
Монтаж устройства осуществляют в обратном порядке.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Для поворота вращающейся стойки 1 вокруг ее поперечной центральной оси поворачивают поворотный элемент 6 на требуемый угол, например за счет сопряжения крепежного элемента 6 с зубчатым колесом (на чертежах не показано), закрепленным на валу электромотором.
При вращении поворотного элемента 6 за счет жесткого соединения происходит его совместный поворот с крепежным элементом 5 и верхней частью 7 внешнего кольца 9 подшипника 2, на которую опирается вращающаяся стойка 1.
Для наклона платформы 14 в продольной плоскости стоек 1 и 3, параллельной зубчатому колесу 12, поворачивают указанное колесо на требуемый угол, например за счет его сопряжения с зубчатым колесом (на чертежах не показано), закрепленным на валу электромотором.
При повороте зубчатого колеса 12 за счет жесткого соединения происходит его совместный поворот со сквозным валом 11 и с жестко соединенной с валом платформой 14 при перемещении ребер  жесткости 13 в соответствующих сквозных прорезях 15 вращающейся стойки 1.
Авторы разработали опорно-поворотное устройство со следующими параметрами:
материал стоек - сталь марки 20Х толщиной 4 мм;
диаметр вращающейся стойки - 76 мм;
диаметр стойки - 80 мм;
общая длина стоек в собранном устройстве - 400 мм;
высота подшипника - 37 мм;
материал платформы - сталь марки 20Х;
размер платформы - 130×124×4 мм;
расстояние от центральной оси сквозного вала до нижней грани платформы - 195 мм;
расстояние от торца вращающейся стойки до нижней грани платформы - 207,5 мм.
Как показали исследования, устройство с данными параметрами обеспечивает отклонение платформы от центральной продольной оси вращающейся стойки на величину до 20° в одну сторону при сохранении заданной ему ориентации.
Таким образом, заявляемое опорно-поворотное устройство обеспечивает возможность независимого изменения ориентации установленных на устройстве объектов во взаимно перпендикулярных плоскостях при упрощении конструкции.