СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ БЛОК ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛИ И ШАРОВОЙ ОПОРЫ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к соединительному блоку для соединения детали и шаровой опоры. Полезная модель может быть применена на транспорте, в машиностроении, космической и лабораторной технике, например, в качестве опорных платформ телескопов, оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем и т.п.
Уровень техники
В настоящее время для решения определенных технических задач необходимо осуществлять соединение различных деталей на шаровую опору, например, для позиционирования плоской детали на шаровой опоре.
В данной заявке под термином «шаровая опора» понимается шаровая деталь, предназначенная для передачи веса и других нагрузок с агрегата (устройства) или детали на корпус (основание).
Так, из уровня техники - DE 4104581 А1 (кл. E04B 1/19; F16S 3/08, опубликовано 20.08.1992) известен соединительный блок для соединения детали (трубчатой) и шаровой опоры. В шаровой опоре выполнено глухое отверстие с резьбой для установки винта. Трубчатая деталь имеет концевую коническую часть, в которой установлен винт. Концевая коническая часть прилегает к шаровой опоре посредством муфты. Данный соединительный блок для соединения детали (трубчатой) и шаровой опоры относится преимущественно к блокам крепления пространственных ферм и позволяет выполнить данное соединение незаметным при низкой стоимости его изготовления. Однако данный блок соединения не обладает возможностью взаимоперемещения детали и шаровой опоры.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является соединительный блок, который описан в DE 10102862 А1 (кл. F16B 5/06, F16B 5/02, E04F 11/18, E04F 13/08, E06B 3/54, опубликовано 14.08.2002).
Блок соединения состоит из основания и верхней плиты, между которыми расположена пластина. Снизу основания прикреплен фланец, в котором выполнено отверстие для болта. Болт, проходящий через отверстие фланца, закреплен на сферической детали. Таким образом, пластина соединена со сферической деталью. При этом нижняя сторона основы и верхняя сторона фланца формируют соединение, позволяющее пластине вращаться/поворачиваться относительно фланца и соответственно сферической детали. Недостатками данного блока соединения являются сложность конструкции блока, т.к. поворот детали осуществляется за счет соединения нижней стороны основы и верхней стороны фланца; отсутствие возможности смещения пластины непосредственно относительно детали (шаровой опоры), а соответственно отсутствие возможности взаимоперемещения детали и шаровой опоры.
Технической проблемой является реализация соединительного блока для соединения детали и шаровой опоры с возможностью взаимоперемещения детали и шаровой опоры относительно друг друга.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является возможность взаимоперемещения детали и шаровой опоры относительно друг друга, в частности: 1) угловое смещение (поворот) шаровой опоры относительно детали и наоборот; 2) взаимоперемещение детали и шаровой опоры относительно друг друга с изменением направления оси крепежного винта относительно соединяемой детали; 3) взаимоперемещение детали и шаровой опоры по длинной стороне закрытого классного паза.
Технический результат достигается за счет того, что соединительный блок для соединения детали и шаровой опоры при помощи крепежного элемента, характеризуется следующими признаками:
крепежный элемент выполнен в виде винта, содержащего головку и стержень;
в детали выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения винта, при этом сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта;
сквозное отверстие на участке сопряжения детали с шаровой опорой выполнено в форме закрытого паза, имеющего прямоугольное сечение, в котором размещена коническая шайба с зазором, обеспечивающим возможность смещения шайбы по длине паза, и контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и ширина паза являются классными;
в шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения стержня винта, при этом отверстия в детали и шаровой опоре размещены соосно;
стержень крепежного винта размещен в цилиндрическом участке сквозного отверстия детали с зазором, обеспечивающим угловое смещение детали относительно шаровой опоры, и закреплен посредством резьбы в глухом отверстии шаровой опоры;
под головкой винта установлен упругий компенсатор и коническая шайба, опирающаяся своей внутренней конической поверхностью на сферическую шайбу, размещенную в сквозном отверстии на данном цилиндрическом участке;
центр вышеуказанной сферической шайбы совпадает с центром шаровой опоры.
В качестве упругого компенсатора может быть использована тарельчатая пружина или зубчатая контровочная шайба, или шайба-гровер.
Паз в сечении может быть выполнен в форме прямоугольника со скругленными сторонами.
Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга.
Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении может быть выполнен в виде эллипса.
Краткое описание чертежей:
на фиг. 1 показан вид сверху на соединяемую деталь заявляемого соединительного блока, где стрелками обозначены возможные взаимоперемещения шаровой опоры относительно детали;
на фиг. 2 показан чертеж опорной конической шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;
на фиг. 3 показан чертеж выпуклой сферической шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;
на фиг. 4 показан чертеж вогнутой конической шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;
на фиг. 5 показан чертеж части детали заявляемого соединительного блока;
на фиг. 6 показан продольный разрез собранного заявляемого соединительного блока;
на фиг. 7 показан поперечный разрез собранного заявляемого соединительного блока;
на фиг. 8 показан разрез 3D-модели собранного заявляемого соединительного блока;
на фиг. 9 показана возможность смещения (перемещения) детали относительно шаровой опоры.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - шаровая опора;
2 - опорная коническая шайба;
3 - выпуклая сферическая шайба;
4 - вогнутая коническая шайба под головку винта;
5 - крепежный винт;
6 - закрытый классный паз;
7 - цилиндрическая выемка (углубление);
8 - сквозное отверстие для крепежного винта 5;
9 - глухое резьбовой отверстие в шаровой опоре 1 для крепежного винта 5;
10 - упругий компенсатор;
11 - деталь;
1
R - радиус кривизны шаровой опоры 1;
2
R - радиус кривизны выпуклой сферической шайбы 3;
О - центр шаровой опоры 1, совпадающий с центром выпуклой сферической шайбы 3.
Осуществление полезной модели
Соединительный блок для соединения детали и шаровой опоры содержит: деталь 11 и соответственно шаровую опору 1, а также соединяющие их элементы: крепежный элемент, упругий компенсатор 10, коническую шайбу 4, сферическую шайбу 3 и опорную коническую шайбу 2. Опорная коническая шайба 2 выполнена с классным внешним диаметром.
Классным называется элемент детали (например, внешний диаметр шайбы, внутренний диаметр отверстия/углубления/паза и т.п.), если его размер удовлетворяет определенному квалитету точности. Квалитет точности - это совокупность допусков, величина которых зависит от номинального размера, и которые соответствуют одинаковой степени точности для всех номинальных размеров. В России квалитеты точности определены в ГОСТ 25346-89.
Крепежный элемент выполнен в виде винта 5, содержащего головку и стержень. Деталь 11 может быть выполнена в любой форме, например, плоской (пластина, плита) и т.п.
В детали 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие (см. позиции 7-8-6 на фиг. 5) переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с шаровой опорой (паз 6), цилиндрический участок для размещения стержня винта (сквозное отверстие 8), и участок для размещения головки крепежного винта (цилиндрическая выемка 7). Сквозное отверстие 8 имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8 соосно выемке (углублению) 7.
Между отверстием 8 и размещенным внутри него стержнем винта 5 имеется зазор, обеспечивающий угловое смещение (поворот) шаровой опоры 1 вместе с винтом 5 относительно детали 11 (и соответственно наоборот - угловое смещение детали 11 относительно шаровой опоры 1 вместе с винтом 5). Данное смещение показано на фиг.1 верхней (дуговой) стрелкой.
В шаровой опоре 1 выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9, предназначенное для установки крепежного винта 5. Таким образом, стержень винта 5 закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9 шаровой опоры 1.
Сложнопрофильное сквозное отверстие в детали 11 и отверстие 9 в шаровой опоре 1 размещены соосно.
Сквозное отверстие на участке сопряжения детали 11 с шаровой опорой 1 выполнено в форме закрытого паза 6. Т.е. для установки шаровой опоры 1 в детали 11 выполнен закрытый паз 6 с плоским горизонтальным дном. Паз в сечении имеет преимущественно форму прямоугольника, однако данный прямоугольник может быть со скругленными сторонами (см. фиг. 1 - штрихпунктирная и сплошная линии), при этом ширина (короткая сторона) паза 6 выполнена классной. Соответственно данный закрытый паз 6 предназначен для размещения опорной конической шайбы 2 с классным внешним диаметром.
Длина (длинная сторона) прямоугольного классного паза 6 больше классного диаметра конической шайбы 2, за счет этого образуется зазор, обеспечивающий возможность смещение шайбы 2 по длине паза 6. Ширина (короткая сторона) прямоугольного паза 6 задана с классной точностью и равна внешнему классному диаметру конической шайбы 2, устанавливаемой в пазе 6 (см. фиг. 7). При этом плоская сторона шайбы 2 направлена внутрь паза 6 к его плоской горизонтальной поверхности, а (внутренняя) вогнутая коническая сторона шайбы 2 направлена и опирается на шаровую опору 1. Внешняя классная цилиндрическая сторона шайбы 2 контактирует с боковыми сторонами классного паза 6 в детали 11.
Паз 6 выполнен соосно сквозному отверстию 8 (и соответственно цилиндрической выемке 7). Таким образом, контакт детали 11 с шаровой опорой 1 осуществляется по пазу 6. Такой контакт позволяет осуществить взаимоперемещение детали 11 относительно опоры 1 при фиксированном положении ее центра и при постоянном контакте детали 11 с опорой 1.
Диаметр выемки 7 позволяет с зазором установить в нее сферическую шайбу 3 и коническую шайбу 4. Этот зазор позволяет осуществлять смещение шайб 3 и 4 в пределах смещения (перемещения) шайбы 2 по пазу 6 при взаимоперемещении детали 11 относительно шаровой опоры 1.
Под головку винта 5 установлены упругий компенсатор 10 и коническая шайба 4, вогнутая коническая поверхность которой опирается на выпуклую сферическую шайбу 3, а плоская поверхность, которой обращена к компенсатору 10. Плоская же поверхность шайбы 3 обращена внутрь выемки 7 (по направлению к шаровой опоре 1) и будет опираться на плоское дно выемки 7, а на выпуклую сферическую поверхность шайбы 3 вогнутой стороной установлена коническая вогнутая шайба 4. Головка винта 5, компенсатор 10, коническая шайба 4 и сферическая шайба 3 расположены в выемке 7. Стержень винта 5 проходит через компенсатор 10, коническую шайбу 4, сферическую шайбу 3, через отверстия 8 и 9, а также через шайбу 2.
Упругий компенсатор 10 обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока. В качестве такого упругого компенсатора может использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.
2
Радиус кривизны R выпуклой сферической шайбы 3 выбран так, что центр выпуклой сферической шайбы 3 совпадает с центром шаровой опоры 1 (точка О).
Отверстия, выполненные в конической 2 и в сферической 3 шайбах, а также сквозное отверстие в детали 8 имеют диаметры, превышающие диаметр крепежного винта 5. Диаметры шайб 3 и 4 меньше внутреннего диаметра выемки 7.
Деталь 11 в заявляемом соединительном блоке может поворачиваться на произвольный угол вокруг оси крепежного винта 5 относительно шаровой опоры 1 (т.е. движение как показано дуговой стрелкой на фиг. 1). При этом смещения в плоскости самой детали 11 полностью отсутствуют.
Второе возможное взаимоперемещение детали 11 относительно шаровой опоры 1 осуществляется следующим образом: шаровая опора 1 совместно с винтом 5 и шайбами 2, 3, 4 перемещается (смещается) по длинной стороне закрытого классного паза 6 в детали 11 (т.е. движение в пазу 6, как показано прямой стрелкой на фиг. 1 и стрелками на фиг. 6). Величина перемещения ограничивается длиной паза 6.
При этом плоская сторона конической шайбы 2 скользит (перемещается) по плоской горизонтальной поверхности паза 6. А плоская сторона сферической шайбы 3 - по плоскому дну выемки 7. Смещение винта 5 в направлении короткой стороны паза 6 (поперек паза) не происходит из-за того, что ширина классного паза 6 на очень малую величину превышает внешний классный диаметр конической шайбы 2, и люфт  практически отсутствует.
Третье возможное взаимоперемещение детали 11 относительно шаровой опоры 1 происходит за счет одновременного сдвига конической шайбы 4 по выпуклой поверхности сферической шайбы 3 и конической шайбы 2 по пазу 6. При этом направление оси крепежного винта 5 относительно детали 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстий в шайбах 2, 3 и диаметром сквозного отверстия 8 в детали 11. Иллюстрация взаимоперемещения шаровой опоры 1 совместно с винтом 5 относительно детали 11 показана на фиг. 9.
Таким образом, в заявляемом соединительном блоке для соединения детали и шаровой опоры имеется возможность взаимоперемещения детали и шаровой опоры относительно друг друга.