СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ БЛОК ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛИ НА ШАРОВЫХ ОПОРАХ
CONNECTING UNIT FOR CONNECTING BALL BEARING PART

Область техники
Группа изобретений относится к машиностроению, в частности к соединительному блоку для соединения детали на двух и трех шаровых опорах. Группа изобретений может быть применена в машиностроении, на транспорте, 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 шаровые опоры, например, для позиционирования плоской детали на двух или трех шаровых опорах.
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, опубл. 20.08.1992) известен соединительный блок для соединения детали (трубчатой) и одной 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. Данный блок соединения не обладает возможностью шаровой опоры относительно детали.
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, опубл. 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 перемещения шаровой опоры относительно всей детали.
Вышеописанные соединительные блоки также восприимчивы к изменениям температуры рабочей среды: например, в случае изменения температуры детали или опоры, происходит их равномерное расширение (сжатие), что приводит к смещению детали относительно шаровой опоры и последующей неправильной работе всего блока соединения вследствие нарушения позиционирования детали. Также эти блоки соединяют деталь только с одной шаровой опорой.
Технической проблемой является реализация соединительного блока для соединения детали на двух и трех шаровых опорах с возможностью перемещения шаровых опор относительно детали и с возможностью неизменного позиционирования детали относительно данных шаровых опор при расширении/сжатии.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является возможность перемещения шаровых опор относительно детали; а также возможность неизменного позиционирования детали относительно шаровых опор при расширении или сжатии детали, например, из-за изменения температуры.
Технический результат достигается за счет того, что соединительный блок для соединения детали на двух шаровых опорах при помощи двух крепежных элементов характеризуется следующими признаками:
- крепежные элементы выполнены в виде винта, содержащего головку и стержень;
- в каждой шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения стержня винта;
- для соединения первой шаровой опоры в детали выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; профиль сквозного отверстия на участке сопряжения детали с данной шаровой опорой имеет либо форму усеченного конуса, расширяющегося по направлению к шаровой опоре и контактирующего с ней либо цилиндрическую форму,
- при этом в случае выполнения профиля сквозного отверстия на участке сопряжения детали с данной шаровой опорой в цилиндрической форме в сквозном отверстии детали размещена коническая шайба, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры, а диаметр данной конической шайбы и диаметр сквозного отверстия на данном участке являются классными;
- для соединения второй шаровой опоры в детали также выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с данной 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;
- классный паз выполнен в детали таким образом, чтобы продолжение его продольной оси проходило через центр сопряжения детали с первой шаровой опорой;
- при этом каждое сложнопрофильное отверстие в детали размещено соосно отверстию в соответствующей шаровой опоре;
- стержень каждого крепежного винта размещен в соответствующем цилиндрическом участке сквозного отверстия детали с зазором, обеспечивающим угловое смещение детали относительно соответствующей шаровой опоры, и закреплен посредством резьбы в глухом отверстии соответствующей шаровой опоры;
- под каждой головкой винта установлены упругий компенсатор и коническая шайба, опирающаяся своей внутренней конической поверхностью на сферическую поверхность, образованную на участке для размещения головки соответствующего крепежного винта;
- каждый центр выпуклой соответствующей сферической поверхности совпадает с центром соответствующей ей шаровой опоры.
В качестве упругого компенсатора может быть использована тарельчатая пружина или зубчатая контровочная шайба, или шайба-гровер.
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.
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта, может представлять собой поверхность сферической шайбы, размещенной в сквозном отверстии на данном участке.
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки первого крепежного винта, может представлять собой часть профиля сквозного отверстия.
Паз в сечении может быть выполнен в форме прямоугольника со скругленными сторонами.
Технический результат также достигается за счет соединительного блока для соединения детали на трех шаровых опорах при помощи трех крепежных элементов, который характеризуется следующими признаками:
- крепежные элементы выполнены в виде винта, содержащего головку и стержень;
- в каждой шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения стержня винта;
- для соединения первой шаровой опоры в детали выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; профиль сквозного отверстия на участке сопряжения детали с данной шаровой опорой имеет либо форму усеченного конуса, расширяющегося по направлению к шаровой опоре и контактирующего с ней либо цилиндрическую форму,
- при этом в случае выполнения профиля сквозного отверстия на участке сопряжения детали с данной шаровой опорой в цилиндрической форме в сквозном отверстии детали размещена коническая шайба, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и диаметр сквозного отверстия на данном участке являются классными;
- для соединения второй шаровой опоры в детали также выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с данной 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;
- классный паз выполнен в детали таким образом, чтобы продолжение его продольной оси проходило через центр сопряжения детали с первой шаровой опорой;
- для соединения третьей шаровой опоры в детали выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения винта, при этом сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; между деталью и третьей шаровой опорой размещена коническая шайба, через которую проходит стержень винта, и которая контактирует своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры;
- центры трех сложнопрофильных отверстий не лежат на одной прямой;
- при этом каждое сложнопрофильное отверстие в детали размещено соосно отверстию в соответствующей шаровой опоре;
- стержень каждого крепежного винта размещен в соответствующем цилиндрическом участке сквозного отверстия детали с зазором, обеспечивающим угловое смещение детали относительно соответствующей шаровой опоры, и закреплен посредством резьбы в глухом отверстии соответствующей шаровой опоры;
- под каждой головкой винта установлены упругий компенсатор и коническая шайба, опирающаяся своей внутренней конической поверхностью на сферическую поверхность, образованную на участке для размещения головки соответствующего крепежного винта;
- каждый центр выпуклой соответствующей сферической поверхности совпадает с центром соответствующей ей шаровой опоры.
В качестве упругого компенсатора может быть использована тарельчатая пружина или зубчатая контровочная шайба, или шайба-гровер.
Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга.
Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении выполнен в виде эллипса.
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта, может представлять собой поверхность сферической шайбы, размещенной в сквозном отверстии на данном участке.
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки первого крепежного винта, может представлять собой часть профиля первого сквозного отверстия.
Паз в сечении может быть выполнен в форме прямоугольника со скругленными сторонами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид сверху на соединяемую деталь соединительного блока для соединения детали на двух шаровых опорах;
на фиг. 2 показан чертеж конической шайбы (под головку винта); 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 опорной конической шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;
на фиг. 5 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в детали для узла А по варианту выполнения 1;
на фиг. 6 показан разрез соединительного блока в узле А по варианту выполнения 1, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой сферическую шайбу;
на фиг. 7 показан разрез 3D-модели соединительного блока в узле А по варианту выполнения 1;
фиг. 8 иллюстрирует возможность перемещения шаровой опоры относительно детали с изменением направления оси крепежного винта относительно соединяемой детали для варианта 1 узла А;
на фиг. 9 показан разрез соединительного блока в узле А по варианту выполнения 1, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой выпуклое сферическое дно, выполненное в цилиндрической выемке;
на фиг. 10 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в детали для узла А по варианту выполнения 2;
на фиг. 11 показан разрез соединительного блока в узле А по варианту выполнения 2, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой сферическую шайбу;
на фиг. 12 показан разрез 3D-модели соединительного блока в узле А по варианту выполнения 2;
фиг. 13 иллюстрирует возможность перемещения шаровой опоры относительно детали с изменением направления оси крепежного винта относительно соединяемой детали для варианта 2 узла А;
на фиг. 14 показан разрез соединительного блока в узле А по варианту выполнения 2, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой выпуклое сферическое дно, выполненное в цилиндрической выемке;
на фиг. 15 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в детали для узла В;
на фиг. 16 показан продольный разрез собранного соединительного блока в узле В;
на фиг. 17 показан поперечный разрез собранного соединительного блока в узле В;
на фиг. 18 показан разрез 3D-модели соединительного блока в узле В;
на фиг. 19 показана возможность смещения (перемещения) шаровой опоры относительно детали в узле В;
на фиг. 20 показан вид сверху на соединяемую деталь соединительного блока для соединения детали на трех шаровых опорах;
на фиг. 21 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в детали для узла С;
на фиг. 22 показан продольный разрез собранного соединительного блока в узле С;
на фиг. 23 показан разрез 3D-модели собранного соединительного блока в узле С;
на фиг. 24 показана возможность перемещения шаровой опоры относительно детали в узле С;
на фиг. 25 показано устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, имеющее вид треугольной пирамиды;
на фиг. 26 показано устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов с тремя приборами, установленными на его боковые грани.
Позициями на чертежах обозначены:
100 - плоское основание, на котором закреплены шаровые опоры;
1 (1А, 1В, 1С) - шаровая опора;
2 (2А, 2В, 2С) - сложнопрофильное сквозное отверстие;
3 (3А, 3В, 3С) - выпуклая сферическая шайба;
4 (4А, 4В, 4С) - коническая шайба под головку винта;
5 (5А, 5В, 5С) - крепежный винт;
6 (6А, 6В, 6С) - зазор между стержнем винта 5 и сквозным отверстием 8;
7 (7А, 7В, 7С) - цилиндрическая выемка (углубление);
8 (8А, 8В, 8С) - сквозное отверстие для крепежного винта 5;
9 (9А, 9В, 9С) - глухое резьбовое отверстие в шаровой опоре 1 для крепежного винта 5;
10 (10А, 10В, 10С) - упругий компенсатор;
11 - деталь;
12А - коническая выемка в детали 11, опирающаяся на шаровую опору 1А [вариант 1 для узла А];
13А - выпуклое сферическое дно в цилиндрической выемке 7А;
14А - цилиндрическая выемка (углубление) с плоским дном под коническую шайбу 15А [вариант 2 для узла А];
15 (15А, 15В, 15С) - опорная классная шайба;
16В - закрытый классный паз;
17С - плоская поверхность детали 11, к которой прижимается опорная коническая шайба 15С;
18 - устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов;
19 - датчик звездной ориентации;
20 - датчик направления на Солнце;
21 - основание устройства (пирамиды);
22 - датчик смещения;
1
1A
1B
1C
R (R, R, R) - радиус кривизны соответствующей шаровой опоры (1А, 1В, 1С);
2A
R - радиус кривизны выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо сферической шайбы 3А);
2B
2C
R, R - радиус кривизны выпуклой сферической шайбы 3В, 3С;
A
B
C
О (O, O, O) - центр соответствующей шаровой опоры (1А, 1В, 1С) совпадающий с центром выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо соответствующей сферической шайбы 3).
Осуществление изобретения
Соединительный блок для соединения детали на двух шаровых опорах
Соединительный блок для соединения детали на двух шаровых опорах содержит: деталь 11 и соответственно две шаровые опоры 1А и 1В. Деталь 11 соединена с шаровой опорой 1А посредством узла А, а с шаровой опорой 1B посредством узла В. Деталь 11 может быть выполнена в любой форме, например, плоской (пластина, плита) и т.п.
Шаровые опоры могут быть в свою очередь жестко закреплены на основании 100. Основание 100 может быть основанием устройства для контроля взаимной ориентации приборов или опорой такого устройства или основанием целевой аппаратуры и т.п.
Узел А соединяющий деталь 11 и соответствующую шаровую опору 1А может выполнен в двух вариантах выполнения и устроен следующим образом.
Вариант 1 выполнения узла А.
Узел А соединяющий деталь 11 и шаровую опору 1А содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10А, коническую шайбу 4А и выпуклую сферическую поверхность (3А, 13А).
Крепежный элемент выполнен в виде винта 5А, содержащего головку и стержень с резьбой.
Для данного узла А в детали 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2А (фиг. 5) переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5А, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с шаровой опорой (коническая выемка 12А), цилиндрический участок для размещения стержня винта 5А (сквозное отверстие 8А) и участок для размещения головки крепежного винта 5А (цилиндрическая выемка 7А). Сквозное отверстие 8А имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5 А; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8А соосно выемке (углублению) 7А. Между отверстием 8А и размещенным внутри него стержнем винта 5А имеется зазор 6А, обеспечивающий угловое смещение (поворот) шаровой опоры 1А вместе с винтом 5А относительно детали 11 - фиг. 8.
A
Поверхность конической выемки 12А имеет возможность скользить (перемещаться) по поверхности шаровой опоры 1А, а коническая поверхность шайбы 4А, на которую опирается головка винта 5А - по сферической поверхности шайбы 3А либо сферического дна 13А. Поворот осуществляется вокруг центра (точка O) шаровой опоры 1А. Угловое смещение ограничивается величиной зазора 6А, диаметром цилиндрической выемки 7А, диаметром шайбы 4А и диаметром сферической поверхности (3А, 13А).
В самой шаровой опоре 1А выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9А, предназначенное для установки стержня крепежного винта 5А. Таким образом, стержень винта 5А закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9А шаровой опоры 1А.
Сложнопрофильное сквозное отверстие 2А в детали 11 и отверстие 9А в шаровой опоре 1А размещены соосно.
Для установки шаровой опоры 1А в детали 11 выполнена коническая выемка 12А, соосная сквозному отверстию 8А (и соответственно цилиндрической выемке 7А). Таким образом, профиль сквозного отверстия на участке сопряжения детали 11 с шаровой опорой 1А имеет форму усеченного конуса (выемка 12А), расширяющегося по направлению к шаровой опоре 1А и контактирующего с шаровой опорой.
Контакт детали 11 с шаровой опорой 1А осуществляется по вышеуказанной конической выемке 12А.
Под головку винта 5А установлены упругий компенсатор 10А и коническая шайба 4А, опирающаяся своей внутренней (вогнутой) конической поверхностью на сферическую поверхность 3А либо 13А, образованную на участке для размещения головки крепежного винта 5А, а внешней (плоской) поверхностью она (шайба 4А) обращена к компенсатору 10А. Головка винта 5А, компенсатор 10А, коническая шайба 4А и сферическая поверхность 3А либо 13А расположены в выемке 7А. Стержень винта 5А проходит через компенсатор 10А, коническую шайбу 4А и сферическую поверхность 3А либо 13А, а также через отверстия 8А и 9А.
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта 5А, может представлять собой поверхность сферической шайбы 3А, размещенной в сложнопрофильном сквозном отверстии 2А, а конкретно на участке в выемке 7А - Фиг. 6. Либо сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта 5А, может представлять собой часть профиля сквозного отверстия 2А, а конкретно часть профиля выемки 7А, образуя выпуклое сферическое дно 13А - Фиг. 9.
При выполнении сферической поверхности в виде сферической шайбы 3А: плоская сторона шайбы 3А будет обращена внутрь выемки 7А (по направлению к шаровой опоре 1А), а на выпуклую сферическую сторону шайбы 3А внутренней (вогнутой) стороной установлена коническая вогнутая шайба 4А.
Упругий компенсатор 10А обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока в узле А тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока в узле А. В качестве такого упругого компенсатора может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.
2A
A
Радиус кривизны R выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо сферической шайбы 3А) выбран так, чтобы центр выпуклой сферической поверхности (шайбы 3А/сферического дна 13А) совпадал с центром шаровой опоры 1А (тч. O).
Вариант 2 выполнения узла А
В данном варианте выполнения узла А вместо конической выемки 12А в детали 11, выполнена цилиндрическая выемка 14А, также являющаяся участком сложнопрофильного сквозного отверстия 2А и при этом данный участок контактирует с шаровой опорой 1А. Все остальные конструктивные элементы и их взаимосвязь по сравнению с вариантом 1 - остались неизменными.
Таким образом, для установки шаровой опоры 1А в детали 11 выполнена цилиндрическая выемка 14А с плоским дном. В цилиндрической выемке 14А установлена коническая шайба 15А, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью шаровой опоры 1А. Цилиндрическая выемка 14А соосна сквозному отверстию 8А (и соответственно цилиндрической выемке 7А). Диаметр конической шайбы 15А и диаметр сквозного отверстия на данном участке (цилиндрической выемки 14А) являются классными.
Классным называется элемент детали (например, внешний диаметр шайбы, внутренний диаметр отверстия/углубления 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.
A
Поверхность выемки 14А имеет возможность скользить (перемещаться) по поверхности шаровой опоры 1А посредством шайбы 15А, а коническая поверхность шайбы 4А, на которую опирается головка винта 5А - по сферической поверхности шайбы 3А либо сферического дна 13А. Поворот осуществляется вокруг центра (точка O) шаровой опоры 1А. Угловое смещение ограничивается величиной зазора 6А, диаметром цилиндрической выемки 7А, диаметром шайбы 4А и диаметром сферической поверхности (3А, 13А).
Т.е. контакт детали 11 с шаровой опорой 1А осуществляется по шайбе 15А, находящейся в выемке 14А. Такой контакт допускает перемещение шаровой опоры 1А относительно детали 11 при фиксированном положении ее центра и при постоянном контакте детали 11 с опорой 1А. Внешний диаметр шайбы 15А совпадает с внутренним диаметром выемки 14А, из-за чего люфт шайбы 15А относительно детали 11 отсутствует. Обычно вариант 2 узла А используется если материал детали 11 не обладает необходимыми качествами для скольжения по шаровой опоре 1.
Таким образом, данное соединение детали 11 с шаровой опорой 1А посредством узла А позволит выполнить перемещение шаровой опоры 1А относительно детали 11 за счет одновременного сдвига конической шайбы 4А по выпуклой поверхности сферической поверхности (шайбы 3А/сферического дна 13А) и либо сдвига конической выемки 12А по поверхности шаровой опоры 1А (вариант 1) либо сдвига шайбы 15А в выемке 14А по поверхности шаровой опоры 1А (вариант 2). При этом направление оси крепежного винта 5А относительно детали 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстия в сферической поверхности 3А (13А) и диаметром сквозного отверстия 8А в детали 11. Иллюстрация перемещения шаровой опоры 1А совместно с винтом 5А относительно детали 11 показана на фиг. 8 и 13.
Узел В соединяющий деталь 11 и соответствующую шаровую опору 1В устроен следующим образом.
Узел В соединяющий деталь 11 и шаровую опору 1В содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10В, коническую шайбу 4В, сферическую шайбу 3В и опорную коническую шайбу 15В. Опорная коническая шайба 15В выполнена с классным внешним диаметром.
Крепежный элемент выполнен в виде винта 5В, содержащего головку и стержень с резьбой.
Для данного узла B в детали 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2В переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5В, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения детали с шаровой опорой (паз 16В), цилиндрический участок для размещения стержня винта (сквозное отверстие 8В), и участок для размещения головки крепежного винта (цилиндрическая выемка 7В). Сквозное отверстие 8В имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5В; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8В соосно выемке (углублению) 7В.
Между отверстием 8В и размещенным внутри него стержнем винта 5 имеется зазор 6В, обеспечивающий угловое смещение (поворот) шаровой опоры 1В вместе с винтом 5В относительно детали 11.
В шаровой опоре 1 выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9В, предназначенное для установки крепежного винта 5В. Таким образом, стержень винта 5В закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9В шаровой опоры 1В.
Сложнопрофильное сквозное отверстие 2B в детали 11 и отверстие 9B в шаровой опоре 1 размещены соосно.
Сквозное отверстие на участке сопряжения детали 11 с шаровой опорой 1B выполнено в форме закрытого паза 16В. Т.е. для установки шаровой опоры 1В в детали 11 выполнен закрытый паз 16В с плоским горизонтальным дном. Паз 16В в сечении имеет преимущественно форму прямоугольника, однако данный прямоугольник может быть со скругленными сторонами (см. фиг. 1), при этом ширина (короткая сторона) паза 16В выполнена классной. Соответственно данный закрытый паз 16В предназначен для размещения опорной конической шайбы 15В с классным внешним диаметром.
Длина (длинная сторона) прямоугольного классного паза 16В больше классного диаметра конической шайбы 15В, за счет этого образуется зазор, обеспечивающий возможность смещение шайбы 15В по длине паза В6В. Ширина (короткая сторона) прямоугольного паза 16В задана с классной точностью и равна внешнему классному диаметру конической шайбы 15В, устанавливаемой в пазе 16В (см. фиг. 17). При этом плоская сторона шайбы 15В направлена внутрь паза 16В к его плоской горизонтальной поверхности, а (внутренняя) вогнутая коническая сторона шайбы 15В направлена и опирается на шаровую опору 1В. Внешняя классная цилиндрическая сторона шайбы 15В контактирует с боковыми сторонами классного паза 16В в детали 11.
Паз 16В выполнен соосно сквозному отверстию 8В (и соответственно цилиндрической выемке 7В). Таким образом, контакт детали 11 с шаровой опорой 1 осуществляется по пазу 16В. Такой контакт позволяет осуществить перемещение шаровой опоры 1В относительно детали 11 при фиксированном положении ее центра и при постоянном контакте детали 11 с опорой 1В.
Диаметр выемки 7В позволяет с зазором установить в нее сферическую шайбу 3В и коническую шайбу 4В. Этот зазор позволяет осуществлять смещение шайб 3В и 4В в пределах смещения (перемещения) шайбы 15В по пазу 16В при перемещении шаровой опоры 1В относительно детали 11.
Под головку винта 5В установлены упругий компенсатор 10В и коническая шайба 4В, вогнутая коническая поверхность которой опирается на выпуклую сферическую шайбу 3В, а плоская поверхность, которой обращена к компенсатору 10В. Плоская же поверхность шайбы 3В обращена внутрь выемки 7В (по направлению к шаровой опоре 1В), а на выпуклую сферическую поверхность шайбы 3В вогнутой стороной установлена коническая вогнутая шайба 4В. Головка винта 5В, компенсатор 10В, коническая шайба 4В и сферическая шайба 3В расположены в выемке 7В. Стержень винта 5В проходит через компенсатор 10В, коническую шайбу 4В, сферическую шайбу 3В, через отверстия 8В и 9В, а также через шайбу 15В.
Упругий компенсатор 10В обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока в узле В тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока. В качестве такого упругого компенсатора 10В может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.
2B
B
Радиус кривизны R выпуклой сферической шайбы 3В выбран так, что центр выпуклой сферической шайбы 3В совпадал с центром шаровой опоры 1 (тч. O).
Отверстия, выполненные в конической 4В и в сферической 3В шайбах, а также сквозное отверстие в детали 8В имеют диаметры, превышающие диаметр крепежного винта 5В (для свободного прохода стержня). Диаметры шайб 3В и 4В меньше внутреннего диаметра выемки 7В.
В соединительном блоке для соединения детали 11 на двух шаровых опорах 1А, 1В классный паз 16В, предназначенный для установки одной шаровой опоры 1В, выполнен в детали 11 таким образом, чтобы продолжение продольной оси (длинной стороны) паза 16В проходило через центр выемки (конической 12А или цилиндрической 14А), предназначенной для установки другой шаровой опоры - 1А (и соответственно проходило через ось винта 5А, а, следовательно, через центр сопряжения детали 11 с первой шаровой опорой 1А) - см. штрихпунктирную линию на фиг. 1 и 20.
В соединительном блоке для соединения детали на двух шаровых опорах 1А, 1В положение детали 11 в пространстве будет определяться положением двух шаровых опор 1А и 1В даже при изменении их положения.
Таким образом, соединение детали 11 с шаровой опорой 1В посредством узла В позволит выполнить перемещение шаровой опоры 1В относительно детали 11 за счет за счет одновременного сдвига конической шайбы 4В по выпуклой поверхности сферической шайбы 3В и конической шайбы 15В по пазу 16В. При этом направление оси крепежного винта 5В относительно детали 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстий в шайбах 4В, 3В и диаметром сквозного отверстия 8B в детали 11. Иллюстрация возможного перемещения шаровой опоры 1В совместно с винтом 5В относительно детали 11 показана на фиг. 19.
В результате этого в соединительном блоке для соединения детали 11 на двух шаровых опорах 1А и 1В (посредством соответствующих узлов А и В) возникнет возможность перемещения шаровых опор 1А и 1В относительно детали 11.
В узле В также возможно перемещение шаровой опоры 1В относительно детали 11 следующим образом: шаровая опора 1В совместно с винтом 5В и шайбами 15В, 3В, 4В перемещается (смещается) по длинной стороне закрытого классного паза 16В в детали 11 (т.е. движение в пазу 16В, как показано стрелками на Фиг. 16). Величина перемещения ограничивается длиной паза 16В.
При этом плоская сторона конической шайбы 15В скользит (перемещается) по плоской горизонтальной поверхности паза 16В. А плоская сторона сферической шайбы 3В - по плоскому дну выемки 7В. Смещение винта 5В в направлении короткой стороны паза 16В (поперек паза) не происходит, из-за того, что ширина классного паза 16В на очень малую величину превышает внешний классный диаметр конической шайбы 15В, и люфт практически отсутствует.
Так при равномерном расширении или сжатии детали 11, например, из-за изменения ее температуры, коническая шайба 15В в узле В, опирающаяся на шаровую опору 1В, смещается (перемещается) вдоль классного паза 16В. При этом в детали 11 не возникает упругих напряжений и деформаций. Позиционирование детали 11 относительно шаровых опор 1А и 1В, задаваемое линией, проходящей по середине паза 16В узла В и через центр выемки 12А либо 14А (и, соответственно, через ось винта 5А) узла А в детали 11, которая параллельна линии проходящей через центры шаровых опор 1А и 1В, не изменяется.
Дополнительно, такой соединительный блок для соединения детали 11 и двух шаровых опор 1А и 1В не требует точного совпадения расстояний между центрами узлов А и В на детали 11 или расстояний между центрами шаровых опор 1А и 1В. Отличие этих расстояний компенсируется смещениями опорной шайбы 15В узла В вдоль классного паза 16В.
Соединительный блок для соединения детали на трех шаровых опорах.
Соединительный блок для соединения детали на трех шаровых опорах содержит: деталь 11 и соответственно три шаровые опоры 1А, 1В и 1С. Деталь 11 соединена с шаровой опорой 1А посредством узла А, с шаровой опорой 1В посредством узла В, а с шаровой опорой 1С посредством узла С. (Фиг. 20)
Шаровые опоры могут быть в свою очередь жестко закреплены на основании 100. Основание 100 может быть основанием устройства для контроля взаимной ориентации приборов или опорой такого устройства или основанием целевой аппаратуры и т.п.
Конструктивное исполнение узлов А и В и их взаимосвязь полностью совпадает с вышеописанными узлами для соединительного блока детали и двух шаровых опор (отличием является только дополнительный узел С).
Узел С соединяющий деталь 11 и соответствующую шаровую опору 1С устроен следующим образом.
Узел С соединяющий деталь 11 и шаровую опору 1С содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10С, коническую шайбу 4С, выпуклую сферическую шайбу 3С и коническую шайбу 15С.
Крепежный элемент выполнен в виде винта 5С, содержащего головку и стержень с резьбой.
Для данного узла С в детали 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2С переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5С, при этом данное сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта (сквозное отверстие 8С), и участок для размещения головки крепежного винта (цилиндрическая выемка 7С). Сквозное отверстие 8С имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5С; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8С соосно выемке (углублению) 7С.
Между отверстием 8С и размещенным внутри него стержнем винта 5С имеется зазор 6С, обеспечивающий угловое смещение (поворот/перемещение) шаровой опоры 1С вместе с винтом 5С относительно детали 11. Данное смещение показано на фиг. 24.
В шаровой опоре 1С выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9С, предназначенное для установки крепежного винта 5С. Таким образом, стержень винта 5С закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9С шаровой опоры 1С.
Сложнопрофильное сквозное отверстие 2С в детали 11 и отверстие 9С в шаровой опоре 1С размещены соосно.
Контакт детали 11 с шаровой опорой 1С происходит по плоскому участку поверхности 17С детали 11 посредством конической шайбы 15С, через которую проходит стержень винта 5С. Т.е. для установки шаровой опоры 1С в детали 11 выполнен плоский участок поверхности 17С, посредством конической шайбы 15С, расположенной между деталью 11 и шаровой опорой 1С. Плоская сторона шайбы 15С обращена к плоской горизонтальной поверхности 17С детали 11, а вогнутой (внутренней) конической стороной (поверхностью) контактирует со сферической поверхностью шаровой опоры 1С.
Под головку винта 5С установлены упругий компенсатор 10С и коническая шайба 4С, вогнутая (внутренняя) коническая сторона (поверхность) которой опирается на выпуклую сферическую шайбу 3С, а плоская сторона, которой обращена к компенсатору 10С. Плоская сторона шайбы 3С обращена внутрь выемки 7С (по направлению к шаровой опоре 1С), а на выпуклую сферическую сторону шайбы 3С вогнутой стороной установлена коническая вогнутая шайба 4С. Головка винта 5С, компенсатор 10С, коническая шайба 4С и сферическая шайба 3С расположены в выемке 7С. Стержень винта 5 проходит через компенсатор 10С, коническую шайбу 4С, сферическую шайбу 3С, а также через отверстия 8С и 9С и шайбу 15С.
Упругий компенсатор 10С обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока в узле С тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока. В качестве такого упругого компенсатора 10С может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.
2C
C
Радиус кривизны R выпуклой сферической шайбы 3С выбран так, что центр выпуклой сферической шайбы 3С совпадал с центром шаровой опоры 1С (тч. O).
Отверстия, выполненные в конической 4С и в сферической 3С шайбах, а также сквозное отверстие 8С в детали 11 имеют диаметры, превышающие диаметр крепежного винта 5С (для свободного прохода стержня). Диаметры шайб 3С и 4С меньше внутреннего диаметра выемки 7С.
В соединительном блоке для соединения детали 11 на трех шаровых опорах (1А, 1В, 1С) центры всех трех сложнопрофильных отверстий 2А, 2В, 2С не лежат на одной прямой. Т.е. три винта 5А, 5В, 5С, установленные в выемках 7А, 7В, 7С узлов А, В и С детали 11 расположены таким образом, чтобы их оси не лежали в одной плоскости.
При таком соединении положение детали 11 в пространстве будет определяться положением трех шаровых опор 1А, 1В и 1С даже при их перемещении.
В данном узле С возможно перемещение шаровой опоры 1С относительно детали 11. Данное перемещение происходит за счет одновременного сдвига конической шайбы 4С по выпуклой поверхности сферической шайбы 3С и конической шайбы 15С по поверхности шаровой опоры 1С. При этом направление оси крепежного винта 5С относительно детали 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстий в шайбах 15С, 3С и диаметром сквозного отверстия 8С в детали 11. Иллюстрация перемещения шаровой опоры 1С совместно с винтом 5С относительно детали 11 показана на Фиг. 24.
В результате этого в соединительном блоке для соединения детали 11 на трех шаровых опорах 1А, 1В и 1С (посредством соответствующих узлов А, В и С) возникнет возможность перемещения шаровых опор 1А, 1В и 1С относительно детали 11.
В узле С также возможно перемещение шаровой опоры 1С относительно детали 11 следующим образом: шаровая опора 1 совместно с крепежным винтом 5С и надетыми на винт шайбами 15С, 3С, 4С и упругим компенсатором 10С может перемещаться относительно детали 11 в произвольном направлении по плоской поверхности 17С. При этом плоская поверхность конической шайбы 15С скользит (перемещается) по плоскости поверхности 17С детали 11, а плоская поверхность сферической шайбы 3С на противоположной стороне детали 11 - по плоскому дну выемки 7С. Величина перемещения ограничивается зазором 6С между стержнем винта 5С и отверстием 8С, а также диаметрами цилиндрической выемки 7С и шайб 3С, 4С, соответственно.
Так при равномерном расширении или сжатии детали 11, например, из-за изменения ее температуры, конические шайбы 15В, 15С узлов В, С, опирающиеся на соответствующие им шаровые опоры 1В, 1С, смещаются (перемещаются), соответственно, в классном паз 16В (в узле В) и по плоской поверхности 17С (узел С). При этом в детали 11 не возникает упругих напряжений и деформаций, а позиционирование детали 11 относительно трех шаровых опор 1А, 1В и 1С, задаваемое линией, проходящей через паз 16В узла В и через центр конической выемки 12А (а соответственно, через ось винта 5А) узла А в детали 11 не изменяется.
Дополнительно, такой соединительный блок для соединения детали на трех шаровых опорах 1 не требует точного совпадения расстояний между центрами узлов А, В, С на детали 11 и расстояний между центрами шаровых опор 1А, 1В и 1С. Отличие этих расстояний компенсируется смещениями узлов В и С: опорной шайбы 15В узла В вдоль классного паза 16В и опорной шайбы 15С узла С по плоской поверхности 17С детали 11.
Число шаровых опор на детали 11 не должно превышать более трех, поскольку именно три точки определяют в пространстве единственную плоскость.
Пример реализации соединительного блока на трех шаровых опорах.
Соединительный блок для соединения детали на трех шаровых опорах, содержащий вышеописанные узлы А, В, С может быть использован в устройстве 18 для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов (фиг. 25). Само устройство 18 используется в системах ориентации и навигации космических аппаратов.
Устройство 18 имеет форму треугольной пирамиды. При этом каждая боковая грань пирамиды является деталью 11, установленной на три соответствующие шаровые опоры 1А, 1В, 1С, посредством узлов А, В, и С, а основание 21 является основанием пирамиды.
Всего шаровых опор в устройстве 18 четыре: одна в вершине, три на основании. Размер шаровых опор выбран таким, чтобы грани пирамиды 11 (включая ее основание) не касались друг друга непосредственно. В зазоры между гранями 11 пирамиды (которые проходят вдоль ее ребер) устанавливаются высокоточные датчики смещений 22, на основе показаний которых вычисляются изменения наклонов боковых граней 11 для устройств 19-20 относительно его основания 21 и друг относительно друга.
Сами боковые грани 11 соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры (позиция 1С на фиг. 25). К основанию 21 образованной пирамиды жестко закреплены соответствующие три шаровые опоры (позиции 1, 1А и 1В на фиг. 25), например, посредством болтов/винтов/штифтов и т.п. Само же основание 21 может быть закреплено на целевой аппаратуре, например, космическом аппарате.
При этом расположение узлов А, В и С на каждой боковой грани 11 пирамиды относительно других граней 11 не имеет значения. Т.е., например, в вершине образованной пирамиды, грани 11 могут быть соединены с шаровой опорой (1С) разными узлами (А, В и С) или одинаковыми (например, только узлы А) или частично совпадающими (например, два узла А и один - С).
На три боковые грани 11 устройства 18 устанавливаются измерительные приборы 19, 20, их ориентация и положение относительно основания устройства (основания пирамиды) должно контролироваться (Фиг. 26). Измерительные приборы 19 и 20 представляют собой, например, датчик звездной ориентации 19 (2 шт.) и датчик направления на Солнце 20 (1 шт.).
В процессе эксплуатации устройства 18, его боковые грани 11 с установленными на них измерительными приборами 19 и 20, изменяют свое положение в пространстве из-за внешних тепловых и механических воздействий. В результате этих смещений показания измерительных приборов 19, 20 перестают согласовываться друг с другом, а погрешность их совместной работы существенно возрастает. Получая показания с датчиков смещения 22 в устройстве 18 и за счет возможности смещения граней - деталей 11 в пирамиде становится возможным измерить погрешность показаний данных датчиков (приборов). А зная эти погрешности становится возможным получить достоверные и точные показания приборов.
Таким образом, боковые грани 11 пирамиды устройства 18 оказываются свободными от термоупругих деформаций, при этом они могут поворачиваться на малые углы относительно основания устройства 18. При этом выполняется неизменность позиционирования детали (грани) относительно шаровых опор при равномерном расширении или сжатии детали. Также шаровые опоры могут перемещаться относительно детали (грани пирамиды).