ОПОРНО-НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ
SUPPORT-BEARING STRUCTURE

Изобретение относится к точному машиностроению и приборостроению и может быть использовано в конструкции устройств, установок и агрегатов, требующих точного закрепления с компенсацией неровностей опорных поверхностей, компенсацией тепловых расширений как опорной поверхности, так и закрепляемого устройства, компенсацией различных видов воздействий, передаваемых от опорной поверхности на закрепляемое устройство.
Известно виброзащитное устройство (патент РФ №2009382 МПК F16F 3/00 опубл. 15.03.1994), содержащее две опоры и расположенные между ними наборы упругих волнистых элементов, во впадинах каждого из которых и на внутренней поверхности одной из опор выполнены углубления, расположенные по окружности, и шары, размещенные в углублениях, обе опоры стянуты между собой, соответствующие углубления каждого упругого элемента и опоры расположены концентрично, а каждый последующий слой шаров смещен в радиальном направлении относительно соседнего, при этом от нижней опоры набор упругих элементов отделен слоем шаров.
Известна опора для вибрационных устройств (патент РФ №2082036 МПК F16F 3/07 опубл. 20.06.1997), содержащая верхнее и нижнее основания и упругие элементы в виде пластин, размещенных между основаниями. Нижнее основание выполнено в виде короба с жесткими бортами, имеющими в продольных бортах отверстия. Верхнее основание имеет опорную плиту с центральным отверстием и ребрами. Кроме того, в опору входят опорное кольцо с центральным отверстием, цилиндрический штырь с коническим наконечником, предназначенным для связи с объектом, два стержня, установленные в отверстиях продольных бортов нижнего основания, пластины с центральным отверстием, цилиндрический штырь жестко закреплен в центральном отверстии опорной плиты и пропущен через центральные отверстия опорного кольца и пластин.
Недостатками известных устройств является то, что они защищают только от вибрационных воздействий, при этом не компенсируют разность температурных расширений и неточности изготовления как опорной поверхности, так и закрепляемых устройств.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка опорно-несущей конструкции, позволяющей закреплять различные устройства на опорной поверхности, компенсировать большинство видов механических воздействий, передаваемых от опорной поверхности на закрепляемое устройство. При этом обеспечивается возможность одну точку крепления фиксировать неподвижно в плоскости опорной поверхности и использовать ее как базовую, а остальным точкам крепления или ограничить часть направлений для перемещения в плоскости опорной поверхности или не ограничивать направления перемещения в плоскости опорной поверхности.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в компенсации различных видов воздействия, в том числе и вибрационных, передаваемых от опорной поверхности на закрепляемое устройство, с обеспечением постоянного (безотрывного) контакта опор устройства с опорной поверхностью и фиксированием одной из точек закрепления как базовой. А также компенсации неровности опорной поверхности, компенсации тепловых расширений как опорной поверхности, так и закрепляемого устройства.
Технический результат достигается тем, что опорно-несущая конструкция содержит опорную поверхность, на которой закреплены по крайней мере по одной опоре неподвижной, ограниченной и свободной. Опоры состоят из основания, фланца, двух вставок, установленных в имеющихся пазах основания и фланца, и шарика, размещенного между вставками. Фланец закреплен к основанию посредством подпружиненных крепежных элементов. Вставки неподвижной и ограниченной опор жестко закреплены в пазах основания и фланца. Вставка на фланце свободной опоры также жестко закреплена в пазу фланца, а вставка на основании свободной опоры выполнена с возможностью свободного перемещения внутри паза основания. Вставки неподвижной и свободной опор имеют конические пазы для установки шарика, вставки ограниченной опоры имеют цилиндрический паз для размещения шарика.
Все типы опор (неподвижная, ограниченная и свободная) одинаково закрепляются на опорной поверхности и к закрепляемому устройству и имеют одинаковую конструкцию. Типы опор отличаются только применяемыми в них вставками, между которыми вкладывается шарик. На фланец устанавливается закрепляемое устройство, основание крепится к опорной поверхности. Между собой фланец и основание стягиваются болтами, с надетыми на них пружинами. Пружины одним торцом упираются в головку болта, а другим торцом во фланец. Во фланец и в основание устанавливаются вставки (тип вставки определяет тип опоры), между которыми вкладывается шарик.
Вышеперечисленные условия закрепления обеспечивают универсальность опор за счет комбинации применяемых вставок и могут выполнять функции следующих типов опор:
- неподвижная опора - исключена возможность перемещения опоры в плоскости опорной поверхности;
- ограниченная опора - имеется возможность перемещения в плоскости опорной поверхности вдоль паза во вставках опоры;
- свободная опора - имеется возможность перемещения в плоскости опорной поверхности во всех направлениях.
Установка закрепляемого устройства на три вида опор позволяет достичь компенсации различных видов воздействия, передаваемых от опорной поверхности на закрепляемое устройство, с обеспечением постоянного (безотрывного) контакта опор устройства с опорной поверхностью и возможностью фиксирования одной из точек крепления как базовой. Так, при различных видах воздействий (например, вибрационных, механических, температурных) сочетание трех видов опор - неподвижной, ограниченной и свободной - позволяет несущей конструкции и соответственно закрепляемому на нем устройству оставаться неподвижными. При любом виде воздействий неподвижная опора будет создавать надежную фиксацию закрепляемого устройства, не позволяя ему смещаться вдоль опорной поверхности, а ограниченная и свободная опоры, например, при температурном расширении самого закрепляемого устройства будут смещаться вдоль пазов, сохраняя ему неподвижность.
Устройство поясняется фигурами.
На фиг. 1 и 2 изображен общий вид опор, на фиг. 3 - неподвижная опора в разрезе А-А, на фиг. 4 - неподвижная опора в разрезе Б-Б, на фиг. 5 - ограниченная опора в разрезе А-А, на фиг. 6 - ограниченная опора в разрезе Б-Б, на фиг. 7 - свободная опора в разрезе А-А, на фиг. 8 - свободная опора в разрезе Б-Б, на фиг. 9 и 10 - пример размещения опор, на фиг. 11 - пример опорно-несущей конструкции с тремя опорами, на фиг. 12 - пример опорно-несущей конструкции с применением четырех опор; где 1 - основание, 2 - фланец, 3, 4 - крепежный болт, 5 - пружина, 6 - шарик, 7, 8 - вставка с коническим пазом, 9 - вставка с цилиндрическим пазом, 10 - неподвижная опора, 11 - ограниченная опора, 12 - свободная опора, 13 - закрепляемое устройство, 14 - опорная поверхность.
Основание 1 неподвижной опоры (фиг. 1, 2, 3, 4) закрепляется на опорной поверхности 14 при помощи болтов 4 (либо винтов, шпилек). В основании 1 выполнен паз, в который устанавливается вставка с коническим пазом 7, конус которой обращен в противоположную сторону от опорной поверхности 14. Во фланце 2 со стороны опорной поверхности 14 также выполнен паз, в который устанавливается вставка с коническим пазом 7, обращенная конусом в сторону основания 1. Между вставками с коническим пазом 7, закрепленными на фланце 2 и основании 1 (в конусные отверстия), размещается шарик 6. Фланец 2 через сквозные отверстия в нем, при помощи крепежных болтов 3 с надетыми на них пружинами 5 притягивается к основанию 1 неподвижной опоры.
Вставки с коническим пазом 7 с шариком 6 между ними позволяют фланцу 2 занять оптимальное угловое положение относительно основания 1 неподвижной опоры (и соответственно опорной поверхности 14) за счет перемещения вставок с коническим пазом 7 по поверхности шарика 6. При этом происходит изменение только углового положения фланца 2 относительно основания 1 (и соответственно опорной поверхности 14). Перемещения фланца 2 относительно основания 1 в плоскости опорной поверхности 14 не происходит. Угол смещения вставок с конусным пазом 7 по поверхности шарика 6 определяется величиной зазоров между фланцем 2 и основанием 1, а также между цилиндрическими поверхностями болтов 3 и поверхностью отверстий во фланце 2, через которые проходят болты 3. Постоянный (безотрывный) контакт поверхностей вставок с коническим пазом 7 и поверхности шарика 6 обеспечивается усилием, создаваемым пружинами 5 на крепежных болтах 3 (одной стороной пружины 5 упираются в головку болта 3, а противоположной стороной во фланец 2). Усилие прижатия можно регулировать величиной завинчивания болтов 3 или изменением характеристик применяемых пружин 5.
Основание 1 ограниченной опоры (фиг. 1, 2, 5, 6) закрепляется на опорной поверхности 14 при помощи болтов 4 (либо винтов, шпилек). В основании 1 выполнен паз, в который устанавливается вставка с цилиндрическим пазом 9, паз которой обращен в противоположную сторону от опорной поверхности 14. Во фланце 2 со стороны опорной поверхности 14 также выполнен паз, в который устанавливается вставка с цилиндрическим пазом 9, обращенная пазом в сторону основания 1. Между вставками с цилиндрическим пазом 9 (непосредственно в пазы) вкладывается шарик 6. Фланец 2 через сквозные отверстия в нем, при помощи болтов 3 с надетыми на них пружинами 5 притягивается к основанию 1 ограниченной опоры. При этом цилиндрические пазы вставок 9 фланца 2 и основания 1 должны быть сонаправлены.
Вставки с цилиндрическими пазами 9 и с шариком 6 между ними позволяют фланцу 2 занять оптимальное угловое положение относительно основания 1 ограниченной опоры (и соответственно опорной поверхности 14) за счет перемещения вставок с цилиндрическими пазами 9 по поверхности шарика 6. При этом происходит изменение только углового положения фланца 2 относительно основания 1 (и соответственно опорной поверхности 14). Перемещения фланца 2 относительно основания 2 в плоскости опорной поверхности 14 возможно только вдоль цилиндрического паза вставок 9. Угол смещения вставок с цилиндрическим пазом 9 по поверхности шарика 6 и величина перемещения фланца 2 относительно основания 1 в плоскости опорной поверхности 14 вдоль цилиндрического паза вставок 9 определяется величиной зазоров между фланцем 2 и основанием 1, а также между цилиндрическими поверхностями болтов 3 и поверхностью отверстий во фланце 2, через которые проходят болты 3. Постоянный (безотрывный) контакт поверхностей вставок с цилиндрическим пазом 9 и поверхности шарика 6 обеспечивается усилием, создаваемым пружинами 5 на крепежных болтах 3 (одной стороной пружины 5 упираются в головку болта 3, а противоположной стороной во фланец 2). Усилие прижатия можно регулировать величиной завинчивания болтов 3 или изменением характеристик применяемых пружин 5.
Основание 1 свободной опоры (фиг. 1, 2, 7, 8) закрепляется на опорной поверхности 14 при помощи болтов 4 (либо винтов, шпилек). В основании 1 выполнен паз, в который устанавливается уменьшенная вставка с коническим пазом 8, конус которой обращен в противоположную сторону от опорной поверхности 14. Во фланец 2, со стороны опорной поверхности 14 вставляется вставка с коническим пазом 7, обращенная конусом в сторону основания 1. Между вставками с коническим пазом 7 и 8 (в конусные отверстия) вкладывается шарик 6. Фланец 2 через сквозные отверстия в нем, при помощи болтов 3 с надетыми на них пружинами 5 притягивается к основанию 1 свободной опоры.
Вставки с коническим пазом 7 и 8 с шариком 6 между ними позволяют фланцу 2 занять оптимальное угловое положение относительно основания 1 свободной опоры (и соответственно опорной поверхности 14) за счет перемещения вставок с коническим пазом 7 и 8 по поверхности шарика 6. Также обеспечивается возможность перемещения фланца 2 относительно основания 1 в плоскости опорной поверхности 14. Возможность перемещения фланца 2 обеспечивается за счет скольжения уменьшенной вставки с коническим пазом 8 по пазу основания 1. Угол смещения вставок с коническим пазом 7 и 8 по поверхности шарика 6 и величина скольжения уменьшенной вставки с коническим пазом 8 по пазу основания 1 определяется величиной зазоров между фланцем 2 и основанием 1, а также между цилиндрическими поверхностями болтов 3 и поверхностью отверстий во фланце 2, через которые проходят болты 3. Постоянный (безотрывный) контакт поверхностей вставок с коническими пазами 7 и 8 и поверхности шарика 6 обеспечивается усилием, создаваемым пружинами 5 на крепежных болтах 3 (одной стороной пружины 5 упираются в головку болта 3, а противоположной стороной во фланец 2). Усилие прижатия можно регулировать величиной завинчивания болтов 3 или изменением характеристик применяемых пружин 5.
На практике в опорно-несущей конструкции возможно применение каждой из опор как в одном экземпляре, так и нескольких опор в различных сочетаниях (схемах) типов опор.
На фиг. 9 и 10 показан пример размещения опор и показаны возможные перемещения их фланцев относительно опорной поверхности. Так, неподвижная опора 10 установлена без возможности перемещения по опорной поверхности, ограниченная опора 11 имеет возможность перемещения по опорной поверхности вдоль одной оси, ограничиваясь цилиндрическим пазом во вставке, свободная опора 12 может перемещаться во всех направлениях, ограничиваясь пазом в основании.
На фиг. 11 изображена опорно-несущая конструкция с тремя опорами. Неподвижная опора 10, ограниченная опора 11 и свободная опора 12 крепятся болтами 4 к опорной поверхности 14. На фланцы опор 10, 11 и 12 устанавливается закрепляемое устройство 13.
На фиг. 12 изображен вариант опорно-несущей конструкции, содержащей неподвижную опору 10, ограниченную опору 11 и две свободные опоры 12, где опоры 10, 11 и 12 крепятся болтами 4 к опорной поверхности 14. На фланцы опор 10, 11 и 12 установлено закрепляемое устройство 13.
В качестве примера закрепляемого устройства могут использоваться зеркала оптического резонатора, где крайне важно соблюдение взаимного расположения зеркал относительно друг друга.