СПОСОБ ТОЧНОЙ УСТАНОВКИ УГЛОВ С ЖЕСТКОЙ ФИКСАЦИЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01B5/24 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для решения указанной задачи более простым средством и с большей точностью, чем применяемые. В качестве такого средства предлагается система /пакет/ из трех клиньев: двух поворотных и неподвижного. Использовано свойство кинематической пары звеньев с непараллельными опорными плоскостями /пары клиньев/ изменять свой угол скоса при относительном повороте по гармоническому закону /Аналитическая геометрия, угол между направлениями/:

(для пары одинаковых клиньев с углом α).
ϕ - угол относительного поворота клиньев,
γ - угол между плоскостями пары клиньев α,α.
cosθ = cosγcosβ+sinγsinβcosψ (2)
(для пары разных клиньев с углами γ и β).
ψ - угол относительного поворота клиньев
θ - угол между плоскостями пары клиньев γ,β.
Передаточные отношения двух пар клиньев:


1. Уровень техники
Аналогом заявленного способа является "Способ установки углов с высокой точностью посредством двух и более скошенных дисков" /PCT WO 82/00218 21.01.82/.

Гарантирована точность в одну угловую секунду, но схема осуществления слишком сложна и не реализована до сих пор.

Предлагаемый способ осуществляется более простым средством /с двумя поворотными клиньями/ и с большей точностью.

Прототипом предлагаемого устройства служит измерительный прибор RANDY ANDERTON /US 4872267 A 10.10.89 G 01 B 15/24/, представляющий собой систему из трех пар скользящих планок, образующих подвижный треугольник. Он конструктивно сложнее, чем заявленное устройство, менее точен и неудобен для использования в промышленном производстве.

2. Сущность изобретения
Способ точной установки углов между плоскостями с жесткой фиксацией осуществляется посредством системы из трех клиньев, один из которых выполняют неподвижным, а два других - поворотными, причем указанные клинья образуют двухступенчатый преобразователь углов с дискретной передачей. С помощью первой ступени преобразователя изменяют угол между плоскостями в диапазоне от 0 до 45^o, а посредством второй ступени осуществляют точную коррекцию угла между плоскостями, при этом ошибка не может превышать половину угловой секунды и равна максимальной величине одного шага поворота, пары клиньев второй ступени преобразователя углов. По разработанной методике отсчитывают числа шагов поворота клиньев.

Устройство для точной установки углов между плоскостями с жесткой фиксацией включает в себя систему из трех клиньев с возможностью отсчета чисел поворота клиньев, при этом один из клиньев выполнен неподвижным, а два других - поворотными, образуя двухступенчатый преобразователь углов с дискретной передачей. Первая ступень указанного преобразователя выполнена с возможностью изменения угла между плоскостями в диапазоне от 0 до 45^o, а вторая ступень выполнена с возможностью осуществления точной коррекции угла между плоскостями.

При этом ошибка не может быть больше половины угловой секунды и равна максимальной величине шага поворота клиньев второй ступени преобразователя углов.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства; на фиг. 2 - 5 кинематическая схема установки углов.

3. Конструкция устройства и оценка его точности
Предлагаемое устройство /фиг. 1/ состоит из трех клиньев: двух поворотных с углом и неподвижного β = 10^-3, образующих две ступени преобразователя углов: первая ступень /пара клиньев 1,2/ изменяет угол между плоскостями в диапазоне от 0 до 45^o, а вторая ступень /зафиксированная первая пара и неподвижный клин 3/ осуществляет точную коррекцию угла между плоскостями /основания и клина 2/.

Для дискретного поворота звеньев во фланцах клиньев 1 и 2 просверлены отверстия: n₁=35 /снизу/ и n₁+1=36/сверху/, а в клиньях 3 и 1 с той же целью просверлено n₂= 55 отверстий снизу и n₂+1=56 - сверху. Отверстия в клине 2 пронумерованы против хода часовой стрелки от 0 до 35, а в клине 1 - по часовой стрелке от 0 до 55.

Таким образом получен двухступенчатый преобразователь углов с дискретным поворотом звеньев и жесткой их фиксацией /штифтами по совпадающим отверстиям/.

Для возможности отсчета чисел шагов нанесены начальные и конечные риски на ободках: клина 3 /в плоскости симметрии/ и клина 1/ в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии/.

Общее число фиксируемых шагов:
I ст.

n₁(n₁+1)=630,
II ст.

n₂(n₂+1)=1540.

Размер одного шага

Приращения углов γ и θ между плоскостями, соответствующие одному шагу относительно поворота клиньев:


Максимальная погрешность при установке угла меньше или равна половине шага второй ступени: Δθ_max ≤ 10^-6(0,2″).
4. Порядок отсчета углов поворота клиньев
Углы поворота клиньев ϕ и ψ измеряются числами шагов N₁ и N₂, для отсчета которых использована специальная двухразрядная система счисления:
N₁=a•b=35a+b,
N₂=c•d=55c+d,
где a /0 - 18/ и c /0 - 28/ - количество циклов фиксации, b<35 и d<55 - числа шагов, меньших одного цикла.

Отсчет количества циклов a и c, величин b, d ведется по следующему правилу:
4.1. a=35-K'₁, c=55-K'₂, где K'₁ и K'₂ - номера отверстий, ближайших на подходе к начальным отметкам клиньев 1 и 3.

4.2. b= a+K₁ ^*, d=c+K₂ ^*, где K₁ ^*, K₂ ^* - номера отверстий со штифтом, не переходивших начальной отметки.

4.3. b=a+K'₁ ^*-36, d=c+K'₂ ^*-56, где K'₁ ^* и K'₂K^* - номера заштифтованных отверстий, прошедших начальные отметки.

Коэффициент перехода от N₁ к N₂: K=55•56/35•36=2,45. N₂=KN₁.

5. Порядок пользования устройством
Использование устройства связано с решением системы тригонометрических уравнений (1) и (2) с помощью компьютера.

Для приближенного расчета можно представить θ = γ+θ₂, где θ₂ - приращение угла γ во второй ступени
θ₂ ≈ -βcosψ = θ*2

Последовательность операций при установке заданного угла θ с помощью компьютера:
5.1. В компьютер вводят величину θ, а он выдает соответствующие ей числа N₁ и N₂.

5.2. Поворотом клина 2 против хода часовой стрелки установить число N₁ и зафиксировать штифтом первую ступень.

5.3. Пару клиньев 1,2 вращать по часовой стрелке до положения, соответствующего числу N₂ и застопорить вторую ступень.

Установка заданного угла θ с помощью таблиц:
5.4 В составленной таблице 1 найти угол γ, самый близкий к заданному θ /меньше или больше его/ и соответствующее число N₁.

5.5. Вычислить разность θ-γ = θ₂ и по ней в составленной таблице 2 отыскать число N₂ ^*.

5.6. Поворотом клина 2 установить число N₁ и зафиксировать штифтом первую ступень.

5.7. Пару клиньев первой ступени вращать по часовой стрелке до положения, соответствующего числу N₂ =N₂ ^*+1/2KN₁ и застопорить вторую ступень.

Изобретение относится к машиностроению. Способ точной установки углов между плоскостями с жесткой фиксацией осуществляется посредством системы из трех клиньев, при этом один из клиньев выполняют неподвижным, а два других выполняют поворотными. С помощью первой ступени указанного преобразователя изменяют угол между плоскостями в диапазоне от 0 до 45^o, а с помощью второй ступени осуществляют точную коррекцию угла между плоскостями, при этом отсчитывают число шагов поворота клиньев. Устройство для осуществления способа включает в себя систему из трех клиньев с возможностью отсчета числа шагов поворота клиньев. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении точности установки углов и упрощении средств для осуществления указанной установки. 2 c.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ точной установки углов между плоскостями с жесткой фиксацией, отличающийся тем, что осуществляется посредством системы из трех клиньев, при этом один из клиньев выполняют неподвижным, а два других выполняют поворотными, причем указанные клинья образуют двухступенчатый преобразователь углов с дискретной передачей, с помощью первой ступени указанного преобразователя изменяют угол между плоскостями в диапазоне от 0 до 45^o, а с помощью второй ступени осуществляют точную коррекцию угла между плоскостями, причем ошибка составляет менее половины угловой секунды и равна максимальной величине одного шага поворота клиньев второй ступени преобразователя углов, при этом отсчитывают число шагов поворота клиньев. 2. Устройство для точной установки углов между плоскостями с жесткой фиксацией, отличающееся тем, что включает в себя систему из трех клиньев с возможностью отсчета числа шагов поворота клиньев, при этом один из клиньев выполнен неподвижным, а два других выполнены поворотными, причем указанные клинья образуют двухступенчатый преобразователь углов с дискретной передачей, первая ступень указанного преобразователя выполнена с возможностью изменения угла между плоскостями в диапазоне от 0 до 45^o, а вторая ступень выполнена с возможностью осуществления точной коррекции угла между плоскостями, причем ошибка составляет менее половины угловой секунды и равна максимальной величине одного шага поворота клиньев второй ступени преобразователя углов.