Устройство для внутреннего крепления зеркала Советский патент 1983 года по МПК G02B7/18 

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть исполь зовано в оптико-механических приборах, Известно устройство внутреннего крепления зеркала, содержащее корпус оправы с закрепленными на нем плавающими опорами, контактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, и шарнирно связанными через рычажную систему- разгрузки зеркала с корпусом, причем оси указанных отверстий.нормальны к отражающей поверхности -зеркала l . Данное устройство обеспечивает надежное крепление зеркала, причем благодаря перемещению опор в отверс тиях зеркала, вызываемому при перепаде температуры изменением линейны размеров зеркала, рычагов и корпуса, обеспечена термокомпенсация опорных расстояний, ограниченных осью зеркала, и осями опор, обусловленная разностью коэффициентов линейных расширений материалов зернала, рычагов и корпуса оправы, а благодаря гарантированному боковому зазору между каждой опорой и отверс тием зеркала обеспечена термокомпен садия разности коэффициентов линейн расширений материалов зеркала и опор.. , Однако конструкция устройства ввиду наличия рычажной системы, разгрузки зеркала сложна, громоздка, обладает большим весом и обеспечива ет надежность крепления только в диапазоне углов наклона зеркала относительно вертикальной оси меньше 180 , а наличие трения опор о стенк отверстий зеркала и трения в шарнирах рычажной системы приводит к повышенной деформации зеркала и нестабильности положения его в осевом Направлении при перепа.цах температуры и случайных механических перегрузках. Кроме того, при случайных механических перегрузках ввиду жесткости опор и большой инертности рычажной системы разгрузки аеркала имеет место повышенная деформация зеркала. Указанные недостатки ограничивают сферу применения устройств I Наиболее близким к предлагаемом является устройство для внутреннего крепления зеркала, содержащее корпус оправы с опорами, выполненными в виде упругих в радиальном направлении многослойных лепестковых термокомпенсаторов, закрепленными на корпусе оправи равномерно по площади зеркала на концентрических относ .тед1ьно его оси окружностях и контак тирующими со стенками глухих отверс тий, выполненных в нерабочей поверх ности зеркала, причем оси указанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая из опор установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала 2, Данное устройство по сравнению с указанным выше конструктивно проще, более компактно, обладает меньшим весом, обеспечивает надежное крепление зеркала при любом угЛе наклона его относительно вертикальной оси и меньшую деформацию его за счет упругой податливости (т.е. без трения) лепестков опор при случайных механических перегрузках и высокую степень термокомпенсации разности коэффициентов линейных расширений материалов опор и стенок отверстий зеркала при безлюфтрвой посадке неподвижных опор в этих отверстиях, что способствует уменьшению деформаций зеркала при колебаниях температуры и повышению стабильности положения его при различных видах воздействий на него. Перечисленные преимущества позволяют расширить сферу применения известного устройства. Однако ввиду того, что при перепаде TeMnepaTypjj термокомпенсация опорных расстояний, ограниченных геометрической осью устройства оп-. тической осью зеркала) и геометрическими осями опор, обеспечивается по(дредством упругой податливости лепестков опор, в зеркале возникают внутренние напряжения, которые приводят к повышенной деформации его, при этом при наличии, кроме того, случайных механических перегрузок не всегда имеется возможность согласовать допустимую величину податливости (степень жесткости) лепестков опор при колебаниях температуры . с необходимой величиной при амортизации зеркала от заданных механических перегрузок Кроме того, в случае расположения опор под небольшим углом к оси зеркала, где опоры можно считать параллельными между собой, аморти- зирующая способность опор преимущественно в осевом направлении понижена ввиду малой величины радиальных составляющих сил от нагрузки на них по сравнению с осевыми составляющими, изгибающими лепестки опор и тем самым осуи1ествляющими демпфирование зеркала. Цель изобретения - уменьшение деформаций зеркала при температурных колебаниях и механических перегрузках. . Цель достигается тем, что в устройстве для внутреннего крепления зержала,, содержащем корпус оправы с опорами, выполненными в виде упругих в радиальном направлении лепест ковых MVI. послойных термокомпенсатог ров, закрепленными на корпусе оправ равномерно по площади зеркала на концентрических относительно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухих отверстий, выпол ненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси указанных отверсти нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая из опор установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала, корпус оправы снабжен лепесткают, расположенными между корпусом оправы и опо рами в одних меридиальных сечениях с опорами, каждый лепесток выполнен с виде вкладыша из материала с коэф фициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения материала корпуса.оправы, консольно закреплен на корпусе оправы и установлен с зазором между своим свободным концом и корп сом, а опораприкреплена к свободно му, концу вкладыша, при этой линейные размеры корпуса оправы, лепестков и зеркала связаны с коэффициентами линейного расширения материалов, из которых изготовлены эти эле менты, следующими соотношениями: e,,e,-e,(tiliV Нс«;я,-о.г где Л, , о; / коэффициенты линейного расширения материалов соответ ственно зеркала, корпуса оправы и лепестков; 1 - линейный размер участка зеркала от оси зеркала до оси опоры (по дуге) ; 2 линейный размер участка корпуса оправы от оси оправы до ближнего торца лепестка (по дуге) )- линейный размер лепестка от ближне о торца до оси опоры (по дуге). Наличие в устрдйстве термокомпенсатора опорных -расстояний,выполненного в виде консольно закрепленных на корпусе оправы вкладышей, на свободном конце каждого из которых установлена опора, позволяет комбинированием материалов корпуса и вкла дышей с различными коэффициентами линейного расширения обеспечить при колебаниях температуры без использования упругой податливости лепестков опор согласованное изменение опорных расстояний зеркала и корпуса оправы, т.е. позволяет обеспечить термокомпенсацию их без увеличения внутренних напряжений на зеркале, а следовательно,.уменьшить деформацию зеркала. Наличие зазоров между свободными концами вкладышей и корпусом оправы позволяет обеспечить перемещение этих вкладышей относительно корпуса при изменении их длины при колебаниях температуры без трения, что способствует уменьшению деформации зеркала. Кроме того, наличие этих зазоров в сочетании с коусольностью вкладышей и в случае выполнения их упругими в осевом направлении в заданном диапазоне случайных механических перегрузок позволяет выполнить систему вкладыши - корпус оправы в виде лепестковой или тарельчатой (если для onopj расположенных в ОДНОЙ зоне, вкладыш выполнен в виде кольца) пружины, что с учетом установки опор на свободных концах вкладышей повышает виброзащищенность зеркала и способствует при этом уменьшению деформации его при механических перегрузках. , На фиг. 1 изображен разрез А-А на фиг. 2-f на фиг. 2 - вид Bf на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. j4 (вариант выполнения устройства); на фиг. 4 - разрез Г-Г на фиг. 3, Устройство для внутреннего крепления зеркала (фиг. 1 - 4J содержит зеркало 1, в котором со стороны тыльной поверхности имеются по крайней мере два расположенных под углом один к другому глухих отверстия 2, оси которых нормальны к отражающей поверхности зеркала, опоры 3, которые установлены в отверстиях 2 зеркала 1 с зазором относительно дна этих отверстий и контактируют со стенками их и каждая из которых выполнена в виде упругого -в радиальном направлении разрезного лепесткового многослойного термокомпенсатора, например, типа стакан в стакане, корпус 4 с прикрепленными к нему опорами 3, снабженный термокомпенсатором опорных расстояний, выполненным в виде вкладышей 5 и 6, каждый из которых консольно прикреп.лен, например, с помощью диффузионной сварки к корпусу 4 оправы, установлен с зазором между своим свободным концом и этим корпусом, расположен в одном меридиальном сечении с соответствующей опорой и выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения материала корпуса, при этом опора 3 размещена на свободном конце вкладыша и прикреплена к нвт му своим внутренним стаканом 7. Конструктивно вкладьш1и могут быть выполнены различно. Так, в уст ройстве, изображенном на фиг. 1 и 2 они выполнены в виде пластин, на каждой из которых установлена одна опора, а На фиг, 3 и 4 вкладыши выполненыfB виде колец, на каждом из которых закреплены опоры, расположенные в одной зоне зеркала С целью исключения трения скольжения тыльной поверхности зеркала 1 о корпус 4, способствующего дополни тельной деформации зеркала при изменении температуры, оно установлено на опорах 3 с зазором относитель но системы вкладыши - корпус. Этот зазор с целью развития опорной поверхности и .уменьшения удельной наг рузки на зеркало во многих случаях, например при действии таких нагрузок на термостабилизированное зеркало, когда возможен опасный по величине прогиб между опораг/ш, может быть замещен частично или полностью упругой, например пробковой, прокладкой . Расположение опор под углом друг к другу позволяет обеспечить надежн безмоментную, т.е. без усилий зажима, ухудшающих благодаря деформации зеркала от них качество его, и бесклеевую фиксацию зеркала на опорах при любом его положении -относительно горизонта. При наличии на отдельных участка рабочего диапазона виброчастот резк выраженного резонанса, когда нагруз ка на опорах может превышать расчет ную в несколько раз, а деформация их лепестков хотя.и может оставаться в зоне упругости, но величина ее при этом может превысить допустимую определяемую величиной pacпpя шeния лепестков опор, целесообразно опоры, не ужесточая их, а следовательно, не снижая демпфирую1дих свойств для большинства частот рабочего диапазона, соединять с зеркалом с помощью клея (герметика) , причем наклон опор друг относительно друга остается полезным, так как основная часть нагрузки расходуется на распряглпение лепестков и клеевые соединения оказываются под меньшей нагрузкой, чем они были бы при параллельных опорах. Многослойность опор, кроме обеспечения возможности поддержания при любых их диаметрах и больших колебаниях температуры высокой точности термокомпенсации разности коэффициентов линейных расширений материалов ohop и боковых поверхнос тей отверстий зеркала за счет различных комбинаций материалов и толщин стенок ;(слоев)| опор, способствует обеспечению возможности высокой степени равномерности давления со стороны консольно закрепленных опор на &:; ;вую поверхность, отверстий зеркал,а за счет выравнивания величины упругой податливости каждой точки лепестков опор по их длине в радиальном направлении, что позволяет исключить появление опасных величин концентрации напряжений на кромках отверстий при перегрузках. Расположение опор по нормалям к отражающей поверхности зеркала обусловлено тем, что в этом случае при произвольном направлении нагрузки осевые составляквдие реакций опор от нее не вызывают деформации зеркала, а радиальнЫе вызывают сжатие или растяжение зеркала в направлении его длины, что позволяет свести до минимума опасный для стеклянного зеркала изгиб., а следовательно, иметь минимальную его деформацию при случайных механических перегрузках. В устройстве комбинированием материалов вкладышей и корпуса и с учетом, благодаря линейному закону изменения размеров тел при колебании температуры в трех взаимно перпендикулярных направлениях-пространственной системы координат, неизменности сохранения формы всех деталей и соответственно меридиальных сечений, в которых располохсены опоры, обеспечена термокомпенсация опорных расстояний, при этом максимальная точность термокомпенсации, очевидно, может быть достигнута при выполнении сопрягаемых поверхностей опор, вкладышей и корпуса эквидистантными отражающей поверхности зеркала. Условием термокомпенсации опорные расстояний в устройстве для внутреннего крепления зеркала является выбор линейных размеров корпусаоправы, лепестков и зеркала в соответствии со следующими соотношениями: р р -е з-«л -л-.г ,-«., ) де «;,,.з коэффициенты линейного расширения материалов соответственно зеркала, корпуса оправы и лепестка S - линейный размер участка зеркгша от оси зеркала до оси оправы по дуге сопряжения а а (aq - дуга (линия) сопряжения опор, лепестков и корпуса, расположенных в одном меридиальноп сечении зеркала) ;

Е - линейный размер

участка корпуса оправы от оси оправы до ближнего торца лепестка по дуге сопряжения аа ; линейный размер лепестка от ближнего торца до оси опоры по дуге сопряжения 00,

Устройство работает следующим образом.

При воздействии механических перегрузок лепестки опор 3 упруго деформируются и тем, салвлм амортизируют зеркало 1, которое при воздействии полигармонических вибраций

совершает сложные одновременно возвратно-качат.ельные и возвратно-крутильные колебания.

Введение термокомпенсатора опор- ных расстояний позволяет в предлагаемом устройстве снять эту функцию с лепестков опор/ оставив им основную функцию амортизатора механических перегрузок, что ,упрсядает расчеты опор и расширяет сферу их приме0нения в большем диапазоне механических перегрузок, а наличие возможности выполнения системы вкладыши - , корпус из различных комбинацийнедефицитных и, как правило, относитель

5 но недорогих материалов позволяет расширить сферу применения устройст.ва в целом.

УСТРОЙСТВО ДНЯ ВНУТРЕННЕГО КРЕПЛЕНИЯ ЗЕРКАЛА, содержащее корпус оправы с опорами, выполненными в виде упругих в радиальном направлении лепестковых многослойных термокомпенсаторов, закрепленными на корпусе оправы равномерно по площади зеркала на концентрических относительно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси указанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая из опор- установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала, отличающееся тем, что, с целью уменьшения деформаций зеркала при температурных колебаниях и механических перегрузках, корпус оправы снабжен лепестками,расположенными между корпусом оправы и опорами в одних меридиальных сечениях с опорами, каждый лепесток выполнен в виде вкладыша из материала с коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения материала корпуса оправы, консольно закреплен на корпусе оправы и установлен с зазором между своим свободным концом и корпусом, а опора прикреплена к свободному концу вкладыша, при этом линейные размеры корпуса оправы, лепе9тков и зеркала связаны с коэффициентами линейного расширения материалов, из которых изготовлены эти элементы, следующими соотношениями: Р Р - Р L- J Са С @ где oi, ,,uij - коэффициенты линейно(Л го расширения материа лов соответственно зеркала, корпуса оправы, лепестка «. линейный размер участка зеркала от оси зеркала до оси опоры (по дуге); 1,линейный размер о: участка корпуса оправы от оси оправы до СО ближнего торца ле пестка (по дуге); е,00 линейный размер лепестка от ближнего оо торца до оси опоры (по дуге).