Устройство для подвески длинномерного элемента на вертикальное основание Советский патент 1987 года по МПК F16M11/00 

Изобретение относится к устройствам для подвески и крепления технологического оборудования на основание и может быть использовано для подвески крупногабаритного алюминиевого элемента на вертикальное алюминиевое основание.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг.1 изображено устройство дл подвески длинномерного элемента, общий вид; на фиг,2 - схема температурных перемещений; на фиг.З - 5 - первый, второй и третий варианты размещения раскосов; на фиг.6 - пример конструкции раскоса; на фиг.7 - сечение А-А на фиг.5.

Длинномерный элемент 1,, выполненный из алюминиевых сплавов, является частью технологического оборудования высокоточного измерительного устройства. В условиях эксплуатации, когда температура воздуха и всей конструкции изменяется от -40°С до +50°С (суточные и сезонные колебания), необходимо обеспечить строгую прямолинейность длинномерного элемента и его постоянное положение в горизонтально плоскости. Длинномерный элемент 1 подвешен на алюминиевое вертикальное основание 2, которое вра1цается вокру вертикальной оси 3 с переменной скоростью и реверсивно. Для согласованной работы длинномерного элемента 1 с друпши частями измерительного высокоточного устройства в условиях перепада температур плоские вертикальные фермы 4-8 выполнены стальными. Это обеспечивает также повышенную надежность крепления.

Каждая плоская вертикальная ферма 4-8 состоит из верхнего пояса 9, нижнего пояса 10 и наклонных стержней 11. Концы верхнего пояса 9 и нижнего пояса 10 каждой фермы с помощью шарниров 12 закреплены на. основании 2 и на элементе 1. В пролетах между фермами в горизонтальной шюскости, в которой лежат верхние пояса 9, размещено по одному составному раскосу 15. К;1ждый раскос 13 представляет собой составной стержень, состоящий из стальной 14 и алюминиевой 15 частей,, соединенных между собой фланцами 16 и 17. Концы раскоса 13 шарнирно закреплены на концах верхних поясов 9 двух соседних ферм, на основании 2 и на эл€;менте 1, Совокупность стальных

0

5

ферм 4-8 обеспечивает равномерное многоточечное восприятие весовых нагрузок от элемента 1 и обеспечивает необходимую точность и прямолинейность элемента 1 в вертикальной плоскости 18. Верхние пояса 9 и раскосы 13 образуют в горизонтальной плоскости 19 (фиг.. 7) плоскую ферму, воспринимающую все горизонтальные нагрузки 20 от элемента 1, например, возникающие при вращении основания 2 вокруг оси 3. При этом составляющие 21 этой нагрузки, параллельные фермам 4-8, воспринимаются фермами и передаются на основание 2 во многих точках. Эти усилия воспринимаются пятью фермами в десяти опорных точках В,Б и т.д. (фиг.З). Состав.пяющие 22 горизонтальной нагрузки 20, перпендикулярные фермам 4-8, передаются через точки крепления раскосов 13 к элементу 1 (на фиг.4 таких точек три, на фиг.З четыре).

Каждый составной раскос 13, состоящий из стально.й 14 и алюминиевой 15 частей, имеет значение коэффициента температурного линейного расширения, обеспечивающее прямолинейность длинномерного элемента 1 при изменении температуры и равномерность передачи продольных нагрузок 22 во многих точках.

Рассмотрим температурное расшире- g ние конструктивных элементов на фиг.2. Принимают за неподвижную точку А точку на алюминиевом основании 2. При повышении температуры на it стальная ферма АБ удлиняется на величину ББ и точка Б перемещается в точ5

0

0

ку Б . Аналогично удлиняется стальная ферма ВГ. При повышении температуры расстояние АГ на алюминиевом основании и расстояние БВ на алюминиевом элементе увеличиваются на одинаковую величину ГТ, ,,Ь-oip-d t. В результате этих расщирений точка В алюминиевого элемента оказывается в положении В. Если первоначальная длина раскоса АВ равна

1 (1)

то новое расстояние между точками А и Вл равно

55

АВг |(АБ7)-КБ,В2)5

л|(ан-а о(., . U t).(b+b uda.ut)2. (2)

Для того, чтобы раскос АВ при по- вьппении температуры на д t имел длину

АВ

г

необходимо его выполнить из ма(3)

l(l+oip-ut)AB2.

Подставляют (1) и (2) в (3)

(l+cif йt)лlb2+a2(a+a.c,ьt)2+(b+b.ot„. ut). (4)

Возводят правую и левую части выражения (4) в квадрат и исключают при этом члены второго порядка малости квадратами коэффициентов ei, и обд (1+2обр. Ut)(a2+b2)a2-t2a2.c. +2b2.ota-ut

или

a2+b2+2b2.oip .ut+2a2 oip. ut a2+b2 + +2a2 0ic.bt+2b2.o(,q -it.

Приводят подобные члены a и b , каждый из оставшихся членов сокраща на 2ut

bz.oip+a.oip a2..oi.q

или

об

р

.a

Выбор конструкционных материалов по коэффициенту температурного линей25 к общему знаменателю и заменяют 1 на

выражение

. 2 q

ВЫ U 22-10-), углепластик (.Зо), в числителе производят сокращение по- поэтому практически невозможно Йодоб- 30 добных членов , и , и сокращаного расширения довольно ограничен: i 5l°Le....i iiJ:ki сталь ((jdt.11 10 ), алюминиевые сила-

ют на знаменатель левой дроби и числитель правой дроби

рать материал раскоса с коэффициентом например, равным 1710 . Раскос выполняют составным из двух частей из разнородных материалов, например стали и алюминиевых сплавов,

Пусть раскос выполнен из алюминиевой части длиной IQ и стальной части длиной , где 1 - длина всего раскоса. Так как общее удлинение раскоса равно сумме удлинений составных частей, то

l-oi U-ct +(l-ljei,

или

oip 3-(й6а-о с) + .

Приравнивают правые части выражений (5) и (6) и определяют потребную длину Ig алюминиевого раскоса АВ, обеспечивающую автоматическую компенсацию температурных удлинений

k(,,),, a.b:

Учитывая, что 1 -)а2+Ь2, из выражения (7) определяют, например, 1. Переносят в правую часть ос. со знаком минус

териала, коэффициент температурного линейного расширения ы. которого удовлетворяет требованию

(3)

О / , ,« «с и pUa-Oic)-.--Г+Ь2

5i«Lq-lki 9.

умножают левую и правую части равен1

ства на и производят сокращение

В левой части

lar . ).

1 ° ,

-Oi-C

a Q-oC-c

-oiej

1 i5l iL lbVc , I 1

Q 1 a2-bb2 приводят члены в квадратной скобке

25 к общему знаменателю и заменяют 1 на

в числителе производят сокращение по- добных членов , и , и сокращают на знаменатель левой дроби и числитель правой дроби

1 ..

I.

1

35 n|a-+D о.-

выносят за скобки Ь в числителе и производят сокращение числителя и знаменателя

40

Ь2

(8)

л|а2+Ь2

Приме р, Пусть да но м, Ь 0,85 м. Определяют длину раскоса 1 1,31244 м, .Определяют-дли- 45 ну алюминиевой части раскоса

,76194 м

и коэффициент температурного линейного расширения раскоса

(),39-10 , Расположение составных раскосов может быть различным, так как все (- раскосы одинаковы по конструкции, Первьй вариант (фиг.З) обеспечивает передачу продольных нагрузок через три опорные точки 23 - 25 элемента 1 и через две точки 26 и 27 основания 2,

5133

Во втором варианте (фиг.4) передача продольных нагрузок происходит через три точки 28 - 30 на элементе 1 и через четыре точки 31-34 на основа- НИИ 2. В третьем варианте (фиг.5) передача продольных усилий от элемента 1 осуществляется через четыре точки 35 - 38 на этом элементе и через три точки 39-41 на основании. Для конкретного изделия выбран третий вариант (фиг.5), которьй обладает симметричностью и обеспечивает передачу продольных усилий от элемента 1 в четырех точках 35-38, что достаточно для снижения расчетных нагрузок при проектировании устройства.

При вьтолнении раскосов целиком из стали или из алюминиевых сплавов возникают дополнительные усилия на элементы конструкции, многоточечная и равномерная передача продольных ускпий нарушается. Так, если раскос АВ (фиг.2) выполнить стальным, то при отсутствии элемента 1 точка В пе- ремещается при нагреве, на At в точку В„ , так как она определяется пересечением дуги 42 (радиуса , В) и дуги 43 (радиуса г, АВ( , it) . При отсутствг и элемента 1 в раскосах АВ и ВГ нет дополнительных напряжений. Однако элемент J сам расширяется при нагревании и стремится при этом отодвинуть точку В в положение В, Точки Bj и В пе совпадают, поэтому в рва- льной конструкции возникают дополнительные напряжения: стержень АВ рас- тягивается, участок БВ элемента 1 сжимается и может выпучиваться относительно линии БВ, а стержень ВГ сжат При выполнении раскоса из апюминиевык сплавов стержень АВ сжат и может потерять продольную устойчивость и выгнуться р уча сток БВ элемента 1 растягивается, стержень ВГ растянут и соз-

6

дает изгибающую нагрузку на элемент 1, что нарушает его прямолинейность.

Таким образом, из приведенных расчетов видно, что составные раскосы 13 обеспечивают многоточечную передачу продольных нагрузок 22 от элемента 1 на Основание 2 и в то же время не препятствуют температурному расширению всех элементов устройства, что позволяет выполнить эти элементы с более легкими поперечными сечениями, уменьшая массу элемента 1 и элементов подвески.

Формула изобретения

Устройство для подвески длинномерного элемента на вертикальное основание, содержащее .стальные плоские фермы с верхними и нижними поясами, расположенные перпендикулярно к основанию и к оси длинномерного элемента, о тличающее ся тем, что, с целью повьш1ения надежности, оно имеет расположенные в горизонтальной плоскости верхних поясов ферм раскосы, каждый из которых одним концом шар- нирно соединен с основанием и одной из ферм, другим концом - с длинномерным элементом и с другой соседней фермой, и выполнен составным из последовательно соединенных стальной и алюминиевой частей, длины которых определены из выражений

1 . 1 Ь1

с I а I1

- а2+Ь2

где 1 и lj,| - длина соответственно стальной и алюминевой частей раскоса;

а - длина .стальной плоской фермы;

b - расстояние между соседними стальными плоскими

фермами.

фиг.З

ФигЛ

/

SJ

Изобретение относится к устройствам для подвески и крепления технологического оборудования и позволяет повысить надежность и точность крепления длинномерного элемента 1 на вертикальное основание 2. Для согласованной работы длинномерного элемента 1 с другими частями измерительного высокоточного устройства в условиях перепада температур его соединяют с основанием 2 плоскими вертикальными фермами 4,5,6,7,8. В пролетах между фермами в горизонтальной плоскости в которой лежат верхние пояса 9, размещено по одному составному из стальной и алюминиевой частей раскосу 13. 7 ил. 12 г i сл 12 00 со сл sj vj i Физ.1

11

17

Фиг. 6

А-А

Фиг.7

Редактор О.Юрковецкая

Составитель К.Фоломеев

Техред М.Дидык Корректор А.Зимокосов

Заказ 4036/33Тираж 639Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4