Юстировочное устройство Советский патент 1992 года по МПК G02B7/00 G02B7/18 

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в оптико-механических приборах для выставки различных оптических элементов, а также для юстировки гравиметров и высокоточных измерителей параметров движения относительно местной вертикали, кроме того, его можно применить в конструкции экзаменатора для аттестации и проверки жидкостных, электролитических, электромагнитных и электронных уровней.

Известно устройство, содержащее неподвижное основание, плоскую пружину, закрепленную одним концом на нем, и регулировочный механизм, взаимодействующий с пружиной перпендикулярно ее плоской поверхности, плоская пружина закреплена своим вторым концом также на неподвижном основании с образованием двух параллельных прямолинейных участков, которые размещены в дополнительно введенных направляющих; кроме того, дополнительно введен второй регулировочный механизм, причем оба регулировочных механизма размещены один навстречу другому и соединены с прямолинейными участками плоской пружины между местами ее крепления к корпусу и направляющими, при этом место крепления юстируемой оптической детали совпадает с серединой свободного криволинейного участка пружины.

Основными недостатками этого устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием двух регулировочных механизмов и дополнительных направ- ляющих, сравнительно небольшой диапазон юстировки за счет S-образного изгиба прямолинейных участков пружины между направляющими, контактирующих с регулировочными механизмами, и сравнительно малая надежность в работе, особенно при воздействии внешних факторов

(тряски, вибрации, перепад температуры и т.д.), обусловленная размещением юстируемого объекта на криволинейном участке пружины. Кроме того, это устройство неудобно в эксплуатации из-за отсутствия термостабильности, значительного упругого последствия (из-за трения в направляющих) и большого количества манипуляций взаимовлияющими регулировочными механизмами при юстировке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство, содержащее неподвижное и подвижное основания, регулировочный механизм и пружинную передачу движения от регулировочного механизма к подвижному основанию, пружинная передача выполнена в виде пары плоских пружин, соединенных с регулировочным

механизмом, взаимодействующим с ними перпендикулярно их плоскостям, у каждой пружины один конец соединен с неподвижным основанием, а другой - с подвижным, при этом регулировочный механизм соединен только с серединами пружин.

Основными недостатками этого устройства являются усложнение конструкции при использовании пружинной передачи, состоящей из двух плоских пружин, для углового

перемещения подвижного основания относительно неподвижного, сравнительно небольшой диапазон юстировки, обусловленный S-образным изгибом пружин между заделками их концов от силового

воздействия регулировочного механизма и сравнительно невысокая надежность и стабильность выставленного положения, особенно при воздействии внешних факторов (тряски, вибрации, ударов, перепада температуры и т.д.), поскольку в крайних положениях (при максимальном изгибе плоских пружин) под воздействием массы подвижного основания с юстируемым объектом может произойти потеря устойчивости в сторону изгиба.

Цель изобретения - упрощение конструкции, расширение диапазона юстировки и повышение надежности и стабильности выставленного положения.

Поставленная цель достигается тем, что в котировочном устройстве, содержащем неподвижное и подвижное основания, регулировочный механизм и пружинную передачу движения от регулировочного механизма к подвижному основанию, пружинная передача выполнена в виде одной плоской пружины, шарнирно соединенной своими концами с основаниями, причем пружина предварительно изогнута в сторону регулировочного механизма на величину, равную или большую величины прогиба, соответствующего максимальному ходу конца пружины до ее полного выпрямления, регулировочный механизм выполнен в виде эксцентрикового толкателя, содержащего два шарика, качающуюся шайбу и регулировочный элемент в виде цилиндра, с одного конца которого расположена приводная головка, а с другого выполнено торцовое эксцентричное отверстие, при этом один из шариков установлен с возможностью взаимодействия с центром плоской пружины, а другой шарик установлен на кромках эксцентричного отверстия цилиндра с возмож- ностью взаимодействия с первым посредством качающейся шайбы, регулировочный элемент установлен в неподвижном основании при помощи гильзы таким образом, что его ось вращения перпендикулярна плоскости пружины и смещена относительно ее центрального отверстия на величину эксцентриситета эксцентричного отверстия, а также тем, что пружина выполнена за одно целое с шарнирами, каждый из которых выполнен в виде упругой перемычки, образованной цилиндрическими внутренними поверхностями, обращенными одна к другой, причем толщина перемычки меньше рабочей толщины пружины, а также тем, что регулировочный элемент снабжен фиксатором, выполненным в виде клеммового зажима с пальцем, фиксатор установлен на тонкостенной части гильзы, охватывающей цилиндр, и размещен по оси неподвижного основания с возможностью взаимодействия с ним своим пальцем.

В результате поиска среди патентной и другой научно-технической документации автором не обнаружены технические решения, в которых содержится совокупность отличительных признаков, характеризующих заявляемое техническое решение.

На фиг.1 представлена конструкция юс- тировочного устройства (для наглядности

углы наклона подвижного основания показаны с искажением в сторону увеличения); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - расчетная кинематическая схема устройства.

0 На фиг.2 приняты обозначения:а -угол наклона подвижного основания; L- расстояние между шарнирами подвижного основания; I - длина пружины в выпрямленном положении; f - прогиб пружины; S - ход

5 конца пружины, сочлененного с подвижным основанием; с1ш - диаметр шарика; а - расстояние (зазор) между шариками; е - эксцентриситет торцового эксцентричного отверстия; t - ход шарика в регулировочном

0 механизме (эксцентриковом толкателе).

Юстировочное устройство (фиг. 1) содержит неподвижное 1 и подвижное 2 основа- ния, регулировочный механизм 3 и пружинную передачу 4 движения от регули5 ровочного механизма 3 к подвижному основанию 2. Пружинная передача 4 выполнена в виде одной плоской пружины 5, шарнирно соединенной своими концами с основаниями 1 и 2, причем пружина 5 предварительно

0 изогнута в сторону регулировочного механизма 3 на величину, равную или большую величины прогиба, соответствующего максимальному ходу конца пружины 5 до ее полного выпрямления. Подвижное основа5 ние 2 связано с неподвижным основанием

1с одной стороны упругим шарниром 6, а с другой стороны - пружиной 5, которая выполнена за одно целое с шарнирами, каждый из которых выполнен, например, в виде

0 упругой перемычки 7, образованной цилиндрическими внутренними поверхностями 8, обращенными одна к другой, причем толщина перемычки 7 меньше рабочей толщины пружины 5, например, в два раза. Основа5 ния 1 и 2, связывающий их упругий шарнир б и пружинная передача 4 выполнены единым блоком за одно целое, причем пружина 5 в процессе изготовления сначала выполняется прямой и при этом базовая устано0 вочная плоскость 9 подвижного основания

2выполняется под углом к базису 10, равным половине диапазона угловых перемещений в обе стороны от нейтрального положения (нейтральное положение - это

5 положение подвижного основания 2, при котором его базовая установочная плоскость 9 параллельная базису 10), после чего производится гибка пружины 5 с последующей термостабилизацией необходимой величины ее прогиба.

Регулировочный механизм 3 выполнен в виде эксцентрикового толкателя, содержащего два шарика 11, качающуюся шайбу 12 и регулировочный элемент 13 в виде цилиндра 14, с одного конца которого расположена приводная головка 15, а с другого выполнено торцовое эксцентричное отверстие 16, при этом один из шариков установлен с возможностью взаимодействия с центром плоской пружины 5, а другой шарик 11 установлен на кромках эксцентрич- ного отверстия 16 цилиндра 14 с возможностью взаимодействия с первым посредством качающейся шайбы 12. Регулировочный элемент 13 установлен в неподвижном основании 1 с помощью гильзы 17 так, что его ось вращения перпендикулярна плоскости пружины 5 и смещена относительно ее центра на величину эксцентриситета эксцентричного отверстия 16, при этом шарик 11, контактирующий с центром пружины 5, установлен на торце гильзы 17 с помощью шайбы 18 с направляющим эксцентричным отверстием 19. Регулировочный элемент 13 снабжен фиксатором 20, выполненным в виде клеммового зажима 21 с пальцем 22. Фиксатор 20 установлен на тонкостенной части 23 гильзы 17, охватывающей цилиндр 14, и размещен по оси неподвижного основания 1 с возможностью взаимодействия с ним своим пальцем 22. Для снижения жесткости тонкостенной части 23 гильзы 17 в ее стенках выполнены продольные прорези 24.

Силовое замыкание шариков 11, качающейся шайбы 12 между ними и регулировочного элемента 13 обеспечивается упругим сопротивлением пружины 5 за счет ее прогиба, при этом регулировочный элемент 13 в осевом направлении удерживается, например, с помощью шарикового замка 25.

На установочной плоскости 9 подвижного основания 2 установлен юстируемый объект 26, например высокоточный гравиметр или измеритель параметров движения объекта.

Работа котировочного устройства основана на преобразовании поворота регулировочногоэлемента13ввозвратно-поступательное перемещение шарика 11 в направляющем отверстии 19, затем в изменение прогиба плоской пружины 5, предварительно изогнутой в сторону регулировочного механизма 3, и, как следствие этому, в возвратно-поступательное перемещение конца пружины 5, сочлененного с подвижным основанием 2, которое при этом совершает угловое перемещение вокруг упругого шарнира 6 в обе стороны от нейтрального положения по принципу рычага второго рода и тем самым производит юстировку положения объекта 26 относительно базиса 10 неподвижного основания 1.

Преобразование поворота регулировочного элемента 13 в поступательное перемещение шарика 11 в направляющем отверстии 19 происходит следующим образом. При повороте цилиндра 14 шарик 11,

0 установленный на кромках торцового эксцентричного отверстия 16, совершает круговое движение по окружности с радиусом, равным эксцентриситету е. Второй шарик 11 образует кинематическую связь с первым

5 посредством качающейся шайбы 12, которая обеспечивает между ними постоянное расстояние. За счет того, что шайба 18 с направляющим эксцентричным отверстием 19 неподвижно закреплена в гильзе 17 при

0 повороте цилиндра 14, происходит сближение осей эксцентричных отверстий 16 и 19 до совмещения в процессе которого второй шарик 11 совершает возвратно-поступательное линейное перемещение в направ5 ляющем эксцентричном отверстии 19 и, контактируя с центром плоской пружины 5, изменяет величину ее прогиба от максимума до нуля (до полного выпрямления).

В процессе сборки устройства сначала

0 производится регулировка совпадения конца движения второго шарика 11 с полным выпрямлением пружины 5 с помощью регулировочных шайб (не обозначены), подкла- дываемых под опорный фланец (не

5 обозначен) гильзы 17. Затем вращением приводной головки 15 выставляется исходное положение подвижного основания 2, при котором его базовая установочная плоскость 9 должна быть параллельна базису 10

0 неподвижного основания 1. Это положение маркируется, например, гравировкой рисок на торце приводной головки 15 и на корпусе неподвижного основания 1 или другими известными конструктивными способами, По5 еле этого устройство готово к работе.

Юстировку производят следующим образом.

Устройство устанавливается и закрепляется, например, в приспособлении конт0 рольно-испытательной аппаратуры. Затем юстируемый объект 26, например высокоточный силочувствительный прибор, устанавливают на базовую установочную поверхность 9 подвижного основания 2 и

5 подключают к электронной аппаратуре. Затем вращением приводной головки,15 добиваются показания электрического нуля по сигналам, идущим с юстируемого прибора. Это положение фиксируется с помощью фиксатора 20 путем поворота стяжного винта (не обозначен) клеммового зажима 21, который обжимает тонкостенную часть 23 с прорезями 24 гильзы 17 и фиксирует цилиндр 14 регулировочного элемента 13. Далее отъюстированный прибор 26 подвергается контрольным испытаниям.

Юстировочное устройство предназначено для юстировки сплочувствительных из- мерительных приборов, выставляемых, например, по электрическому нулю. Для использования устройства в качестве экзаме- натора необходимо регулировочный элемент 13 снабдить круговой шкалой, выполненной, например, за одно целое с приводной головкой 15.

Зависимость угла наклона подвижного основания 2 относительно неподвижного основания 1 от величины хода конца пружины 5, сочлененного с подвижным основанием 2, определяется по формуле

sina S/L,(1)

где «-угол наклона подвижного основания 2 от нейтрального положения;

S -ход конца пружины 5, сочлененного с подвижным основанием 2;

L - расстояние между шарнирами подвижного основания 2.

Зависимость величины хода конца пружины 5, сочлененного с подвижным основанием 2 от изменения величины ее прогиба определяется по формуле

Q 12 I -4.3(3 I2 -20 f2)

где S - ход конца пружины 5;

I - длина пружины в выпрямленном положении по ее шарнирам;

f- величина прогиба пружины.

Формула (2) выведена на основе формулы Гюйгенса для определения длины дуги при неизвестном радиусе.

Расчетная величина эксцентриситета торцового эксцентричного отверстия 16 в зависимости от необходимого максимального хода шарика 11, контактирующего с пружиной 5, в регулировочном механизме 3 и от геометрии конструктивных элементов определяется по формуле

е 0,5 t(2duj + 2a-t),(3)

где е - эксцентриситет отверстия 16;

dm - диаметр шариков, принимается конструктивно;

а - расстояние (зазор) между шариками;

t - максимальный ход шарика, равный рабочему диапазону изменения прогиба пружины до ее выпрямления.

Для обеспечения надежности кинематической связи шариков с кромками отверстий качающейся шайбы 12 и цилиндра 14

(2)

необходимо угол обхвата шарика принимать равным 120°.

Предлагаемое котировочное устройство является прецизионным и обеспечивает

5 юстировку по одному направлению в обе стороны от нейтрального положения в небольшом диапазоне угловых перемещений (до 20 угл. мин) в зависимости от конструктивно принятых размеров входящих эле10 ментов и физико-механических свойств материала пружины и других входящих деталей, образующих силовое замыкание в регулировочном механизме.

При использовании изобретения упро15 щается конструкция устройства за счет выполнения пружинной передачи в виде одной плоской пружины, шарнирно соединенной своими концами с основаниями; расширяется диапазон юстировки за счет шарнирного

20 соединения плоской пружины с основаниями, при котором прогиб пружины имеет большую величину при изгибе по радиусу, нежели в прототипе (S-образный изгиб при жестко закрепленных концах); повышается

25 надежность устройства, особенно при воздействии внешних факторов (перепада тем- лзратуры, тряски, вибрации и ударов), за счет того, что плоская пружина предварительно изогнута в сторону регулировочного

30 механизма, благодаря чему исключается возможность потери устойчивости при продольном нагружении пружины, например, в крайнем положении при ее полном выпрямлении или полусогнутом состоянии; повы35 шается стабильность выставленного положения за счет того, что регулировочный элемент снабжен фиксатором, размещенным по оси неподвижного основания, что существенно снижает воздействие внешних

40 факторов, особенно перепад температуры окружающей среды.

Формула изобретения 1. Юстировочное устройство, содержащее неподвижное и подвижное основания,

45 регулировочный механизм и пружинную передачу движения от регулировочного механизма к подвижному основанию, включающую изогнутую плоскую пружину, отличающееся тем, что, с целью упрощения

50 конструкции при повышении удобства эксплуатации, надежности и расширения диапазона юстировки, плоская пружина соединена с подвижным и неподвижным основаниями, шарнирно изогнута в сторону

55 регулировочного механизма на величину, равную или большую величины прогиба, соответствующего максимальному ходу конца пружины до ее полного выпрямления, а регулировочный механизм выполнен в виде эксцентрикового толкателя, включающего

два шарика, качающуюся шайбу и регулировочный элемент в виде цилиндра, с одного конца которого расположена приводная головка, а с другого выполнено торцовое эксцентричное отверстие, при этом один из шариков установлен с возможностью взаимодействия с центром плоской пружины, а второй шарик установлен на кромках эксцентричного отверстия цилиндра с возможностью взаимодействия с первым шариком посредством качающейся шайбы, регулировочный элемент установлен в неподвижном основании с помощью гильзы, причем его ось вращения перпендикулярна плоскости пружины и смещена относительно ее центра на величину эксцентриситета эксцентричного отверстия.

0

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что пружина выполнена за одно целое с шарнирами, каждый из которых выполнен в виде упругой перемычки, образованной цилиндрическими внутренними поверхностями, обращенными одна к другой, причем толщина перемычки меньше толщины пружины.

3.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности выставленного положения, регулировочный элемент снабжен фиксатором, выполненным в виде клеммового зажима с пальцем, установленного на тонкостенной части гильзы, охватывающей цилиндр и размещенного по оси неподвижного основания с возможностью взаимодействия с ним своим пальцем.

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в оптико-механических приборах для выставки различных оптических элементов, а также для юстировки гравиметров и высокоточных измерителей параметров движения относительно местной вертикали, кроме того, его можно применить в конструкции экзаменатора для аттестации и проверки жидкостных, электролитических, электромагнитных и электронных уровней. Оно позволяет упростить конструкцию, расширить диапазон юстировки и повысить надежность и стабильность выставленного поло

23

А-А

/4

Фиг 2

2а а

/