Аэростатический подшипниковый узел Советский патент 1993 года по МПК F16C32/06 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в установках прецизионной обработки мет|аллооптики (линз в оправах и т.д.), а также в установках, предназначенных для сборки и контроля децентрировок оптических элементов.

Прототипом является подшипниковый узел, состоящий из корпуса с двумя сфериче- подпятниками и шипа, выполненного в вид0 сферических пят и промежуточного кольца.. ,

Недостатком данного подшипникового узла являются невозможность регулирования углового положения оси вращения шипа в пространстве относительно базовых повер- хноётей корпуса, так как положение оси ара- .ц|ения шипаЪ ространстве относительно базовых поверхностей корпуса определяется конструкцией корпусной детали, которая дает жесткую привязку центров кривизны сферических подпятников, определяющих ось вращения шипа к базовым поверхностям корпуса подшипникового узла, и слож- ность в определении оптимальных конструктивных параметров аэростатиче- ского подшипникового узла, из-за отсутст- вия соотношения, связывающего эти параметры..

Цель изобретения - обеспечение возможности регулирования углового положе- ния оси вращения шипа в пространстве относительно базовых поверхностей корпуса и определение оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла.

Указанная цель достигаетс я тем, что аэростатический подшипниковый узел содержит корпус с базовыми поверхностями.

VI

ю ел

о

шип, выполненный в виде двух сферических пят, закрепленных на промежуточном кольце, два сферических подпятника, центры кривизны которых определяют ось вращения шипа и питатели, причем сферические подпятники установлены в корпусе с возможностью радиального перемещения и фиксации; сферические подпятники имеют радиусы кривизны большие, чем радиусы кривизны сопряженных с ними сферических пят,. а оптимальные конструктивные параметры аэростатического подшипникового узла связаны соотношением

Н (ARi + (Rci -VRb-Ri) -(Roi-VR6i-FH)) +

+ ( Л R 2 + (R C2 - VR62-R1)

- ( R 02 VR&2-R1)) , где Н - суммарный осевой зазор между сферическими подпятниками и пятами, мм;

ARi - расчетный зазор между верхними сферическими пятой и подпятником, мм;

R - радиус кривизны верхней сферической пяты, мм;

RI - радиус внутреннего отверстия верхнего сферического подпятника, мм;

R 01-. радиус кривизны верхнего сферического подпятника, мм;

Д R2 - расчетный зазор между нижними сферическими пятой и подпятником, мм;

R с2 радиус кривизны нижней сферической пяты, мм;

Ra - радиус внутреннего отверстия нижнего сферического подпятника, мм;

R oz- радиус кривизны нижнего сферического подпятника, мм.

На фиг. 1 показан разрез подшипникового узла (шип находится во всплытом рабочем положении); на фиг.2 показан разрез подшипникового узла, на котором рассмотрена регулировка углового положения оси вращения шипа в пространстве относительно базовых;: поверхностей корпуса; на фиг. 3,4,5 показана методика определения оптимальных конструктивных параметров для верхних сферических подпятника и пяты; на фиг. 6,7,8 показана методика определения оптимальных конструктивных параметров для нижних сферических подпятника и пяты. ..

Аэростатический подшипниковый узел (фиг.1) содержит корпус 1 с базовой поверхностью А, в котором установлены два сфе- . рических подпятника 2 и 3. В сферических подпятниках 2 и 3 закреплены питатели 4, через которые подается сжатый воздух в

рабочие полости 5 и 6. В сферических подпятниках 2 и 3 установлен шип, состоящий из двух сферических пят 7 и 8, соединенных с промежуточным кольцом 9. Подпятники 2

иЗ установлены в корпусе 1 с возможностью перемещения по поверхностям Б и В корпуса 1 и фиксации при помощи винтов 10. Перемещение осуществляется при помощи винтов 11 и 12.

Аэростатический подшипниковый узел работает следующим образом.

В рабочем положении (фиг.1) через питатели 4 сжатый воздух подается в рабочие полости 5 и 6, после чего соединенные между собой сферические пяты 7 и 8 и промежуточное кольцо 9. всплывают, образуя между сферическими подшипниками 2 и 3 и сферическими пятами 7 и 8 воздушную подушку. Регулирование углового положения оси

вращения шипа в пространстве относительно базовых поверхностей корпуса осуществляется следующим образом (фиг.2).

Допустим, первоначальное угловое положение оси вращения шипа относительно

базовой поверхности А корпуса определяется положением центра кривизны 0 сферического подпятника 2 и центра кривизны Ov сферического подпятника 3. В таком положении подшипниковый узел установлен на

оборудовании и возникла необходимость ввести угловую корректировку положения оси вращения шипа относительно базовой поверхности А корпуса 1 (например, при совмещении оси вращения шипа с осью автоколлимационного микроскопа в установках сборки и юстировки оптических элементов и т.д.) на угол а, Расстояние между, центрами кривизны 0 и Oi сферических

поверхностей подпятников 2 и 3 равно L

Тогда для корректировки углового положения оси вращения шипа относительно базовой поверхности А корпуса 1 необходимо сместить один, из подпятников 2 или 3 (например) по плоскости В на величину равную

AX Ltga.

При этом ось вращения шипа займет положениё,6пределяем6е положением центров кривизны 0 и Oi сферических поверхностей подпятников 2 и 3. Пои необходимости введения плоскопараллельного смещения оси вращения шипа относительно базы А корпуса .1 необходимо при помощи регулировочных винтов 11 и 12 сместить оба подпятника 2 и 3 на одинаковую величину А X в одном и том же направлении.

Определение оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла

, Nct -4A-r3 2 -4

,Гс1 ..-- - ---

L/CB

s 0,0046 мм (.4,6 мкм )

) Использование: в установках прёцизи- он(юй обработки металлооптики. а также в установках, предназначенных для сборки и контроля децентрироврк оптических элементов. Сущность изобретения: аэростати- подшипниковый узел содержит корпус с базовой поверхностью, б котором установлены два сферических подпятника с питателями, через которые подается сжатый воздух в рабочие полости, две сфериче- .ские пяты, соединенные с промежуточным кольцом. Подпятники установлены в корпусе с возможностью перемещения по поверхностям корпуса и фиксации при помощи винтов. На сферических пятах выполнены базовые поверхности в виде параллельных торцов и базовых отверстий. Промежуточное кольцо содержит базовые поверхности, выполненные в виде параллельных торцов и базового отверстия. Оптимальные конструктивные параметры подшипникового узла связаны определенным соотношением. Это обеспечивает регулирование углового положения оси вращения шипа в пространстве относительно базовых поверхностей корпуса, повышение точности сборки. 8 ил.

д„ Nc2-4A-rj 2 -4-0.589 - ( ОГс2 - --- о- -- - ---------- -о-- D 61002

т.е. радиусы кривизны пяток меньше радиусов кривизны пробных стекол и составляют; . Rci | п|-(5 ГС1 98,86 - 0,0046 98,8554 мм 45 Гг j-i5 Гс1-78,88 - 0,.8771мм Диалогично для подпятников

6г0

N41 -4А -rl ,

п2

U ев

2 -4 -0.589 - 10 3 -(98.86

2

100 0,0046 мм ( 4,6 мкм )

дг N42 4Я -г

бг°2---6 5--

7888 0,0029 мм ( 2,9 мкм ) ,

. 2 4 0.589 10 3 (78.88 У

100

0,0029 мм ( 2,9 мкм )

т.е. радиусы кривизны подпятников больше радиусов кривизны пробных стекол и составляют , .1

Но1 | ri1|+ 5r0i 98,86 + 0.0046 98,8646мм

Ro2 (га1) + 5г02 - 78-88 + 0,0029 78,8829мм

Тогда расчетный зазор между верхними подпятником и пятой равен

ARi R of R cl 98,8646 - 98.8554 - 0.0092 мм Между нижними

AR2 R 02- R c2 78.8829 - 78.8771 - 0,0058 MM

Нагрузочные характеристики аэростатического подшипникового узла зависят от.правильного сочетания AR2 и A Rt в узле (фиг. 3 и 6) избыточного давления, подводимого в рабочие полости 5 и б, радиусов кривизны (Rc2 ; R 02) и (Rci ; R 01) и конструктивных параметров питателей (их количества, диаметра отверстий поддува, глубины карманов и т.д.).

25

Для подшипниковых узлов со сферическими поверхностями наилучшим является случай, когда в рабочем состоянии (при 5 всплытом шипе) сферические поверхности подпятников 2 и 3 и пяток 7 и 8 расположены кбнцентрично. При этом воздушная подушка имеет толщину AR.i и AR2 соответст- венко для нижних и верхних сопряженных между собой подпятников и пяток, что упрощает оптимизацию подшипникового узла, так как проще это сделать при равномерном зазоре между подпятником и пятой. При этом максимальной (для данной конструкции узла) будет как радиальная так и угловая - жесткость и торцевая.j Рассмотрим механизм определения оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла.

В случае отсутствия внутреннего отверстия радиусом RI в верхнем подпятнике и радиусом R2 в нижнем для выполнения ус- „

ловия концентричности подпятников и пя- ток (т.е. для обеспечения равномерности воздушной подушки в подшипниковом узле) в рабочем состоянии достаточно знать ради- усы Rci и Roi: Rc2 и Ro2,4Q тогда фиг. 4 и 7

ARz Ro2-RC2 -Rci, а суммарный осевой зазор определится как .

H1 AR2+ARi45 Однако такую конструкцию реализовать на

практике невозможно, поэтому в подпятниках выполняют отверстия радиусом R2 и RL для установки внутри прбмёжуточйбго кольца.50

Тогда для выполнения условия концен- тричности подпятников и пят (совмещения центров их кривизны Цог :Цс2 :Цр1 :Uci) необходимо учесть их дополнительное проседание A Y2 и A Yr для нижних и верхних пят 55 соответственно фиг. 5 и 8. т.е. в рабочем положении подпятники и сопряженные с

. ними пятки устанавливаются концентрично. : если суммарный осевой зазор будет равен Н AY3 + AY4;

0

5

5

Q

.

5

0

5

+ARi; AYt AYci -AY01;

AYC1 Rci - R b i-Ri ; AYot R01 -VR, -RJ AY3 .Д RI - Roi -VR6i -Rf) +

+ (Rci - VRci-Ri ) , Аналогично

AY4 AY2+AR2; AY2-AYC2-AYQ2 , AYC2 Rc2 - VRi2-R АУог RQ2 - VR & - RV ; (Ro2-VR 2-Rg ) +

+ (Rc2-VRt2-R ) .

Следовательно„, И H (ARi -(Roi -VR&, -R) +

+ (Rc1-yRc1-Rf) +(AR2- -1 ( Ro2 - VrffS2 :rRlr + ( Rc2 :

- VRc2-RiOJ), П p и м е р. В нашем случае имеем: R cie 98.8554 мм; R C2 78,8771 мм; R 01 98,8646 мм; Ro2 78,8829; ARi 0,0092 MM; A R2 0,0058 MM; Ri 55 мм - конструктивный параметр подшипника; Rr 60 мм - конструктивный параметр подшипника.

Суммарный осевой зазор равен Н (0.0092 +{ (98,8554 -V98.85542 -55)

- ( 98,8646 - V 98,8646 - 552 ) ) +

+ (0.0058 +(78.8771 -V78.8771 -бО2 )

-(78.8829 -/7888292-602)) ... - i 0.0201 мм ( 20,1 мкм ).

Таким образом предлагаемый подшипник имеет следующие преимущества. ЕГО конструкция позволяет производить регулирование углового положения оси вращения шипа в npocf ранстве относительно базовых повностей корпуса, а при необходимости можно выполнить и плоскопаралельное смещение оси вращения шипа .

Использование конструкции подшипника, предложенной авторами, позволяет определить оптимальные конструктивные параметры аэростатического подшипника расчетным путем,

Формула изобретения Аэростатический подшипниковый узел, содержащий корпус с базовыми поверхностями, шип в виде двух соосно расположен:ных сферических пят и размещенное между пятагИи и скрепленное с ними промежуточное кольцо, имеющие параллельные торцовые базовые поверхности и соосные перпендикулярно расположенные упомяну- тым торцовым поверхностям базовые от- eepcf ия, а также смонтированные в корпусе сферические подпятники/центры кривизны (Которых расположены на оси вращения ши- па и выполнены с питателями, отличаю- щ и л с я тем, что, с целью обеспечения регулирования углового положения оси вращения шипа в пространстве относительно базопых поверхностей корпуса, повышения точности сборки и определения оптимальных Конструктивных параметров узла, сфе- риче|ские подпятники установлены в корпусе с возможностью радиального пере- меще|ния и фиксации и выполнены е радиусом Кривизны, большим радиуса кривизны сопряжённых с ними сферических пят, при (этом оптимальные конструктивные пара- метры узла связаны соотношением

0

5

0

5

H(ARi+(Rcl-VR 1-R ); - (RCH -VR&t-M )+(AR2 +

г .

+ (RC2-VRЈ2-R )-(R02: ),

где Н - суммарный осевой зазор между сферическими подпятниками и пятами, мм,

ARi - расчетный зазор между верхними сферическими пятой и подпятником, мм;

RCI- радиус кривизны верхней сферической пяты, мм;

RI - радиус внутреннего отверстия верхнего сферического подпятника, мм;

ROI радиус кривизны верхнего Сферического подпятника, мм;

ARz- расчетный зазор между нижними сферическими пятой и подпятником, мм;

Rc2 радиус кривизны нижней сферической пяты, мм;

R2 - радиус внутреннегаотверстия нижнего сферического подпятника, мм;

Roa радиус кривизны нижнего сферического подпятника, мм.

Ј JV4

9IIS6/.1

фиг

Фмг$