Устройство внутреннего крепления зеркала Советский патент 1982 года по МПК G02B7/18 

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в оптико-механических приборах.

Известны устройства внутреннего крепления зеркал, содержащие зеркало с центральным отверстием и оправу, которая размещена в отверстии зеркала и закреплена в нем с помощью втулки с буртиком на одном конце и резьбой на другом и гайки.

Такое крепление зеркал просто по конструкции, имеет небольшой вес, габариты

Однако это зеркало из-за виньетирования его отверстием и элементами крепления имеет пониженное светопропускание, а из-за жесткого крепления на оправе - пониженную устойчивость к вибрациям и температурным колебаниям. Кроме того, зеркало подвержено деформации от усилий зажима, приводящим к ухудшению качества его.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство внутреннего крепления зеркала, содержащее корпус с закрепленными на нем опорами, контактирующшш со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси указанных

отверстий нормсшьны к отражающей поверхности зеркала 2j.

Недостатком известного устройства крепления является наличие достаточно больших деформаций зеркала при случайных механических перегрузках.

Целью изобретения является уменьшение деформаций зеркала при механи10ческих перегрузках.

Указанная цель достигается тем, что каждая опора выполнена в виде упругого в радиальном направлении лепесткового многослойного компенса15тора и установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала.

На фиг. 1 представлено устройство внутреннего крепления зеркала в разрезе, общий вид; на фиг. 2 - разрез

20 А-А на фиг.1; на фиг. 3 - силовая схема лепестка оправы, выполненного в виде одного стакана на фиг. 4 - силовая схема лепестка оправы, выполненного по типу стакан в стакане j

25 на фиг, 5 - вариант исполнения оправы на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - то же, вариант.

Устройство внутреннего крепления зеркала включает зеркало 1, р котором

30 со стороны тыльной поверуности имеются по крайней мере два расположенных под углом друг к другу глухих отверс тия 2, опоры 3, которые установлены в отверстиях 2 зеркала 1 с зазором t относительно дна их и каждая из ко торых выполнена в виде, упругого в радиальном направлении разрезного лепесткового многослойного термокомпенсатора, например типа - стакан в стакане и корпус 4, к которому консольно, закреплены своими внут ранними стаканами 5 оправы 3. С целью исключения трения скольжения тыльной поверхности зеркал 1 о корпус 4, способствующего появлению дополнительной деформации зеркала при изменении температуры, оно установлено на оправах 3 с зазором относительно корпуса 1. Этот зазор с целью развития опорной поверхности и уменьшения удельной нагрузку на зеркало во многих случаях, например, при действии таких нагрузок на термостабилизированное зеркало, когда возможен опасный по величине прогиб между опорами, может быть замещен частично или полностью, упруго например, пробковой прокладкой. При наличии на отдельных участках рабочего диапазона виброчастот резко выраженного резонанса, когда нагрузка на оправах может превышать расчет ную в несколько раз, а деформация лепестков их, хотя и может оставаться в зоне упругости, но величина ее при этом может превысить допустимую определяемую величиной распрямления лепестков оправ, целесообразно оправь, не ужесточая их, а,следовательно, не снижая их демпфирующих свойс для большинства частот рабочего диапазона, соединять с зеркалом с помощью клея (герметика), причем наклон оправ относительно друг друга остается полезным, так как основная часть нагрузки расходуется на распря ление оправ и клеевое соединение ока зывается под меньшей нагрузкой, чем оно было бы при параллельных оправках. Устройство работает следцующим образом. При воздействии механических пере грузок и колебаний температуры лепе ки оправ ,3 упруго деформируются и тем самым амортизируют зеркало 1, которое при воздействии полигармони1 еских вибраций совершает сложные с новременно возвратно-качательные и возвратно-крутильные колебания. Многослойноств оправы 3 СФиг. 1) кроме обеспечения возможности поддержания при больших размерах оправ и больших перепадах температуру высокой точности термокомденсации за счет различных комбинаций материало и толщины стенок оправы, способствует и обеспечению возможности высо кой степени равномерности давления со стороны оправ на боковую поверхность отверстия зеркала, что позволяет исключить появление опасных величин концентрации напряжений на кромках отверстия при перегрузках. Действительно, предположим,что оправы выполнены в виде полого разрезного стакана. Тогда каждый лепесток оправы можно рассматривать как балку, защемленную одним концом и нагруженную распределенной нагрузкой (фиг. 3). В этом случае эпюра поперечных сил Q, а следовательно, и эпюра напряжений представляет собой треугольник с вершиной на свободном конце, т.е. жесткость оправы здесь есть величина переменная по ее длине, а, следовательно, способность ее компенсировать перегрузки будет максир альная на краю оправы внутри отверс;гия зеркала и минимальна у .заделки ;на краю этого отверстия, что приведет к концентрации напряжений на кромках отверстия зеркала, вследствие чего могут появиться трещины, сколы и изгибные усилия, искажающие его рабочую поверхность. С другой стороны, если оправа выполнена, например в виде двух разрезных коаксиально расположенных стаканов (фиг. 1), то эпюра поперечных сил Q для каждого лепестка складывается из эпюры внутреннего элемента Q , где место соединения его с корпусом можно считать заделкой, а эпюры Q для внешнего элемента лепестка, где место соединения его с внутренним элементом, также можно считать заделкой одноопорной балки. В этом случае эпюра поперечных сил Q каждого лепестка оправы представляет собой примерно прямоугольник, т.е. жесткость оправы цо длине ее, а следовательно, и способность компенсировать перегрузки, можно считать постоянной для любого сечения оправы, что позволяет исключить не елательную концентрацию напряжений и возникновения изгибающих усилий в зеркале . При конкретном выборе угла наклона оправ следует придерживаться следующих соображений, реакций, опор при произвольных величинах и направлении нагрузки должны вызывать, в основном, |только сжатие или растяжение зеркала, и сводить до минимума изгиб его, . что возможно только в случае, если осевая составляющая реакции направлена по нормали к отражающей поверхности зеркала, а радиальная - перпендикулярно ей, т.е. в направлении наибольшей жесткости зеркала. Зеркало в продольном направлении, также как и оправы в осевом направлении допустимо считать абсолютно жестким вследствие большой разности размеров толщины и длины их, так, напри мер, для зеркала при среднем принятом отношении толщины к диаметру 1:8 жесткость его, прямо пропорциональна моменту инерции относительно центральной оси параллельной основанию I- , где b ширина; h - высота сечения зеркала, в продольном направ лении в 64 раза выце, чем в поперечном, что позволяет считать одинаковы по величине перемещение любой точки зеркала в продольном направлении и, вследствие этого равенство радиальных составляющих реакции опор. Следует отметить, что геометрические оси равноудаленных от центра зеркала оправ, вследствие расположения их по нормалям к отражающей поверхности, пересекаются в одной точке, причем для сферических зеркал геометрические оси оправ, расположе ных на разных концентрических окружностях (зонах) относительно геометрической (оптической) оси, пересекаются в центре сферы, для асферически зерксш, например параболических - дд каждой зоны имеется своя точка пересечения. Кроме того, для плоских зеркал, очевидно, что при расположении оправ под углом друг к другу, геометрические оси их не направлены по нормалям к отражающей поверхности зеркала, вследствие чего в нем при механических neperpv3Kax в той или иной мере будут присутствовать изгибающие усилия, которые снижают допустимый диапазон механических перегрузок но не исключают возможности применения такого крепления плоского зеркала. Расположение оправ и соответственно отверстий .под углом друг к другу позволяет обеспечить надежную бесклеевую фиксацию зеркала на оправах при любом относительно горизонта положении, что упрощает технологию сборки устройства. Выполнение оправы в виде упругого лепесткового многослойного термокомпенсатора позволяет одновременно сочетать в ней функции опоры, термокомпенсатора и амортизатора,т.е. одним простым и компактным конструктивным элементом решаются функции трех отдельных конструктивных элементов, что в конечном счете обуславливает большую простоту конструкции всего устройства крепления зеркала. Наличие у оправы возможности упругой деформации в радиальном направлении позволяет обеспечить демпфирование зеркала при механических перегрузках через боковую поверхность отверстия его, т.е. в направлении наибольшей жесткости зеркала, что способствует повышению стойкости его. Формула изобретения Устройство внутреннего крепления зеркала, содержащее корпус оправы с закрепленными на нем опорами,контактирующими со стенками глухих отверстий , выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси указанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, отличающееся тем, что, с целью уменьшения деформаций зеркаша при механических перегрузках, каждая из опор выполнена в виде упругого в радиальном направлении лепесткового многослойного термокомпенсатора и установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кругер М.Я. и др. Справочник конструктора оптикомеханических приборов. Л., 1968, с. 350, рис.166. 2.Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. М., 1976, с. 393 (прототип).