Опора для вращающегося зеркала

Полезная модель «Опора для вращающегося зеркала» относится к области приборостроения, может быть использована в построении прецизионных следящих систем. Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в опоре для вращающегося зеркала, как и в заявляемом объекте содержатся подвижный компонент, на котором закреплена рама зеркала и ротор двигателя, неподвижная деталь, жестко связанная со статором и корпусом, а также тело качения, расположенное между подвижным компонентом и неподвижной деталью, при этом в ней подвижный компонент, представляет собой жесткий узел, состоящий из двух деталей, образующих незамкнутую полость, одна из деталей узла выполнена из износостойкого материала и снабжена дорожками для размещения тел качения, а вторая деталь, соединенная с ротором, выполнена из немагнитного материла, при этом ротор и статор двигателя установлены в незамкнутой полости. Технический результат выражается в повышении точности ориентации вращающегося объекта относительно опоры, имеющей допустимые габаритные и весовые характеристики с учетом опыта эксплуатации.

Заявляемая полезная модель относится к точному машиностроению, приборостроению и электротехнике, в частности к опорам, обеспечивающим неограниченный угол поворота зеркала, которые могут быть использованы при построении прецизионных следящих систем.

Известны конструктивные решения опор, обеспечивающие крепление моментного двигателя, изложенные в книге «Гироскопические системы» под общей редакцией Д.С.Пельпора, издательство «Высшая школа», М.- 1972 г, стр.403-405. В состав таких устройств входят ротор, соединенный с втулкой, установленной на валу прибора, неподвижная втулка для крепления статора, соединенная с корпусом прибора, и подшипник, взаимосвязывающий подвижную и неподвижную втулки.

К недостатку указанных опор следует отнести невысокую точность вращения сканирующего зеркала, связанную с погрешностью исполнения геометрических размеров и форм поверхностей качения деталей.

Также известен магнитный подшипник с функциями опоры (см. описание изобретения к патенту РФ 2237201, F16C 32/04 опубл. 27.09.2004), содержащий ротор из магнитного материала, присоединенный к валу, статор из магнитного материала, расположенный напротив ротора, и подвижный элемент, установленный между ними. Подвижный элемент подшипника выполнен в виде шариков, свободно расположенных в коаксиальных каналах с демпфирующей жидкостью, выполненных в неподвижном герметичном корпусе.

Однако, с учетом работы прецизионных следящих систем применение вышеописанной опоры (вместо шарикоподшипниковых) нецелесообразно в отношении осевой и радиальной жесткости.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является изобретение, описанное в патенте US 5 831 363, H02K 5/16, опубликованное 03.11.1998 г. «Опорное устройство вращающейся части сканирующего двигателя, состоящее из двух частей вращающейся и неподвижной». Вращающаяся часть построена таким образом, что ротор двигателя соединен с подвижным компонентом (втулкой) на котором закреплена рама сканирующего зеркала. Вторая часть - неподвижная деталь (втулка) закреплена на корпусе (базе) и соединена со статором. В опоре между подвижным компонентом и неподвижной деталью, выполненными в виде втулок (оправ), установлен подшипник, например, качения.

Недостатком данного устройства является низкая точность ориентации вращающегося компонента (детали) относительно опор качения за счет перекосов и несоосностей, а также отсутствие стандартных типоразмеров подшипников, требуемых для установки вращающейся детали, выполняющей вышеуказанные функции. Специально изготовленные подшипники приведут к превышению допустимых габаритомассовых параметров приборов и значительному удорожанию опоры.

Задачей полезной модели является создание компактной опоры качения для сканирующего зеркала с повышенной точностью сборки, оцениваемой по углам перекоса и несоосности.

Достигаемый технический результат выражается в повышении точности ориентации вращающегося объекта относительно опоры, имеющей допустимые габаритные и весовые характеристики, с учетом опыта эксплуатации.

Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что в известной опоре для вращающегося зеркала, как и в заявляемом объекте, содержатся подвижный компонент, на котором закреплена рама зеркала и ротор двигателя, неподвижная деталь, жестко связанная со статором и корпусом, а также тело качения, расположенное между подвижным компонентом и неподвижной деталью, но при этом в ней подвижный компонент, представляет собой жесткий узел, состоящий из двух деталей, образующих незамкнутую полость, одна из деталей узла выполнена из износостойкого материала и снабжена дорожками для размещения тел качения, а вторая деталь, соединенная с ротором, выполнена из немагнитного материла, при этом ротор и статор двигателя установлены в незамкнутой полости.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым результатом заключается в том, что конструкция подвижного компонента, представляющая собой жесткий узел из двух деталей разного материала с образованием незамкнутой полости, в которой установлены ротор и статор двигателя, удовлетворяет одновременно следующим условиям:

- условию твердости материала в части формирования поверхности качения;

- условию немагнитности либо малой магнитности для крепления ротора;

- условию малогабаритности за счет размещения двигателя в полом объеме;

- условию высокой точности вращения зеркала и повышенной плавности хода опоры благодаря отсутствию промежуточных деталей (колец).

Для пояснения сущности полезной модели предлагается поперечный разрез опоры для вращающегося зеркала, изображенный на представленной фигуре, где использованы следующие обозначения:

1' - выполненной из износостойкого материла и

1 - выполненный из немагнитного материла;

2	ротор двигателя, жестко установленный на подвижной детали 1;
3	рама вращающегося зеркала 3', закрепленная на подвижном компоненте опоры 1 (на втулке);
4	тело качения, выполненное в виде шариков, размещенных в дорожках качения, которыми снабжена деталь 1' подвижного компонента 1;
5	статор;
6	неподвижная деталь (втулка), на которой закреплен статор 5;
7	корпус, жестко взаимосвязанный с неподвижной деталью 6;
8	упор для установки ротора;
9	крепежный элемент упора 8 к детали 1.

Опора работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на двигатель (2, 5) постоянного тока ротор двигателя 2 вращается без ограничения угла поворота корпуса ротора 2 относительно неподвижного корпуса 7. В связи с тем, что ротор 2 жестко связан через подвижный компонент 1 с рамой вращающегося зеркала 3, происходит пространственное перемещение зеркала, за счет скольжения компонента 1 по поверхности шариков 4, перекатывающихся по дорожкам качения детали 1', в результате чего осуществляется круговой просмотр зоны пространства.

При реализации устройства в качестве двигателя может быть использовании моментный двигатель марки МД 160-1. Одна из деталей 1' компонента 1 может быть установлена из материала - сталь 95×18-Ш, а другая - из немагнитной стали 07×17Н16.

Таким образом, заявляемая опора для вращения (сканирования) зеркала, выполненная в виде совмещенной опоры, - компактна, отвечает требованиям осевой и радиальной жесткости, имеет повышенную плавность хода, прецизионна и долговечна, что способствует повышению точности работы прибора.

Опора для вращающегося зеркала, содержащая подвижный компонент, на котором закреплен ротор двигателя и рама вращающегося зеркала, неподвижную деталь, жестко связанную со статором и корпусом, а также тело качения, расположенное между подвижным компонентом и неподвижной деталью, отличающаяся тем, что подвижный компонент представляет собой жесткий узел, состоящий из двух деталей, образующих незамкнутую полость, при этом одна из деталей узла, выполненная из износостойкого материала, снабжена дорожками для размещения тел качения, а вторая деталь, соединенная с ротором, выполнена из немагнитного материала, при этом ротор и статор двигателя установлены в незамкнутой полости.