Аэростатический подшипниковый узел

 

) Использование: в установках прёцизион(юй обработки металлооптики. а также в установках, предназначенных для сборки и контроля децентрироврк оптических элементов . Сущность изобретения: аэростатиподшипниковый 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 16 С 32/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВедОмстВО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 Л

Cl

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f2 I) 4931834/,27 (2 ) 29.04.91 (4 ) 15.02.93. Бюл. М 6 (7 ) Конструкторское бюро точного электройного машиностроения . (72) Э.С.Ародь, И.Н.Власенко и B.Ю.Мощени) ов (5 ) Патент США N 3537763, кл. 308-9, 1970. (54) АЭРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИКОВ !Й УЗЕЛ . (57) Использование: в установках прецизиои ой обработки металлооптики, а также в установках, предназначенных для сборки и койтроля децентрировок оптических эле. ментов. Сущность изобретения: аэростатический подшипниковый узел содержит ко!опус с базовой поверхностью, в котором установлены два сферических подпятника с

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

Прототипом является подшипниковый узел. состоящий из корпуса с двумя сферически юи подпятниками и шипа, выполненного в виде сферических пят и промежуточного колЬца, Недостатком данного подшипникового узла являются невозможность регулирования углового положения оси вращения шипа в: про транстве относительно базовых поверхностей корпуса, так как положение оси вращения шипа врространстве относительно базовых пбверхностей корпуса определяет, Ж 1795 176 A1 питателями, через которые подается сжатый воздух в рабочие полости, две сферические пяты, соединенные с промежуточным кольцом, Подпятники установлены в корпусе с воэможностью 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. Оптимальн ые конст-, руктивные параметры подшипникового узла связаны определенным соотношением.

Это обеспечивает регулирование углового поло>кения оси вращения шипа в пространстве относительно базовых поверхностей корпуса, повышение точности сборки. 8 ил, ся конструкцией корпусной детали, которая а дает жесткую привязку центров кривизны сферических подпятников, определяющих ось вращения шипа к базовым поверхностям корпуса подшипникового узла, и сложность в определении оптимальных конструктивных параметров аэростатиче- 4 ского подшипникового узла; из-за отсутст- 01 вия соотношения,. связывающего эти параметры..

Цель изобретения — обеспечение воз-. можности регулирования углового положе- : ния оси вращения шипа в пространстве относительно базовых поверхностей корпу- . са и определение оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла.

Указанная цель достигается тем, что аэроствтический подшипйиковый узел ñîдержит корпус с базовыми поверхностями, 1795176 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 сопряженнйх с ними сферических пят,,а оптимальйые-конструктивные параметры аэростатического подшипникового узла связаны соотношением

-(М, +И -Л Б=МТ)—

-(= | где Н вЂ” суммарный осевой зазор между сферическими подпятниками и пятами, мм;:

hR> — расчетный зазор между верхйими сферическими пятой и подпятником, мм;

R — радиус кривизны верхней сферическОЙ пяты,. Мм;

R> - радиус внутреннего отверстия верхнего сферического подпятника, мм;

Я o1 -. радиус кривизны верхнего сферического подпятника; мм;

ЬRz — расчетный зазор между нижними сферическими пятой и подпятником, мм;

R с2- радиус кривизны нижней сферической пяты, мм;

Rz — 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 всплйтрм рабочем положении); на фиг.2 показан разрез подшипникового узла, на котором рассмотрена регулйровка yrnaaoro положенйя оси вращения LUHflà в.пространстве относительнобазовых". поверхностей корпуса; нэ 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 поверхноотью 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

5 и 3 установлены в корпусе 1 с возможностью перемещения по поверхностям Б и 8 корпуса 1 и фиксации при помощи винтов 10.

Перемещение осуществляется при помощи винтов 11 и 12.

10 Аэростатический подшипниковый узел работает следующим образом.

8 рабочем положении (фиг.1) через питатели 4 сжэтый воздух подается в рабочие полости 5 и 6, после чего соединенные меж15 ду 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

20 вращения шипа в пространстве относитель-. но базовых поверхностей корпуса осуществляется следующим образом (фиг.2).

Допустим, первоначальное угловое положение оси вращения шипа относительно

25 базовой поверхности А корпуса определяется положением центра кривизны 0 сферического подпятника 2 и центра кривизны 01 сферического подпятника 3. В таком положении подшипниковый узел установлен на

30 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 ав35 токоллимационного микроскопа в установках сборки и юстировки оптических элементов и т.д.) нв угол а. Расстояние между. центрами кривизны 0 и 01 сферических поверхностей подпятников 2 и 3 равно L.

40 Тогда. для корректировки углового положения оси вращения шипа относительно базовой поверхности А корпуса 1 необходимо сместить один. из подпятников 2 или 3 (например,3) по плоскости В на величину,рав45 ную

ЬХ-Ltga, При этом ocb вращения шипа займет . положение, определяемое положением цен50 тров кривизны 0 и 01 сферических поверхностей подпятников 2 и 3. Пои необходимости введения плоскопараллельного смещения оси вращения шйпа относительно базы А корпуса 1 необходимо при помощи регулировочных винтов 11 и 12 сместить оба подпятника 2 и 3 на одинаковую величину ЬХ в одном и том жв направлении.

Определение оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла

1795176

20 — 0,0046 мм (.4,6 мкм ) 100 у Nc2 4А г2 2 4 0 589 10 . — 7888 00029 2 д

Dcs 100

= 0,0029 мм (2,9 мкм ) N41 4 1 1

Ог

Осв

100

= 0,0046 мм (4,6 мкм ) д Й42 .44 гl д Гог осуществляется следующим образом. Основными конструктивными параметрами, определяющимй работоспособность и нагруэочные характеристики азростатического подшипникового узла со сферическими пОдпятниками являются радиусы кривизны подпятников, радиусы кривизны сопряженных с ними сферических пят, суммарный осевой зазор между подпятниками и пятам14, зазор между сферическими подпятниками и сопряженными с ними пятами фиг.3,4,5,6,7,8.

Точностные характеристики азростатических подшипниковых узлов со сферическими подпятниками и пятами зависят от тОчности изготовления сферических поверхностей подпятников и пят. В нашем случае прдпятники и пяты изготовлены из стали

2()Х13 улучшенной до 27-34 HR Св. Обработк велась по. оптической технологии с использованием глубокой шлифовки и прлировки методом "свободного абразива", Трчность обработки сферических поверхностей подпятников и пят определялась по следующим параметрам: контроль местной ошибки(AN) производился на интерферометре МАЯК-2 фирмы

Z go. Она составила AN4 = 0,3 кольца на аметре 67 мм для сферической поверхности подпятника и ANc = 0,3 кольца для рты, также на диаметре 67 мм; общая ошибка сферической поверхности подпятника N 41- M 42-2 кольца бугра, У сфеРической повеРхности пЯты N с1= N сг=

Nc1 4А г1

1с1

Dca т.ls. радиусы кривизны пяток меньше радиус в кривизны пробных стекол и составляют;

Яс1 =I гфд Г,1= 98,86-0,0046 = 98,8554 мм

Ясг =(гг р Гс1.=78 88-0,0029 78,8771 мм

Аналогично для подпятников

2 кольца бугра, Общая ошибка сферических поверхностей. подпятников и пят контролировалась при помощи пробных стекол. Диаметр пробного стекла составил D s= 100 мм

5: при контроле радиусов R p1 и R c1 для верхних подпятников и пяты и при контроле R о2 и Rc для нижних подпятников и пяты. Радиус пробных стекол для контроля радиуса кривизны нижнего подпятника гг =+78,88, 1

10 верхнего r> =+98,86 мм; для нижней пяты., гг - -78,88 мм,для верхней г1 - - 98;86 мф, Суммарная общая ошибка сферических поверхностей верхнего подпятника относи тельно пяты и нижнего подшипника

15: относительно пяты йг = 4 кольца бугра.

Разность радиусов подпятника (имею щего большой радиус) и пяты определяется по формуле:

25 где =О,589 1О 3ММ. г — измеряемый радиус (радиус кривизны пробного стекла),мм; д à — разность радиусов кривизны конт30 ролируемой пяты (или подпятника) и радиуса пробного, мм;

Осв — диаметр пробного стекла.

В нашем случае имеем для пяток

2 4 0,589 10 э 78,88

45; 100,ф. т.е, радиусы кривизны подпятников больше

50 радиусов кривизны пробных стекол и составляют

Но1 - (r> j+ Brat - 98,8б + 0,004698,8646 мм

Rо2 = гг ) + д го2 78,88 + 0,0029 =

78,8829 мм

Тогда расчетный зазор между. верхними подпятником и пятой равен

ЛЯ1 = Я о1 Я с1= 98,8646 — 98,8554 =

0,0092 мм

Между нижними

1795176

+(с1—

+(Ь г—

- f (цог—

+ (цсг—

25 — { 98,8646— + (0,OO58+f

40 — (78,8829—

Ь Rz = R 02- R с2= 78,8829 — 78.8771

0,0058 мм

Нагрузочные характеристики аэростатического подшипникового узла зависят от.правильного сочетания Мг и Ь Rt в узле(фиг.

3 и 6) избыточного давления, подводимого в рабочие полости 5 и 6, радиусов кривизны (Rc2 ) В 02) и (Rcl; R 01) и конструктивных параметров питателей (их количества, диаметра отверстий поддува, глубины карманов и т.д,).

Для подшипниковых узлов со сферическими поверхностями наилучшим является случай, когда в рабочем состоянии (при всплытом шипе) сферические поверхности подпятников 2 и 3 и пяток 7 и 8 расположены концентрично. При этом "воздушная подушка" имеет толщину ЬЙ1 и Ьйг соответственна для нижних и верхних сопряженных между собой подпятников и пяток, что упрощает оптимизацию падшипникового 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 угловаяжесткость и торцевая.

Рассмотрим механизм определения оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла.

В случае отсутствия внутреннего отверстия радиусом R> в верхнем подпятнике и радиусом Rz в нижнем для выполнения условия концентричности падпятников и пяТоК (т.е. для обеспечения равномерности воздушной подушки в подшипниковам узле) в рабочем состоянии достаточно знать радиусы Йс1 и R0l; Rcz и 802 тогда фиг. 4 и 7

Ьйг = п02 Rñ2

AR1 -R01 -Rc1 а суммарный осевой зазор определится как

Н =Ьиг+ЬВ1

Однако такую конструкцию реализовать на практике невозможно, поэтому в подпятниках выполняют огверстия радиусом Rz и Rl, для установки вйутри-промеж)уточного «ольца.

Тогда для выполнен)ля условия концентричности подпятников и пят (совмещения центров их кривизны Цог.Цсг .Upl .Цс1) необходимо учесть их дополйительное проседание ЬУги ЬУ1.длянижнихиверхнихпят соответствейно фиг. 5 и 8, т.е. в рабочем положении падпятники и сопряженные с . ними пятки устанавливаются концентрично, если суммарный осевой зазор будет равен

Н ЛУэ+ ЬУ4, ЬУ =ЬУ +AR;

ЬУ =ЬУс -ЬУo1,..

AYc) = Rc) — R) — RÃ;

4 l(Ol = ROl—

ЛУз =AR) -(о) — R> =6)+

+ (Rc) - Ri =))Г) .

Ан.алогично

10 Ь тл =ЬУ2+.Ь г

Ь т 2 - ЬУ с2 ЬУ ог

Ы с2 с2 Л Г2 ))Т

ЬYO2 RO2 R 2 R

A) = ) *-) - %Ь=Ъ) )+

+)ю — в), —. Г) .

Следовательно

20 M =(AR) f (R о1— г .)

- ) . Ь =R Ç ) ) ) .

П риме р. В нашемслучае имеем: Rci. 98,8554 мм; R.cz= 78,8771 мм; R о - 98,8646 мм; Roz 78,8829; hR> =0,0092 мм; Ь Rz=

30 - 0,0058 мм; Rl 55 мм — конструктивный параметр подшипника; Яг - 60 мм — конструктивный параметр подшипника.

Суммарный осевой зазор равен и «=) а )+))юлю — Ъв))) ИФ*) ) )

= 0 0201 мм { 20 1 мкм )

Таким образом предлагаемый подшипник имеет следующие преимущества. Его

45 конструкция позволяет производить регулирование углового положения оси вращения шипа в пространстве относительно базовых повностей корпуса, а при необходимости можно выполнить и плоскопаралельное

50 смещение оси вращения шипа;

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

Формула изобретения

Аэростатический подшипниковый узел, содержащий корпус с базовыми поверхно1795176

10 стями, шип в виде двух соосно расположенных сферических пят и размещенное между пятами и скрепленное с ними промежуточное кольцо, имеющие параллельные торцовые базовые поверхности и соосные перпендикулярно расположенные упомянутым торцовым поверхностям базовые отверстия, а также смонтированные в корпусе сфер ческие подпятники, центры кривизны ! которых расположены на оси вращения шипа и выполнены с питателями, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что, с целью обеспечения регулирования углового положения оси вращенИя шипа s пространстве относительно базоаых поверхностей корпуса, повышения точн0сти сборки и определения оптимальных конструктивных параметров узла, сферические подпятники установлены в корпусе с возможностью радиального перемещения и фиксации и выполнены с радиусом кривизны, большим радиуса кривизны сопр женных с ними сферических пят, при этом оптимальные конструктивные пара. Метры узла связаны соотношением

H = (л + ((Вс — м"Р е,: н т )— ,:,:, — <... - —,=- )I ta

5 (+((Rсг " г R ) — (Rог— (R -R )), где Н вЂ” суммарный осевой зазор между сфе1п рическими подпятниками и пятами, мм, ARE — расчетный зазор между верхними сферическими пятой и подпятником, мм;

Rci — радиус кривизны верхней сферической пяты, мм;

15 R1 — радиус внутреннего отверстия верхнего сферического подпятника, мм;

Ro1- радиус кривизны верхнего сферического подпятника, мм;

М2 расчетный зазор между нижними сферическими пятой и подпятником, мм;

Rcg радиус кривизны нижней сферическОЙ пяты, мм;

Rz — радиус внутреннегоотверстия нижнего сферического подпятника, мм;

Roy- радиус кривизны нижнего сферического подпятника, мм, !

1795176

1795176

1795176

Фиг

Составитель .Э.Ародь

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор С.Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, улХагарина, 101

Заказ 417 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комйтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5