Устройство для внутреннего крепления зеркала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК И 9) (111 31511 а 02 В 7/1 ЕПЬСТВ где 0 0 0 е, -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ С(53) 535,8(088,8)(56) 1. Михельсон Н,Н. Оптическиетелескопы, М., "Наука", 976, с,393.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке М 3298411/18-10,кл. С 02 В 7/18, 1981,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРЕННЕГОКРЕПЛЕНИЯ ЭЕРКАЛА, содержащее корпусоправы с опорами, выполненными в виде упругих в радиальном направлении лепестковых многослойных термокомпенсаторов, закрепленными накорпусе оправы равномерно по площади зеркала на концентрических относительно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухихотверстий, выполненных в нерабочейповерхности зеркала, причем оси ука"занных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждаяиз опор установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью уменьшения деформацийзеркала при температурных колебанияхи механических перегрузках, корпусоправы снабжен лепестками, расположенными между корпусом оправы и опорамив одних меридиальных сечениях с опорами, каждыйлепесток выполнен ввиде вкладыша из материала с коэффициентом линейного расширения,отличающимся от коэффициента линеиного расширения материала корпусаоправы, консольно закреплен на корпусе оправы и установлен с зазороммежду своим свободным концом икорпусом, а опора прикреплена к свободному концу вкладыша, при этомлинейные размеры корпуса оправы,лепестков и зеркала связаны с коэффициентами линейного расширенияматериалоЪ, из которых изготовленыэти элементы, следующими соотношениями: коэффициенты линейно го расширения матери лов соответственно зеркала, корпуса оправы, лепестка линейный размер участка зеркала от оси зеркала до оси опоры (по дуге) линейный размер участка корпуса оправы от оси оправы до ближнего торца лепестка по дуге) 1 линейный размер лепестка от ближнего торца до оси опоры (по дуге) .Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в оптико-механических приборах.Известно устройство внутреннего крепления зеркала, содержащее корпус оправы с закрепленными на нем плавающими опорами, коитактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, и шарнирно связанными через рычажную систему. разгрузки зеркала с корпусом, причем оси указанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала 11 .Данное устройство обеспечивает 15 надежное крепление зеркала, причем благодаря перемещению опор в отверстиях зеркала, вызываемому при перепаде температуры изменением линейных размеров зеркала, рычагов и корпу са, обеспечена термокомпенсация опорных расстояний, ограниченных осью эвркала и осями опор, обусловленная разностью коэффициентов линейных расширений материалов зеркала, рычагов и корпуса оправы, а благодаря гарантированному боковому зазору между каждой опорой и отверстием зеркала обеспечена термокомпенсация разности коэффициентов линейныхЗ 0 расширений материалов зеркала и опор.Однако конструкция устройства ввиду наличия рычажной системы разгрузки зеркала сложна, громоздка, З 5 обладает большим весом и обеспечивает надежность крепления только в диапазоне углов наклона зеркала относительно вертикальной оси меньше 180 , а наличие трения опор о стенки 40отверстий зеркала и трения в шарнирах рычажной системы приводит к повышенной деформации зеркала и нестабильности положения его в осевомнаправлении при перепадах температуры и случайных механических перегрузках, Кроме того, при случайных механических перегрузках ввиду жесткости опор и большой инертностирычажной системы разгрузки зеркалаимеет место повышенная деформация зеркала. Указанные недостатки ограничивают сферу применения устройства.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для внутреннего 55крепления зеркала, содержащее корпус оправы с опорами, выполненнымив виде упругих в радиальном направлении многослойных лепестковых термокомпенсаторов, закрепленными на 60корпусе оправы равномерно по площади зеркала на концентрических относи.тельно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси указанныхотверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая иэ опорустановлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала Р.Данное устройство по сравнениюс укаэанным выше конструктивнопроще, более компактно, обладаетменьшим весом, обеспечивает надежное крепление зеркала при любомугЛе наклона его относительно вертикальной оси и меньшую деформациюего за счет упругой податливости(т,е, без трения лепестков опорпри случайных механических перегрузках и высокую степень термокомпенсации разности коэффициентов линейных расширений материалов опор истенок отверстий зеркала при беэлюфтовой посадке неподвижных опорв этих отверстиях, что способствуетуменьшению деформаций зеркала приколебаниях температуры и повышениюстабильности положения его при различных видах воздействий на него.Перечисленные преимущества позволяют расширить сферу применения известного устройства.Однако ввиду того, что при перепаде температуры термокомпенсацияопорных расстояний, ограниченныхгеометрической осью устройства (оп-.тической осью зеркала) и геометрическими осями опор, обеспечиваетсяпосредством упругой податливостилепестков опор, в зеркале возникаютвнутренние напряжения, которые приводят к повышенной деформации его,при этом при наличии, кроме того,случайных механических перегрузокне всегда имеется возможность согласовать допустимую величину податливости степень жесткостк) лепестков опор при колебаниях температурыс необходимой величиной при амортизации зеркала от заданных механических перегрузок.Кроме того, в случае располохения опор под небольшим углом к осизеркала, где опоры можно считатьпараллельными между собой, амортизирующая способность опэр преимущественно в осевом направлении понижена ввиду малой величины радиальных составляющих сил от нагрузкина них по сравнению с осевыми составляющими, изгибающими лепестки опори тем самым осуществляющими демпфирование зеркала.Цель изобретения - уменьшениедеформаций зеркала при температурныхколебаниях и механических перегрузках,Цель достигается тем, что в устройстве для внутреннего креплениязеркала содержащем корпус оправыс опорами, выполненными в виде упру1063783 гих в радиальном направлении лепест-,ковых ы ослойных термокомпенсато-.ров, закрепленными на корпусе оправыравномерно по площади зеркала наконцентрических относительно егооси окружностях и контактирующимисо стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси укаэанных отверстийнормальны к отражающей поверхностизеркала, а каждая из опор установлена с зазором относительно днаглухого отверстия зеркала, корпусоправы снабжен лепестками, расположенными между корпусом оправы и опорами в одних меридиальных сечениях 15с опорами, каждый лепесток выполненс виде вкладыша из материала с коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения материала корпуса.оп Оравы, консольно закреплен на корпусе оправы и установлен с зазороммежду своим свободным концом и корпусом, а опораприкреплена к свободному. концу вкладыша, при этой линейные размеры корпуса оправы, лепестков и зеркала связаны с коэффициентами линейного расширения материалов, из которых изготовлены эти элементы, следующими соотношениями: где К М, М - коэффициенты линейного расширения 35материалов соответственно зеркала,корпуса оправы илепестков;Е 1 - линейный размеР 40участка зеркала отоси зеркала до осиопоры (по дуге);1 в линейный размеручастка корпуса оп 45равы от оси оправыдо ближнего торцалепестка (по дуге);линейный размер лепестка от ближнеготорца до оси опоры(по дуге) .Наличие в устройстве термокомпенсатора опорных -расстояний, выполненного в виде консольно закрепленных на корпусе оправы вкладышей, на сво бодном конце каждого иэ которых установлена опора, позволяет комби- нированием материалов корпуса и вкладышей с различными коэффициентами линейного расширения обеспечить при 60 колебаниях температуры без использования упругой податливости лепестков опор согласованное изменение опорных расстояний зеркала и корпуса оправы, т.е. позволяет обеспечить 65 термокомпенсацию их без увеличениявнутренних напряжений на зеркале,а следовательноуменьшить деформацию зеркала.Наличие зазоров между свободнымиконцами вкладышей и корпусом оправыпозволяет обеспечить перемещение этихвкладышей относительно корпуса приизменении их длины при колебанияхтемпературы без трения, что способствует уменьшению деформаций зеркала. Кроме того, наличие этих зазоров в сочетании с консольностьювкладышей и в случае выполнения ихупругими в осевом направлении взаданном диапазоне случайных механических перегрузок позволяет выполнить систему вкладыши - корпус оправы в виде лепестковой или тарельчатой (если для опор, расположенныхв одной зоне, вкладыш выполнен ввиде кольца) пружины, что с учетомустановки опор на свободных концахвкладышей повышает виброэащищенностьзеркала и способствует при этомуменьшению деформации его при механических перегрузках., На фиг, 1 изображен разрез А-Ана фиг. 2; на фиг. 2 - вид В; нафиг, 3 - разрез В-В на фиг.;4 (вариант выполнения устройства); нафиг. 4 - разрез Г-Г на фиг. 3,Устройство для внутреннего крепления зеркала (фиг. 1 - 4) содержит зеркало 1, в котором со стороны тыльной поверхности имеются по крайней мере два расположенных под углом один к другому глухих отверстия 2, оси которых нормальны к отражающей поверхности зеркала, опоры 3,которые установлены в отверстиях2 зеркала 1 с зазором относительнодна этих отверстий и контактируют со стенками их и каждая из которыхвыполнена в виде упругого в радиальном направлении разрезного лепесткового многослойного термокомпенсатора, например, типа "стакан в стакане", корпус 4 с прикрепленными к нему опорами 3, снабженный термокомпенсатором опорных расстояний, выполненным в виде вкладышей 5 и б,каждый иэ которых консольно прикреп.лен, например, с помощью диффузионной сварки к корпусу 4 оправы, ус.тановлен с зазором между своимсвободным концом и этим корпусом,расположен в одном меридиальном се" чении с соответствующей опорой ивыполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэФфициента линейногорасширения материала корпуса, приэтом опора 3 размещена на свободномконце вкладыша и прикреплена к нему своим внутренним стаканом 7.Конструктивно вкладыши могутбыть выполнены различно, Так, н устройстве, изображенном на фиг, 1 и 2они выполнены в виде пластин, накаждой иэ которых установлена однаопора, а на фиг, 3 и 4 вкладыши выполнены .в виде колец, на каждом иэкоторых закреплены опоры, расположенные в одной зоне зеркалаС целью исключения трения скольжения тыльной поверхности зеркала 1о корпус 4, способствующего дополнительной деформации зеркала при изменении температуры, оно установлено на опорах 3 с зазором относительно системы вкладыши - корпус, Этотзазор с целью развития опорной поверхности и .уменьшения удельной наг 1 руэки на зеркало во многих случаях,чапример при действии таких нагрузок на термостабилиэированное зеркало, когда возможен опасный по величине прогиб между опорами, можетбыть эамещен частично или полностьюупругой, например пробковой, прокладкой.Расположение опор под углом друг 10 15 20 к другу позволяет обеспечить надежную безмоментную, т,е, беэ усилий зажима, ухудшающих благодаря деформации зеркала от них качество его, и бесклеевую фиксацию зеркала на опорах при любом его положении относительно горизонта. 30 При наличии на отдельных участках рабочего диапазона ниброчастот резко З 5 выраженного резонанса, когда нагрузка на опорах может превышать расчетную в несколько раз, а деформация их лепестков хотя и может оставаться в зоне упругости, но величина ее при этом может превысить допустимую, определяемую величиной распрямления лепестков опор, целесообразно опоры, не ужесточая их, а следовательно, не снижая демпфирующих свойств для большинства частот ра бочего диапаэона, соединять с зеркалом с помощью клея герметика), причем наклон опор друг относительно друга остается полезным, так как основная часть нагрузки расходуется 50 на распрямление лепестков и клеевые соединения оказываются под меньшей нагрузкой, чем они были бы при параллельных опорах.Многослойность опор, кроме обес печения возможности поддержания при любых их диаметрах и больших колебаниях темпеРатуры высокой точности термокомпенсации разности коэффициентов линейных расширений 0 материалов опор и боковых поверхнос. тей отверстИй зеркала за счет различных комбинаций материалов и толщин стенок слоев) опор, способствует обеспечению воэможности высокой степени равномерности давления со стороны консольно закрепленных опор на б ,вую поверхность отверстий зерка.а эа счет выравнивания величины упругой податливости каждой точки лепестков опор по их длине в радиальном направлении, что позволяет исключить появление опасных величин концентрации напряжений на кромках отверстий при перегрузках.Расположение опор по нормалям к отражающей поверхности зеркала обусловлено тем, что в этом случае при произвольном направлении нагрузки осевые составляющие реакций опор от нее не вызывают деформации зеркала, а радиальные вызывают сжатие или растяжение зеркала в направлении его длины, что позволяет свести до минимума опасный для стеклянного зеркала изгиб, а следовательно, иметь минимальную его деформацию при случайных механических перегрузках.В устройстве комбинированием материалов вкладышей и корпуса и с учетом, благодаря линейному закону изменения размеров тел при колебании температуры н трех взаимно перпендикулярных направлениях-пространственной системы координат, неизменности сохранения формы всех деталей и соответственно меридиальных сечений, в которых расположены опоры, обеспечена термокомпенсация опеорных расстояний, при этом максимальная точность термокомпенсации, очевидно, может быть достигнута при выполнении сопрягаемых поверхностей опор, вкладышей и корпуса эквидистантными отражающей поверхности зеркала. Условием термокомпенсации опорно расстояний в устройстве для ннутреннего крепления зеркала является выбор линейных размеров корпусаопраны, лепестков и зеркала в соответствии со следующими соотношениями;1г =э - где , 1, а - коэффициенты линейного расширения материалов соответственно зеркала, корпусаоправы и лепестка;1 " линейный размеручастка зеркала отоси зеркала,цо осиоправы по дуге солряжения Оа да - дуга (линия) сопряжения опор, лепесткови корпуса, расположенных в одном меридиальном сечениизеркала);3 - линейный размеручастка корпуса оправы от осн оправыдо ближнего торцалепестка по дуге сопряжения аа6- линейный размер лепестка от ближнеготорца до оси опорыпо дуге сопряженияаа.10Устройство работает следующим образом.При воздействии механических перегрузок лепестки опор 3 упруго деформируются и тем савнм амортизи руют зеркало 1, которое при воздействии полигармонических вибраций совершает сложные одновременно воз- вратно-качательные и возвратно-крутильные колебания,введение термокомпенсатора опор ных расстояний позволяет в предлагаемом устройстве снять зту функцию с лепестков опор, оставив им основную функцию амортизатора механических перегрузок, что,упрощает расчеты опор и расширяет сферу их применения в большем диапазоне механичес ких перегрузок, а наличие возможности выполнения системы вкладыши корпус из различных комбинаций недефицитных и, как правило, относитель" но недорогих материалов озволяет расширить сферу применения устройст,ва в целом.3,3Г Тираж 511 Государствам иэобрет Москва, Ж Подписнонного комитета СССний и открытий35 Раушская наб.,