Аэростатическая опора вращения

,Андрияновльство СССР2/00, 1987. Я ОПОРА ВРА ю вращения поеньшить влияние тся к устройствамзаписи-воспроизрименено в упомякачестве средства ной расточки втуаточки инструменленности и общем оптическои запис движного элемент вакуумных флюктуНа фиг. 1 дан ской опоры вращ механизма азимут сации корпуса оп речное сечение; н сферической пове пределения потоко 4 - сечение А-А на действующих урав и с ось а и ум аций. общий ения; н альной оры на а фиг,3 рхностив рабоч фиг. 3; новеше вид аэростатичеа фиг. 2 - схема подвижки и фикосновании, попе - место опорной локального расей среды; на фиг. на фиг. 5 - схема нных сил воздейповысить динамипечить в условиях уумным креплениормали плоскости ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Использование; в ской записи-воспроиз зионной расточки последующей ручнойд анной заточки инструм изобретения: опора со подвижный и охватыв ный элементы с опор поверхностями, форми бой сферические подш а также магистраль да ненных в неподвижно для подвода сжатого в подвода сжатого возд устройствах оптичеведения, для прециотверстий без оводки,для прецизиента и т,д. Сущность держит составной неающий его подвижными сферическими рующими между соипники скольжения, вления в виде выполм элементе каналов оздуха. В каналах для уха установлены лоИзобретение относи обеспечения оптической ведения и может быть и тых системах, а также в обеспечения прецизион лок, для прецизионной э та, в оптической промыш машиностроении. Цель изобретения -ческую жесткость и обе оптической записи с вак ем диска совмещения нкальные распределители потоков, включающие винт с центральным сообщающимся с магистралью вакуума, каналом и охватывающую его втулку с наружными конической и цилиндрической поверхностями, образующие перепускные каналы, Неподвижный элемент выполнен иэ двух жестко соединенных между собой и охватывающих один другой сферических сегментов, а отношение площади сечения профилированных перепускных каналов в наиболее узком месте равно 0,5. Неподвижный элемент снабжен расположенными под углом 120 приводами азимутальной подвижки и фиксации этого элемента в соответствующем положении, Локальное распределение мест истеченияотсоса по сферическим поверхностям опоры создает новые благоприятные условия динамического состояния смазки в подшипниках скольжения и уменьшает ее утечки вне аэростатической опоры. Это дает возможность использовать опору в специальных условиях, например, при проведении оптической записи в атмосфере вакуума.1 з.п. ф-лы, 6 ил, 1810643ствия вакуумного давления (-р); на фиг. 6 - схема, поясняющая работу опоры при погрешности расположения центра сферы второго подшипника.Аэростатическая опора скольжения содержит корпус 1 (фиг, 1) с выполненными в нем перепускными каналами 2 и 3 подачи рабочей среды под давлением к двум опорным сферическим поверхностям 4 и 5, первая из которых со сферической поверхностью 6 ротора 7 образует первый подшипник, каналы 8 и 9 вакуума в корпусе и роторе, сферическую поверхность 10 ротора, охватывающую торцовую часть опорной поверхности 4 корпуса и формирующую второй подшипник, основание 11, взаимодействующее с корпусом по сферической опорной поверхности 12 и через механизм фиксации 13 из трех клиновых ползунов 14 - с усеченными цилиндрами 15, вмонтированными в основание с возможностью их поворота относительно оси вращения, а ползуны 14, расположенные друг к другу под углом 120 (фиг. 2), снабжены винтами 16 фиксации корпуса 1. Каналы 2 истечения рабочей среды под давлением в локальных местах равномерного распределения по сферическим опорным поверхностям 4 и 5 выполнены в виде трехсегментных кольцевых щелей 17 (фиг. 3), образующих конусные сопла истечения от центра локального места сферы, где расположено калиброванное отверстие 18 (фиг. 3, 4) отсоса рабочей среды в канал вакуума 8,В состоянии фиксации корпуса 1(фиг. 1, 2) винтами 16 клиновые ползуны 14, соприкасаясь с усеченными цилиндрами 15, обеспечивают жесткую фиксацию корпуса относительно основания 11. Поверхность рабочего слоя оптического диска также фиксирована при подаче рабочей среды под давлением в перепускные каналы 2 и 3, так как ротор самоцентрируется на смазке сферических подшипников, Это достигается локальными местами подачи рабочей среды (фиг. 3) через сегментные щели 17, образующими конусные сопла с углом раскрытия 2 а(фиг. 4) по вершине конуса, Через калиброванные отверстия 18 осуществляется отсос рабочей среды, а все локальные места равномерно распределены по опорным поверхностям 4 и 5,При соотношениях суммарных площадей сечения Х 51 сегментных щелей 17 и калиброванного отверстия 18 5 г имеем:Х 51: 52 =2 или Я 2; Х 31=0,5, При этом в зазорах подшипников скольжения создается необходимое давление, обеспечивающее жесткость положения ротора. То есть в каждом локальном местедолжна создаваться необходимая сила откинетического истечения рабочей среды,что заставляет ротор всплывать, а оптималь 5 ное соотношение для наибольшей жесткости ротора обеспечивается при указанныхсоотношениях проходных сечений при величине "вакуума" - Р = 0,50,7 от атмосферного давления.10 Жесткость динамического состоянияротора при отсутствии Е-перемещений, связанных с флюктуациями вакуума, иллюстрируется на фиг. 5,Если Г = Яу 1 р, а Яу р - сумма состав"5 ляющих сил отсоса от действия вакуума, гдеЗу - площадь сечения 1-канала отсоса, р -давление вакуума;Я р = Г - сила осевого воздействия ротора на опорную поверхность.При условии ХЯу р = Я р, влияниефлюктуаций вакуума отсутствует, так как силы взаимно компенсируются.В предложенной опоре погрешностьЬ д расположения (фиг, 6) оси второй сферической опорной поверхности может быть апроксимилирована угловым смещениемЬалинии, соединяющей центры сфер опорных поверхностей, и поворотом ротора наЛа относительно центра первого подшипника. Сферическая поверхность ротора второго подшипника занимает новое положение(пунктир), а точки дуг а 1, Ь 1 переходят в положение а 2, Ь 2. Ввиду разных радиусов Й 1 и Й 2точек а и Ь 2 формируется сферическийклин, заполненный рабочей средой, который ввиду вероятности погрешности Ьд ==0,01 мм весьма мало отличается от равномерного зазора, образованного эквидистантнными поверхностями, То есть40 сферический клин, заполненный рабочейсредой, в динамике эквивалентен равномерному зазору в данной конструкции,Локальные распределители потоков,включающие винт с центральным сообщающимся с магистралью вакуума каналом, могут иметь охватывающую винт втулку снаружными конической и цилиндрическойповерхностями, образующими со стенкамиканала магистрали давления перепускныеканалы, соединяющими магистраль давления с рабочими полостями подшипниковскольжения,В другом варианте исполнения локальные распределители потоков могут включать в себя только профилированный винтбез охватывающей втулки (фиг. 1, 4), но общий профиль образованных перепускныхканалов магистралей давления и вакуума вобоих вариантах идентичен, Существеннымявляется обеспечение такой технологии сборки, чтобы финишная обработка сферических поверхностей подшипников осуществлялась в сборе, а в дальнейшем сборка должна представлять собой нераэъемное соединение. Поэтому материалы, входящие в сборку, предпочтительно иметь одинаковыми, например сталь 95 х 18 с получением твердости рабочих поверхностей после термической обработки НВСэ 55.60 единиц.В статическом состоянии ротор 7 (фиг.1) всплывает на газовой смазке, э в локальных распределителях обеспечивается втекание потока газа через профилированные кольцевые полости 17 в рабочие полости сферических подшипников, а истечение - через центральные каналы винтов с калиброванным отверстием 18 (фиг. 4) в канал вакуума 8, Всплытие ротора создается скоростным напором втекающего-истекающего потока газа, который интенсифицируется вакуумом,Флюктуации вакуума взаимно компенсируются симметричным положением распределителей по окружности сферы 5 и односторонним положением распределителей сферы 1 (фиг. 1), что компенсирует влияние сквозного сечения а в месте сочленения подвижного и неподвижного элементов.При равенстве рассчетных соотношений влияние вакуума теоретическим равно нулевому значению. Поэтому вакуум может быть выбран для фиксации детали на торцевой поверхности ротора вне зависимости от величины давления газовой смазки, и к стабильности вакуума не требуется предъявлять особых требований,В динамике при включении электропривода с полым ротором, как наиболее предпочтительном из-за сравнительно малых радиальных воздействий на ротор, общая картина распределений потоков изменяется незначительно иэ-за локальности мест истечение-втекание. Поэтому колебательность системы в рассматриваемом случае значительно меньшая в сравнении с общим случаем традиционных аэростатических пар, где возможны вихревые явления ввиду широкого фронта формирования потоков истечения через широкую краевую щель и где потоки могут перераспределяться между собой при разных частотах вращения ротора,Увеличение рабочей поверхности в сравнении с прототипом повышает радиальную и осевую динамическую жесткости и стабилизирует ось вращения до значений 0,030,06 мкм амплитудных отклонений.Юстировка опоры по азимуту обеспечивается трехместными механическими при 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 водами, расположенными под углом 120 друг к другу (фиг, 1, 2). Кроме того, приводы выполнят совмещенную функцию прижима неподвижного элемента 1 к основанию 11 по сферическим поверхностям 12 взаимодействия.В статическом состоянии клиновый элемент 14 каждого привода взаимодействует враспор с неподвижным элементом и через усеченный цилиндр 15 - с основанием 11,При вращении винта 16 клиновый элемент 14 подается вниз (вверх) по направляющим и сила взаимодействия уменьшается (возрастает). При необходимости угловой подвижки на угол неподвижного элемента необходимо ослабить силу взаимодействия двух смежных приводов, обеспечив возможность подвижки одним из приводов.Вывинчивание винта 16 вызывает перемещение клинового элемента 14 по оси, а при взаимодействии с усеченным цилиндром 15 осуществляется поворот последнего в собственном гнезде и угловое перемещение всей сборки 1 по сферической поверхности 12 основания 11 относительно центра сферы, совпадающего с рабочей линией оптической записи. В зависимости от вариаций подвижек осуществляется либо азимутальная юстировка рабочей плоскости записи, либо фиксация.Зкономический эффект от реализации аэростатической опоры вращения определен ее преимуществами, улучшенной технологичностью изготовления элементов конструкции и в результате общего упрощения в сравнении с комплексом, в котором используется прототип, в частности, упразднением системы прецизионной стабилизации вакуума.По отношению к базовому объекту, в котором используются шариковые подшипники вместо аэростатических, предложенная опора имеет существенные преимущества по точности позиции оси вращения и обеспечивает передачу вакуума для вакуумной фиксации детали без сальников и манжет.Точность позиции оси вращения сбалансированной опоры в рабочем состоянии может достигать 0,030,06 мкм. Формула изобретения 1. Аэростатическая опора вращения, содержащая составной неподвижный и охватывающий его подвижный элементы с опорными поверхностями, часть из которых выполнены сферическими, формирующими между собой подшипники скольжения, один из которых - сферический, а также магистраль давления в виде выполненных в непод 1810643вижном элементе каналов для подвода сжатого воздуха, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения динамической жесткости и обеспечения в условиях оптической записи с вакуумным креплением диска совмещения нормали плоскости оптической .записи с осью вращения подвижного элемента и уменьшения влияния флюктуаций вакуума, она снабжена выполненной в виде системы каналов в обоих элементах магистралью вакуума, а также установленным в каналах для подвода сжатого воздуха локальными распределителями потоков, включающими винт с центральным сообщающимся с магистралью вакуума каналом и охватывающую его втулку с наружными конической и цилиндрической поверхностями, образующими со стенками канала магистрали давления профилированные перепускные каналы, соединяющими магистраль давления с рабочими полостями подшипников скольжения, при этом другие опорные поверхности выполнены сферическими, формирующими между собой второй сферический подшипник скольжения, неподвижный элемент выполнен из двух жестко соединенных между собой и охватывающих один другой сферических сегментов, аотношение площади сечения центральногоканала винта к суммарной площади сечения5 профилированных перепускных каналов внаиболее узком месте равно 0,5,2, Опора по и, 1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что она снабжена основанием с опорной сферической поверхностью, неподвиж 10 ный элемент снабжен расположенными подуглом 120 приводами азимутальной подвижки, включающими смонтированный втеле неподвижного элемента винт подачис клиновым элементом и установленный в15 основании и контактирующий с клиновымэлементом усеченный по образующим цилиндрический стержень, при этом неподвижный элемент выполнен со сферическойопорной поверхностью и установлен с20 возможностью поворота на опорной сферической поверхности основания, а центрупомянутых сферических поверхностейоснования и неподвижного элементарасположен в точке пересечения оси вра 25 щения опоры с рабочей линией оптическойзаписи,1810643 гб Составитель В, РешетовТехред М.Моргентал Корректор Е. Па едакто о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 зводстве Заказ 1434 Тираж Подпи ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4оеытиям при ГКНТ СССР