Аэростатический подшипниковый узел

(19) ( 1) 32/ 15 Р ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВедОмстВО сссР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 4931834/,27 ( 2 )29,04.91 (4 ) 15,02.93. Бюл, М 6 (7 ) Конструкторское бюро точного элект-. ройного машиностроения (72) Э.С.Ародь, И,Н.Власенко и В.Ю.Мощени)ов (5 Ц) Патент США М 3537763, кл, 308-9, 1970. (54) АЭРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИКОВЙ УЗЕЛ . (57) Использование: в установках прецизиоиой обработки металлооптики, а также в установках, предназначенных для сборки и контроля децентрировок оптических эле. ме 1 тов. Сущность изобретения: аэростатический подшипниковый узел содержит коопус 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 сбоки и контроля децентрировок оптиче- скиН элементов.Прототипом является подшипниковый узел, состоящий из корпуса с двумя сферическиюи подпятниками и шипа, выполненного в виде сферических пят и промежуточного колЬца,Недостатком данного подшипниковогоузла являются невозможность регулирования . углового положения оси вращения шипа в: проСтранстве относительно базовых поверхностей корпуса, так как положение оси вра.щения шипа врространстве относительно базовых пбверхностей корпуса определяетпитателями, через которые подается сжатый воздух в рабочие полости, две сфериче.ские 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. Оптимальные конструктивные параметры подшипникового узла связаны определенным соотношением. Это обеспечивает регулирование углового полокения оси вращения шипа в пространстве относительно базовых поверхностей корпуса, повышение точности сборки. 8 ил,г ся конструкцией корпусной детали, которая а дает жесткую привязку центров кривизны сферических подпятников, определяющихось вращения шипа к базовым поверхностям корпуса подшипникового узла, и сложность в определении оптимальных д конструктивных параметров аэростатиче ского подшипникового узла; из-за отсутст-О вия соотношения,. связывающего эти параметрыЦель изобретения - обеспечение воз-. ф можности регулирования углового положения оси вращения шипа в пространстве относительно базовых поверхностей корпу- .са и определение оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла.Указанная цель достигается тем, что аэростатический подшипйиковый узел содержит корпус с базовыми поверхностями, 1795176шип, 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 сопряженных с ними сферических пята оптимальйые конструктивные параметры азростатического подшипникового узла связаны соотношениемН (Ь////р -1-Щ --(//,-///(/,где Н - суммарный осевой зазор между сферическими подпятниками и пятами, мм;:ЬВ 1 - расчетный зазор между верхйими сферическими пятой и подпятником, мм;В - радиус кривизны верхней сферической пятымм;В 1 " радиус внутреннего отверстия верхнего сферического подпятника, мм;В о 1- радиус кривизны верхнего сферического подпятника; мм;ЬВ 2 - расчетный зазор между нижними сферическими пятой и подпятником, мм;В с 2- радиус кривизны нижней сферической пяты, мм;Вз - радиус внутреннего отверстия нижнего сферическогоподпятника, мм;В о 2- радиус. кривизны нижнего сферического подпятника, мм.На фиг,1 показан разрез подшипникового узла (шип находится во всплйтом рабочем положении); на фиг.2 показан разрез подшипникового узла, на котором рассмотрена регулйровка углового положенйя оси вращения шипа в пространстве относительнобазовых". поверхностей корпуса; на 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 пятыАэростатический 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, состоящийиз двух сферических пят 7 и 8, соединенныхс промежуточным кольцом 9, Подпятники 25 и 3 установлены в корпусе 1 с возможностьюперемещения по поверхностям Б и В корпуса 1 и фиксации при помощи винтОв 10.Перемещение осуществляется при помощивинтов 11 и 12.10 Аэростатический подшипниковый узелработает следующим образом.8 рабочем положении (фиг.1) через питатели 4 сжатый воздух подается в рабочиеполости 5 и 6, после чего соединенные меж 15 ду собой сферические пяты 7 и 8 и промежуточное кольцо 9, всплывают, образуя междусферическими подшипниками 2 и 3 и сферическими пятами 7 и 8 воздушную подушку,Регулирование углового положения оси20 вращения шипа в пространстве относитель-.но базовых поверхностей корпуса осуществляется следующим образом (фиг.2).Допустим, первоначальное угловое положение оси вращения шипа относительно25 базовой поверхности А корпуса определяется положением центра кривизны 0 сферического подпятника 2 и центра кривизны 01сферического подпятника 3. В таком поло "жении подшипниковый узел установлен на30 оборудовании и возникла необходимостьввести угловую корректировку положенияоси. вращения шипа относительно базовойповерхности А корпуса 1 (например, присовмещении оси вращения шипа с осью ав 35 токоллимационного микроскопа в установках сборки и юстировки оптическихэлементов и т.д.) нв угол а. Расстояние между. центрами кривизны О и 01 сферическихповерхностей подпятников 2 и 3 равно 140 Тогда. для корректировки углового положения оси вращения шипа относительно базовой поверхности А корпуса 1 необходимосместить один из подпятников 2 или 3 (например,З) по плоскости В на величину,рав 45 нуюЬХ=3 л 9 а,При этом ось вращения шипа займет. положение, определяемое положением цен тров кривизны О и 01 сферических поверхностей подпятников 2 и 3. Пои необходимости введения плоскопараллельного смещения оси вращения шипа относительно базы А корпуса 1 необходимо при помощи регулировочнцх винтов 11 и 12 сместить оба подпятника 2 и 3 на одинаковую величину ЬХ в одном итом жв направлении.Определение оптимальных конструктивных параметров подшипникового узла= 0,00 4,6 мкм г"г 42 .4 Л осуществляется следующим образом. Основными конструктивными параметрами, определяющимй работоспособность и нагруэочные характеристики азростатического подшипникового узла со сферическими пбдпятниками являются радиусы кривизны подпятников, радиусы кривизны сопряженных с ними сферических пят, суммарный осевой зазор между подпятниками и пята- мМ, 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 подпятники и пяты изготовлены из стали 2Х 13 улучшенной до 27-34 Нй 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 ( Ь Й) производился на интерферометре МАВКфирмы Едо. Она составила ЬМ 4 = 0,3 кольца нааметре 67 мм для сферической поверхности подпятника и Ьйс = 0,3 кольца для рты, также на диаметре 67 мм;общая ошибка сферической поверхности подпятника Й 41- Й 42-2 кольца бугра, У СфЕРИЧЕСКОй ПОВЕРХНОСТИ ПЯТЫ Й С 1= И сг=Ис 1 4 Л г 1 Гс 1Осв т.Ь. радиусы кривизны пяток меньше радиусв кривизны пробных стекол и составляют;Вс 1 = гфд Гс 1= 98,86 - 0,0046 = 98,8554 мм йсг = О - Гс 1=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 О,в= 100 мм 5: при контроле радиусов й о 1 и й с 1 для верх. них пОДпЯтниксв и ПЯты и пРи контРОлЕ й о 2и Вс для нижних подпятников и пяты. Радиус пробных стекол для контроля радиуса кривизны нижнего подпятника г 2 =+78,88,110 верхнего г 1 =+98,86 мм; для нижней пяты.,г 2 - -78,88 мм,для верхней г 1 " - 98;86 мМ,Суммарная общая ошибка сферических поверхностей верхнего подпятника относительно пяты и нижнего подшипника 15: относительно пяты йг = 4 кольца бугра.Разность радиусов подпятника (имею щего большой радиус) и пяты определяется по формуле: 25где Л=0,589 10 эмм:г - измеряемый радиус (радиус кривизны пробного стекла),мм; д Г - разность радиусов кривизны Конт ролируемой пяты (или подпятника) и радиуса пробного, мм;Осв - диаметр пробного стекла,В нашем случае имеем для пяток 2 4 0,589 10 э 78,8845; 100 т.е, радиусы кривизны подпятников больше 50 радиусов кривизны пробных стекол и составляютНог - г 1 + дго - 88,86 + 0,004698,8646 ммВо 2 =г 2+ О го 2 78,88 + 0,0029 =78,8829 ммТогда расчетный зазор между. верхнимиподпятником и пятой равенЬВ 1 = В о 1- й с 1= 98,8646 - 98,8554 =0,0092 ммМежду нижнимиЬйг = Я ог- Й с 2= 78,8829 - 78.8771 Ьтз =ЬУ 1+ЬВ 1;0,0058 мм Ь У 1 = Ь У с 1 - Ь У о,;Нагруэочные характеристики аэростатиче- гьгс м йс - 1/ВЕ - йГ;ского подшипникового узла зависят от.пра- ЬУо 1 - Йо 1 В, раильного сочетания ойз им й е узлафиг. кьгз Лй (йо тг йр йТ )+3 и 6) избыточного давления, подводимого врарочие полости л и 6, радиусов кРивизны + (йс ф й ),(Вс 2В 02) и (Йс 1; Й 01) и конСтруктИвныхпараметров питателей (и)у количества, диа- Ь т, Ь + Ьметра отверстий поддува, глубины карманов и т.д,).г= сг - огЬУС 2 йсз т й Г 2 й 3Для подшипниковых узлов со сфериче- Ь 02 = Вог - Й - Вскими поверхностями наилучшим является ЬУ 4 = ЬЙ 2 - +случай, когда в рабочем состоянии (при15ч-. игечг г : +и-ггт, - гт.подпятников 2 и 3 и пяток 7 и 8 расположеныконцентрично. При этом "воздушная подуш- ельнока имееттолщину ЬВ 1 и ЬВ 2 соответст В 1-(Й 01 - Я 1 - Я +венна для нижних и верхних сопряженныхмежду собой подпятников и пяток, что упро- + (я с 1 - В 1 - я ) + (щает оптимизацию подшипникового узла,так как проще это сделать при равномеРном - ( ( Вог - Я г - В ) + ( Ясг -зазоре между подпятником и пятой, При 2этом максимальной угля данной конструк.- чуй Я - й ,ции узла) будет как радиальная,так и угловая.П р и м е р, В нашегл случае имеем: Й с 1"жесткость и торцева.. 98,8554 мм; В.с 2= 78,8771 мм; Я о 1 эи 98,8646рассмотрим механизм определения Оп мм Йог - 78,8829; ЬЯ 1=0,0092 мм; Ь Й 2=30 0,0058 мм, Й 1 си 55 мм - конструктивныйтимальных конструктивных параметров . ммпараметр подшипника; Й - 60 мм - констподшипникового узла,еннгего отвер рук ивн й па раме р од ипникаВ случае отсутствия внутреннего отверстия радиусом Й 1 в верхнем подпятнике и Суммарный осевой зазор равендт ь "ищщ".ф и =Голее(ив 5 В-гънвбн 1 Бьиловия концентричности подпятников и пяток (т.е. для обеспечения равномерности - (98,8646 - 98,8646 - 55 ) +воздушной подушки в подшипниковом узле)в рабочем состоянии достаточно знать ради-+ (0,0058 + ( (г 40 .-(78,8829 - 78 8829 - 60 ) ) ) -тогда фиг,4 и 7= 0,0201 мм (20,1 мкм ),Ьэч 1 =ЙО 1 . Вс 11а с ммарный осевой зазор оп елитсяа с м а й о евой зазор определится Таким образом предлагаемый подшипник имеет следующ45 конструкция позволяет производить регулйОднако такую конструкцию реализовать на рование углового положения оси вращенияпрактике невозможно, поэтОму в под".ятни шипа в пространстве относительно базовыхках выполняют огверстия радиусом В 2". Й 1 повностей корпуса, а при необходимостидля установки вйутри промежгуточнбГО Оль можно выполнить и плоскопаралельноеца. 50 смещение Оси вращения шипа;Тогда для выполнения условия концен- Использование конструкции подшиптричности подпятников и пят (совмещения ника, предложенной авторами, позволяетцентров их кривизны цог:цсг:Цо 1:цс 1) "в определить оптимальные конструктивныеобходимо учесть их дополйительное просе- параметры азростатического подшипникадание ЬУги ЬУ 1 для нижнихиверхнихпят 55 расчетным путем,соответствейно фиг. 5 и 8, т;е. в рабочемположении подпятники и сопряженные с. ними пятки устанавливаются концентрично бретенияесли суммарный осевой зазор будет равен одшипниковый узел,Н ЛУз+ ЬУ 4 базовыми поверхно 2 . у гц -гкъ=тт)стями, шип в виде двух соосно расположен-ных сферических пят и размещенное между пятами и скрепленное с ними промежуточное кольцо, имеющие параллельные торцовые базовые поверхности и соосные перпендикулярно расположенные упомяну-тым торцовым поверхностям базовые отверстия, а также смонтированныев корпусе сферические подпятники, центры кривизныкоторых расположены на оси вращения ши 10 па 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 в пространстве относительно базовых поверхностей корпуса, повышения точнОсти сборки и определения оптимальных конструктивных параметров узла, сферические подпятники установлены в корпусе с возможностью радиального перемещения и фиксации и выполнены с радиу-. сом кривизны, большим радиуса кривизны сопряженных с ними сферических пят, при этомоптимальные конструктивные пара. метры узла связаны соотношением25.где Н - суммарный осевой зазор между сферическими подпятниками и пятами, мм,ЬВ 1 - расчетный зазор между верхними сферическими пятой и подпятником, мм;Вс 1 - радиус кривизны верхней сферической пяты, мм;В 1 - радиус внутреннего отверстия верхнего сферического подпятника, мм;Во 1- радиус кривизны верхнего сферического подпятника, мм;ЬВ 2 расчетный зазор между нижними сферическими пятой и подпятником, мм;Вс 2- радиус кривизны нижней сферической пяты, мм;Вг - радиус внутреннегоотверстия нижнего сферического подпятника, мм;Во 2- радиус кривизны нижнего сф ческого подпятника, мм,У ери1795176 Корректор И,Шмако акое Производствейно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, улХагарина, 10 РедакторЗаказ 417ВНИИ оставитель .Э.Ародьехред М.Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комйтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4 Ю