Устройство для внутреннего крепления зеркала

 

УСТРОЙСТВО ДНЯ ВНУТРЕННЕГО КРЕПЛЕНИЯ ЗЕРКАЛА, содержащее корпус оправы с опорами, выполненными в виде упругих в радиальном направлении лепестковых многослойных термокомпенсаторов , закрепленными на корпусе оправы равномерно по площади зеркала на концентрических относительно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси указанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая из опорустановлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала , отличающееся тем, что, с целью уменьшения деформаций зеркала при температурных колебаниях и механических перегрузках, корпус оправы снабжен лепестками,расположенными между корпусом оправы и опорами в одних меридиальных сечениях с опорами , каждый лепесток выполнен в виде вкладыша из материала с коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения материала корпуса оправы, консольно закреплен на корпусе оправы и установлен с зазором между своим свободным концом и корпусом, а опора прикреплена к свободному концу вкладыша, при этом линейные размеры корпуса оправы, лепе9тков и зеркала связаны с коэффициентами линейного расширения материалов, из которых изготовлены эти элементы, следующими соотношениями: Р Р - Р L- J Са С @ где oi, ,,uij - коэффициенты линейно (Л го расширения материа лов соответственно зеркала, корпуса оправы, лепестка «. линейный размер участка зеркала от оси зеркала до оси опоры (по дуге); 1,линейный размер о: участка корпуса оправы от оси оправы до СО ближнего торца ле пестка (по дуге); е,00 линейный размер лепестка от ближнего оо торца до оси опоры (по дуге).

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

3(511 G 02 В 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ фициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линеиного расширения материала корпуса оправы, консольно закреплен на корпусе оправы и установлен с зазором между своим свободным концом и корпусом, а опора прикреплена к свободному концу вкладыша, при этом линейные размеры корпуса оправы, лепеотков и зеркала связаны с коэффициентами линейного расширения материалоЪ, из которых изготовлены эти элементы, следующими соотношениями: е,=е, " "„ ; е,=е, " " где a«a«a>—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3438256/18-10 (22) 17.05 ° 82 (46) 30 ° 12.83 Вюл. М 48 (72) H.A.Сеславинский (53) 535.8(088.8) (56) 1. Михельсон Н.Н. Оптические телескопы, М., "Наука", 1,976, с.393.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9, 3298411/18-10, кл. G 02 В 7/18, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО

КРЕПЛЕНИЯ ЭЕРКАЛА, содержащее корпус оправы с опорами, выполненными в виде упругих в радиальном направлении лепестковых многослойных термокомпенсаторов, закрепленными на корпусе оправы равномерно по площади зеркала на концентрических относительно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси указанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая из 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 деформаций зеркала при температурных колебаниях и механических перегрузках, корпус оправы снабжен лепестками, расположенными между корпусом оправы и опорами в одних меридиальных сечениях с опорами, каждый лепесток выполнен в виде вкладыша из материала с коэфкоэффициенты инейно

ro 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) .

1063783

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 зер><ала с корпусом, причем оси указанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала t1j .

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- 20 са, обеспечена термокомпенсация опорных расстояний, ограниченных осью эвркала и осями опор, обусловленная разностью коэффициентов линейных расширений материалов эерка- 75 ла, рычагов и корпуса оправы, а благодаря гарантированному боковому зазору между каждой опорой и отверстием зеркала обеспечена термокомпенсация разности коэффициентов линейныхЗ0 расширений материалов зеркала и опор.

Однако конструкция устройства ввиду наличия рычажной системы разгрузки зеркала сложна, громоздка, обладает большим весом и обеспечивает надежность крепления только в диапазоне углов наклона зеркала относительно вертикальной оси меньше

180, а наличие трения опор о стенки 40

° отверстий зеркала и трения в шарнирах рычажной системы приводит к повышенной деформации зеркала и нестабильности положения его в осевом направлении при перепадах температуры и случайных механических перегрузках, Кроме того, при случайных механических перегрузках ввиду жесткости опор и большой инертности рычажной системы разгрузки зеркала имеет место повышенная деформация зеркала. Указанные недостатки ограничивают сферу применения устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для внутреннего 55 крепления зеркала, содержащее корпус оправы с опорами, выполненными в виде упругих в радиальном направлении многослойных лепестковых термокомпенсаторов, закрепленными на корпусе оправы равномерно по площади зеркала на концентрических относит льно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси укаэанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая иэ опор установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала(/).

Данное устройство по сравнению с укаэанным выше конструктивно проще, более компактно, обладает меньшим весом, обеспечивает надежное крепление зеркала при любом угЛе наклона его относительно вертикальной оси и меньшую деформацию его за счет упругой податливости (т.е. без трения) лепестков опор при случайных механических перегрузках и высокую степень термокомпенсации разности коэффициентов линейных расширений материалов опор и стенок отверстий зеркала при беэлюфтовой посадке неподвижных опор в этих отверстиях, что способствует уменьшению деформаций зеркала при колебаниях температуры и повышению стабильности положения его при различных видах воздействий на него.

Перечисленные преимущества позволяют расширить сферу применения известного устройства.

Однако ввиду того, что при перепаде температуры термокомпенсация опорных расстояний, ограниченных геометрической осью устройства (оп-. тической осью зеркала) и геометрическими осями опор, обеспечивается по<>редством упругой податливости лепестков опор, в зеркале возникают внутренние напряжения, которые приводят к повышенной деформации его, при этом при наличии, кроме того, случайных механических перегрузок не всегда имеется возможность согласовать допустимую величину податливости (степень жесткост<:) лепестков опор при колебаниях температуры с необходимой величиной при амортизации зеркала от заданных механических перегрузок.

Кроме того, в случае располох<ения. опор под небольшим углом к оси зеркала, где опоры можно считать . параллельными между собой, аморти-. зирующая способность опэр преимущественно в осевом направлении понижена ввиду малой величины радиальных составляющих сил от нагрузки на них по сравнению с осевыми составляющими, изгибающими лепестки опор и тем самым осуществляющими демпфирование зеркала.

Цель изобретения — уменьшение деформаций зеркала при температурных колебаниях и механических перегрузках, Цель достигается тем, что в уст ройстве для внутреннего крепления зеркала„ содер>кащем корпус оправы с опорами, выполненными в виде упру1063783 гих в радиальном направлении лепест-, ковых м... ослойных термокомпенсато-. ров, закрепленными на корпусе оправы равномерно по площади зеркала на концентрических относительно его оси окружностях и контактирующими со стенками глухих отверстий, выполненных в нерабочей поверхности зеркала, причем оси укаэанных отверстий нормальны к отражающей поверхности зеркала, а каждая из опор установлена с зазором относительно дна глухого отверстия зеркала, корпус оправы снабжен лепестками, расположенными между корпусом оправы и опорами в одних меридиальных сечениях 15 с опорами, каждый лепесток выполнен с виде вкладыша из материала с коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения материала корпуса.оп- 2р равы, консольно закреплен на корпусе оправы и установлен с зазором между своим свободным концом и корпусом, а опора прикреплена к свободному. концу вкладыша, при этой ли ей- 25 ные размеры корпуса оправы, лепестков и зеркала связаны с коэффициентами линейного расширения материалов, из которых изготовлены эти элементы, следующими соотношениями: е,=е, " - . е, е где К,, М вЂ” коэффициенты линейного расширения 35 материалов соответственно зеркала, корпуса оправы и лепестков; линейный размер 4р участка зеркала от оси зеркала до оси опоры (по дуге);

Š— линейный размер участка корпуса оп45 равы от оси оправы до ближнего торца лепестка (по дуге); линейный размер лепестка от ближнего торца до оси опоры (по дуге) .

Наличие в устройстве термокомпенсатора опорных -расстояний, выполненного в виде консольно закрепленных на корпусе оправы вкладышей, на сво- 55 бодном конце каждого иэ которых установлена опора, позволяет комби- нированием материалов корпуса и вкладышей с различными коэффициентами линейного расширения обеспечить при 6р колебаниях температуры без использования упругой податливости лепестков опор согласованное изменение опорных расстояний зеркала и корпуса оправы, т.е. позволяет обеспечить 65 термокомпенсацию их без увеличения внутренних напряжений на зеркале, а следовательно,,уменьшить деформацию зеркала.

Наличие зазоров между свободными концами вкладышей и корпусом оправы позволяет обеспечить перемещение этих вкладышей относительно корпуса при изменении их длины при колебаниях температуры без трения, что способствует уменьшению деформаций зеркала. Кроме того, наличие этих зазоров в сочетании с консольностью вкладышей и в случае выполнения их упругими в осевом направлении в заданном диапазоне случайных механических перегрузок позволяет выполнить систему вкладыши — корпус оправы в виде лепестковой или тарельчатой (если для опор, расположенных в одной зоне, вкладыш выполнен в виде кольца) пружины, что с учетом установки опор на свободных концах вкладышей повышает виброэащищенность зеркала и способствует при этом уменьшению деформации его при механических перегрузках., На фиг. 1 изображен разрез A-A на фиг. 2; на фиг. 2 — вид В; на фиг, 3 — разрез В-В на фиг.;4 (вариант выполнения устройства); на фиг. 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 отверстиях

2 зеркала 1 с зазором относительно дна этих отверстий и контактируют со стенками их и каждая из которых выполнена в виде упругого .в радиальном направлении разрезного лепесткового многослойного термокомпенсатора, например, типа "стакан в стакане", корпус 4 с прикрепленными к нему опорами 3, снабженный термоком» пенсатором опорных расстояний, выполненным в виде вкладышей 5 и 6, каждый иэ которых консольно прикреп.лен, например, с помощью диффузионной сварки к корпусу 4 оправы, ус.тановлен с зазором между своим свободным концом и этим корпусом, расположен в одном меридиальном сечении с соответствующей опорой и выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения, отличающимся от коэффициента линейного расширения материала корпуса, при этом опора 3 размещена на свободном конце вкладыша и прикреплена к не-. му своим внутренним стаканом 7.

1063783

Конструктивно вкладыши могут быть выполнены различно. Так, н устройстве, изображенном на фиг, 1 и 2> они выполнены в виде пластин, на каждой иэ которых установлена одна опора, а на фиг, 3 и 4 вкладыши выполнены .в виде колец, на каждом иэ которых закреплены опоры, расположенные в одной зоне зеркала, С целью исключения трения скольжения тыльной поверхности зеркала 1 о корпус 4, способствующего дополнительной деформации зеркала при изменении температуры, оно установлено на опорах 3 с зазором относительно системы вкладыши — корпус. Этот зазор с целью развития опорной поверхности и .уменьшения удельной нагрузки на зеркало во многих случаях, чапример при действии таких нагрузок на термостабилиэированное зеркало, когда возможен опасный по величине прогиб между опорами, может быть эамещен частично или полностью упругой, например пробковой, прокладкой.

Расположение опор под углом друг

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.

При наличии на отдельных участках рабочего диапазона ниброчастот резко З5 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- 45 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- 55 печения возможности поддержания при любых их диаметрах и больших колебаниях темпеРатуры высокой точности термокомпенсации разности коэффициентов линейных расширений gp материалов orlop и боковых поверхностей отверстИй зеркала за счет различных комбинаций материалов и толщин стенок (слоев) опор, способствует обеспечению возможности высокой степени равномерности давления со стороны консольно закрепленных опор на б.. .зую поверхность отверстий зерка . 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 опорных 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 корпуса опраны, лепестков и зеркала в соответствии со следующими соотношениями:

Ез „ г = E — где,,u — коэффициенты линейного расширения материалов соответственно зеркала, корпуса оправы и лепестка;

01 - линейный размер участка зеркала от оси зеркала,цо оси оправы по дуге солряжения д а (oa — дуга (линия) сопряжения опор, лепестков и корпуса, расположенных в одном меридиально сечении зеркала);

1063783

4-4

B — линейный размер участка корпуса оправы от осн оправы до ближнего торца лепестка по дуге сопряжения аа - линейный размер лепестка от ближнего торца до оси опоры по дуге сопряжения аа.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии механических перегрузок лепестки опор 3 упруго деФормируются и тем савнм амортизи- 15 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.

1063783

Фиа. 3

Г-I"

Составитель В,Дринь

Редактор В. Петраш Техред Л.Пилипенко Корректор С.шекмар

Закаэ 10316/25 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4