Термокомпенсирующее устройство

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в приборах для снижения температурных деформаций . Цель изобретения - упрощение конструкции . Устройство выполнено в виде треугольной фермы и дополнительных стержней 4, 5, связывающих с стержень 3 основания фермы с плоскостью 5, относительно которой производится стабилизация размера Н. Стержень 3, перпендикулярный направлению термостабилизации, и дополнительные стержни 4 и 5 выполнены из материала с меньшим коэффициентом линейного расширения (КЛР), а наклонные стержни 1 и 2 фермы - из материала с большим КЛР. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф»

» (21) 4761306/21 (22) 23.11.89 (46) 23.03.92. Бюл. № 11 (71) Государственный институт прикладной оптики (72) Д.Б.Шитиков (53) 621.396.67.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1195394, кл. Н 05 К 7/20, 1983. . Авторское свидетельство СССР

¹ 1451782, кл. Н 05 К 7/20, 1987. (54) ТЕРМОКОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в прибо Ы „1721863 A1 (51)5 Н 05 К 7/20, G 12 В 7/00 рах для снижения температурных деформаций. Цель изобретения — упрощение конструкции. Устройство выполнено в виде треугольной фермы и дополнительных стержней 4, 5, связывающих с стержень 3 основания фермы с плоскостью 5, относительно которой производится стабилизация размера Н. Стержень 3, перпендикулярный направлению термостабилизации, и дополнительные стержни 4 и 5 выполнены из материала с меньшим коэффициентом линейного расширения (КЛР), а наклонные стержни 1 и 2 фермы - из материала с большим КЛР. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1Т21863

15

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в приборах для снижения температурных деформаций.

Известны решения, уменьшающие влияние температурных деформаций устройства, например применение материалов с малыми коэффициентами линейного расширения или принимаются меры для поддер. жания стабильной температуры устройства.

Известно также термокомпенсирующее устройство, содержащее стержни, выполненные из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, соединенные между собой концами. Стержни выполнены в виде коаксиальных трубок, соосно размещенных одна в другой, соединенных с помощью кронштейна, который установлен на стержнях с возможностью перемещения вдоль них и фиксации его концов относительно внешней и внутренней трубок, причем кронштейн и внешняя трубка выполнены из одного и того же материала. Кронштейн выполнен в виде цилиндрической втулки с центральным отверстием переменного диаметра.

Недостатками известных устройств являются ограниченный выбор материалов с малым коэффициентом линейного расширения, большой вес, высокая стоимость и невозможность иметь нулевую или отрицательную величину коэффициента линейного расширения, а поддержание стабильной температуры устройств сложно и энергетически не всегда возможно, Кроме того, недостатками известного устройства являются усложнение конструкции и его значительная масса из-за того, что суммарная длина обеих трубок и кронштейна значительно превосходит расстояние между оптическими объектами, поэтому устройство затруднительно использовать в силовых и крупногабаритных конструкциях, а также в устройствах, требующих повышенной жесткости или минимального веса, Наиболее близким к предлагаемому является термокомпенсирующее устройство, содержащее стержни, выполненные из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, соединенные между собой своими концами с образованием треугольной фермы, в основании которой расположены стержни с большим коэффициентом линейного расширения, ориентированные перпендикулярно направлению температурных деформаций.

Недостатком этого устройства является

его сложность s с л 1уtч а еe, когда корпус по конструктивным соображениям имеет большую протяженность в направлении термо20

55 компенсации и относительно малую ширину.

При этом высота отдельных рядов ферм получается ограниченной, что приводит к большому количеству стержней составляющих такой корпус, следствием этого является и значительный вес устройства.

Целью изобретения является упрощение конструкции при компенсации температурных деформаций устройств, имеющих большую протяженность в направлении термокомпенсации по сравнению с их поперечным сечением.

Поставленная цель достигается тем, что термокомпенсирующее устройство, содержащее стержни, выполненные из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, соединенные между собой своими концами с образованием треугольной фермы, в основании которой расположен стержень, ориентированный перпендикулярно направлению температурных деформаций, снабжено дополнительными стержнями, соединенными одними своими концами с основанием треугольной фермы, при этом дополнительные стержни и стержень ориентированный перпендикулярно направлению термокомпенсации выполнены из материала с малым коэффициентом линейного расширения, а наклонные стержни, соединенные с основанием в треугольную ферму, выполнены из материала с большим коэффициентом линейного расширения.

При малых габаритах устройства дополнительные стержни и стержень, ориентированный перпендикулярно направлению термокомпенсации, выполнены в виде элементов трубчатого корпуса, а наклонные стержни расположены по образующим конуса и соединены по концам кольцами.

На фиг.1 показана схема плоской фермы, в которой термостабилизируется размер от заданной плоскости до заданной точки; на фиг.2 — то же, термостабилизируется размер от объекта до заданной плоскости; на фиг.3 — схема устройства при его малых габаритах; на фиг.4 — выполнение наклонных стержней (вид вдоль оси корпуса) при малых габаритах устройства.

Устройство содержит наклонные стержни 1 и 2 с большим коэффициентом линейного расширения, стержень 3, ориентированный перпендикулярно направлению термостабилизации, и дополнительные стержни 4 и 5. Стержни 3-5 имеют коэффициент линейного расширения меньше, чем у стержней 1 и 2. При наличии объекта 6 (фиг.2) стержень 3 заменяется стержнями 7 и 8.

1721863

В малогабаритном устройстве (фиг.3) объект, например оптический элемент 9 в оправе 10, установлен в трубчатом корпусе

11, который заменяетдополнительные стержни 4 и 5 и стержень 3. Связь оправы 10 с трубчатым корпусом может осуществляться наклонными стержнями (фиг.2), а при сильно ограниченных габаритах наклонные стержни, расположенные по образующим конуса и связанные по концам кольцами, образуют одну деталь 12 (фиг.3 и 4).

Устройство работает следующим образом.

При изменении температуры, например ее повышении, стержни 4 и 5 удлиняются и размер Н (фиг.1) увеличится на величину

ЛН. Одновременно получают удлинение и стержни 1 — 3, образующие ферму. На фиг.1 исходное положение устройства показано сплошными линиями, после изменения температуры — штриховыми. Если бы материал стержней 1 — 3 был одинаковым, то увеличение высоты h фермы произошло бы только на величину Лh, равную удлинению стержня из того же материала и длиной h, но, вследствие того, что стержень 3 имеет коэффициент линейного расширения меньше чем наклонные стержни 1 и 2, увеличение высоты фермы hh оказывается много больше. В результате, при сравнительно малой высоте фермы h величина hh может быть .получена равной Л Н, что обеспечит неизменность размена Н при изменении температуры устройства.

При прочих равных условиях величина

hh увеличивается: при увеличении разности коэффициентов линейного. расширения стержней 1 (2) и 3, с увеличением размера а и с уменьшением угла j3 между стержнями

1 (2) и 3 (фиг.1).

Задаваясь материалам стержней и имея конструктивные размеры Н и а, можно найти величину угла Р соответствующего равенству hh=h, Н (фиг.1) по формуле где Н вЂ” стабилизируемый размер; а — длина стержня 3;

a1 — коэффициент линейного расширения стержней 1 и 2; йз — коэффициент линейного расширения стержня 3; а4 — коэффициент линейного расширения стержней 4 и 5.

Из формулы видно. что существует "предельное" максимальное значение величины а, при которой подкоренное выражение

10 равняется нулю, а угол Р имеет одно "предельное" значение.

При а большем "предельного" значения уравнение не решается, так как при этом при всех значениях угла P hh > Л H.

Меньшая величина размера а звена 3 ограничивается только конструктивными соображениями.

При всех значениях а меньших предельной величины, каждому значению а соответствует два значения угла j3, одно больше, другое меньше предельного угла.

Как показывают конкретные расчеты по приведенной выше формуле высота h фер15 мы может быть весьма небольшой и составлять всего лишь несколько процентов от размера Н при конструктивно приемлемых углах ф .

В таблице представлены размеры а и

20 Р, составлены из следующих данных: Н=10 м;

a1=23 10 б (сплав Д16);аз =3,8 10 б (сплав

ЗОНКД); W=8,3.10 (титановый сплав

ВТ5 — 1), Приняты следующие обозначения:

j3 и P — углы наклона стержней 1 и 2

1 соответственно меньше и больше предельного;

h u h — соответствующие размеры вы1

30 соты фермы; а — расчетная длина стержня 3.

Преимуществом предлагаемого устройства помимо простоты конструкции является также практически полное отсутствие каких-либо дополнительных элементов, Требует",я только выполнение известных элементов (корпуса телескопа, трубы оптического устройства и т.п.) из материалов с соответствующими коэффициентами линей40

В предлагаемом устройстве могут быть использованы практически любые сочетания материалов.

Все это расширяет возможность применения предлагаемого устройства, Формула изобретения

1. Термокомпенсирующее устройство, содержащее стержни, выполненные из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, соединенные между собой своими концами с образованием треугольной фермы, в основании которой расположен стержень, ориентированный . перпендикулярно направлению термокомпенсации, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью упрощения конструкции, оно снабжено дополнительными, стержнями, соединенными одними своими концами с основанием треугольной фермы, при этом дополнительные стержни и стержень, ориентированный

1721863

Фиа Р

Фиа4

Составитель Д. Шитиков

Редактор В. Бугренкова . Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н, Ревская

Заказ 966 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 перпендикулярно направлению термокомпенсации, выполнены из материала с малым коэффициентом линейного расширения, а наклонные стержни, соединенные с основанием в треугольную фермы, выполнены из материала с бЬльшимкоэффициентом линейного расширения.

2.Устройство поп.1, отл ича ющеес я тем, что, дополнительные стержни и стержень, ориентированный перпендикулярно направлению термокомпенсации, выполнены в виде элементов трубчатого корпуса.

3. Устройство no n.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что наклонные стержни расположены по образующим конуса и соединены по концам кольцами.