Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: устройство содержит эластичное крепление, контактирующее с оптическим элементом, выполненное в виде упругой сетчатой оболочки вращения, например, из полимерных волокнистых композиционных материалов, при этом ее один торец выполнен с возможностью перемещения, а посадочная поверхность зеркала выполнена в виде обратного конуса. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2014642
Класс(ы) патента: G02B7/182
Номер заявки: 4880879/10
Дата подачи заявки: 23.07.1990
Дата публикации: 15.06.1994
Заявитель(и): Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова
Автор(ы): Лашманов Г.П.; Резаев М.С.; Романов С.Л.; Химич Ю.П.
Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем при Головном институте Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова"
Описание изобретения: Изобретение относится к оптическому приборостроению/ в частности к узлам крепления крупногабаритных оптических зеркал.
Известен узел крепления оптического элемента/ содержащий зеркало/ оправу с закрепленными на ней осевыми и радиальными фиксаторами/ которые через шарниры соединены с упругой цилиндрической оболочкой. Данный узел крепления создает такое распределение давления на оптический элемент/ которое уравновешивает вес зеркала или действие инерционных сил.
Однако при увеличении размеров и массы зеркала из-за точечного контакта увеличивается значение равнодействующей силы/ что создает большие напряжения в материале зеркала.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является оправа для оптического элемента с центральным отверстием. Оправа оптического элемента с центральным отверстием содержит наружное кольцо и размещенную в нем на резьбе зажимную втулку. Наружное кольцо выполнено по крайней мере с тремя лепестками/ равномерно расположенными по окружности/ за счет которых осуществляется фиксация оптического элемента.
Основным недостатком данного устройства является неравномерность деформаций оптического элемента.
Цель изобретения - фиксация в осевом и радиальном направлениях оптического элемента/ уменьшение деформаций зеркала от воздействия инерционных сил и сил тяжести/ повышение удобства эксплуатации/ а также снижение передаваемых от корпуса температурных и других деформаций.
Для этого узел крепления оптического элемента выполнен в виде упругой сетчатой оболочки из волокнистого КМ на полимерном связующем/ контактирующей с оптическим элементом. Упругая сетчатая оболочка деформируется с помощью зажимного элемента в форме тела вращения.
Ожидаемый положительный эффект предлагаемого узла крепления оптического зеркала заключается в том/ что изобретение обеспечивает надежную фиксацию зеркала на всех этапах его эксплуатации при равномерном распределении нагрузок на оптический элемент.
На фиг.1 показана конструкция устройства фиксации оптического элемента в исходном состоянии; на фиг.2 - устройство в рабочем состоянии.
Устройство фиксации оптического элемента содержит упругую сетчатую оболочку 2/ контактирующую с оптическим элементом 1/ упорное кольцо 3/ вкладыш 4/ запрессованный в стакан 7/ шпильки 5 и фланец 6.
Устройство работает следующим образом.
Оптический элемент 1 по посадочному диаметру имеет обратную конусность А/ направление конусности должно быть таким/ как показано на фиг.1 и 2. Крепление оптического элемента производится путем деформирования сетчатой оболочки из КМ 2. Деформация сетчатой оболочки происходит за счет осевого перемещения фланца 6/ происходящего в результате заворачивания гаек по шпилькам 5. Между упорным кольцом 3 и оптическим элементом 1 организуется зазор/ который выбирается в процессе закрепления перемещением опорного кольца 3/ при этом оптический элемент находится в приспособлении. Радиальные нагрузки воспринимаются сетчатой оболочкой из КМ 2/ осевые - упорным кольцом 3/ а в противоположном направлении также сетчатой оболочкой. Осевое усилие сжатия/ передаваемое через шпильки 5/ создает необходимую деформацию упругой сетчатой оболочки 2/ что обеспечивает фиксацию и компенсацию деформаций в радиальном и осевом направлениях оптического элемента 1.
Для определения характеристик сетчатой оболочки производят ее расчет.
Рассмотрим безмоментную сетчатую оболочку. Пусть нить уложена под осесимметричным углом ±ϕ.
Приняты следующие допущения:
верны соотношения нелинейной механики деформирования волокнистых систем;
нить жесткая и способна работать на сжатие при сетевой модели КМ/ связующее эластичное и не препятствует деформациям.
Необходимо определить усилие сжатия Ny и толщину h сетчатой оболочки в исходном состоянии при заданной реакции со стороны объекта Nx.
В качестве исходных данных для назначения величины реакции со стороны объекта Nx необходимо рассмотреть случай/ когда зеркало массой m с учетом коэффициента перегрузок фиксируется за счет силы трения и реакции со стороны объекта. Релаксационные процессы в материале сетчатой оболочки учитываются с помощью коэффициента запаса/ увеличивающего значение Nx.
Используют соотношения нелинейной механики деформирования волокнистых систем
1)физические соотношения (для цилиндра)
Ny= h·σ1·cos2ϕ*
Nx= h·σ1·sin2ϕ* (1) где σ1- напряжение в нитях;
Ny- усилие сжатия;
Nx- реакция со стороны объекта/
2) геометрические соотношения r*= r·(1+εx) ds*= ds·(1+εy); sinϕ*= sinϕ(1+εx)/(1+ε1); (2) cosϕ*= cosϕ(1+εy)/(1+ε1); 1 = (1+εx)2sin2<ϕ>+(1+εy)2cos2<ϕ>/ где r*,r - радиус оболочки в деформированном и исходном состояниях;
ds*, ds - приращения длины оболочки в деформированном и исходном состояниях;
ϕ*,ϕ - угол между осью и нитью в деформированном и исходном состояниях;
εyx-деформации оболочек вдоль оси и в кольцевом направлениях;
ε1- деформация нити.
Будем считать/ что деформация нити мала по сравнению с деформацией поверхности оболочки/ т.е. ε1= 0.
Прикладывая по торцам сетчатой оболочки осевое усилие сжатия/ получают силопередающий механизм/ позволяющий передавать осевое усилие сжатия на радиальное усилие растяжения.
В начальном состоянии сетчатая оболочка имеет радиус r/ а объект - радиус r*= r+Δ/ тогда
1+εx= r*/r = 1+Δ/r
Для уже деформированного состояния/ используя (1)/ можно записать
, т.к. нить жесткая/ то возможна потеря энергии на деформацию ее в поперечном направлении при сжатии/ необходимо чтобы деформирование нити в поперечном направлении εy было положительным. (1+εy)2= (1+εx)2cos2<ϕ>+(1+εy)2sin2<ϕ> > 1 (1+ε2х) cos2ϕ+(1-(1+εх)2sin2<ϕ>) >1 (1+εx)2(cos4<ϕ>-sin4ϕ) > cos2ϕ-1 (1+εx)2(cos2<ϕ>-sin2ϕ) > -sin2ϕ (4) (1+εx)2·(ctg2ϕ-1) > 1; ctg2ϕ>1- ϕ < arcctg ϕ < arcctg Зная ϕ из (4) и используя выражение (3)/ можно определить Ny в зависимости от Nx.Используя (Черевацкий С. Б./ Сегал В.Л. К теории конечных деформаций ортотропных нитевых оболочек. Исследование по теории пластин и оболочек. КГУ сб. 5 1967 г. с. 542-553)/ можно записать Nx= P·r(1+εx), где Р - радиальное погонное усилие.
Из (1) получают Nx= P·r(1+εx) = σ1h·sin2ϕ* = σ1h sin2ϕ(1+εx)2, отсюда h = (5) Осевую силу можно получить аналогично Т = Ny2πr(1+εx). (6)
По полученным формулам проводят расчет сетчатой оболочки для зеркала из Ве со следующими параметрами: наружный диаметр D 1500/ внутренний диаметр d 450 мм/ высота Н 0/15 м/ угол конусности посадочной поверхности зеркала α= 1°. Значение Nx=13709кг/м/ ϕ ==54°. В результате Ny= 6861/4 кг/м; h = 3/44 мм; Т = 9700 кг.
Использование упругой сетчатой оболочки в качестве устройства фиксации оптического элемента не выявлено в других технических решениях. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
Узел крепления с использованием сетчатой оболочки из полимерных волокнистых КМ был опробован с положительным эффектом для переноса деталей/ имеющих центральное отверстие.
Формула изобретения: 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА с центральным отверстием, содержащее стакан, зажимной элемент и упругий элемент, контактирующий с посадочной поверхностью оптического элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства в эксплуатации, упругий элемент выполнен в виде сетчатой упругодеформируемой с помощью зажимного элемента оболочки, выполненной в форме тела вращения, а посадочная поверхность оптического элемента выполнена в виде обратного конуса.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругодеформируемая сетчатая оболочка выполнена из полимерных волокнистых композиционных материалов.