Технология оптического приборостроения
.pdfПолутвердая замазка применяется для заполнения зазоров шириной более 0,5 мм и постановки защитных стекол.
Твердая замазка применяется в приборах, предназначенных для работы в тропиках.
Кроме этих замазок применяют специальные уплотнители типа «Герметик», который хорошо выдерживает температурные перепады от –60
до +100 С, вибрационные и ударные нагрузки.
Замазки должны сохранять свои свойства в течение длительного времени, быть пластичными, неактивными, хорошо прилипать к поверхностям деталей, не должны усыхать.
Технологический процесс герметизации узлов и приборов включает следующие операции: обезжиривание поверхностей деталей, нанесение слоя замазки на сопрягаемые детали, плотное прижатие деталей крепежными элементами (винтами, болтами, резьбовыми кольцами) и удаление остатков уплотнителя с кромок деталей.
Уплотнительные замазки применяют, как правило, в неподвижных соединениях.
Если уплотнение замазками недопустимо, то для герметизации используют уплотнительные устройства в виде сжимаемых прокладок, манжет, сальников и мембран.
Герметичность соединения проверяют следующими способами: путем нагнетания воздуха в прибор, погружения его в воду и обнару-
жения воздушных пузырьков; путем нагнетания воздуха в прибор, смачивания соединительных
швов мыльной водой и обнаружения мыльных пузырьков от выходящего из прибора воздуха;
путем создания избыточного давления воздуха в приборе и определения спада давления по манометру.
Глава 32. СБОРКА И РЕГУЛИРОВКА ТИПОВЫХ УЗЛОВ ПРИБОРОВ
32.1.Сборка и контроль направляющих
32.1.1.Виды направляющих и общие требования к их сборке
Некоторые детали и узлы приборов в процессе работы должны выполнять прямолинейные или вращательные движения в заданном направлении.
Детали, которые обеспечивают движение по сопрягаемым поверхностям других деталей в заданном направлении, называют направляющими.
Различают следующие виды направляющих:
по виду движения – прямолинейного и вращательного движений; виду трения – направляющие с трением скольжения и с трениемкачения. Направляющие вращательного движения с трением скольжения по
цилиндрическим поверхностям применяют для узлов, вращающихся с не-
350
большими скоростями. Эти направляющие чувствительны к температуре, изменение которой вызывает линейное расширение, а вместе с ним – торможение и заклинивание сопрягаемых деталей. Это явление заставляет систематически подавать смазку в зазоры трущихся поверхностей.
Направляющие вращательного движения с трением скольжения по коническим поверхностям применяют в точных измерительных приборах, например, в теодолитах, окулярных штриховых головках и т. д.
Направляющие вращательного движения с трением скольжения по сферической поверхности применяют для закрепления в них шаровых пят приборов.
Направляющие вращательного движения с трением качения (рис. 32.1) применяют для узлов, требующих вращения с повышенной скоростью. Эти направляющие чувствительны к изменениям температуры и требуют незначительного количества смазки.
Рис. 32.1. Направляющая вращательного движения:
1 – подшипник шариковый; 2 – вал; 3 – корпус; 4 – крышка; 5 винт
Все виды направляющих должны отвечать следующим требованиям: иметь необходимые точность и плавность движения, малые трение и износ. Эти требования удовлетворяются за счет выбора материалов сопрягаемых деталей с одинаковым или близким коэффициентом линейного расширения, точной обработки и подготовки поверхностей направляющих, а также за счет применения качественных смазок.
32.1.2. Сборка узлов с направляющими прямолинейного движения с трением скольжения
Для качественной сборки узлов с направляющими прямолинейного движения с трением скольжения и качения важно решить основные конструктивные задачи: выбор нужного сочетания материалов, создание наиболее технологичной конструкции.
Хорошие результаты обеспечивают следующие сочетания материалов: сталь закаленная–чугун; сталь незакаленная или закаленная–пласт- массы (текстолит, полиэтилен, карболит, капрон).
351
Для уменьшения объема пригоночных работ при сборке узлов с направляющими необходимо хорошо подготовить трущиеся поверхности сопрягаемых деталей шлифованием, тонким точением или фрезерованием с чистотой обработки поверхности Ra = 0,32–1,25 мкм. Это сокращает трудоемкость пригоночных работ.
Типовой технологический процесс сборки узла с направляющей типа ласточкин хвост ведется в следующей последовательности.
1.Собираемые детали 1, 2, 3 (рис. 32.2, а) зачищают после механической обработки.
2.Деталь 2 устанавливают в деталь 1, при этом деталь 2 с помощью планки 3 прижимают к трущимся плоскостям Б детали 1 с обеих сторон
ищупом проверяют зазор между деталями 2 и 3 (рис. 32.2, б).
а |
б |
Рис. 32.2. Сборка узла с направляющей типа «ласточкин хвост»
3.При обнаружении зазора поверхности А подгоняют путем шабрения и последующей притирки плоскостей А и Б в деталях 1, 2, 3.
4.После притирки детали 2 и 3, не разбирая, выдвигают из детали 1, все промывают, смазывают, снова вставляют в деталь 1 (см. рис. 32.2, б)
ипроверяют плавность перемещения по направляющей.
Сборку узлов с направляющими прямолинейного движения других видов с трением скольжения ведут приблизительно в такой же последовательности с применением пригоночных работ, которые могут быть сокращены путем рационального выбора допусков и назначения класса чистоты обработки сопрягаемых поверхностей.
32.1.3.Сборка узлов с направляющими вращательного движения
стрением скольжения и качения
Технология сборки узлов с направляющими вращательного движения с трением скольжения предусматривает качественную механическую обработку трущихся поверхностей и включает сборку направляющих с со-
352
прягаемыми деталями путем их совместной притирки и выдержки нужных зазоров с последующей промывкой и смазкой.
Сборку узла с направляющими вращательного движения с трением качения (см. рис. 32.1) осуществляют следующим образом.
1.Шарикоподшипники 1 комплектуют с валом 2 для посадки их на вал с предусмотренным натягом.
Посадку шарикоподшипников на вал выполняют по системе отверстия (отверстие постоянно) за счет поля допуска вала. Допуск на диаметр вала задают по шестому квалитету точности для посадок переходных или
сгарантированным натягом.
2.Шарикоподшипники напрессовывают на посадочные места (цапфы) вала 2 и наружные кольца подшипников запрессовывают в посадочные гнезда корпуса 3. При этом используют специальные оправки для создания давления одновременно на торцы двух колец шарикоподшипника.
3.Левый шарикоподшипник закрепляют крышкой 4, привернув ее винтами 5.
4.Узел регулируют, обеспечивая легкость хода и за счет подрезки опорного торца крышки 4 выдерживая нужный осевой зазор, компенсирующий линейное расширение металла.
5.Узел чистят и смазывают.
32.1.4. Контроль направляющих
После сборки узлов с направляющими проверяют их качество.
Внаправляющих вращательного движения определяют радиальное
иосевое биение. Для этого корпус индикатора закрепляют на неподвижной части узла или прибора. Касаясь чувствительным элементом индикатора проверяемой поверхности вращающейся детали, по шкале индикатора находят величину биений. Для повышения точности измерения применяют более чувствительные измерительные приборы.
Направляющие прямолинейного движения проверяют по прямолинейности хода перемещающейся детали. Для контроля этого параметра наиболее часто используют лекальную линейку и индикатор часового типа. Контроль осуществляют следующим образом (рис. 32.3).
1.Лекальную линейку 2 устанавливают на плоскость перемещающейся детали 1 параллельно ее ходу. При этом лекальную линейку закрепляют мастикой. Чувствительный элемент 3 индикатора приводят в соприкосновение с линейкой.
2.Перемещая деталь 1, лекальную линейку устанавливают параллельно направляющим по одинаковому отсчету индикатора в двух крайних точках грани лекальной линейки.
3.Перемещая деталь 1, проверяют прямолинейность ее движения на всем пути перемещения. При этом показание на шкале индикатора должно быть неизменным, в противном случае имеет место непрямолинейность.
353
Рис. 32.3. Схема контроля прямолинейности направляющих прямолинейного движения
32.2. Уравновешивание подвижных частей приборов
Статическое уравновешивание
Под статической неуравновешенностью детали или узла понимают несовпадение центра тяжести (ЦТ) детали или узла с осью его вращения. Задачей статического уравновешивания является приведение ЦТ узла на его ось вращения. Такое уравновешивание называется статическим потому, что его производят в статическом режиме. Если узел весом G, у которого ЦТ смещен от оси вращения на расстояние r, установить на опоры типа «ножей» (рис. 32.4), то под действием момента статической неуравновешенности Мсн = Gr узел будет поворачиваться (проявлять маятниковость) так, чтобы ЦТ узла установился по вертикали ниже точки (или оси) его опоры. Удаляя или добавляя некоторую массу металла к той или иной части, можно добиться его статической уравновешенности.
Рис. 32.4. Схема определения статической неуравновешенности
Статически уравновешенный узел, установленный на некоторых опорах, сохраняет равновесное состояние (не проявляет маятниковости) в любом угловом положении. Статически уравновешиваются невращающиеся или медленно вращающиеся узлы приборов, а также относительно быстро
354
вращаются детали типа дисков, у которых диаметр D значительно больше ширины B (D : B 10). В конструкции этих узлов имеются специальные элементы для уравновешивания: легко подрезаемые свинцовые грузы, подвижные винты и гайки с устройствами их контровки в требуемом положении, места для нанесения припоя и т. д.
Для повышения точности статического уравновешивания применяют более сложные приспособления. Так, например, для превращения момента
трения покоя Мтр в момент трения движения на приспособлениях типа ножей устанавливают малогабаритные электродвигатели с эксцентричной массой на валу. При работе такого двигателя возникают вибрации, уменьшающие моменты трения покоя до момента трения движения. Этой же цели служат устанавливаемые на относительно легких приспособлениях различные реле, которые при питании переменным током создают вибрацию (зуммеризацию) приспособлений.
Еще большую точность статического уравновешивания можно обеспечить на установках, использующих эффект Жуковского, заключающийся в следующем. Для того чтобы какое-то тело могло перемещаться по плоско-
сти S (рис. 32.5) с небольшой скоростью Vр под действием силы Р, преодолевая значительно большую силу трения Fт, телу от внешнего источника энергии сообщается возвратно-поступательное движение со скоростью Vв-п, направленное перпендикулярно силе Р и скорости Vр. Если скорость Vв-п значительно больше Vp, то их сумма VΣ незначительно отличается по величине и направлению от скорости Vв-п. Сила трения Fт оказывается направленной
против суммарного вектора VΣ скоростей. Составляющая Fр силы трения Fт, направленная против силы Р, может быть доведена до получения неравенства
Fp < Р за счет увеличения скорости Vв-п от внешнего источника энергии.
Рис. 32.5. К объяснению эффекта Жуковского
355
32.3.Сборка оптических деталей с механическими
32.3.1.Особенности сборки оптических деталей
смеханическими
При сборке в момент закрепления оптических деталей в оправы необходимо, по возможности, исключать загрязнение оптических поверхностей инструментом и руками. После соединения оптических деталей с механическими проводят чистку оптики.
По окончании сборки и юстировки положение оптических деталей должно оставаться постоянным, что обеспечивается выбором соответствующего типа крепления, а также фиксацией крепежных деталей стопорными винтами и штифтами.
При креплении оптических деталей недопустима их деформация, наличие которой вызывает внутренние напряжения в стекле, ухудшающие качество изображения оптических приборов. Чтобы исключить данную деформацию деталей, можно устанавливать их, например, на три точки (площадки), укрепив прижимными планками и винтами. При таком креплении легче обеспечить плоскость базовых поверхностей трех площадок оправы, чем всей поверхности ее соприкосновения с оптической деталью. Метод крепления и базирования на три точки часто применяется при сборке узлов с точными зеркалами.
Входе сборки оптических приборов, как правило, возникает необходимость в дополнительной юстировке их отдельных элементов. Поэтому
вконструкции приборов необходимо предусматривать юстировочные устройства для плавного регулирования положения оптических деталей в узле
иприборе в целом.
32.3.2.Виды крепления оптических деталей
Взависимости от назначения оптических деталей и узлов в приборах оптические детали закрепляют в механические завальцовкой, с помощью резьбовых и пружинящих проволочных колец, жестких и пружинящих планок, а также клеем и герметиком.
Завальцовка применяется для жесткого неразборного соединения круглых оптических деталей с оправами. Она является простым, надежным
иэкономичным способом соединения механических деталей с оптическими (линзами, сетками). При завальцовке край металлической оправы должен соприкасаться с фаской оптической детали, а не с ее полированной поверхностью и плотно охватывать деталь по всей окружности. Подготовка оправы под завальцовку заключается в проточке ее наружного края, снятии фаски и зачистке наждачной и крокусной бумагами (рис. 32.6).
356
Рис. 32.6. Подготовка оправ под завальцовку
Завальцовку оптических деталей проводят на токарно-арматурных станках вручную при помощи специальных роликов.
При подготовке к завальцовке оправы отделка ее наружной кромки нарушается, и она становится блестящей. Во избежание появления отражений и бликов от блестящей поверхности кромки оправки ее покрывают фосочной эмалью.
Процесс завальцовки должен обеспечивать прочное крепление линз в оправе, не вызывая натяжения и деформации оптических деталей, ухудшающих качество изображения. Поэтому все завальцованные в оправы линзы проверяют на качество изображения.
Крепление оптических деталей резьбовым кольцом применяют для разборных соединений. Оптическую деталь укрепляют в оправе резьбовым кольцом, которое стопорят стопорным винтом.
При температурных перепадах вследствие разности коэффициентов линейного расширения материалов оправ и стекла возникают дополнительные деформации, способствующие образованию внутренних напряжений в стекле. Поэтому для таких условий применяют крепление с компенсационными упругими кольцами. Эти кольца устанавливают между резьбовым (зажимным) кольцом и линзой, что обеспечивает равномерный прижим оптических деталей.
Технологический процесс крепления оптических деталей с компенсационным кольцом ведется в следующей последовательности:
1.Линзу устанавливают в посадочное отверстие оправы и в случае необходимости используют водонепроницаемую замазку.
2.Промежуточное кольцо и линзу помещают в оправу, выдерживая воздушный промежуток между оптическими деталями за счет толщины промежуточного кольца.
3.Устанавливают компенсационное кольцо, ввинчивают резьбовое кольцо и стопорят его винтом.
В процессе сборки подобных узлов тщательно чистят оптические детали, соблюдая аккуратность при установке линз и креплении их резьбовым кольцом, чтобы не вызывать деформации и загрязнения оптики.
357
Существует крепление оптической детали пружинящим проволочным кольцом, которое можно применять в случае неответственных оптических деталей, например, защитных стекол и светофильтров. В процессе такого крепления оптическую деталь помещают в посадочное отверстие оправы и сжатое разрезанное пружинящее кольцо вводят в канавку оправы таким образом, чтобы при его разжиме в канавке торцом кольца обеспечивался плотный прижим оптической детали. При этом кольцо должно утопать в канавке на половину диаметра проволоки, из которой изготовлено кольцо.
Крепление оптических деталей клеем нашло применение для неразборных соединений в тех случаях, когда другими способами невозможно закрепить детали из-за их малых размеров или чувствительности оптической детали к деформациям при механическом креплении.
Хорошее качество склейки оптических деталей с механическими обеспечивает эпоксидный клей ОК-50 и полиуретановый клей ПУ-2. Меньшее напряжение, чем указанные клеи, обеспечивает крепление герметиком. Это соединение вследствие упругости герметика выдерживает резкие колебания температуры и значительные механические воздействия.
Технологический процесс склейки оптических деталей с механическими включает следующие операции:
установку оптической детали в посадочное отверстие оправы; нанесение нужного слоя клея на цилиндрическую поверхность и меж-
ду фасками сопрягаемых деталей; выдержку сборки при определенной температуре для отвердевания
клеевого шва.
При чистке поверхностей оптических деталей, закрепленных клеем, следят за тем, чтобы во избежание расклейки шва растворители не оставались на клеевом соединении долгое время.
32.4.Сборка и юстировка объективов
32.4.1.Типы конструкций объективов и общие требования к их сборке
Различают следующие основные типы конструкций объективов:
1.Объективы «насыпной» конструкции, в которых линзы в оправах центрируют с максимально возможной точностью относительно посадочных поверхностей оправы (центрирование по точкам автоколлимации) и затем с минимально возможным зазором устанавливают в общий корпус объектива без дополнительной юстировки.
2.Объективы со свинчивающимися оправами, сопрягаемые диаметры линз и оправ которых изготавливают по калибрам и соединяют между собой с минимально допустимыми зазорами. Оправы с линзами соединяют
скорпусом объектива резьбой без дополнительной юстировки.
3.Объективы единичных и мелкосерийных приборов, детали которых подгоняют в процессе сборки, сопровождаемой юстировкой.
358
Процесс сборки объектива можно разделить на два этапа: предварительную и окончательную сборку.
Предварительная сборка включает в себя:
подготовку механических деталей (промывку и чистку деталей); сборку механических узлов объектива (ирисовой диафрагмы, фокуси-
ровочной оправы объектива); установку и крепление линз в оправах и сборку оправ с линзами в кор-
пусе объектива, при которой обеспечивают необходимую величину межлинзовых воздушных промежутков.
Окончательная сборка включает в себя: чистку линз в оправах;
сборку оправ с линзами в корпусе объектива и центрирование объектива;
сборку механизмов, располагающихся на корпусе объектива; выполнение рабочего расстояния объектива; окончательную чистку внешних оптических деталей объектива; контроль параметров объектива.
32.4.2. Сборка объективов зрительных труб
Объективы малых и средних диаметров, как правило, склеивают, а объективы большого диаметра собирают с воздушными промежутками между линзами. Склейку объективов обычно выполняют в оптическом, а сборку объективов с воздушными промежутками – в сборочном цехе. Наличие клиновидности воздушного промежутка между несклеиваемыми линзами в процессе сборки объектива вызывает кому на оси. Для контроля этой клиновидности удобно применить метод Д. Д. Максутова (рис. 32.7).
Рис. 32.7. Схема установки Д. Д. Максутова
359