3. Принцип силового замыкания соединений

Силовое замыкание соединений следует осуществлять так, чтобы линия действия замыкающей силы проходила через зону (площадку) контакта сопрягаемых поверхностей. Тогда сила и возникающая реакция не образуют изгибающего момента, действующего на присоединяемую и базовые детали.

Примерами выполнения этого принципа могут служить рассмотренное крепление зеркала (см. рис. 2.20, б), а также известный способ крепления тонкой линзы, опирающейся на три выступа оправы с помощью резьбового и упругого кольца, имеющего три выступа, которые расположены против выступов оправы (рис. 2.22), посредством направляющей шпонки (винта) 1.

Когда соединение передает усилие (кронштейны, зубчатые и фрикционные пары, муфты и т.п.) или требуется распределение сил (разгрузка зеркал, опор вращения и т.п.), следует руководствоваться принципами передачи сил (прямого и короткого пути, согласованных деформаций, компенсации силы, определенного распределения сил), изложенными в работе [3].

Например, на рис. 2.23 а,б,впоказаны схемы минимизации деформации детали 1 под действием силыF(например, массы) при установке ее на несколько точек опоры[3]. На рис. 2.24 изображена конструкция разгрузки зеркала телескопа, позволяющая минимизировать деформации зеркала, благодаря равномерному распределению его массы на 18 опор.

Рис.2.22. Пример крепления тонкой линзы по трем выступам упругого кольца

Рис.2.23. Схема силового замыкания

4. Принцип ограничения смещений в соединении деталей

Согласно этому принципу поверхности, ограничивающие смещение присоединяемой детали относительно базовой, следует располагать перпендикулярно к направлению ограничиваемого смещения. В этом случае более точно обеспечивается расположение рабочих элементов соединения относительно базовых, более благоприятным будет силовой режим в соединении (связанный с деформациями деталей, их износом), технологичней будут детали.

На рис. 2.24 а,бизображены два варианта ограничения смещения штока 1 вдоль осиYдеталью 2. В первом варианте поверхность детали 2, ограничивающая смещение штока, расположена перпендикулярно к осиY, а во втором – под углом -α к осиY.

В результате для первого варианта погрешность расположения штока вдоль оси Yиз-за погрешности(например, шероховатости) детали 2 будет равна самой погрешности:; а во втором варианте она будет больше:. РеакцияRсо стороны детали 2 на замыкающую силу Θ в первом варианте равна (без учета сил трения) самой силе:; а во втором варианте она больше и равна(т.е. больше будет износ деталей). Кроме этого, появляется составляющая сила, которая может привести к изгибу и повороту (относительно оси Х) штока в зазоре направляющих.

Рис. 2.24. Схемы к расчету влияния расположения базирующей поверхности

При изготовлении, в первом варианте, необходимо обеспечить параметр l, в то время как во втором случае обеспечиваются параметрыи.

Таким образом, на этом элементарном примере можно убедиться в том, что выполнение принципа ограничения смещения деталей в соединениях позволяет повысить точность, надежность и технологичность конструкции.

Рис. 2.25. Погрешность при разных типах направляющих

Следовательно, цилиндрические направляющие вращательного движения предпочтительней конических (см. рис. 2.21); направляющие поступательного движения Т-образного типа лучше направляющих типа “ласточкин хвост” (рис. 2.25, а,б). Точность кулачкового механизма 1 с меньшим углом давления () будет выше, чем у механизма 2 с большим углом давления () (рис.2.26); погрешность передачи движения винтовым механизмом с остроугольной резьбой больше, чем при трапециевидной резьбе и ленточной (рис. 2.27,а,б,в), либо, когда винт выполнен с трапециевидной резьбой, а гайка с прямоугольной (ленточной) (рис. 2.27, г).

Рис. 2.26. Влияние угла кулачкового механизма на точность

Рис. 2.27. Влияние типа резьбы на точность соединения

На рис. 2.29, аизображена часть конструкции объектива, воздушный промежутокdмежду линзами которого выдерживается с помощью промежуточного кольца размеромl. Из-за нарушения принципа ограничения смещений на погрешность воздушного промежутка () будет влиять не только погрешность размераlкольца (), но и погрешность диаметров кольца ØD₁и ØD₂.

Рис. 2.28. Нарушение принципа ограничения смещения

Например,

,

где - радиусы сферических поверхностей линз.

Кроме этого, данное соединение может быть критично к изменениям температуры при различных коэффициентах линейного расширения материалов линз и кольца, приводящих к разности изменений соответствующих диаметров кольца и линз, обуславливающих появление деформаций и децентрировок оптических компонентов.

Устранение указанных недостатков достигается в некоторых конструкциях путем выполнения линз с так называемым П-образным буртиком (рис. 2.28, б), что позволяет выполнить принцип ограничения смещений.

Нарушение рассматриваемого принципа приводит, например, к тому, что при фиксации положения подвижной каретки 1, несущей проекционную систему универсального измерительного микроскопа УИМ-23, винтом 2 происходит значительное ее смещение вдоль оси Х (рис. 2.29). Более правильно для направляющих типа “ласточкин хвост” осуществлять фиксацию в направлении оси Y, для которого принцип ограничения смещений выполняется.

Рис. 2.29. Неверная фиксация направляющих типа «ласточкин хвост»

Рис. 2.30. Влияние длины базы опор на точность расположения зеркала