/
Автор: Кругер М.Я. Кулижнов Б.М.
Теги: физика оптика конструирование приборостроение оптические приборы
Год: 1948
Текст
лМ.Я. Кругер ц Я.М.Кулюрнов
г
КОНСТРУИРОВАНИЕ
оптико*
МЕХАНИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ
« F
М. я. КРУГЕР и Б. М. КУЛИЖНОВ
КОНСТРУИРОВАНИЕ
ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ
МТМ СССР
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1948 ЛЕНИНГРАД
Scan AAW
В книге излагаются общие сведения о конструкциях оптиче¬
ских приборов и принципы их конструирования, даются сведения
о материалах, применяемых в оптико-механическрм приборострое¬
нии, и рассматриваются методы расчета и конструирования
основных деталей и механизмов, применяемых в оптических при¬
борах.
Книга рассчитана на работников конструкторских бюро оптико¬
механических и приборостроительных заводов, а также на студен¬
тов приборостроительных техникумов и втузов.
Книга одобрена рецензентами:
канд. техн, наук Г. Я. Гриневич и инж. В. Э. Пиккель
Редактор канд. техн, наук В. С. ПОЛЯКОВ
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА
Редакция литературы по МАШИНОСТРОЕНИЮ
Главный редактор инж. Ф. И. ФЕТИСОВ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предусмотренный планом восстановления и развития народного хозяйства СССР
дальнейший технический прогресс во всех отраслях народного хозяйства СССР
на основе новейших достижений науки требует создания и освоения большого
числа новейших приборов, в том числе оптико-механических. Между тем, имею¬
щаяся литература по вопросам расчета и конструирования оптико-механических
приборов весьма малочисленна и не удовлетворяет все возрастающую потребность
в ней. Предлагаемая вниманию читателей книга, содержащая основы расчета и
конструирования деталей и механизмов оптических приборов, имеет целью воспол¬
нить в некоторой мере этот недостаток.
В первых трех главах книги изложены общие сведения о конструкциях опти¬
ческих приборов и требования к ним, вопросы точности работы приборов и спо¬
собы ее повышения и дан ряд практических советов и указаний конструктору.
Остальные главы посвящены рассмотрению основных материалов, применяемых
в оптико-механическом приборостроении, и изложению методов расчета и конструи¬
рования основных деталей и механизмов оптических приборов.
Авторы по возможности использовали (в рамках ограниченного объема книги)
материалы по оптическому приборостроению, накопившиеся со времени первого
издания данной книги. Объем книги не позволил поместить материалы по конструк¬
циям фотозатворов и уровней.
Имея в виду наличие обширной литературы по расчетам оптических систем,
авторы не рассматривают этих расчетов, ограничиваясь указаниями и данными, не¬
обходимыми при конструировании деталей и механизмов приборов. Основные све¬
дения по геометрической оптике, курсы деталей машин и теории механизмов и
машин предполагаются известными читателю.
Авторы надеются, что книга будет полезна работникам конструкторских бюро
заводов, студентам техникумов и институтов оптико-механической и приборострои¬
тельной промышленности.
Главы I—IV (кроме раздела „Стекло") и главы VIII—XVI написаны М. Я. Кру-
гером, главы V—VII и раздел „Стекло" написаны Б. М. Кулижновым.
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ
ПРИБОРАХ
1. Общие сведения
Оптическими, или оптико-механическими, приборами называют приборы, дей¬
ствие которых основано на использовании света, или, в более общем виде, — на
использовании лучистой энергии, ограниченной некоторым участком спектра.
Оптико-механические приборы разделяются на две главные группы:
1) приборы для визуального наблюдения, т. е. работающие совместно с гла¬
зом. Оптическое действие этих приборов ограничено видимым участком спектра;
2) все остальные оптические приборы, действие которых основано на фотохи¬
мических (фотоаппаратура) и фотоэлектрических (люминисцентные приборы, осве¬
тительные приборы, электронные микроскопы и т. п.) действиях лучистой энергии.
По свойствам оптической системы .и назначению приборы первой группы
можно разбить на две подгруппы: а) приборы для наблюдения близко располо¬
женных мелких объектов; к этой группе относятся лупы и микроскопы всех
видов, различные лабораторные и контрольно-измерительные приборы и т. п.;
б) приборы для рассматривания удаленных предметов (телескопические приборы);
к этой группе относятся все виды зрительных труб, бинокли, стереотрубы, различ¬
ные прицельные приборы, дальномеры, геодезические приборы, перископй и т. п.
К приборам второй группы относятся: а) фотоаппараты; б) киноаппараты;
в) осветительные приборы; г) оптический телефон; д) электронно-оптические при¬
боры; е) микроскопы для ультрафиолетовых лучей и др.
Сложные оптические приборы могут часто представлять комплекс различных
приборов из перечисленных групп.
Оптико-механический прибор представляет собой систему оптических деталей,
механически связанных между собой. Эта оптическая система может обслужи¬
ваться или управляться с помощью различных механизмов, в подавляющем боль¬
шинстве случаев являющихся точными измерительными (отсчетными) механизмами.
Таким образом^ можно определить оптико-механический прибор как комплекс
оптическая система — точные механизмы. Количество деталей точных механизмов
в сложном приборе, как правило, является большим, чем количество оптических
деталей. Качество и точность прибора определяются как его оптическими свой¬
ствами, так и качеством его механизмов, в особенности отсчетных механизмов.
2. Технические требования, предъявляемые
к оптико-механическим приборам, и условия их эксплоатации
По основным характеристикам оптико-механические приборы можно также
разделить на приборы наблюдательные и приборы измерительные и прицельные.
К приборам наблюдательным в основном предъявляются требования, касающиеся
свойств и качества их оптической системы, приборы же измерительные и прицель-
4
ные, кроме того, должны удовлетворять особым требованиям к качеству и точности
их механизмов, являющихся иногда душой прибора. По внешним условиям эксплоа-
тации оптико-механические приборы делятся на две основные группы.
1) Приборы, эксплоатируемые на открытом воздухе, в морской воде, при
различных атмосферных, а также механических воздействиях (тряска, толчки и т. п.).
К этой группе относятся все военные приборы, в том числе и полевые геодезиче¬
ские приборы, также подвергающиеся атмосферным воздействиям и тряске (при
перевозках).
2) Приборы, эксплоатируемые в закрытых пбмещениях при постоянной темпе¬
ратуре и не подвергающиеся механическим воздействиям. К этой группе прибо¬
ров относятся все лабораторные, цеховые, учебные и т. п. приборы.
Конструкции оптических приборов должны удовлетворять в каждом случае
строго обоснованным и всесторонне проработанным техническим требованиям.
Последние можно разделить на следующие основные группы: 1) назначение
данного прибора и задачи, для решения которых он предназначается; 2) условия
эксплоатации прибора; 3) требования к оптическим характеристикам прибора.
Так, например, к оптическим характеристикам наблюдательных и прицельных
труб относятся: а) увеличение; б) поле зрения; в) диаметр и удаление выходного
зрачка; г) общие габариты оптической системы.
Кроме этих требований, могут быть еще указаны: углы визирования (в случае наличия
такого устройства), пределы диоптрийной установки окуляра и др.
В технических требованиях обычно содержатся также допуски на указанные
характеристики и требования к качеству данной оптической системы, — разре¬
шающая способность, качество изображения, допустимый параллакс, непараллель¬
ность осей, наклон изображения и т. п.;
4) необходимая точность работы прибора в целом и отдельных его частей;
5) требования к механическим качествам прибора, касающиеся прочности,
срока службы и устойчивости к внешним воздействиям, как, например, герметич¬
ность, водонепроницаемость, стойкость против коррозии, нерасстраиваемость под
влиянием различных температур, устойчивость в отношении толчков, тряски, ви¬
браций и т. п.;
6) требования к габаритам и весу прибора.
Требования, изложенные в пп. 5 и 6, относятся почти исключительно к при¬
борам военного назначения. Условия эксплоатации последних предъявляют весьма
жесткие требования к качествам оптико-механических приборов. Во время эксплоа¬
тации приборы работают при весьма резких изменениях температуры окружающей
среды. Так, авиационные приборы должны работать в пределах температур
— 60° j- 50° С, не давая при этом заметных расстройств и не вызывая затруднений
в работе. Винтовочные, пулеметные, орудийные и минометные прицелы должны
безотказно работать в условиях жесточайших толчков, вибраций и тряски, испы¬
тываемых ими при стрельбе и при перевозках. Должна быть обеспечена надежная
герметичность приборов, так как эксплоатации их производится на открытом
воздухе и при любых метеорологических условиях. Пыль и влага, проникшие
даже в незначительных количествах на оптические детали прибора, выведут их из
строя.
Смазка, применяемая в приборах, эксплоатируемых на открытом воздухе, не
должна размягчаться и вытекать из соединений при высших температурах эксплоа¬
тации и не должна загустевать при наиболее низких температурах.
Габариты и в особенности веса военных приборов должны быть возможно
меньшими, что вызывает применение легких сплавов.
Следует иметь в виду, что выполнение этих требований часто вызывает за¬
труднения при обеспечении надлежащей точности прибора, потому что уменьшение
размеров и веса деталей снижает их жесткость, заставляет выбирать меньшие
масштабы отсчетных механизмов и т. п.
Условия эксплоатации военных приборов вызывают необходимость применения
антикоррозийных сплавов (бронза, морская латунь, нержавеющая сталь) или на¬
дежных поверхностных покрытий.
Отделка оптических приборов, в особенности гражданских, требует от кон¬
структора большой тщательности, опыта и вкуса.
5
Для авиационных, морских и геодезических приборов частым требованием
является требование диамагнитности, т. е. отсутствия в приборе железа, стали и
чугуна.
Общими требованиями ко всем оптико-механическим приборам являются:
а) надлежащее качество оптической системы прибора; б) необходимая точность
работы отсчетных механизмов; в) простота конструкции и надежность работы
прибора при всех условиях эксплоатации; г) технологичность деталей и процесса
сборки и выверки прибора (экономичность прибора).
С целью упрощения конструкции, а также процесса изготовления и сборки
иногда бывает выгодным допустить некоторые принципиальные отступления
(ошибки) в схеме прибора, так как выигрыш в уменьшении производственных оши¬
бок механизмов, простоте и надежности конструкции, а также в удешевлении стои¬
мости прибора может с лихвой покрыть указанные допущения.
3. Влияние технологии сборки и выверки на конструкцию
Важным моментом, определяющим в известной степени конструкцию оптико¬
механического прибора, является процесс его сборки и выверки.
При разработке конструкции конструктор должен предусмотреть и тщательно
продумать процесс сборки и выверки прибора. Дело в том, что расстояния, опре¬
деляющие положение деталей оптической системы в приборе, задаваемые при рас¬
четах оптических систем, практически колеблются в значительных пределах бла¬
годаря допускам на изготовление как самих оптических деталей1, так и соеди¬
няющих их механических деталей.
По техническим условиям на изготовление наблюдательных и прицельных при¬
боров допуск на фокусное расстояние объективов установлен ± 2°/0. Такого же
порядка будет отклонение в величине последнего отрезка. Поэтому при сборке
прибора, имеющего в фокальной плоскости объектива сетку, становится необхо¬
димым перемещать либо объектив^ либо сетку для устранения параллакса, т. е.
сетка должна быть установлена в той плоскости, где фактически находится главная
фокальная плоскость данного объектива.
Возможность такого перемещения должна быть обеспечена конструкцией при¬
бора. Так, в конструкции полевого призменного бинокля (рис. 1) сетка 1 закре¬
плена в разрезной оправке 2, могущей перемещаться вдоль оптической оси с до¬
статочным для надежности от сбивания трением.
В конструкции оптического винтовочного прицела (рис. 2) в связи с тем, что
прицельная сетка 5, представляющая собой рамку с волосками из проволоки, за¬
креплена в винтовом механизме (с помощью которого вводятся углы прицеливания
и углы боковых поправок), который затруднительно перемещать, приходится пре¬
дусмотреть подрезку торца трубки прицела при сборке. Для обеспечения требуе¬
мой .диоптрийной установки окуляра оправа оборачивающих линз 4 может пе¬
ремещаться по резьбе вдоль трубы.
В конструкции нивеллира (рис. 3) предусмотрена возможность приведения
изображения в плоскость сетки путем перемещения дополнительной линзы А. 1 2
В бинокулярных приборах (бинокли, стереотрубы, дальномеры) предусматри¬
ваются специальные приспособления для радиального перемещения объективов или
качания призм при юстировке. К таким приспособлениям относятся эксцентриковые
оправы объективов, клиновидные кольца-подкладки (для юстировки призм) ша¬
ровые оправы для призм. Для призмы Дове, служащей компенсатором поворота
изображения в панорамических приборах, применяются оправы, позволяющие регу¬
лировать положение гипотенузы призмы относительно оси ее вращения (рис. 89).
Вследствие погрешностей изготовления оптических частей и механизмов прибора,
отсчетные шкалы должны иметь возможность регулировки нулевого положения
(гл. XV).
1 Например, отклонения в фокусных расстояниях и положениях фокусов линз объек¬
тивов, окуляров, оборачивающих систем, происходящие от допускаемых отклонений в
радиусах линз, константах преломления стекла, толщинах линз.
2 Интересным в данной конструкции является также оптическое приспособление для
прочитывания показаний уровня (детали 7, 2, 3, 4).
Рис. 3. Разрез трубы нивеллира:
/ — труба, 2 — объектив, 3 — окуляр, 4 — оборачивающие линзы и 5 — прицельное перекрестие.
ГЛАВА JI
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИБОРОВ
4. Общие соображения
После получения технического задания на проектирование нового прибора
конструктору приходится решать следующие задачи: если прибор должен явиться
чем-либо совершенно новым и в то же время достаточно сложным как по опти¬
ческой схеме, так и по механическому оформлению, то конструктор должен, на¬
метив оптическую схему прибора, принципиально удовлетворяющую техническим
требованиям, параллельно и в связи с ней наметить также принципиальную кине¬
матическую схему механизмов прибора.
В сложных конструкциях часто получаются большие трудности в увязке опти¬
ческой и механической частей прибора. Здесь следует иметь в виду, что при раз¬
работке такой принципиальной схемы прибора конструктор уже обычно бывает
сильно стеснен определенными требованиями в отношении габарита, веса, точ¬
ности, удобства обращения с прибором и т. п.
Нередко задача нахождения принципиальной схемы прибора, удовлетворяю¬
щей поставленным условиям, бывает настолько сложной, что лишь после продол¬
жительных изысканий, связанных с постановкой различных экспериментальных
исследований, удается найти решение, в достаточной степени удовлетворяющее всем
условиям технического задания.
Значительно проще задача решается, если прибор должен представлять собой
модернизацию (улучшенную переработку) существующих приборов.
Во всех случаях, если проектируемый прибор предназначается для работы
совместно с каким-либо другим объектом, конструктор должен быть обеспечен
всеми необходимыми материалами и чертежами того объекта, совместно с которым
должен работать проектируемый им прибор. Еще лучше, если конструктор может
непосредственно подробно ознакомиться с указанным объектом.
При проектировании конструктор должен стремиться к возможно более ши¬
рокому применению в своем приборе отдельных узлов и механизмов, вполне оправ¬
давших себя в других приборах. Это отнюдь не значит, разумеется, что сле¬
дует заниматься слепым копированием. При разработке конструкций конструктор
должен стремиться применять нормализованные детали.
Знание технологии изготовления всех без исключения деталей проектируемого
Прибора, как и знание технологии сборки и выверки прибора абсолютно необхо¬
димы конструктору. Без этих знаний конструкция, кажущаяся в чертежах вполне
удовлетворительной, может оказаться в процессе производства либо вовсе негод¬
ной, либо экономически невыгодной вследствие большой сложности и дороговизны
изготовления. Кроме того, следует иметь в виду, что точность прибора, нечув¬
ствительность к температурным влияниям и т. п. зависят не только от правильной
конструкции, но и от правильного технологического процесса изготовления и
сборки. Конструктор должен обязательно участвовать в изготовлении опытного
образца или первой партии приборов, наблюдая за изготовлением деталей и ру¬
ководя .сборкой, выверкой и испытаниями прибора.
5. Последовательность проектирования
Каждая конструкция в процессе проектирования проходит через следующие стадии.
1. Подбор и ознакомление с материалами; наметка необходимых эксперименталь¬
ных работ и их проведение; определение возможности использования (частичного
или полного) существующих конструкций.
2. Разработка принципиальной схемы прибора, расчет всех элементов прибора,
в том числе и его оптической системы, расчет ожидаемой точности (расчет оши¬
бок) и разработка эскизного и технического проектов.
3. Разработка детальных чертежей.
4. Составление контрольно-сборочных чертежей.
5. Составление описания прибора и технических условий на его изготовление»
6. Проверка чертежной инспекцией.
8
7. Изготовление опытного образца прибора под наблюдением конструктора.
8. Испытание опытного образца.
9. Доработка конструкции (если потребуется в результате испытания) и вне¬
сение в чертежи всех необходимых исправлений, выявившихся в процессе изгото¬
вления и испытания опытного образца.
Эскизный проект обычно снабжается кратким описанием, в котором, наряду
с расчетами прибора и описанием конструкции, должны находиться расчет ошибок
прибора и схема оптики прибора со всеми данными. /
Следует отметить, что в практике конструкторских бюро оптический расчет
проходит две стадии.
Предварительный, или, как его называют, габаритный, расчет определяет
основные данные оптической системы: увеличение поля зрения, диаметр и удале¬
ние выходного зрачка, углы визирования, габаритные размеры призм и общий
габарит всей Оптической системы. Получив такой габаритный расчет от оптико¬
вычислительного бюро, конструктор приступает к разработке чернового эскизного
проекта. Если данные оптической системы оказываются вполне подходящими, что-
выявляется в процессе конструирования, то оптико-вычислительному бюро дается
заказ на окончательный расчет данной оптической системы.
Окончательный расчет оптической системы заключает в себе определение
радиусов, толщин линз, расстояний между ними, выбор сортов стекла и т. п. При
окончательном расчете производится также коррекция системы. Этот расчет должен
быть снабжен графиками остаточных аберраций и допусками на размеры, точность
и качество поверхностей и т. п.
Допуски на оптическое стекло (категории по константам, однородности, пу¬
зырям и т. п.) должны быть также указаны в расчете. Может случиться и так,
что в процессе проектирования выяснится, что данная оптическая система оказы¬
вается неудовлетворительной. Тогда приходится отыскивать новое решение. Снова
производится габаритный расчет и т. д.
Получив окончательный расчет, конструктор уточняет все расчеты и присту¬
пает к разработке технического проекта, который после его рассмотрения и
утверждения передается для разработки детальных (рабочих) чертежей.
На каждом чертеже деталей необходимо указывать: обработку поверхностей,
допуски, материал, вес, отделку поверхности. Кроме того, в различных случаях
на детальном чертеже могут быть различные пояснительные надписи, например:
термическая обработка, пригонка, способ изготовления, размеры заготовки, допол¬
нительные требования к точности и т. п.
Разрезов и проекций на детальном чертеже должно быть столько, сколько
необходимо для полного представления о данной детали. Масштаб чертежа должен
быть взят таким, чтобы при простановке всех размерных линий, размеров,
обработки и т. п. конфигурация детали оставалась ясно видимой. Вообще говоря,
следует не стесняться масштабом при вычерчивании детальных чертежей. При
простановке размеров на детальном чертеже всегда нужно считаться с порядком
обработки.
Основным вопросом является назначение правильных базовых поверхностей,
определяющих в конечном счете всю простановку размеров на проектируемой детали.
Выбор баз зависит от метода изготовления детали и ее дальнейшей сборки и
существенным образом связан с точностью получаемых размеров.
Для уяснения понятия о базах в точном приборостроении рассмотрим вопрос
о базах подробно.
Под термином „база"1 подразумевается совокупность поверхностей, ли¬
ний или точек, по отношению к которым ориентируются поверхности, сопряжен¬
ные в изделии с другими деталями механизма, или поверхности детали, обрабаты¬
ваемые при данной операции ее изготовления.
Базирующей поверхностью детали называется поверхность, ориентирующая,
деталь относительно других деталей в механизме или при ее обработке.
1 Определения баз с некоторыми уточнениями заимствованы нами из статьи
А. А. Маталина „Система баз в точном приборостроении". „Оптико-механическая промыш¬
ленность" № 3—4, 5—6, 1946.
9
Известно, что для полной ориентации тела в пространстве необходимо лишить
его шести степеней свободы: трех поступательных перемещений вдоль осей ко¬
ординат и трех вращений вокруг указанных осей.
Исходя из этого для полной ориентации детали необходимо создать шесть
установочных (опорных) точек.
Для призматических деталей (например имеющих форму параллелепипеда)
принято определять главную базирующую поверхность, на которой распола¬
гаются три опорных точки, направляющую базирующую поверхность, на
которой располагаются две опорных точки, и у п о р н у ю базирующую поверхность
(одна точка) (рис. 4).
Для ориентации цилиндрической детали шесть опорных точек должны распо¬
ложиться так, как указано на рис. 5. В этом случае цилиндрическая поверхность
является одновременно и „главной базирующей поверхностью" и „направляющей
Упорная базирующая поверхность-
йарррпяяющая. вотирующая поверхность
Рис. 4. Схема расположения опор¬
ных точек на базовых поверхностях
параллелепипеда.
базирующей поверхностью" (слу¬
жит для центрировки детали), а
торцевая поверхность детали и по-
Рис. 5. Схема расположения
опорных точек на цилиндре.
верхность шпоночной канавки (служащая для предохранения детали от прово¬
рачивания) являются „упорными поверхностями".
В нашем рассуждении мы не рассматривали силового замыкания, фиксирую¬
щего положение детали на ее базовых поверхностях.
Очевидно, что для силового замыкания достаточно иметь еще три точки при¬
ложения замыкающих сил, направление которых перпендикулярно к базовым по¬
верхностям. Таким образом, для полной фиксации детали необходимо и доста¬
точно Р опорных точек. При отсутствии одной из них деталь получает свободу
перемещения в соответствующем направлении.
Конструкторской базой детали называется совокупность поверхностей, .
линий или точек, относительно которых ориентируются другие детали изделия.
Конструкторские базы определяются при расчете размерных цепей механиз¬
мов. В качестве конструкторских баз часто принимаются не только материальные
поверхности, но и геометрические элементы — осевые линии отверстий и валов,
биссектрисы углов и т. п.
Сборочной базой детали называется совокупность поверхностей, линий
или точек, относительно которых фактически ориентируются другие детали изде¬
лия. Сборочной базой в подавляющем большинстве случаев являются материаль¬
ные поверхности деталей.
Если конструкторская база совпадает со сборочной, то допуски на соответ¬
ствующие размеры могут быть большими при обеспечении той же точности со¬
пряжения деталей.
Иллюстрируем это следующим примером (рис. 6). По техническим усло¬
виям несовпадение осей деталей 4 и 5 не должно превышать некоторой вели¬
чины б.
Если бы конструкторские базы деталей 1 и 2 (оси отверстий в верхней и ниж¬
ней головках) совпадали со сборочными базами (поверхности этих отверстий),
10
то допуск на размеры а и в этих деталей, связывающий конструкторские базы, был
бы установлен по предыдущему как максимально возможный по условиям работы
данного узла и был бы равен, очевидно, +0,56'. Однако в данном случае конструк¬
торские базы деталей 7 и 2 не совпадают со сборочными, и их положение будет
зависеть не только от рассматриваемых размеров а и в, но также и от точности
выполнения материальных сборочных баз, т. е. поверхностей отверстий. Так,
например, если отверстия деталей 7 и 2 вследствие неточности станков или
приспособлений будут расточены не по окружности, а по овалу, то взаимное
расположение конструкторских баз (осей) станет неопределенным и будет произ¬
вольно меняться в пределах Д — а2 = ех +^2, уменьшая точность собранного узла.
Для того чтобы общая точность узла не сократилась и было обеспечено
исходное техническое условие — совпадение осей деталей 4 и 5 в пределах до¬
пуска б,— необходимо максимальный допуск на размер а, равный +0,56', умень¬
шить на величину погрешности выполнения сборочных баз, т. е. на величину
Д = +^2*
В этом случае допуск на размер а детали 1 будет равен
&2 = [ô—(ет + г2)].
В том случае, когда на фактическое положение конструкторской базы будут
влиять также и другие неточности сборочной базы (например, изменение разме¬
ров диаметра), при расчете допусков они должны
быть включены в общую расчетную размерную
цепь.
Для повышения точности механизма и облег¬
чения сборки следует стремиться принимать одни
и те же базы в качестве конструкторских и сбо¬
рочных. Необходимо следовать известному правилу
простановки размеров в чертежах: проставлять
точные размеры по кратчайшим раз¬
мерным цепям механизма и непосред¬
ственно от конструкторских баз детали.
Однако вследствие того, что точность детали в Рис. 6 Схема ошибок в располо-
значительной степени зависит от расположения
жении центров.
поверхностей, служивших базами при изготовле¬
нии детали, фактическая точность размеров будет наивысшей в том случае, если
они проставлены от поверхностей, являющихся установочными базами детали при
ее обработке.
Установочной базой называется совокупность поверхностей (или по¬
верхность), линий или точек, относительно которых ориентируется при изгото¬
влении детали обрабатываемая поверхность.
В свою очередь установочные базы можно разделить на: 1) опорные устано¬
вочные базы; 2) настроечные базы.
Установочная база называется в том случае опорной, когда обрабатывае¬
мая деталь опирается своей установочной базой на соответствующие поверхности
станка или приспособления.
Опорные установочные базы обеспечивают высокую точность обработки де¬
талей на настроенных станках при простой их смене и установке. При этом, при
установке детали на приспособлении предполагается полное совпадение опорной
установочной базы с соответствующей установочной поверхностью приспособле¬
ния. Однако в действительности все же имеет место некоторое несовпадение
базы детали и приспособления, вызываемое различными факторами, к числу кото¬
рых следует отнести:
а) недостаточно хорошее качество Поверхности опорной базы детали как по
макрогеометрии, так и по микрогеометрии;
б) несовершенство прижимного устройства приспособления.
Поэтому в ряде случаев целесообразно применение настроечных баз.
Настроечной базой называется поверхность детали, относительно кото¬
рой ориентируются обрабатываемые поверхности, связанная с ними непосредствен¬
ными размерами и обрабатываемая при одной операции с этими поверхностями.
11
Настроечная база обычно связывается непосредственными размерами с опор¬
ной поверхностью детали.
К методу работы по настроечной базе следует отнести обработку в одну
операцию нескольких поверхностей несколькими резцами или фрезами, устано¬
вленными на точно выверенном расстоянии, или фасонным резцом (фрезой) или,
когда режущий инструмент перемещается от одной обработанной поверхности к
другой с помощью специальных шаблонов или отсчетных устройств станка.
Применение настроечных баз расширяет возможность простановки размеров
на чертежах деталей с обеспечением достаточной точности.
Из всего сказанного о базах следует: при простановке-ответственных разме¬
ров конструктор должен стремиться к тому, чтобы эти размеры связывали между
собой конструкторские базы детали и при этом одна из этих баз могла бы при
изготовлении детали служить в качестве установочной базы.
Это означает, что при разработке рабочего чертежа детали конструктор
должен в основном определить технологию изготовления детали и основные уста¬
новочные базы, а также предусмотреть простановку расчетных размеров от основ¬
ных установочных баз.
Использование других установочных баз при изготовлении детали может быть
допущено только в том случае, если допуски на расчетные размеры, связывающие
конструкторские базы, настолько широки, что при пересчете их на размеры от
вспомогательных установочных баз требуемая точность новых размеров не пре¬
вышает технически и экономически допустимой точности обработки.
Правила рационального нанесения на чертеж размеров могут быть сведены в
следующие пять пунктов:
1) по возможности выносить размеры за контур детали, оставляя внутри
контура те из них, которые не вредят наглядности или не могут быть вынесены
вовсе;
2) не повторять размеров в другой проекции и не проставлять лишних;
3) назначать размеры от базовых линий и поверхностей; не следует давать
размеры цепочкой;
4) размерные линии должны возможно меньше пересекаться между собой и с
контурами детали;
5) цифры размеров должны быть исполнены весьма тщательно и отчетливо и
проставлены так, чтобы основания цифр были книзу или в правую сторону чер¬
тежа, т. е. чтобы чертеж можно было читать, глядя из него прямо или справа.
На рис. 213 дан образец оформления рабочего чертежа детали.
После того как изготовлены все детальные чертежи определенного узла или
механизма, можно приступить к выполнению сборочного контрольного
чертежа. Эта работа должна быть возложена на достаточно опытного и весьма до¬
бросовестного конструктора. Контрольно-сборочный чертеж имеет прежде всего то
значение, что при строго добросовестном исполнении его обязательно должны
обнаружиться почти всегда имеющиеся в детальных чертежах несоответствия (раз¬
ница в размерах или их полное отсутствие, невозможность сборки и т. п.) в такой
же степени, как они должны были бы сказаться при сборке механизма. Проверяется
движение и крайние положения деталей с учетом допусков изготовления. .
Работа по изготовлению сборочного чертежа заключается в последовательном
и точном составлении общего вида как отдельных узлов, так и всего прибора в
необходимом числе проекций, пользуясь детальными чертежами. При этом размеры
должны точно считываться и добросовестно переноситься на .контрольно-сбороч¬
ный чертеж. Ни в коем случае нельзя руководствоваться масштабом вычерченной
детали и переносить его, например, скалыванием на сборочный чертеж. Все разме¬
ры на сборочном чертеже должны откладываться по масштабной линейке. Все вы¬
явившиеся при сборке ошибки в детальных Чертежах отмечаются на них. После окон¬
чания сборочных чертежей детали с помеченными на них ошибками передаются для
исправления деталировщикам. Разбивка сборочных чертежей по узлам должна со¬
ответствовать самому процессу сборки узлов прибора, ть е. каждый узел,* который
может собираться совершенно самостоятельно, должен иметь сборочный чертеж.
Особенно тщательно такая разбивка должна производиться для чертежей уже про¬
веренных конструкций, идущих в массовое или серийное производство.
12
Выносные линии, идущие от номеров к деталям, должны быть параллельны
между собой и итти под углом к осевым линиям. При этом можно делать в конце
указательной линии перелом, если при параллельном к остальным линиям направле¬
нии она не встречает на своем пути нужных деталей. На сборочном чертеже
номера деталей, имеющиеся в узловых чертежах, не указываются, но указывается
номер всего узла. На сборочном чертеже также указываются основные требования
к точности (технические условия) изготовления данного узла (рис. 224) и ведо¬
мость деталей, входящих в данный узел.
Исполненные таким образом сборочные чертежи прибора и детальные чертежи
поступают на проверку конструктору, проектировавшему прибор, а затем к на¬
чальнику конструкторского бюро.
Так как в процессе изготовления чертежей неизбежны ошибки, то в крупных
конструкторских бюро обычно имеется группа инспекции чертежей.
Работа инспектора чертежей заключается в следующем: необходимо поставить
себя в положение того лица, которому придется читать и пользоваться чертежом,
и удостовериться в полной ясности чертежа, т. е: 1) проверить, правильно ли
начерчена каждая деталь, достаточно ли проекций или, наоборот, нет ли лишних;
2) убедиться, что все размеры проставлены в соответствии с технологией изгото¬
вления детали; 3) проверить правильность выбора и простановки допусков;
4) проверить, достаточно ли полно использованы нормальные детали: болты, винты,
штифты, заклепки и т. п.
Инспектором чертежей должен быть достаточно опытный и добросовестный
конструктор с производственным стажем (желательно технолог).
Следует сказать, что при чисто экспериментальных конструкциях могут быть
сделаны отступления от разработанной выше системы. В этом случае проектиро¬
вание и изготовление опытного чертежа производятся по отдельным узлам, при¬
чем конструктор, непосредственно наблюдающий в цехе за изготовлением и сбор¬
кой данного узла, в случае необходимости тут же на ходу изменяет конструкцию,
если то, что было им запроектировано ранее, оказывается неудовлетворительным,
пока не добьется нужных результатов. В таких случаях прохождение всех чер¬
тежей через перечисленные инстанции явилось бы весьма нерентабельным и, кроме
того, вызывало бы большие задержки во времени. Только после того, как опытная
конструкция окончательно собрана и проверена, с нее должны быть сняты чертежи,
которые, пройдя соответствующую проверку, могут быть запущены в произ¬
водство.
Описание прибора должно содержать:
1) технические требования (задание);
2) теоретическую часть—теоретическое обоснование конструкции, подкреплен¬
ное всеми необходимыми расчетами;
3) оптические данные прибора, снабженные графиками остаточных аберраций;
4) подробное описание конструкции;
5) расчет шкал, сеток, кулачков и тому подобных деталей прибора;
6) расчет ожидаемых ошибок прибора (в тех случаях, когда это необходимо);
7) инструкцию обращения с прибором;
8) инструкцию монтажа прибора на объекте.
Технические условия должны дополнять чертежи и содержать все не¬
обходимые требования, которым должен удовлетворять прибор, а также методы
испытания прибора.
ГЛАВА III
ТОЧНОСТЬ ПРИБОРОВ. ДОПУСКИ и посадки
6. Источники ошибок
Одним из первых и безусловно важнейшим этапом проектирования точного
прибора должен быть расчет ожидаемой точности отдельных механизмов и прибора
в целом на основании выбранной кинематической схемы, масштабов прибора,
производственных погрешностей изготовления, а также условий работы при¬
бора.
13
К источникам ошибок оптико-механических приборов следует отнести:
1. Теоретические ошибки прибора, т. е. ошибки, не зависящие от качества
изготовления прибора: а) систематические ошибки, имеющие своим источником
отступления от точного математического решения задачи прибором с целью упро¬
щения конструкции прибора; б) ошибки наводки (ошибки отсчета или совмеще¬
ния); в) ошибки входных данных (например, неточность определения скорости,
курса, цели и дальности до цели в прицелах для стрельбы по движущимся целям
и т. п.).
Последние две ошибки следует отнести к группе случайных ошибок.
2. Инструментальные ошибки: а) ошибки отсчетных механизмов прибора,
являющиеся результатом погрешностей изготовления; б) мертвые хода, вызываемые
зазорами в сочленении деталей, а также упругими деформациями деталей вслед¬
ствие наличия сил трения в движущихся частях; в) несовершенство некоторых
способов передачи движения (например, проскальзывание во фрикционных пере¬
даточных механизмах).
Первые две инструментальные ошибки также следует отнести к группе
случайных ошибок. .
Чем кинематически сложнее прибор, тем относительно выше удельный вес
ошибок отсчетных механизмов прибора в суммарной ошибке всего прибора.
Предварительный расчет ожидаемой точности работы кинематически сложного
прибора является весьма трудной задачей в силу достаточно многочисленных
источников появления ошибок в приборе.
1) при конструировании точных приборов тщательно продумать возможность
упрощения кинематической схемы механизмов;
2) в случае, если при данной теоретической схеме упрощение механизмов не¬
возможно, проанализировать возможность замены теоретически точной, но слож¬
ной схемы приближенной, но более простой схемой с меньшим количеством
звеньев и кинематических пар.
Упрощение механизмов в этом случае может практически дать большую точ¬
ность прибора в целом;
3) по возможности выбирать наибольшие масштабы отсчетных механизмов и
передаточные отношения. Ведомое звено (например, визирная призма) должно иметь
наименьшее число оборотов по отношению к отсчетной шкале;
4) принимать все меры к уменьшению трения в движущихся частях отсчет¬
ных механизмов;
5) стремиться к возможно большей жесткости деталей отсчетных механизмов,
не допуская в то же время излишнего веса подвижных деталей;
6) обеспечить надежное направление и минимальные зазоры в сопряжениях
движущихся частей, а также минимальный износ;
7) предусматривать рациональные регулировочные устройства [например, по¬
движные подшипники у отсчетных зубчатых пар, регулируемые плечи (плечо) у
отсчетных параллелограмов];
8) выбирать наивыгоднейщую зону рабочего хода отсчетных звеньев. Напри¬
мер, в отсчетном параллелограме (рис. 193) угловая точность тем выше, чем
в меньшем диапазоне углов (считая за среднее положение угол 90° между звеньями)
он работает. Ошибки сильно возрастают при углах, меньших 45°;
9) рационально назначать допуски на размеры, влияющие на точность при¬
бора. Допуски на размеры, отклонения в которых вызывают первичные ошибки
существенного значения и которые не могут быть достаточно уменьшены с по¬
мощью регулировочных приспособлений, надо назначать по высокому классу точ¬
ности;
10) вводить пружины для выбирания мертвых ходов (там, где это практически
целесообразно);
11) если механизм предназначен к работе при значительных изменениях тем¬
пературы, то необходимо путем подбора соответствующих материалов, компенса¬
ционных устройств или специальных обогревателей обеспечить сохранение необ¬
ходимой точности работы механизма.
Излагаемые в данной книге принципы конструирования точных механизмов
базируются на перечисленных правилах.
14
7. О выборе метода суммирования погрешностей механизмов
Вопрос о выборе рационального, т. е. теоретически наиболее точного и прак¬
тически наиболее осуществимого метода суммирования погрешностей, является
весьма существенным.
Теория и методы расчета суммарных ошибок точных механизмов изложены
в появившейся за последнее время специальной литературе по этим вопросам х.
Принципиальной основой математически обоснованного в указанных трудах
метода расчета случайных ошибок размерных и кинематических цепей (правиль¬
ность которого подтверждена также опытными данными) является суммирование
в соответствии с правилами теории погрешностей независимых составляющих
Ошибки конечного звена цепи, т. е. отклонений размера замыкающего звена раз¬
мерной цепи или положения ведомого звена кинематической цепи.
Напомним, что размерной цепью называется замкнутая цепь связанных разме¬
ров деталей.
Кинематическая цепь отличается от размерной цепи наличием в ней передаточных
отношений между подвижными звеньями, а также векторным видом самих погреш¬
ностей. Кроме этого, при расчете ошибок кинематических цепей большей частью
необходимо также рассчитывать мертвые хода.
Правила суммирования погрешностей сводятся к следующему:
1) отклонения в размерах деталей в пределах допусков, изготовления подчи¬
няются законам распределения случайных ошибок и должны суммироваться со-,
гласно формулам теории вероятностей;
2) величины, характеризующие центры группирования (наиболее вероятные
ошибки), должны алгебраически суммироваться (суммирование линейных ошибок,
мертвых ходов в зубчатых передачах и кинематических звеньях);
3) величины, характеризующие рассеяние отклонений независимых составляю¬
щих ошибок, суммируются квадратично (квадратный корень из суммы квадратов),
(суммирование векторных ошибок, ошибок зубчатых передач);
4) систематические ошибки алгебраически складываются между собой и с ре¬
зультатом квадратичного суммирования случайных ошибок.
8. Приемы вычисления ошибок кинематических цепей
Для вычисления суммарной ошибки можно применить следующие приемы:
1) вычисление полного диференциала функции1 2;
2) разложение функции в ряд Тейлора3;
3) нахождение суммы приведенных проекций погрешностей4.
Метод вычисления полного диференциала
* Этот метод является наиболее общим. Сущность его сводится к следующему.
Если m,j=f (х, у, т. е.—функция независимых аргументов (напри¬
мер, угол упреждения при стрельбе по движущимся целям есть функция от ско¬
рости и курса цели, дистанции до цели и т. п.), причем вероятные ошибки аргу¬
ментов известны, то вероятное значение функции mf может быть найдено вычис¬
лением полного диференциала указанной функции
dm d^Ldx + dy + dz + ... (i)
J дх 1 ду 1 dz 1 v 7
Заменив диференциалы погрешностями (в данном случае вероятными по¬
грешностями), мы получим погрешность как функцию погрешностей независимых
переменных х, у, Z.
1 См. список использованной литературы.
2 К р у г е р и Кулижнов, Конструирование оптико-механических приборов, ОНТИ,
1937.
3 Предложен проф. С. Т. Цуккерманом.
4 Предложен проф. С. Т. Цуккерманом и акад. Н. Г. Бруевичем.
15
Пользуясь методом наименьших квадратов, представим выражение (1) в виде
»»/=/ (2)
Выражение (2) представляет собой абсолютную вероятную погрешность функ¬
ции в зависимости от абсолютных погрешностей аргументов. В значительной части
случаев необходимо иметь выражение для относительной погрешности функции
в зависимости от относительных погрешностей аргументов; тогда выражение (2)
Примет вид
К этому виду особенно просто приводятся одночленные функции, если их
предварительно логарифмировать, а затем уже диференцировать.
Например:
логарифмируя, получаем
Iga = lgZ>igc — IgD;
диференцируя данное выражение, получаем
da db . de dD. ...
а — Ь “Г ~с -fi-’ W
заменив db, de и dD через их погрешности и пользуясь методом наименьших.ква¬
дратов, получим выражение, аналогичное выражению (3).
Данный метод дает, конечно, возможность решить и обратную задачу, т. е.,
имея заданную техническими условиями точность прибора, определить допустимые
ошибки отдельных элементов прибора.
Метод разложения функции в ряд Тейлора
На основании кинематических связей механизма можно вывести уравнения,
связывающие погрешность какого-либо звена механизма с частной ошибкой ме¬
ханизма, ч вызываемой этой погрешностью.
В таких случаях имеем выражения вида:
/(Л'+8Л,а-[г8а, £,...) = 0;1
. . .) = 0. / W
Если полученные выражения легко решаются относительно 3^, 32<Y. . то
вычисление суммарной ошибки 8АГ= 81Х-|-З^-р ... не представляет затруднений.
Для решения этих уравнений можно применить способ разложения их в ряд
Тейлора, рассматривая как переменную только Х3 т. е. по степени 31А, 32<¥ и т. д.
Раскладывая, получаем
+ -)==Л (*, а4-8а, +
. )+ (Л,а + 8а, Ь,.'. .) +
+ ТЙ а + Ъа’Ь’ •••)+•• =0. (6)
Ограничиваясь двумя первыми членами, т. е. отбрасывая члены высших по¬
рядков малости и решая полученное выражение относительно ЗА, находим
* ѵ Л СМ + U Ы
°іЛ ' (7}
16
Аналогично находим 82А и прочие частные ошибки, сложение которых дает
суммарную ошибку.
При вычислении ошибок механизмов пользование рядом Тейлора в ряде слу¬
чаев значительно упрощает вычисление. При этом отсутствуют ограничения при¬
менимости разложения в ряд Тейлора, так как по смыслу работы механизмов
функции, выражающие кинематическую связь звеньев механизмов, являются непре¬
рывными в пределах действия механизмов.
В качестве примера пользования рядом Тейлора при расчете суммарных оши¬
бок механизмов на стр. 155 приведен расчет ошибок в передаваемом параллело-
грамом угле по причине неравенства коротких сторон параллелограма, а на стр. 150—
расчет ошибок в микрометренном механизме системы Мейера, применяемом в ми¬
кроскопах.
Метод последовательных проекций
Этод метод дает возможность весьма наглядным образом определять суммар¬
ную ошибку механизмов и по существу представляет собой графическое выражен
ние диференциального метода.
В уравнении (1) диференциальные коэфициенты
дт/ dmf
и т. д. выражают влияние каждой из погре¬
шностей dx, dy,... на суммарную ошибку механизма
в соответствии с кинематическими связями — переда¬
точными отношениями между перемещениями деталей
механизма.
Ошибка положения конечного (отсчетного) звена
механизма может быть определена, если найти переме¬
щение всех деталей, связывающих отсчетное звено с де¬
талью, влияние погрешности которой требуется опре¬
делить.
Так же как и при вычислении полного диферен-
циала, последовательно определяя влияние ошибки дан¬
ной детали на положение конечного звена, мы полагаем
все последующие детали в кинематической цепи в дан¬
ный момент не имеющими отклонений в размерах.
Для уяснения изложенного рассмотрим механизм,
Рис. 7. Схема множитель¬
ного механизма „зетового"
типа.
схема которого дана на рис. 7.
Данный механизм носит название множительного
механизма так называемого
„зетового" типа (см. также рис. 189, стр. 154). Этот механизм основан на свой¬
ствах подобных треугольников и решает следующую зависимость:
ь а(А — с)
с
(8)
Погрешность величины b зависит от погрешностей величин а, А и с и свя¬
зана с ними кинематической зависимостью.
Рассмотрим последовательно влияние погрешности каждого звена на величину Ъ.
Из построения ясно, что
(а + Ъа)-(А—с) а(Л — с)
а с с ’
что
л(у4 — с -4~ с) а (у4 — с)
с с + ос- 7
и, наконец, (8)
cl (Л -р оИ — с ) а (Х — с )
А с с
суммарная ошибка
= + (9)
2 М. Я. Кругер и Б. М Кулижнов 2379
17
Таким образом, мы получили суммарную ошибку ту же, как при вычисление
полного диференциала (2).
Определим графическим путем ошибку синусного механизма. Этот механизм,
так же как и множительный, является весьма характерным для точных механизмов.
Наиболее распространенный тип синусного механизма (рис. 8) состоит из
вращающегося рычага 1, палец 2 которого входит в прорезь ползуна 3. Закон
движения ползуна 3 выражается формулой
а — г • sin ср. (10)
Очевидно, что погрешность Ъа в подвижке ползуна зависит от погрешностей
8г — длины плеча г и 8ср в угле ср поворота плеча г.
Проектируя 8г на направление AAt подвижки ползуна, получаем
8ха = ср8 г sin ср.
Погрешность 8<р вызывает
правленную перпендикулярно
перемещение пальца 2 на величину 85 = 8 ср. г, на-
к ОС, Проектируя на направление AAt подвижки,
Рис. 8. Схема ошибок синусного
механизма.
для практического применения и
получим
§2а =,8$ • cos ср — Вер • г • cos ср.
Суммарная величина ошибки в подвижке
будет
Ъа — 8хд 82а = 8r sin ср —Вер • г - cos ср. (11)
Этот результат сходится с результатом
диференцирования.
Следует сказать несколько слов об одном
из наиболее распространенных методов расчета
ошибок размерных и кинематических цепей —
расчете на„максимум и минимум". Сущность
данного метода состоит в том, что производится
арифметическое суммирование всех предельных
отклонений согласно заданным допускам, соста¬
вляющим данную цепочку размеров.
Этот метод расчета, являясь теоретически
неправильным (дает весьма завышенные значе¬
ния ошибок для длинных цепей), весьма прост
вполне может быть рекомендован для расчета
суммарных отклонений размеров цепей, состоящих из небольшого числа соста¬
вляющих размеров, и в тех случаях, когда необходимо проконтролировать цепочку
размеров (но не допусков) с точки зрения отсутствия задеваний при колеба¬
ниях размеров, вопросов прочности (толщин стенок у деталей) и т. п.
Некоторые примеры расчета ошибок механизмов даны дополнительно в главах
XII и XIII.
9. Физиологические погрешности
Почти у всех измерительных оптических приборов наводка и отсчет произ¬
водятся с помощью глаза. Глаз в силу своего строения обладает ограниченной
точностью, пределы которой зависят от условий наблюдения. Весьма важно
иметь ясное представление о величине этих погрешностей для предварительного
расчета точности работы того или иного прибора. При наших рассуждениях мы
будем иметь в виду только нормальный, или, вернее, средний (аметропический), глаз.
Разрешающая способность глаза
Разрешающей способностью глаза называется наименьшее угловое расстоя¬
ние между двумя точками, еще различимыми раздельно. Пределы разрешающей
способности глаза обусловлены структурой сетчатой оболочки глаза, состоящей
из отдельных чувствительных элементов — окончаний зрительного нерва — палочек
и колбочек. Если изображение одного предмета уменьшается в пределах одного
18
элемента сетчатки, глаз воспринимает предмет в виде некоторой точки, не разли¬
чая его формы.
Две светящиеся точки глаз различит раздельно, если изображения их на сет¬
чатой оболочке (рис. 9) будут находиться на разных элементах сетчатки (с), раз¬
деленных по крайней мере одним нераздраженным элементом (е). Гельмгольц уста¬
новил, что среднее предельное угловое расстояние между двумя точками, еще
различимыми раздельно глазом, равно одной угловой минуте, или 0,000291 радиана.
Указанный предел разрешающей способности глаза весьма условен и сильно под¬
вержен колебаниям для различных наблюдателей, условий освещения и окраски
наблюдаемых предметов.
По опытам Гельмгольца, встречаются наблюдатели со средним пределом раз¬
решающей способности от 50 до 90". Известны случаи, когда наблюдатель раз¬
личал на ярком фоне темную линию длиной в несколько угловых минут и угло¬
вой шириной в 2". Светлая линия на темном фоне была видна при угловой ши¬
рине не свыше 3,5".
Таких же высоких значений может достигать, при соответствующих условиях,
способность глаза различать несовпадение двух линий одной ширины. Средняя
ошибка опытных наблюдателей может при этом не превышать 3". В дальноме¬
рах „коинциденс“, основанных на совмещении
двух сдвинутых вдоль прямой линии (линии
раздела) .частей одного изображения, ошибка
совмещения не превышает- 12". В отдельных
случаях точность совмещения еще выше.
Рис. 9. Схема структу¬
ры сетчатой оболочки
глаза.
При точных измерениях большей частью приходится установить тонкую нить
но середине интервала, ограниченного двумя штрихами, т. е. произвести разделе¬
ние интервала пополам путем глазомерной оценки. Абсолютная погрешность при
середине зависит от ширины S подлежащего делению интервала. На расстоянии
нормального зрения (250 мм) величина погрешности /С, согласно наблюдениям
ряда исследователей составляет
S (мм) 12 3 4
К (мм) 0,035 0,050 0,064 0,074
Погрешность получается такого же порядка, как и для предела разрешающей
способности глаза, и возрастает приблизительно пропорционально квадратному
корню из величины интервала.
Следует отметить, что влияние вертикального протяжения оценивается глазом
иначе, чем горизонтального. Это объясняется расположением сетчатой оболочки на жел¬
том пятне (рис. 9). Для оценки пределов погрешности можно, однако, пренебречь
данным обстоятельством. Кроме переменной погрешности, здесь появляется еще и посто¬
янная, имеющая для правого и левого глаза различный алгебраический знак. Кажу¬
щаяся середина интервала получается при наблюдении правым глазом сдвинутой про¬
тив действительной середины направо, при наблюдении левым глазом — налево. Это
явление объясняется также расположением чувствительных элементов на сетчатке.
1 Шульц Г., Физиологические погрешности (приложение к книге Берндта, „Техниче¬
ские линейные измерения", Машметиздат, Л.—М. 1935).
2* 19
Исследования вопроса о величине погрешности при оценке десятых и два¬
дцатых долей интервала дали для средней погрешности оценки следующее значение
(12,
Вид кривой, характеризующей погрешность оценки интервала в зависимости
от его величины и расположения (называемой также „децимальным уравнением
показан на рис. 10.
Если прибор в процессе наблюдения находится в условиях тряски (танковые
и авиационные приборы, морские дальномеры и т. п.), то разрешающая сила
и точность наводки наблюдения и отсчета сильно понижаются, что следует
учитывать при расчетах точности приборов
10. Допуски в оптико-механическом производстве
Правильный выбор допусков для сопряжений деталей в оптико-механических
приборах, вполне отвечающий как техническим требованиям, предъявляемым к при¬
бору (с точки зрения его точности и устойчивости в эксплоатации), так и требо¬
ваниям производственной экономики, является, пожалуй, более сложным, чем в
других областях точного машиностроения. Большая сложность этого вопроса об¬
условливается, высокими требованиями к точности оптико-механических приборов.
Эти требования, в частности, весьма усложняются условиями эксплоатации значи¬
тельного числа приборов при широком диапазоне температурных колебаний, влия¬
ние которых особенно увеличивается при значительных линейных протяжениях или
диаметрах сопрягаемых деталей и при сопряжении деталей из материалов с раз¬
личными коэфициентами линейного расширения, чего зачастую нельзя избежать 1 2,
а также при условиях сильной тряски (вибраций). Принятая система допусков,
как показывает опыт, является несовершенной для оптико-механического про¬
изводства, особенно при больших диаметрах сопряжений, так как зазоры в по¬
движных посадках сильно возрастают с увеличением диаметров, а в оптико¬
механических приборах характерно применение труб (несущих внутри оптические
детали) значительных диаметров, требующих малых зазоров в сопряжениях при
подвижных посадках. Поэтому, а также ввиду трудности получения на трубах
хорошей цилиндричности, применяются посадки или припуски для последующей
пригонки или притирки в сборке.
Особо стоит вопрос о допусках на оптические детали и сопряжения оптиче¬
ских деталей (из стекла) с металлическими деталями. Этот вопрос разобран подробно
ниже.
. Исключительно важны для оптико-механического приборостроения требования
к точности изготовления зубчатых передач в тех случаях, когда эти передачи служат
для отсчетных перемещений. Однако допуски на элементы зубчатых колес с моду¬
лем меньше единицы до сих пор не разработаны в виде стройной системы.
Погрешности зубчатых передач и обоснования выбора допусков, а также дан¬
ные достигнутых точностей изготовления приведены ниже. Перечень посадок, при¬
меняемых в оптико-механическом производстве, дан в табл. 1.
Величина допусков в очень сильной степени влияет на стоимость изделий,
поэтому следует назначать максимально большие допуски, при которых еще воз¬
можно получение желательного соединения без ущерба для его качества. Необхо¬
димым условием выбора посадок служит детальное изучение работы всего меха¬
низма и влияния на эту работу каждой пары сопряженных деталей, поэтому
нельзя назначать допуски для детали, взятой независимо от всего механизма. При
разработке конструкции необходимо представлять себе нужные допуски и техно¬
логический процесс для их выполнения, и если окажется, что этот процесс очень
сложен или трудно осуществим в массовом или серийном производстве, то целе¬
сообразно пересмотреть конструктивное выполнение прибора и его деталей с целью
1 И. Ф. Сакриер и Н. И. Пчельников, Теория приборов управления артилле¬
рийским огнем, Издание Арт. академии им. Дзержинского, 1935.
2 Более подробно учет влияния температурных колебаний на изменение зазора или
натяга сопряжения рассмотрен ниже.
20
Рекомендуемые посадки для сопряжений деталей
Таблица 1
Сопряжения
Жесткие
Неподвижные
Нежесткие
Свободные
С большим зазором
ьэ
1
2 1
3
4
5 !
6
7
1 8
9 I
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Втулки, трибки и т. п. без допол¬
нительного крепления
Точная центрировка или плотная
посадка с дополнительным крепле¬
нием
Точная центрировка без дополни-І
тельного крепления
Грубая центрировка с дополнитель¬
ным креплением
——• 1
Посадка под припой
і
I Кольца промежуточные (в оптике)
1
Точная центрировка с помощью
установочные винтов и т. п.
Посадка круглых линз в оправе
Трубы, входящие одна в другую с
медленным движением
Направляющие медленного враще¬
ния
Направляющие вращения от руки
или от привода до 500 об/мин
Направляющие вращения от при¬
вода свыше 500 об/мин
Направляющие прямолинейно-воз¬
вратного движения
Направляющие медленного уста- '
повившегося движения
Направляющие быстрою вращения
Направляющие прямолинейно-воз¬
вратного движения
Посадка роликов на неподвижной
оси
Детали типа шайб или накидных
іаек
Посадки, концентричные резьбе
Посадки, концентричные точной
центрированной посадке
Пр,
Пр»П±
П,С
П, С
С4, С5
С4, Q
С4, Х4
*3, Q.
С4
; ^3.^4.
! Л4
с, д
д
Д,Х
Л/Хз. 1
Х 1
Д.Сз
*3.Q
Сз
Х4, Л4
С4,^з
*4
2^5, С5,
À
А'4,
с3
С5
обеспечения взаимозаменяемости при допусках низших классов точности. Иногда
оказывается невозможным обеспечить полную взаимозаменяемость ввиду получа¬
ющихся нецелесообразно малых допусков, а также ввиду больших допусков на
оптические данные линз (например фокусные расстояния); тогда вводят промежу¬
точные детали—„ компенсаторы“, размеры которых меняют при сборке, а также
в чертежах предусматривают подрезку, пригонку и притирку при сборке, юсти¬
ровку и выверку оптических частей, отсчетных механизмов и шкал.
ГЛАВА IV
ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ОПТИКО¬
МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ
11. Стекло
Стекло, применяемое в оптико-механическом приборостроении, подразделяется
на:
1) оптическое стекло для оптических деталей (линзы, призмы, пластинки);
2) цветное оптическое стекло для светофильтров;
3) техническое стекло для ампул уровней, светопроводов, матовых стекол
и прочих стеклянных неоптических деталей.
Оптическое стекло
При расчете оптических систем стекло рассматривается как вполне физически
однородная среда. Однако изготовить такое стекло практически оказывается почти
невозможным. Поэтому оптическим стеклом принято называть стекло, однородность
которого по показателю преломления не выходит за пределы определенной допу¬
скаемой величины. Техническими характеристиками однородности являются: угол
разрешения, двойное лучепреломление и свильность заготовки оптического стекла.
По своим оптическим постоянным стекло подразделяется на марки. Существует
весьма большое количество оптических стекол разных марок. Каталог нашей
отечественной промышленности содержит около 80 марок стекол. Однако прак¬
тически при расчете большей части оптических систем можно ограничиться
значительно меньшим количеством стекол. Так, например, оптическая промышлен¬
ность США во время второй мировой войны ограничивалась всего лишь десятью
(помарками оптического стекла.
В табл. 2 приводятся оптические постоянные и некоторые физико-химические
характеристики оптических стекол, рекомендованных у нас в Советском Союзе
для наиболее широкого применения в оптико-механическом приборостроении
(по данным 1947 г.).
Оптические стекла обладают неодинаковой химической устойчивостью по
отношению к окружающей их в процессе эксплоатации среде. С течением времени
под воздействием слабокислых водных растворов и находящихся в воздухе водяных
паров наблюдается частичное разрушение поверхностного слоя стекла. Степень и
характер поверхностного разрушения стекол в основном зависит от их химического
состава, так, например, стекла, богатые щелочами, разрушаются сильнее. Внешне
эти разрушения проявляются в виде радужно окрашенных пятен и кристаллических
налетов на полированной поверхности стекла.
В настоящее время химическую устойчивость силикатных оптических стекол
у нас в Союзе принято характеризовать следующими двумя факторами: химиче¬
ской устойчивостью к воздействию влажного воздуха, или налетоопасностью, и хи¬
мической устойчивостью к воздействию слабокислых водных растворов, или
пятнаемостью.
Налетоопасность характеризуют временем в сутках, которое необходимо для
образования на полированной поверхности образца стекла капельного нежирового
налета, видимого при боковом освещении при увеличении 80*. Образец при испы¬
тании выдерживают в атмосфере 1ОО°/0 относительной jвлажности при темпера¬
туре 20° С.
22
Оптические стекла
Таблица 2
Марка
стекла
Оптические постоянные
Частные дисперсии
Химическая устойчивость
Коэфициент
светопоглоще¬
ния (средний)
Среднее коли¬
чество пузырей
в 1 кг стекла
Коэфициент
расширения
а 107
Удельный
вес
показатель
- преломления
nD
средняя
дисперсия
nF~nC
коэфициент
дисперсии V
nD~~nC
ng ~~ nF
к слабо кислым
водным раство-|
рам (категория)
к влажной
атмосфере
(группа)
КЗ
Кроны
1.5100 1 0,00805
63,4
0,00240
0,00433
II
А
0,010
100
81,2
2,47
К8
1,5163
0,0806
64,1
240
432
I
А
0,008
20
78,4
2,53
БК2
Б а р и т о
1,5147
в ы е к р о н I
0,00849
60,6
0,00250
0,00461
III
В
0,008
100
2,59
БК4
, 1,5302
0,00877
60,5
260
475
1
А
0,010
100
—
2,74
БК6
1,5399
0,00905
59,7
268
493
I
А
0,010
100
—
2,86
БК8
1,5467
0,00871
62,8
259
468
IV
А
0,010
100
67,3
2,87
БК10
1,5688
1015
56,0
300
558
IV
А
0,010
20
74,8
3,12
ТК2
Тяжел
1,5724
ы е кроны
0,00996
57,5
0,00294
0,00545
III
А
0,010
300
71,7
3,21
ТК4
1,6111
1095
55,8
322
601
V
А
0,015
1000
68,9
3,59
ТК6
1,6126
1050
58,3
309
573
V
А
0,015
1000
80,2
3,59
ТК10
1,6227
1095
56,9
321
600
V
А
0,010
1000
—
3,64
КФ4 1
Крон
1,5181 1
флинты
1 0,00879 1
1 58,9
0,00260
0,00479
I
А
0,010
100
72,0
2,58
ЛФ2 I
Легкие
1,5480
! фЛИНТЫ
I 0,01195
1 45,9
0,00345
0,00676
I—II
В
0,010
300
__
2,99
ЛФ5 1
1,5749
1 1392
1 41,3
400
799
I
А
0,010
300
79,3
3,22
БФ7
Баритов
1,5795
ы е флинт
0,01076
ы
53,9
0,00315
0,00594
V
А
0,010
300
78,8
3,24
БФ12
1,6259
1601
39,1
457
927
IV
Б
0,015
300
89,5
3,67
БФ17
1,6079
1316
46,2
381
745
V
А
0,015
300
—
3,54
Ф1
Ф л и
1,6128
н т ы
0,01659
36,9
0,00474
0,00966
I
А
0,008
100
74,5
3,58
Ф2
1,6161
1684
36,6
480
0981
I
А
0,008
20
74,4
3,60
Ф4
1,6242
1738
35,9
496
1016
и
А
0,010
100
788
3,67
ТФ1 1
Тяжелы
1,6475
е флинты
0,01912
33,9
0,00542
0,01127
III
Б
0,008
100
85,2
3,87
ТФ4
1,7398
2628
28,2
738
1583
V
А
0,015
300
87,3
4,61
ТФ5
1,7550
2743
27,5
768
1656
V
А
0,015
1000
82,1
4,76
ТФ7
1,7280
2570
28,3
720
1545
V
А
0,015
1000
—
4,53
Примечание: 1. Оптические постоянные даны для линий следующих спектров:
а) линия D (как
средняя между линиями
и Ре) спектра
натрия; длина
волны ==
СО
s=589,3 /при; б) линии С и F спектра водорода; длины волн == 656,3 ту., \F — 486,0 ту.] в) линия g спектра ртути; длина волны \g = 435,8 ту..
2. Под коэфициентом светопоглощения понимается среднее для белого света поглощение на 1 см пути луча в стекле.
3. Коэфициент расширения о дан для интервала температур от 20 до 120°С.
Пятнаемость характеризуют временем в часах, которое необходимо для обра¬
зования на полированной поверхности образца стекла прозрачной пленки толщи¬
ной 135 /пръ. Пленка такой толщины при наблюдении в отраженном свете кажется
окрашенной в фиолетово-коричневый цвет. При испытании образец помещают в
децинормальный раствор уксусной кислоты с температурой 80° С.
По первому признаку стекла делят на 3 группы, а по второму на 4 катего¬
рии (табл. 3).
Таблица 3
Категории оптических стекол по химической устойчивости
Химическая устойчивость к
воздействию влажного воздуха
Химическая устойчивость к воздей¬
ствию слабокислых водных растворов
Группа
Время для образования налета
(в сутках)
Кате¬
гория
1
Время для образования
пленки толщиной 135 тр.
(в часах)
А
1
Больше S0
I
Больше 20
Б
От 90 до 30
II
От 20 до 5
В
Меньше 30
ЛІ
От 5 до 0,1
IV
Меньше 0,1
Особенно опасно появление на стекле налетов. Налеты на оптических деталях,
расположенных в плоскостях изображения оптической системы (например на сетках),
выводят приборы из строя. Поэтому для таких деталей следует применять только
Стекла группы А.
Показатель преломления nD и дисперсия стекла каждой марки могут от варки
к варке изменяться.
Отклонение показателя преломления от его номинального значения допускается
в пределах -|- 20-10~4, а отклонение средней дисперсии — в пределах + 20-10-5.
Однако многие оптические системы требуют более жестких допусков для оптических
постоянных. Исходя из этого, оптическое стекло по отклонениям показателя прело¬
мления по от установленных значений делится на 4 категории. По отклонениям сред¬
ней дисперсии пр —пс оптическое стекло, незаисимо от nD также делится на
4 категории (табл. 4).
Таблица 4
Категории оптических стекол по nD и пр — пс
Категория
ПО tljj
Отклонения пока¬
зателя преломле-
н я
Категория по
nF “ пС
Отклонения сред¬
ней дисперсии
пР~пС
1
1
± 5-10-4
1
±5 .10-5
2
± 7-10-4
2
± 7-10-5
3
±10-10-4
3
±10-10-5
4
±20.10-4
4
±20-10-5
24
К неизбежным порокам стекла относятся неоднородность по показателю пре¬
ломления, т. е. предельный угол разрешения, двойное лучепреломление, свиль-
ность, а также посторонние включения (пузыри, камни). Перечисленные дефекты
характеризуют не марку стекла, а лишь отдельные заготовки. Допустимая величина
того или иного дефекта заготовок зависит от назначения оптических деталей,
которые должны быть изготовлены из этих заготовок. Поэтому условия поставки
оптического стекла предусматривают деление его на категории по каждому из
перечисленных пороков (табл. 5).
Таблица 5
Категории оптических стекол по углу разрешения, двойному лучепреломлению,
пузырности и свильности
Угол разрешения
Двойное лучепреломление
Пузырность
Кате¬
гория
Отношение угла разреше¬
ния а к предельному углу
разрешения а0
Кате¬
гория
Разрешение показателей прело¬
мления для „обыкновенного6 и
необыкновенного* лучей
Кате¬
гория
Диаметр наибольшего
пузыря, мм
1
2
3
4
1,0
1,25
1,6
2,0
1
2
3
4
5
До 2-10-’
. 6-10-’
„ 1010-’
. 20-10-’
, 50-10-7
1
2
3
4
5
6
0,002
0,1
0,3
0,6
1,0
2,0
Категория
свильности
Условия просмотра на свили
I езультаты просмотра
Диаметр све¬
тящейся точки,
мм
Расстояние
светящейся
точки до экра
на, мм
Расстояние
заготовки до
экрана, мм
1
2
3
4
2
2
2
4
750
750
750
7г0
' 120
250
500
500
На экране не должна наблюдаться
теневая картина от свилей
!
1с
2с
Зс
П р и м е ч
отношение к г
заготовки.
2. двойное
2
2
2
а н и я : 1. Угол
іредельному уг.
лучепреломлен
750
750
750
разрешения а а
чу разрешения
ие измеряется
120
1 250
j 500
заготовки стеклг
120"
а = — , где
в середине загс
Допускается видимая на экране
теневая картина от одиночных свилей,
отстоящих друг от друга на расстоя¬
ниях не менее 10 мм
1 измеряется в секундах и характеризуется как
D — диаметр круглой или сторона квадратной
)товки в направлении ее наибольшего размера.
Светопоглощение стекла и среднее количество пузырей в стекле одной и той
же марки, но разных варок, также в известных пределах может колебаться. Исходя
из этого условия, поставки стекла
предусматривают деление его на ка¬
тегории и по этим двум признакам
(табл. 6).
Оптическое стекло выпускается
в виде заготовок оптических дета¬
лей (линз, призм, пластин) с уче¬
том припусков на их дальнейшую
обработку шлифовкой и полировкой.
Различают литые заготовки, кото¬
рые прессуются из стекломассы,
набираемой непосредственно из сте¬
кловареного горшка, находящегося
в печи, и заготовки, прессуемые из
предварительно нагретых до размяг-
Таблица 6
Категории оптических стекол по светопогло-
щению и количеству пузырей
Категория
по свето
поглоще-
нию
Коэфициент
поглощения
Категория
по количеству
пузырей
Среднее коли¬
чество пузырей
в 1 кг стекла
1
До 0,008
1
20
2
„ 0,010
2
100
3
. 0,015
3
300
4
„ 0 020
4
1000
П р и м I
ечание: При
подсчете пузыр
и диаметром
меньше 0,03 мм во внимание не принимаются.
чения нарезок стекла. У прессованных заготовок одна сторона загрязнена шамот¬
ной подсыпкой. Форма и размеры заготовок оговариваются при заказе.
25
Таблиц л 7
Цветные стекла
Марка
Коэфициент поглощения Ек для длин волн (в zny.)
стекла
пр
400
560
420
I 440
460
480
500
520
580
600
620
640
660
680
540
700
CQ
СО
я
s
а*
»33
3
«
о
s
Стекла, окрашенные селеном и сернистым
кадмием
Желты
е
ЖС2
450
1,92
0,85
0,15
0,031
0,014
0,010
0,005
0,003
О QR
9 65
3—10
0,003“
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
ѵ,УО
ЖС7
490
>3
2,75
2,34
1,19
0,18
0,030
0,010
0,005
П QA
9 65
2 іо
0,003
0,003*
0.003
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
ЖС16
470
0,81
0,90
0,74
0,20
0,040
0,015
0,010
0,003
0,97
2,64
5 іо
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
ЖС18
510
>3
>3
>3
>3
2,20
0,22
0,031
0,010
0,89
2,64
5—10
0,004
0,003
0,003*
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
о
ран
ж е в
ы е
ОС7
] 540
1,74
1,55
1,38
1,16
0,88
0,66
0,46
0,15 1
0 69
2,65
1—3
0,05
0,01
0,01
0,003
0,008
0,008
0,006*
0,005
ОС12
550
>3
>3
>3
>3
2,50
2,15
1,05
0,20
0,68
2,64
5—10
0,030
0,007
0,004
0,004
0,004*
0,004
0,004
0,004
ОС14
585
>3
>3
>3
>3
>3
2,53
1,78
1,61
0,305 *
2,64
5 1Q
0,72
0,10
0,009
0,005
0,005
0,005
0,005*
0,005
Кра
сны
е
KC1
610
2,55
2,14
1,75
1,49
1,31
1,14
0,92
0,69
л 0 1 к
О
0,56
0,42
0,17
0,020
0,007
0,005
0,005 *
0,005
U,Z 1 O
KC3
630
>3
>3
2,22
1,98
1,82
1,63
1,35
1,06
Л 6Q7
9 65
0,88
0,72
0,56
0,18
0,046
0,026
0,010
0,005 *
Z,Ou
KC5
650
>3
>3
>3
>3
>3
>3
2,82
П 69Q
9 A4.
2B2
1,84
1,63
1,05
0,18
0,040
0,010
0,005 *
KC9
700
>3
>3
>3
3,04
2,73
2,46
0,20
1,83
9 6e»
1,51
1,29
1,11
1,00
0,86
0,62
0,18
0,08
KC14
640
>3
>3
>3
2,92
2,60
2,28
1,97
1,55
П *
9 65
1.24 t
1,06
0,86
0,43
0,054
0,009
0,0 û 6
0,005 *
u,Uüû
3-10
3-5
3-5
3—10
Стекла, окрашенные молекулярно растворенными красителями
Ж е
л т о -
з е л
е н ы
е
ЖЗС1
540
>3
>3
2,60
1,35
0,70
0,37
0,23
0,19
0,26
2,52
0,21
0,30
0,45
0,60
0,74
0,81
0,84
0,86
ЖС12
540
>3
0,65
>3
0,80
2,83
1,04
1,86
1,35
1,27
1,57
0,82
1,37
0,66
1,89
0,60
1,70
0,034
2,53
ЖЗСІЗ
540
>3
>3
2,85
2,22
1,67
1,21
0,96
0,90
0,008
2,53
0,96
1,05
1,24
1,60
1,80
1,89
1,76
1,77
ЖЗС17
540
>3
>3
>3
2,96
2,32
1,83
1,50
1,40
0,0008
2,53
1,47
1,55
1,24
2,13
2,38
2,35
1,18
‘2,00
1—5
1—2
1-2
1—2
Зел
е н ы
е
3G1
530
>3
1,96
1,01
1
0,59
0,08
0,33
0,15
0,15
0,29
2,52
0,22
0,34
0,49
0,67
0,81
0,90
0,95
1,00
3C2
530
<3
3,16
2,06
1,24
0,77
0,48
0,33
0,31
0,116
2,56
0,41
0,62
0,90
1,23
1.46
1,33
1,80
1,88
2—4
2-4
26
Продолжение табл. 7
Марка
Коэфициент поглощения Ех для длин волн (в тр.)
эВ
3
и
стекла
400
560
420
580
440
600
460
620
480
640
500
660
520
680
540
700
з
и
S
В
S3
s
ч
м
С и
н и е
CCI
410
0,01
0,14
0,01
0,22
0,01
0,26
0,02
0,27
0 04
0,30
0,08
0,29
0,13
0,22
0,15
0,18
0,465
2,51
1,5—3
СС2
‘410
0,01
0,01
0,02
0,04
0,08
0,15
0,24
0,26
0,305
2,51
1 5
0,20
0,33
0,40
0,37
0,39
0,33
0,18
0,05
СС4
410
0,04
0,05
0,11
0,23
0,49
0,88
1,34
1,52
0,011
2,51
2 5
1,21
1,86
2,25
2,10
2,22
1,85
1,01
0,33
Т е
м н 0-
крас
2 Н Ы (
КСЮ
0,90
1.60
2,75
4,05
4,45
4,42
4,19
3,74
2,53
2—5
3,33
2,85
2,47
2,21
2,00
1,80
1,60
1,36
КС11
—
2,90
3,18
>3
>3
>3
>3
>3
6,35
—
2,53
2-5
5,55
4,78
4,09
3,67
3,33
3,05
2,72
2,40
П
У Р
п
У Р
н
ы е
ПС4
0,01
0,01
0,006 I 0,235
I 0,0171 0,021
I 0,0831 0,005
0,019 I
0,003 I
0,014 I 0,037 I
0,003 I 0,014 I
0,009 I
0,004 I
2,53
3—10
Т
ы е
е м н
ТС1
560
2,85
1,48
0,90
0,68
0,58
0,50
0,47
0,43
А 1/19
О RQ
0,39
0,40
0,41
0,42
0,43
0,40
0,33
0,27
U,142
ТС2
580
3,00
1,31
1,30
1,30
1.25
1,20
1,10
1,00
A AaG
О RQ
0,95
0,94
1,00
1,06
1,15
1,20
1,25
1,25
2,00
тез
570
3
2,65
2,70
2,76
2,67
2,49
2,26
2,07
к 1 А—5
О £2
Г,97
1,97
2,06
2,23
2,38
2,48
2,55
2,58
0,1U
2,00
1,5-4
1,5-4
Н е
и т р
аль
н ы е
НС1
0,03
0,05
0,079
0,080
0,073
0,070
0,071
0,073
0,066
0,079
0,078
0,078
0,081
0,070
0,043
0,03
НС2
—
0,08
0,14
0,230
0,272
0,236
0,233
0,235
0,237
0,214
0,232
0,249
0,254
0,261
0,215
0,134
0,08
НСЗ
—
0,20
0,40
0,54
0,54
0,48
0,46
0,46
0,45
0,42
0,39
0,46
0,48
0,48
0,41
0,25
0,15
0,71
0,33
0,124
2,51
2,52
2,52
1-5
1—5
1-5
В таблице приняты следующие обозначения:
— длина волны, отвечающая минимуму поглощения, или иначе максимуму про¬
пускания, в видимой области спектра.
Хпр— длина волны, отвечающая границе пропускания по спектру (для селеново-кадмие-
вых стекол). Под Хпр подразумевается та длина волны, для которой коэфициент пропуска¬
ния в два раза меньше максимального его значения для этого стекла, или, что то же самое,
для которой оптическая плотность на 0,3 больше, чем наименьшее ее значение.
— коэфициент поглощения для длины волны X. Коэфициент поглощения Еу, опти¬
ческая плотность слоя стекла толщиной I мм и коэфициент пропускания тх того же
слоя стекла связаны между собой соотношением
= ЕХ -1= — lgTX t
тх — коэфициент общего пропускания в видимой области спектра для источника света
с цветовой температурой 4800° и для слоя стекла толщиной 2 мм. Этот источник света
отвечает дневному освещению. Значения тх, отмеченные звездочкой, даны для слоя тол¬
щиной 5 мм.
2Т
Цветное стекло
Цветным стеклом называют стекла, обладающие в видимой области спектра
избирательным поглощением, вызывающим в слое 5 мм видимую глазом окраску.
Различают цветные стекла, применяемые для светосигнальных, светозащитных и
декоративных целей, и стекла, применяемые для изготовления оптических деталей.
К последней группе стекол предъявляются такие же высокие требования в смысле
химической и физической однородности, как и к оптическому стеклу.
Наша отечественная промышленность до начала второй мировой войны выпу¬
скала около 80-ти различных стекол. Марки стекол, имеющих наиболее широкое
применение в оптико-механических приборах, а также их спектральные и некото¬
рые другие характеристики приводятся в табл. 7.
В ряде случаев удобнее и нагляднее характеризовать цветные стекла не кри¬
выми коэфициента поглощения или оптической плотности, которые можно по¬
строить по данным табл. 7, а кривыми коэфициента пропускания тх .
Кривые пропускания в видимой области спектра для некоторых из перечис¬
ленных в табл. 7 стекол показаны на рис. И.
Рис. 11. Графики кривых пропускания цветных стекол.
По допускаемым отклонениям спектральной кривой коэфициента поглощения
от указанных в табл. 7 значений цветное стекло разделяется на категории. Кате¬
гории стекол, окрашенных молекулярно растворенными красителями, характери¬
зуются величиной отклонения £>, причем для каждого из стекол выбираются
3—4 длины волны, отвечающие наиболее характерным точкам спектральной кри¬
вой данного стекла.
Одной из таких длин волн является Хт. Категории стекол, окрашенных селе¬
ном и сернистым кадмием, характеризуются величиной отклонения Хпр (табл.8).
Кроме того, для селеново-кадмиевых стекол оговаривается верхнее отклонение
коэфициента поглощения для длины волны Хо (номинальные значения Ео отме¬
чены в табл. 7 звездочкой) и наименьшее значение крутизны оптической плот¬
ности К, вычисляемой как разность оптических плотностей в толщине 5 мм
для двух длин волн Хпр и Хпр — 20 тп^.
Таблица 8
Категории цветных стекол по и Хпр
Катего¬
рии
Стекла, окрашенные молеку¬
лярными красителями
Селеново-кадмие-
вые стекла
~~ 100%
ДХпр в пц>.
I
± 5
± 5
11
±ю
±10 '
111 I
1 ±20
±15
Техническое стекло
Перечень технических стекол, применяемых в оптико-механическом приборо¬
строении, и их примерное назначение приводится в табл. 9.
28
Таблица 9
Технические стекла
Наименование стекол
ГОСТ или
ОСТ
Сортамент
Примерное назначение
Форматное машинной
выработки
гост
683-41
Листы толщиной 1,2,
1,4, 1,8 и 2 мм
Матовые стекла фото¬
графических аппаратов
Листовое оконное
машинной выработки
і
ГОСТ ѵ
111-41
Листы толщиной от
1,6 до 6 мм
Защитные стекла вне
хода лучей оптической
системы прибора
Листовое литое
ост нктп
2686
Листы толщиной
3,5 мм
1
То же
; Литое полированное
зеркальное
і
!
і .
(ОСТ 2907;
Листы толщиной:
утоньшенные 4,5—
6 мм\
нормальные 6—9 мм\
утолщенные 10—35 мм
Защитные стекла. Не¬
ответственные оптиче¬
ские детали (линзы он-
денсоров, очковые сте¬
кла и пр.)
1
*
!
1ермометрическое
і
ГОСТ !
1224-41
Трубки
Ампулы уровней
„ Пирекс “
—
Штабики, литые за¬
готовки
Пробные стекла; де¬
тали, для которых тре¬
буется возможно мень¬
ший коэфициент расши¬
рения
ДВ-1 (молибденовое
стекло)
—
Диски, листы
Гигроскопические сте¬
кла патронов осушки
приборов
12. Металлы и сплавы
В табл. 10 и 11 приведены составы, механические и литейные характери¬
стики, свойства и назначение основных видов металлов и их сплавов.
При этом рассматриваются не все марки, имеющиеся в ОСТ, ГОСТ и ведом -
ственных нормалях, а лишь те, которые находят преимущественное применение для
оптико-механических приборов.
В приложении 2 даны стандарты на ленточную и проволочную пружинные
стали.
29
g
Состав, механические и литейные характеристики и примерное назначение сплавов для литья
Таблица 10
Название
Обозначение*
Химический состав
Предел
прочно¬
сти на
разрыв,
кг/мм*
Относи¬
тельное
удлине¬
ние,
%
Твер¬
дость по
Брине-
лю
Удель¬
ный
вес
Применение
Марки-заме¬
нители
Медноцинковые
сплавы ГОСТ В-1019-41
Медноцинковый
кремнистый
сплав
ЛК-80-3
Си = 79-81
Si =1,5—4,5
РЬ = 1,0
Fe = 0,6
Sn = 0,3
Мп = 0,5
Al = 0,1
Zn — остальн.
25-30
10—15
100-110
1
8,3
Обладает хорошими литейными
свойствами. Хорошо заменяет оло-
вянистые бронзы на истирание. Об¬
рабатывается труднее, но дает чи¬
стую поверхность. Для фасонного
литья под давлением, отливки
шестерен
ЛКС-80’3-3
То же
JIKC-8Q-3-3
Си = 79—81
Si = 1,5-4,5
Pb = l,O—4,5
Fe = 0,6
Sn-0,3
Mn = 0.5
Al-0,3
Zn — остальн.
25-го
7-15
90-100
8,5
Обладает хорошими литейными
свойствами и антифрикционностью.
Применяется для отливки различ¬
ных деталей сложной конфигурации,
подвергающихся средним и высоким
нагрузкам
Оловяннстые
: бронзы ГОСТ 613-41
Бронза оловяни-
стоцинк^восвин-
цовистая
БР ОЦС
3-11-5
So = 2,0—4,0
Zn-9,0-13,0
Pb-3,0-6,0
Си — остальн.
S <0,5
Fe < 0,4
Al <0,02
18
8
60
8,7
Для арматуры и корпусов при¬
боров, работающих под давлением
до 25 атм в условиях пресной воды
1
БР ОСН
3-7-5-1
То же
БР ОЦС
5-5-5
Sn = 4,0—6,0
Zn = 4,0—6,0
Pb = 4,0—6,0
Си — остальн.
S <0,5
Fe <0,14
Al <0,15
15-18
3-4
60-75
8,7
Для деталей приборов, рабо¬
тающих на истиранив
БР ОЦСБ 6-3
Алюминиевые бронзы ГОСТ 403-41
Бронза алюминие¬
БР АЖ-4-4
А1-8-10
40-50
—
111-120
8,3
Обладает хорошими литейными
вожелезистая
БР КМЦ-3-4
Fe -2—4
Си — остальн.
Мп-1—1,5
Кремнемг
ірганцовис
:тая бронз
а
свойствами. Является хорошим за¬
менителем оловянистых бронз. При¬
меняется для отливки подшипнико¬
вых втулок, червячных колес
Механические свойства устана¬
Si — 2,75—3,5
Sn-0,25
Fe-0,3
Zn-0,5
N1-0,1
Си — остальн.
вливаются заводом-изготовителем.
Применяется для тех же деталей,
что и БР АЖ-4-4
БР АМЦ 9-2
БР АМЦ-9-2
Ал-юминиевые
ГС СТ 2685-44
со
Алюминиево¬
кремнистый сплав
(силумин)
Алюминиево¬
кремнистый сплав
Алюминиево-
магниевый сплав
АЛ-2
АЛ-4
АЛ-8
Si-=10—13
Al — остальн.
Fe- 0,8—1,5
Zn-0,3
Мп-0,5
Си = 0,8
Si -0,8—10,5
Mg-0,17-0,30
Мп-0,25—0,5
Al — остальн.
Mg = 9,5—11,5
Al — остальн.
Fe-0,3
Si = 0,1
Си = 0,3
Zn-0,1
Мп = 0,3
Бериллий-0,07
Титан-0,07
сплавы
15-16
2—4
50
2,6
Обладает хорошими литейными
свойствами. Для отливки деталей
сложной конфигурации, корпусов
с ^арматурой, не подвергающихся
действию больших нагрузок, высо¬
ких давлений, повышенных темпе¬
ратур. Стоек против коррозии. Хо¬
рошо отливается под давлением
15
2-3
50
2,6
Для крупных деталей, корпусов,
подверженных значительной на¬
грузке
28
9
60
Хорошо обрабатывается резанием,
давая чистую поверхность. Отли¬
вается в землю и в кокиль. Хорошо
оксидируется. Применяется для де¬
талей, от которых требуется легкий
вес, высокая прочность, коррозион¬
ная стойкость (детали микроскопов,
измерителіных и специальных при¬
боров)
Продолжение табл. lu
Название
Обозначение
Химический состав
Предел
прочно¬
сти на
разрыв,
кг) мм2
Относи¬
тельное
удлине¬
ние,
°/о
Твер¬
дость по
Брине-
лю
Удель¬
ный
вес
Применение
Марки-заме¬
нители
Алюминиевые сплавы ГОСТ 2685-44
Алюминиево-
магниевый
сплав
АЛ-13
Si — 0,8 —1,3
Mg =4,5-5,5
Мп = 0,1—0,4
Zn = 0,2
Си = 0,3
Отливается в землю, в кокиль и
под давлением. Хорошо обрабаты¬
вается резанием, давая чистую по¬
верхность. Хорошо работает на
трение. Оксидирование дает краси¬
вую внешность. Применяется для
изготовления различных деталей
приборов (оправы, корпуса, напра•
вляющие микроскопов и т. п.)
Магниевые сплавы ГОСТ 2856-45
МЛ-4
А1 = 5—7
Zn = 2-3
Мп = 6,15—0,5
Mg — остальн.
21-22
3-4
50—60 I
1,83
Только для литья в землю. Не¬
устойчив против коррозии во влаж¬
ной атмосфере и при высокой тем¬
пературе. Требует обязательной
МЛ-5
А1 = 7,5—9,3
21-22
2-4
50-65
1,81
защиты оксидированием и покры¬
тием лаком. Хорошо обрабаты¬
вается резанием, дает чистую по¬
верхность. Со сталью имеет хоро¬
шую антифрикционность. В холод¬
ном состоянии не деформируется
Легко воспламеняется, особенно
в мелко раздробленном виде. Для
корпусов приборов, кронштейнов
Для сильно нагруженных деталей.
МЛ-6
Zn — 0,2—0,8
Мп = 0,15—0,5
Mg — остальн.
А1=9—11
21-22
1-3
50-60
1,83
Корпуса приборов, кронштейны.
Остальные данные те же, что и у
МЛ-4
Отливается под давлением и в
МЛ Б
Zn до 2
Мп = 0,1—0,5
Mg — остальн.
кокиль. Для средненагруженных
деталей. Корпуса биноклей, фото¬
камер, специальных приборов.
Остальные данные те же, что и
у МЛ-4
W
>0
. Кругер и Б. М.. Кулджнов 2379
Саз
со
Цинковые сплавы для литья под давлением
ЦА-4
АІ = 3,5-5
25—28
1—2
6,6
Обладает хорошими литейными
ЦМ4С
Си = 0,7
РЬ = 0,02
Мп = 0,03-0,08
Zn — остальн.
АІ = 0,1-0,2
19-22
0,5-1
70-90
7,2
и механическими свойствами. Воз¬
можно отливать тонкостенные де¬
тали с резьбой. Хорошо обрабаты¬
вается. Хорошо работает на исти¬
рание. Плохо переносит гальвани¬
ческую отделку (пузырится)
ЦМ4С обрабатывается лучше,
СЧ-12-28
Си = 4—5,5
РЬ = 0,4—0,6
Zn — остальн.
Чугун Сі
12
ерый ГОС
а изгиба
Т 1412-42
143—229
1
чем ЦА4
Химический состав устанавли¬
СЧ-15-32
28
вается заводом-поставщиком. Чу¬
гун средней твердости для неот¬
ветственных деталей, не испыты¬
вающих больших нагрузок как
переменных, так и ударных (крон¬
штейны, крышки, корпуса)
Чугун антифрикционный серый ГОСТ 1585-42
СЧЦ-2
С = 3,2—3,6
Si = 2,2—2,4
Мп =0,6—0,9
12
—
170-229.
—
Перлито-ферритный чугун для
ответственных деталей, работаю¬
щих на износ
Сг
= 0,2—0,35
Ni
= 0,3—0,4
S
<0,2
Р
<0,15-0,25
Чугун ковкий ГОСТ 1215-41
КЧ-30-3
1 30
3—4 1
1 201
1 Содержание элементов не норми¬
руется (зависит от способа плавки,
отжига и назначения). Легко под¬
дается механической обработке. Для
трущихся деталей допускается мест¬
ная закалка. Для различных деталей,
работающих на изгиб (корпуса,
кронштейны, рычаги и т. п.)
КЧ-35-36
Таблица II
Основные металлы и сплавы для холодной обработки. Состав, механические характеристики и примерное назначение
1
Название
Обозначе¬
ние
Химический состав
Предел
прочности
на разрыв,
кг/мм2
Относи¬
тельное
удлинение,
°/о
Твердость
по
Бринелю
Удель¬
ный
вес
Назначение
Латунь
Л-62
Сц = 60,5—63,5
26—58
Латуни ГОС
0,5—40
Г В-1019-41
8,5
Хорошо штампуется. Пригодна для глубо¬
Л-68
РЬ = 0,0
Fe < 0,2
Sb < 0,005
Bi < 0,003
Zn — остальн.
Си - 67—70
35-45
5-30
8,5
кой вытяжки. Резанием обрабатывается
плохо. Применяется для деталей, не работаю¬
щих на трение, не требующих высокой проч¬
ности (накладки призменных оправ, крышки,
планки и др.)
Весьма пластичный сплав. Мало подвер¬
Мунц
ЛС-59-1
Pb < 0,035
Fe <0,1
Sb < 0,005
Bi < 0,002
Zn — остальн.
Cu = 57—60
Pb < 0,8—1,9
Fe < 0,5
Sb < 0,01
Bi < 0,003
Zn —остальн.
35-45
5-30
—
8,5
гается коррозии. Резанием обрабатывается
плохо. Хорошо штампуется и вытягивается.
Применяется для деталей, не работающих на
трение
Пластичен в горячем состоянии. Хорошо
обрабатывается резанием, давая чистую по¬
верхность. Хорошо сопротивляется истиранию.
Применяется для деталей, не подвергающихся
большим усилиям изгиба: оправы линз, втул¬
ки, трубы приборов и т. п.
Мар-
ки-за-
м ени-
тели
Латунь морская
ЛМ-70
Си = 70
Sn = 1,0-1,5
Pb 0,07
Fe с 0,05
Zn _ остальн.
25—40
15-30
70—80
8.5
Для деталей приборов, подвергающихся
действию морской ВОДЫ
Алюминий ОСТ НКТП 4035
А-99
А-98
Ді
д2
Дз
нмц
65-20
А1 < 99
Fe < 0,4
Si < 0,6
. Си -f- Zn < 0,1
Al > 98
Fe < 1,2
Si < 0,1
Cu + Zn<0,l
Cn = 3,5—48
Mg = 0,4—0,8
Mn = 0,4—0,8
Fe < 0,7
Si <0,7
Al — остальн.
Ni + Со = 13,5-16-5
Zn = 18—22
Cu — остальн.
Сталь
С до 0,23
S < 0,06
P < 0,07
С = 0,07—0,12
Mn = 0,35—0,5
S < 0,055
P < 0,05
7-20
7—20
25-38
23-35
Не
углеродиста
32-47
32-40
4—40
4-40
Дюралю]
10
10-5
йзильбер ГО
я обыкновен]
18-22
26—31
15—55
15—55
миний
100-115
106-115
СТ 492-41
кого качеств
132
2.7 Мягкий, легкий, пластичны^ металл. Хоро¬
шо обрабатывается давлением, ^ри этом по¬
верхность получается чистая. Сто ек против
коррозии. Применяется для изготовления
2 7 крышек, планок и т. п. неответственных де-
’ талей, по возможности не имеющих резьб
2.8 Обладает высокими механическими свой-
— ствами. Хорошо обрабатывается резанием, да¬
вая чистую поверхность. В нагретом состоя¬
нии хорошо куется и прессуется. В холодном -
хорошо штампуется. С обильной смазкой
антифрикционен
8,5 Для деталей, требующих высокой корро¬
зионной стойкости без применения гальвани¬
ческих покрытий, например: для точных
шкал с очень мелкими делениями, контактов
и т. п.
а ГОСТ 380-41
7,85 Мягкая сталь, Хорошо куется, сваривается
и штампуется. Хорошо обрабатывается реза¬
нием, но дает недостаточно чистую поверх-
7 85 ность. Не калится. Допускает цементацию и
’ цианирование. Применяется для неответствен¬
ных деталей
Продолжение табл. И
OÛ
о
Название
Обозначе¬
ние
Химический состав
Предел
прочности
разрыву,
кг/мм*
Относитель¬
ное удли¬
нение,
°/о
Твердость
по
Бринелю
Удель¬
ный
вес
Назначение
Мар-
ки-за-
мени-
тели
Сталь углеродистая обыкновенного качества ГОСТ 380-41
СТ-4
С = 0,18—0,27
Мп = 0,40—0,60
42-52
19—25
152
7,85
Сталь средней твердости. Хорошо куется,
сваривается и штампуется. Хорошо обраба¬
Si = 0,12—0,30
тывается резанием и дает чистую поверх¬
S < 0,055
ность. Не калится. Применяется для деталей,
Р < 0,05
подвергающихся значительным напряжениям,
но не трущихся (ответственные крепежные
детали, рычаги, оправы линз и зажимные
кольца, неответственные валики и втулки)
Сталь качественная конструкционная углеродистая ГОСТ В-1050-41
СТ-20
С = 0,15—0,25
Мп = 0,35—0,65
Si = 0,17—0,37
N1 < 0,3
Cr < 0,3
S < 0,045
40-50
не менее
24
153
7,85
Мягкая сталь. Хорошо куется и обрабаты¬
вается резанием, цементируется и циани-
руется, не калится. Применяется для деталей,
не требующих высоких механических свойств
(втулки, неответственные валики, оси, рыча¬
ги, оправы линз и призм)
Р < 0,045
СТ-40
С = 0,35—0,45
Мп = 0,50-0,80
Si = 0,17-0,37
Ni < 0,3
Cr < 0,3
S < 0,045
P < 0,45
57-70
не менее
17
не менее
217
7,85
Сталь средней твердости. Закаливается.
Хорошо обрабатывается резанием и дает чи¬
стую поверхность. Применяется для деталей,
требующих высокой прочности и вязкости
(валики, рычаги, ответственные детали кре¬
пежа)
СТ-50
C = 0,45-0,55
Mn = 0,50-0,80
Si = 0,17-0,37
Ni < 0,3
Cr < 0,3
S < 0,045
P < 0,045
63—80
не менее
13
не менее
241
7,85
Твердая сталь. Обладает хорошей вяз¬
костью. Закаливается. Хорошо обрабатывается
резанием и дает чистую поверхность. При¬
меняется для деталей, требующих высокой
прочности (валики, червяки, зубчатые, ци¬
линдрические и конические колеса, штифты)
Сталь качественная конструкционная автоматная ГОСТ В.-1414-42
А-12
С = 0,08—0,15
60-85
не менее
170—260
7,85
Сталь средней твердости, чисто обрабаты¬
Мп = 0,60—0,90
6
вается. Хорошо полируется. Применяется для
Si == 0,15—0,35
изготовления неответственных деталей на
S = 0,08—9,25
автоматах (шурупы, гайки, шайбы, втулки,
Р = 0,08—0,15
мелкие оправы и т. п.)
Сталь качественная конструкционная легированная ОСТ НКТП 7124
15Х
С = 0,10—0,20
Мп = 0,30-0,69
Si = 0,17—0,37
Сг = 0,7—1,0
Ni = 0,3
S < 0,040
Р < 0,040
75
не менее
11
179-241
7,85
Для цементируемых деталей (шестерни,
кольца специальных шарикоподшипников,
шариковые направляющие, шпоночные ва¬
лики)
20Х
15Ф
40Х
С = 0,35—0,45
Мп = 0,50-0,80
Si — 0,17—0,37
Сг = 0,8—1,1
Ni = 0,3
S < 0,040
Р < 0,040
100
не менее
9
207-241
7,85
Для аналогичных деталей, подвергаемых
закалке
35Х
45Х
12ХН2А
ОСТ НКТП
7124
С = 0,17
Мп = 0,30-0,60
Si = 0,15—0,30
Сг = 0,60-0,80
N1 = 1,50-2,00
S « 0,05
Р < 0,04
80
12
207
7,85
Цементируемая сталь. Обладает несколько
большей вязкостью, чем сталь 15Х. Приме¬
няется для тех же деталей
15Х
Н2А
Продолжение табл. 11
Название
Обозначе¬
ние
Химический состав
Предел
прочности
на разрыв,
кгімм2
Относитель¬
ное удлине¬
ние, «/о
Твердость
ПО
Бринелю
Удель¬
ный
вес
Назначение
Мар-
ки-за-
мени-
тели
Сталь качественная конструкционная легированная ОСТ НКТП 7124
ЭЖ1
С = 0,15
Мп < 0,5
Si < 0,7
Сг = 12,5-14,5
N1 < 0,5
S<0,03
Р < 0,03
50
20
180
7,85
Нержавеющая хромистая сталь. Рекомен¬
дуется для изготовления деталей приборов,
не подвергающихся большим напряжениям и
работающим на удар в коррозионных усло¬
виях
ЭЖ2
ЭЖЗ
С = 0,24-0,35
Мп « 0,5
Si < 0,7
Ni < 0,6
S < 0,02
P < 0,03
241
7,85
Нержавеющая хромистая сталь. Рекомен¬
дуется для изготовления деталей, требующих
большой твердости (призменные опоры, ме¬
таллические зеркала и др.)
ЭЖ4
Сталь инструментальная углеродистая высококачественная
ГОСТ В-1435-42
У8А
С = 0,75-0,85
Мп = 0,25-0,35
Si < 0,3
Сг < 0,2
N1 < 0,25
S < 0,03
Р < 0,03
—
—
—
7,85
Твердая вязкая сталь. Дает чистую блестя¬
щую поверхность. Хорошо сопротивляется
истиранию. Применяется для изготовления ко¬
лец, специальных шарикоподшипников и на¬
правляющих на шариках, не подвергающихся
закалке, для пружин, подпятников и т. п.
У7,
У7А,
У8
13. Пластические Maçcbi
Искусственные пластмассы можно разбить на три основные группы: фенолаль¬
дегидные, целлюлозные, белковые.
Фенолальдегидные пластмассы
Конденсацией фенола с формалином в присутствии щелочного катализатора
получается бакелит. Впервые он получен Бэклендом (L. Н. Baekeland) в 1907 г.,
по имени которого и получил свое название. Бакелит представляет собой искус¬
ственный (синтетический) смолообразный продукт.
Процесс конденсации бакелита имеет три фазы. В фазе А (действие фенола
на формалин при нормальной температуре) бакелит смолообразен, плавится при
50—6О°/0, растворяется в спирте, ацетоне, глицерине и феноле. Если бакелит А
нагревать до температуры свыше 100°, то он переходит в фазу В. В фазе В ба¬
келит становится твердым, неплавким и химически стойким к растворителям, в ко¬
торых он только набухает. При дальнейшем нагревании до 180° получается* ко¬
нечный продукт С. Бакелит С устойчив против большинства реактивов, обладает
электроизолирующими свойствами, противостоит температуре (180—300°).
Чистый бакелит своей прозрачностью и интенсивно-желтым, переходящим
в красный, цветом напоминает янтарь. Невысокие механические свойства и, главное,
хрупкость не позволяют применять бакелит в чистом виде. Поэтому его соединяют
с различными материалами, придающими ему те или иные механические свойства.
Все известные материалы на основе бакелитов являются композицией из бакели¬
товой смолы (связующее), различных материалов (наполнители), повышающих ме¬
ханические свойства, и красителей.
Содержание бакелита в композиции колеблется от 25 до 6О°/о. В качестве
наполнителя применяются: древесная мука, мел, хлопчатобумажное и льняное во¬
локно, ткань, бумага, асбест, рыбья чешуя и пр. Содержание минерального напол¬
нителя никогда не поднимается выше 1О°/0. Присутствие последнего нежелательно
в тех случаях, когда изделие подвергается дополнительной обработке режущим
инструментом.
Необходимо отметить, что все материалы, содержащие бакелит, вызывают уси¬
ленный износ режущего инструмента.
На заводе ОГПУ для изготовления корпуса фотоаппарата применялся волокнит
(наполнитель — линтера — очесы хлопка); для менее ответственных деталей — мо¬
нолит (наполнитель — древесная мука). Завод „Геофизика" применял карболит.
Указанные материалы обладают плотной и равномерной структурой, прочностью и
превосходным внешним видом.
В качестве материала для изготовления бесшумных шестерен наилучшие ре¬
зультаты дает текстолит. На заводе имени ОГПУ из текстолита изготовляются
бесшумные шестерни для звуковых кинопередвижек.
Текстолит представляет собой многослойную ткань, пропитанную бакелитовой
смолой и отпрессованную в виде досок различной толщины. Текстолит можно
получать и в виде болванок. Текстолит хорошо пилится, сверлится, фрезеруется
и точитсях. Из текстолита изготовляются также трубы различных диаметров.
Подобен текстолиту пертинакс (гетинакс). Он отличается от текстолита тем,
что ткань заменена бумагой специальных сортов. Гетинакс вследствие его высоких
электроизолирующих свойств применяется для панелей, изоляционных прокладок,
шайб, гаек, рычагов и т. п.
Перечисленными материалами далеко не исчерпывается группа фенолальде¬
гидных прессовочных материалов. Отмечены только наиболее распространенные и
технически освоенные из них.
Прессовочные порошки представляют собой композицию из связывающего
материала (навалочная фенольно-формальдегидная смола), минерального и органиче¬
ского наполнителя (древесная мука, литопон и др.), красителя и специальных до¬
бавок (уротропин).
1 Текстолит плохо полируется поперек слоев (остаются концы ниток ткани) и непрочен
в этом направлении.
39
Монолит
Марка
Характеристика
№ 1
Черный. Изготовляется на наволочно-эмульсионной, не содержащей глин¬
таля, смоле
Цветной
№ 2
№ 3
Цветной. Изготовляется на эмульсионной смоле с 15% глинталя от веса
фенола
№ 4
Черный
№ 5
Цветной (типа карельской березы). Остальное как у монолита № 3 и 4
№ 6
Цветной (типа карельской березы). Изготовляется на эмульсионной смоле,
не содержащей глинталя
№ 7
Цветной. Изготовляется на накалочно-эмульсионной смоле, содержащей
15% глинталя от веса фенола
В качестве наполнителя во всех марках применяется древесная мука и литопон.
Количество глинталя, входящего в рецептуру, обязательно указывается в паспорте,
прилагаемом к каждой партии.
Прессовочные порошки из монолита применяются для изготовления методомъ
горячего прессования различных деталей — барашки, рукоятки, столики для микро¬
скопов, наглазники, футляры, детали электротехнических устройств и т. п.
Свойства прессовочных порошков и технические требования к ним приведены
в табл. 12.
Таблица 12
Технические требования к прессовочным порошкам
Свойства
Нормы
Класс 1-й J
Класс 2-й
1. Цвет
Черный, красный, коричневый, темно¬
вишневый и др. или комбинация их (на
смеси) по утвержденным обеими сторона¬
ми образцам
2. Поверхность прессованных деталей
Должна быть блестящей, без пузырей,
вздутий, трещин, раковин, видимых ча¬
стиц наполнителя
3. Поведение при прессовании (прили-
паемость)
При прессовании порошок не должен
прилипать к прессформам
4. Излом прессовки
Матовый, однородный, без присутствия
непропитанных волокон и посторонних
включений
5. Посторонние примеси
Металлические частицы, частицы дре¬
весной муки, не размешанные частицы
смолы, зерна порошков других цветов и
другие включения не допускаются
6. Удельный объем не более в мл)г
2,5
2,9
7. Содержание летучих в % не более
4,5
4,5
8. Усадка в %
0,5-0,9
0,6—0,9
9. Скорость полимеризации не более
сек{мм
54
54
10. Текучесть, по Рапіигу, в мм для обоих
классов
1 группа 45— 75
2 группа 76—ПО
3 группа 111 —140
4 группа 141 —180
40
Продолжение табл. 12
Свойства
Нормы
Класс 1-й J
Класс 2-й
11. Удельный вес отпрессованного изделия
1,30-1,5 1
1,30-1,5
12. Водопоглощение, %
0,35 1
0,4
13. Теплостойкость, по Мартенсу, °C не
менее
110е
110°
14. Удельная ударная вязкость, кг/см2, не
менее
4,5
0,4
15. Предел прочности на изгиб, кг/см^ не
менее
550
Не нормируется
16. Твердость, по Бринелю, кгімм2, не менее |
1 30
1 30
17. Среднее пробивное напряжение, кѴ/дьи,
не менее
7
—
18. Удельное объемное электрическое со¬
противление, Q/сл3, не менее
2-1010
Не нормируется
19. Удельное поверхностное электрическое
сопротивление, й/сл£2, не менее
1-1010
Не нормируется
Примечание. Прессовочные порошки, предназначенные для выпуска изделий, не требующих электро¬
изоляционных свойств (пп. 17, 18, и 19), выпускаются без испытания последних.
Волокнит приготовлен на основе синтетической смолы резольного типа, с орга¬
ническим волокнистым наполнителем. Этот материал предназначен для горячего
прессования изделий с повышенной механической прочностью по удельной ударной
вязкости.
Прессовочный материал должен удовлетворять следующим физико-механическим^
диэлектрическим и технологическим показателям (табл. 13).
Таблица 13
Физико-механические, диэлектрические и технологические показатели волокнита
Наименование показателей
Величина
показателя
Удельная ударная вязкость, kzcmIcm2, не менее
9
Временное сопротивление статическому изгибу, kzIcm2, не менее . . .
500
, ж разрыву, kz)cm2, не менее
,, „ сжатию, кг/см*, не менее
300
1200
Твердость, по Бринелю, кг!см\ не менее
25
Водопоглощаемость за 24 часа, %, не более
0,4
Теплостойкость, по Мартенсу, °C, не менее • . .
ПО
Удельный вес отпрессованного изделия, г/см3, в пределах
1,35—1,45
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Q/см2, не менее
1-107
„ объемное электрическое сопротивление, й/сд*3, не менее . .
1-107
Среднее пробивное напряжение kV/до/, не менее
2
Текучесть, по Рашигу, в пределах, мм
20-120
Температура прессования, °C, в пределах
150—160
Удельное давление при прессовании, кг/см, в пределах
250-350
Выдержка при прессовании на 1 мм толщины изделия, минут . . .
Усадка в направлении, перпендикулярном движению пуансона, %,
1
не более
0,8
Примечания: 1. Изделия из светлого волокнита должны иметь гладкую блестящую
• поверхность без
вздутий и посторонних включений с ясно выраженной структурой волокна на поверхности.
Окраска поверх-
ности в большинстве случаев снетлокоричневая, неоднотонная. Цвет волокна может изменяться в зависимости
от окраски смолы и браковочным показателем не является.
2. Изделия из черного волокнита должны иметь гладкую блестящую поверхность без вздутий и заметных
невооруженным глазом посторонних включений.
41
Физические, механические и хими
Наименование свойств
Единица
измере¬
ния
Фенолальдегидные
резиты (чистая
смола типа
бакелит)
Фенолальдегид¬
ные резиты и
древесная мука
(прессованный
бакелит)
Фенолальде¬
гидные резиты
и полотно
(текстолит)
Удельный вес
г/см^
1,20- 1,29
1,33—1,40
1,32-1,40
Теплостойкость, по Мартенсу
°C
Выдерживает без
разложения (без
нагрузки)
200-250
125-150
100-125
Коэфициент линейного тепло¬
вого расширения а в пределах
20—70°
а-10-6
50—110
25-45
20-30
Твердость статическая, по
Бринелю
кг[мм2
30-45 I
30—38
22—25
33-38
Предел прочности на изгиб
кг/см2
500—1000
650—700
1000—1700
„ „ на разрыв
кг/см2
350—750
400-625
900-1750
„ „ на ударный
изгиб
кг/см2
0,5-2,5 1
4—9,6
4—5
35—85
Поверхностное электрическое
сопротивление (50% относитель
ной влажности)
&/см2
1011—3,6-1012
10п—10 3
ІО10—іо13
Объемное электрическое со¬
противление (50% влажности)
Q/см3
Ю10— IC12
1011-ІО13
Ь>10—ю13
Электрическая прочность
kV/мм
10—70 в зависи¬
мости от толщи¬
ны пленки и
других факторов
9-40
27—45
Действие органических рас¬
творителей:
—
Не действует
Изменений не
происходит
Изменений не
происходит
Uy Ѵ/СГіОжІГі
б) бензол
в) спирт
г) прочие
Действие кислот
!
HNOg — распа¬
дается, скорость
зависит от уд. ве¬
са и температуры
кислоты. Специ¬
альные сорта
стойки к концен¬
трированным сер¬
ной и соляной
кислотам на хо¬
лоду
Все кислоты
слабо действу¬
ют, разрушая
наполнитель.
Скорость зави¬
сит от темпе¬
ратуры, коли¬
чества напол¬
нителя и кон¬
центрации кис¬
лоты. Сильнее
действуют
HNO3 и кон-
ценірирован-
ная H2SO4
То же, что для
чистой смолы
типа бакелит
42
1аолица 14
ческие свойства пластических масс
Тролиты на
основе нитро¬
целлюлозы
Тролиты на
основе других
эфиров целлю¬
лозы
Эбонит
Карболит
Ф
К
Ж
1,5-2,2
1,5-2,2
1,12-1,4
1,18
1,12
1,13
45—50
45—60
40—50
70
120
160
12—16
—
60-80
93
75
120
16-22
—
—
24
31
25
480—550
450—550
минимум
822-1018
(при косом изгибе)
637
445
401
—
250-300
250—450
184
144
120
4,85-5,3
15-30
30
—
—
—
3,8-1012
6,1 -ІО12
(ацетил)
1012—ю15
5,8-1014
4,6-ІО13
4,6. ІО13
1,5-ІО12
4,8-ІО10—5-1012
(ацетил)
0,8-1011
5,4-ІО9
1,7.100й
5,5-ІО13
11—45
45
(ацетил)
10—38
10
11
12
В бензоле, ацето¬
не, метиле, спир¬
те, этиловом спир¬
те, кетоне, бензине
и т. д. теряют
свою прочность
и сильно разру¬
шают поверхность
То же
Алкоголь — слабо;
бензол размягчает
при обыкновенной
температуре; серо¬
углерод растворяет
серу и каучук; нефть
вызывает набухание;
скипидар растворяет
при кипячении
Частичные
изменения
поверхности
—
—
Все кислоты, в
особенности
HNO3, H2SO4,
сильно действуют,
разрушая поверх¬
ность. H2SO4 до
30% действует
слабо
Сильно дей¬
ствуют ацетон,
уксусная кис¬
лота, смесь
бензола и спир¬
та, слабее —
чистый спирт,
бензин
Не поддается дей¬
ствию концентриро¬
ванных соляной,
плавиковой и уксус¬
ной кислот, а также
серной кислоты с
уд. весом до 1,50 и
азотной — с уд. ве¬
сом 1,12
Практическ
КОН). Аз
а:
и стоек к Н
ютная кислоі
зота разруіш
2SO4 (25<7о
?а и окислы
ГЮТ
43
Наименование свойств
Единица
измере¬
ния
Фенолальдегидные
резиты (чистая
смола типа
бакелит)
Фенол альдегид¬
ные резиты и
древесная мука
(прессованный
бакелит)
Фенолальде¬
гидные резиты
и полотно
(текстолит)
Действие щелочей: КОН,
NaOH
—
Некоторые сорта
щелочестойки до
1О°/о NaOH на
холоду; при на¬
греве щелочь раз¬
рушает поверх¬
ность
—
Поверхность
разрушается
от действия
щелочей уже
при концентра¬
ции свыше
5%
Количество поглощаемой воды
на холоду в течение суток
°/о
0,05—0,30
0,1—1,5
0,8—1,5
Влияние времени
—
Улучшаются механические и электрические
свойства
Металлические вставки
Изменений не происходит
Целлюлозные пластмассы
К числу их относится в первую очередь целлюлоид. Целлюлоид превосходно
штампуется, точится, сверлится и нарезается. Известно применение его (в окра¬
шенном виде) для лепестков ирисовых диафрагм. Главным недостатком целлюлоида
являются его воспламеняемость и незначительная теплостойкость. Уже при 50—60°
целлюлоид легко деформируется.
Получили также широкое распространение прессовочные композиции на основе
эфира целлюлозы, так называемые тролиты, и этролы. Они очень пластичны,
менее горючи, чем целлюлоид, и допускают повторные запрессовки в случае
брака. Вследствие этого их свойства уничтожаются отходы, что значительно уде¬
шевляет изготовление деталей. Благодаря хорошей текучести возможно изгото¬
вление деталей из тролитов методом литья под давлением, а этот способ, как
известно, наиболее продуктивен.
В оптико-механической промышленности применение целлюлозных прессовочных
материалов вполне целесообразно для изготовления различных рукояток, на¬
глазников, маховичков, оправ для очков и т. п. Для ответственных деталей эту
группу материалов рекомендовать нельзя. Для неответственных деталей с наивысшей
температурой эксплоатации —50° применяется этрол с наполнителем: мел, древесная
мука, очесы хлопка.
Белковые пластмассы
Продукт, известный под названием галалит, представляет собой животный
или растительный белок, обработанный формалином. Галалит тверже целлюлоида и
невоспламеним, но более хрупок и весьма гигроскопичен. Широко известны галан¬
терейные изделия из галалита.
Остальных материалов группы белковых мы не приводим.
В табл. 14 приведены физические, механические и химические свойства раз¬
личных пластмасс.
44
Продолжение табл. 14
Тролиты на
основе нитро¬
целлюлозы
Тролиты на
основе других
эфиров целлю¬
лозы
Эбонит
Слабые щелочи
изменяют поверх¬
ность, крепкие —
быстро разрушают
при нагревании,
а также на холоду
Щелочи сильно
действуют
Щелочи не дей¬
ствуют
0,8
Повидимому, изменений
не происходит
0.02
Становится хрупким,
ухудшаются диэлек¬
трические свойства
При соприкоснове¬
нии железа и меди
с эбонитом проис¬
ходит быстрее ухуд¬
шение свойств, а
металлы подвергают¬
ся коррозии; защи¬
та— олово, бумага,
каучук и т. д.
Карболит
Ф
К
Ж
Щелочи разрушают
0,30
0,25
0,18
—
—
—
ГЛАВА V
КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ И ДЕТАЛЕЙ
ИЗ ПЛАСТМАСС
Значение литья в оптико-механическом приборостроении определяется как
большим удельным весом литых деталей в приборах, так и трудоемкостью их
изготовления, обусловленной сложностью их форм. Помимо обычных в общем ма¬
шиностроении требований к литью, в оптико-механическом приборостроении к нему
предъявляются специфические требования, вызываемые особенностями назначения и
работы прибора — точность размеров, чистота поверхности, антикоррозийность,
гидравлическая плотность и др.
14. Литые металлические детали
Отливка в земляные формы
Конструктора оптико-механических приборов особенно интересует вопрос
о допустимой минимальной толщине стенок для отливок из различных сплавов.
Литературные и опытные данные заводов дают по этому вопросу следующие
цифры:
Материал Минимальная
толщина стенок, мм
Чугун 3—5
Бронза 2,5—4
Латунь 5
Алюминиевые сплавы 2,5—4
Сталь 5—8
Толщина стенок по этим данным должна выбираться в зависимости от кон¬
фигурации детали.
45
Отливка под давлением
Литье под давлением является наиболее совершенным способом массового
производства точных и сложных по конфигурации деталей.
Процесс литья под давлением заключается в том, что расплавленный металл
поступает под сильным давлением в точно обработанную стальную форму, целиком
заполняет ее и дает точную отливку, вполне соответствующую всем контурам
формы, с чистой, почти полированной поверхностью. Кроме того, отливки могут
быть получены более тонкостенными, т. е. меньшего веса и с равномерной тол¬
щиной стенок. Размеры формы с поправкой на усадку соответствуют размерам
готовой детали.
Припуск на обработку требуется редко.
Отверстия и резьба, за небольшими исключениями, отливаются сразу, так что
отливки после удаления заусенцев и литников в большинстве случаев не требуют
никакой механической обработки и могут быть пущены прямо в сборку.
Литье под давлением нашло широкое приме¬
нение в точном машиностроении.
Применяемые в настоящее время сплавы для
литья под давлением могут быть разделены на три
группы: 1) цинковые; 2) алюминиевые и магние¬
вые; 3) медные.
Каждый сплав назван по металлу, входящему
в него в наибольшем количестве. Из их числа
может быть выбран сплав для отливки детали
в соответствии с ее назначением и желательными
Рис. 13. Корпус фотозатво^а,
отливаемый под давлением.
Рис. 12. Корпус фотоаппарата,
отливаемый под давлением.
физическими и химическими свойствами. Точность и взаимозаменяемость деталей
не уступают получаемым механической обработкой.
Вследствие высокой стоимости литейных форм применение литья под давле¬
нием является экономически выгодным лишь при производстве достаточно боль¬
шого количества отливок. Чем выше стоимость изготовления данного рода изделия
другим способом производства, тем меньшее количество этих изделий окупит стои¬
мость формы.
Ниже мы приводим несколько примеров отливок под давлением из практики
заводов оптико-механической промышленности.
Корпус фотоаппарата (рис. 12). Деталь представляет собой коробку с частично'
вырезанным дном. Она имеет острые углы, конусность, толщина 1,5—2 мм. Ma
териал — алюминиевый сплав. Благодаря отливке под давлением здесь сокра¬
щаются 33 механические операции, не считая разметки и фрезеровки всех пло¬
скостей.
Корпус затвора (рис. 13). Механизм затвора расположен во внутренней части
корпуса, которая должна быть поэтому весьма тщательно изготовлена. Внутренние
углы корпуса должны быть острыми; конусность в стенках недопустима; в неко¬
торых случаях расстояние между приливом и стенкой не превышает 2 мм.
Примеров выгодности литья под давлением можно привести громадное коли¬
чество.
Возможно отливать невысокие детали без литейных конусов. Это вызывает
усиленный износ стержней и пуансонов, но является более выгодным, чем после¬
дующее снятие конусов.
46
На рис. 14 показан корпус минометного прицела с армированными стальными
втулками 2 и 3 и осью 7.
На рис. 15 показан корпус пулеметного прицела с армированной осью 7
и опорным кольцом 2.
Армированные детали окончательно обработаны и отделаны.
Отливки с армированием полностью обработанных деталей особенно выгодны.
Отливки под давлением обычно имеют внутренние раковины, особенно в утол¬
щенных частях.
Это может не иметь значения, но если приходится производить механическую
обработку, раковины скрываются.
При конструировании деталей, изготовляемых литьем под давлением, необхо¬
димо учесть следующее:
1) характер обработки каждой детали, имея в виду, что хотя отливка под
давлением и заменяет обработку, но в. случаях, требующих особой точности
и при тугих посадках, без обработки обойтись нельзя;
2) чистоту поверхности при литье из цин¬
Рис. 14. Корпус прибора с залитыми
стальной осью и втулками.
ковых, алюминиевых и магниевых сплавов
можно получать до W и даже несколько
выше;
3) галтели и углы, во избежание появления
трещин и для облегчения выталкивания отливки
из формы, желательно закруглять радиусом не
Рис. 15. Корпус прибора с залитыми стальными
осью и кольцом.
менее 1 мм. Только при очень тонкостенных отливках и при крайней необходимо¬
сти можно допускать закругления меньшего радиуса.
Таблица 15
Размеры и точность отливок под давлением
(по Фроммеру и Пляцкому7
Сплавы
Минимальные допуски для отливок
Размеры
Внутри одной половинки формы
Параллельно
поверхности
разъема,
м м
Перпенди¬
кулярно по¬
верхности
разъема,
• мм
Заданные размеры
%
Не меньше,
мм
Цинковые
+ 0,01
±0,15
} ±0,03
±0,02
0,05-0,1
Алюминие¬
вые
В зависимости от раз-
* еров и конфигурации
отливок ±0,15—0,2э
±0,05
±0,04
0,05-0,1
Магниевые
—од
—
—
—
Медные
В зависимости от раз¬
меров и конфигурации
отливок ±0,25—0,35
±0,07
±0,05
0,05—0,2
47
Предельные размеры отливок
Таблица 16
Сплавы
Отверстия
Мини¬
мальная
конус¬
ность
В °/о
длины
Литая резьба
Пределы веса и размеров отливки
Минимальный
диаметр
Наибольшая глубина
Мини¬
мальный
шаг,
мм
Минимальный
диаметр, мм
Допуск
на вес
детали,
мм
Максималь¬
ный размер
отливки,
мм
Минимальная
толщина стенок,
мм
Эконом.,
допуст.,
мм
Технич.
возможн.,
мм
Несквозные
отверстия
Сквозные
отверстия
внешний
внутрен¬
ний
Цинко¬
вые
1,5
1
5 диаметров
10 диаметров
0,2-0,5
0,75*
1
8
10
1 г—5 кг
400X600
В зависимости
от величины и
конфигурации от¬
ливок 1,2—3
Алюми¬
ниевые
2,5
1,5
При отверстии
диаметром боль¬
ше 3 мм — 3 диа¬
метра; меньше
Змм—2 диаметра
При отверстии
диаметром боль¬
ше 3 мм -— 4 диа¬
метра; меньше
3 мм— 3 диаметра
0,5-1
Р
1,25
12
15
5 г—
2,4 кг
В зависимости
от величины и
конфигурации от¬
ливок 1,5—3
Магние¬
вые
2
1,5
4
8
0,3-0,4
5 г—
1,2 кг
300X430
В зависимости
от величины и
конфигурации от¬
ливок 1,5—3
Медные
3
2,5
При отверстии
диаметром боль¬
ше 5 мм — 3 диа¬
метра; меньше
5 мм — 1,5 диа¬
метра
При отверстии
диаметром боль¬
ше 5 мм — 4 диа¬
метра, меньше
5 мм —2 диаметра
0,8-1,5
1,5
12
5 г~2 кг
400X600
В зависимости от
величины и кон¬
фигурации отли¬
вок 2—3
* По Пляцкому.
15. Детали из пластических масс
В приборах, рассчитываемых на массовое или крупносерийное производство,
следует стремиться к возможно более широкому применению (для деталей, • не
подверженных значительным механическим воздействиям) пластических масс. Сюда
относятся различные рукоятки, барашки, предметные столики микроскопов, фу¬
тляры (например для микрообъективов, микроскопов , и принадлежностей к ним),
а также основания и корпуса реостатов, выключателей, штепселей и контактных
устройств, где требуются, кроме красивой внешности, еще и электроизолирующие
свойства. Замена цветных металлов пластмассами, кроме улучшения внешности при¬
боров, диктуется как дефицитом цветных металлов, так и (это самое главное) эко¬
номическими выгодами.
Основной метод получения изделий из пластмасс — прессование в стальных
прессформах. Прессование производится при удельном давлении от 250 до ІОООкг/слг2
при температуре 100—180°.
При тщательно изготовленных прессформах и точной дозировке материала
полученные изделия не требуют дополнительной обработки.
К прессформам предъявляются требования высокой механической прочности,
точности не ниже 2-го класса и зеркальной полировки рабочих поверхностей.
Прессформы необходимо калить, цементировать или хро¬
мировать. Отсюда видно, что изготовление их является
наиболее ответственной частью данного технологического
процесса. Вследствие этого стоимость прессформ довольно
высока и может окупиться лишь при массовом или круп¬
носерийном производстве. При конструировании деталей
из пластмасс необходимо руководствоваться соображениями
возможного упрощения конструкции прессформ.
Прессование деталей из пластмасс в значительной мере
аналогично литью под давлением. Под действием давления
при высокой температуре пластические материалы запол¬
няют свободный объем А прессформы (рис. 16), прини¬
мая окончательную форму изделия.
Основные требования к конструкции деталей из пластмасс сводятся к следующему.
1. Изделия должны иметь равномерную толщину стенок. Это обеспечивает
равномерность остывания, чем избегается коробление изделия или даже разрывы
в местах переходов от тонкого сечения к более толстому (рис. 17, а и б).
Минимальная толщина стенок зависит от размеров, формы детали и типа
пластмассы и равна 1—2 мм. Изделия кольцевого сечения или в форме за¬
мкнутой полости могут иметь стенки более тонкие, чем плоские изделия. Проч¬
ности детали следует достигать не утолщением стенок, а применением ребер
(рис. 17, в).
2. Необходимо закруглять углы в местах переходов. Радиус закругления
должен быть по возможности не меньше толщины стенки в месте перехода
(рис. 17. г).
3. Стенки изделия должны делаться конусными (рис. 17, г) для облегчения
удаления изделий из прессформы. Уклон стенок следует брать порядка 2—3°.
Издедия до 10 мм глубиной можно делать без конусности, но без крайней нужды
этого допускать не следует.
4. Детали, имеющие бобышки или приливы, должны быть сконструированы
так, чтобы обеспечить простое удаление их из формы (рис. 17, д). По этой же
причине нельзя делать детали с поднутрением стенок (рис. 17, е).? Детали с под¬
нутрением стенок можно изготовлять только в разборных прессформах. Так изго¬
товлялся, например, корпус фотоаппарата „Турист“ (рис. 19), причем прессформа
состояла из 6 частей.
5. Прессование гладких пластинок вызывает затруднения; лучше конструи¬
ровать их с выемкой на одной из сторон или в случае значительных размеров —
с ребрами жесткости (рис. 17, ж).
6. Накатку следует применять прямую, так как крестовая или винтовая на¬
катки усложняют конструкцию прессформы.
4 М. Я- Кругер и Б. М. Кулижнов
2379
4Q
7. Изготовление резьбы не представляет особенных затруднений. Шаг следует
брать не меньше 1 мм.
При большом числе отверстий, снабженных резьбой, предпочтительно запрессо¬
вывать металлические гайки или втулки, которые- затем нарезают. Для предотвра¬
щения проворачивания и выпадения втулки снабжают накаткой. Не рекомендуется
запрессовывать втулки близко к поверхности детали во избежание вздутия над
Неправил^'
Рис» 17. Схемы конструктивного оформления деталей из пластмассы.
втулкой (рис. 17, з). Не следует запрессовывать металлические детали под углом
к направлению прессования, так как в этом случае под влиянием неравномерного
давления запрессовываемая деталь может сбиться. Для того чтобы этого не про¬
изошло, необходимо давать этим деталям две точки опоры.
8. Надписи и цифры делают обязательно выпуклыми. Рис. 18, 20 и 21
показывают ряд деталей из пластмасс. На рис. 22 показан театральный бинокль
с корпусом из пластмассы.
50
Рис. 18. Виды деталей из пластмассы.
1 — установочный винт; 2— барашек; 3—направляющая микроскопа;
4— головка микрометренного винта теодолита; 5—пластинка лагера.
Рис. 20. Барашек кре-
малверы микроскопа.
Рис. 22. Театральный бинокль
с корпусом из пластмассы.
Рис. 21. Пластмассовый столик микроскопа (сборка).
4*
ГЛАВА VI
ОПТИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ. НАГЛАЗНИКИ И НАЛОБНИКИ.
ДИАФРАГМЫ
Оптическими деталями называют детали, действие которых основано на общих
законах преломления или отражения света. Совокупность оптических деталей, рас¬
положенных в известном, строго определенном, порядке и взаимно ориентиро¬
ванных в пространстве, образует оптическую систему прибора.
По назначению и конструкции оптические детали можно разделить на следую¬
щие основные виды: 1) линзы; 2) призмы; 3) клинья; 4) зеркала; 5) сетки;
6) защитные стекла; 7) светофильтры.
Особую группу составляет так называемая поляризационная оптика (поляриза¬
ционные призмы, компенсационные пластинки и пр.).
16. Линзы
Линзами называют оптические детали, ограниченные двумя преломляющими
поверхностями, из которых по крайней мере одна является поверхностью тела
вращения.
При массовом производстве только сфера и плоскость могут быть выполнены
с достаточной степенью точности, шлифовка же асферических поверхностей пред¬
ставляет большие трудности. Поэтому, несмотря на то, что асферические, напри¬
мер параболические поверхности в ряде случаев дают наиболее простое и наи¬
более эффективное решение оптической системы, применение таких поверхностей
пока еще ограничено.
По оптическим свойствам линзы делятся на положительные и отрицательные.
По конструкции (форме) линзы делятся на двояковыпуклые, двояковогнутые, пло¬
сковыпуклые, плосковогнутые и мениски.
Элементы конструкции линз
Следует различать две группы элементов конструкции линз (рис. 23). Первая
группа — элементы, определяемые при расчете оптической системы: радиусы кри¬
визны поверхностей, толщина по оси
d и световые диаметры Dly D2. Полу¬
ченные расчетом радиусы кривизны
должны быт{> округлены до ближай¬
ших стандартных значений (ГОСТ
1807-42, Радиусы оптических поверх¬
ностей).
Следует избегать применения
слишком тонких линз. Такие линзы
при полировке прогибаются, что делает
невозможным получение точных поверх¬
ностей. Кроме того, малая толщина по¬
ложительных линз по краю делает затруднительной их центрировку из-за невоз¬
можности дать достаточный припуск на эту операцию. Можно рекомендовать сле¬
дующие соотношения между толщиной по оси d, толщиной по краю t и диаме¬
тром линзы D:
для положительных линз 4d-\- D, причем толщина по краю t должна
быть не меньше 0,057);
для отрицательных линз 12û?-|-3/^> 7), причем толщина по оси d должна
быть не меньше 0,037).
Вторая группа — элементы, зависящие от способа крепления линз в приборе.
К этой группе элементов относятся диаметры линз 7), а также размеры и распо¬
ложение фасок. Соотношение между диаметром линзы D и ее наибольшим све¬
товым диаметром приводится в табл. 17.
Фаски на острых краях линз снимаются для следующих целей:
52
1) для предохранения линз от выколок при сборке, а также для устранения
мелких выколок по краю, появляющихся после центрировки линз;
2) для крепления линз задавливанием и
3) для удаления излишней части стекла по краю линзы.
Фаски для предохранения от выколок необходимо снимать на острых краях
всех линз, за исключением выпуклых
поверхностей склейки, где они не
обязательны. С увеличением диаме¬
тра линзы следует увеличивать и
ширину фаски. Радиус фацетиро-
вочной чашки подбирают так, чтобы
угол, образованный фаской и обод¬
ком линзы, примерно равнялся углу,
образованному фаской и касательной
к сферической поверхности линзы.
Фаски для крепления линз за¬
давливанием приблизительно вдвое
больше защитных фасок, они обычно
снимаются под углом 30—45° к
ободку линзы. Рекомендуемые раз¬
меры защитных фасок и фасок для
крепления задавливанием приведены
в табл. 18.
Фаски третьего типа снимаются
Таблица 17
Соотношения между световым и полным
диаметром линзы
Световой диаметр
линзы Dy, мм
Диаметр линзы D, мм
Способ крепления
задавлива- і
нием 1
кольцом
До 6
Свыше 6 до 10
10 „ 18
. 18 . 30
„ 30 „ 50
50 . 80
» 80 „ 100
„ 120
£>і+0,6
£>1+0,8
£4+1,0
£>і+1,5
£>і+2,0
£>і+2,5
Не приме¬
няется
То же
Не приме¬
няется
Dj+1,0
А+1.5
£>і+2,0
А+2.5
£>і+3,0
£>і+3,5
1 Яі,+45
почти исключительно со стороны
вогнутой поверхности линзы, главным образом в тех случаях, когда световые
диаметры с одной и другой стороны линзы значительно различаются между со¬
бой. Такие фаски, как правило, снимаются под углом 45° к ободку линзы. В этих
же случаях иногда применяют двойную фаску.
Таблица 18
Размеры фасок на линзах
Диаметр линзы,
Ширина
фаски, мм
мм
защитной
1
для крепления
линз задавли¬
ванием
До 6
Свыше 6 до 10
» 10 „ 18
18 „ 30
» 30 „ 50
» 50 „ 80
. 80 „ 120
,, 120
J
0,1+0-1
0,1+0’2
О,2+0,3
О,2+0’4
0,3+(М
О,4+0’5
О,5+0’6
О,7+0’8
О,1+о’2
о,3+0’2
0,4+°.2
О,5+0,3
0,7+°,s
1,0+°>5
Не приме¬
няется
То же
Для склеивания линз, как и вообще
Одна часть такой фаски образуется
конической поверхностью с углом
конуса 90°, а другая часть — плоской
поверхностью, перпендикулярной
оптической к оси линзы.
Склеенные линзы
Как известно, в оптических
приборах широко применяются ахро¬
матизированные линзы, склеенные из
двух отдельных линз — положитель¬
ной и отрицательной. Сюда отно¬
сится большинство объективов на¬
блюдательных приборов, линзы обо¬
рачивающих систем зрительных труб,
линзы окуляров, а также линзы
почти всех типов фотографических
объективов. Значительно реже при¬
меняются линзы, склеенные из трех
компонентов, примером таких линз
может служить апланатическая лупа,
всех оптических деталей из стекла,
в качестве клеящих веществ применяют пихтовый бальзам и бальзамин.
Пихтовый бальзам (ГОСТ 2290-43) приготовляют путем очистки и увари¬
вания живицы сибирской пихты, причем различают бальзам обычный и пластифи¬
цированный (с добавкой льняного масла). В зависимости от степени твердости,
определяемой числом пенетрации, пихтовый бальзам делится иа марки. Среднее
число пенетрации входит в обозначение марки бальзама.
Различают бальзамы весьма твердые (ВТ), твердые (Т), средние (С), мягкие (М)
и весьма мягкие (ВМ).
53
Чем мягче бальзам, тем большую морозостойкость склейки он обеспечивает -
Твердые же бальзамы обеспечивают более высокую термостойкость и механическую
прочность склейки, но не морозостойки. Детали, склеенные твердым бальзамом, при
охлаждении до минус 40—50° часто дают местные расклейки. Добавка пластифи¬
катора повышает морозостойкость бальзама при том же числе пенетрации.
При выборе марки бальзама необходимо учитывать перепад температур, в ко¬
тором должна работать склеиваемая деталь, форму и размеры (радиусы, диаметр)
склеиваемых линз1 и в меньшей степени — разность коэфициентов расширения склеи¬
ваемых стекол1.
Бальзамин, как клеящее вещество, представляет собой получаемую синтети¬
ческим путем вязкую жидкость — полимер (для склеивания линз вязкостью 2—5 пуаз),
которая с течением времени полимеризуется в твердую массу желтого цвета. До¬
бавка катализатора (перекиси бензоила) и нагревание ускоряют процесс полимери¬
зации. Полуфабрикатом для получения вязкого бальзамина является жидкий баль¬
замин, мономер. Он сохраняется в жидком состоянии благодаря добавке стабили¬
затора. Для получения вязкого бальзамина жидкий бальзамин должен быть пере¬
гнан с целью отгонки стабилизатора.
Бальзамин известен также под названием карбинола или карбинольного клея.
По сравнению с пихтовым бальзамом бальзамин обеспечивает более высокую
термическую и механическую прочность соединения деталей при достаточной морозо¬
стойкости, блаюдаря чему за последнее время он получил широкое применение.
К недостаткам бальзамина следует отнести то, что при полимеризации клеящий
слой в некоторой степени деформирует поверхности склеиваемых линз. Иногда
это приводит к ухудшению качества изображения, даваемого склеенной линзой.
Кроме того, в клеящем слое нередко наблюдаются устойчивые местные расклейки
в виде мелких точек, расположенных отдельными группами. Поэтому бальзамин
можно рекомендовать только для склеивания линз объективов и оборачивающих
систем.
Делались также попытки соединения линз при помощи оптического контакта.
Методика „посадки на оптический контакт“ для линз диаметром порядка 30 мм
разработана Государственным оптическим институтом. Опытные партии деталей
подвергались ^пытаниям на замораживание, тряску, разрывное усилие и закре¬
пление в оправах. Испытания дали положительные результаты, однако этот метод
соединения линз пока широкого промышленного применения не получил.
Допуски для линз
Качество изображения, даваемого оптической системой, характеризуется вели¬
чиной остаточных аберраций, допущенных при расчете. Задача расчета (коррекции)
системы состоит в том, чтобы свести их к определенному минимуму, зависящему
от типа и назначения оптической системы, а также и от теоретических возмож¬
ностей для данной системы.
Погрешности выполнения преломляющих поверхностей линз, ошибки толщин
линз и воздушных -промежутков между ними, погрешности центрировки, а также
отклонения показателя преломления и дисперсии стекол от номинальных значений
в той или иной степени вызывают увеличение фактических аберраций оптической
системы. Кроме того, на качество изображения сильно влияет неоднородность
стекла по показателю преломления. При расчете допусков для перечисленных
элементов исходят из предельно допустимых для данной оптической системы абер¬
раций, причем предполагается, что предельные аберрации • могут быть несколько
больше полученного по расчету минимума. Вследствие большого количества пара¬
метров, влияющих на качество изображения, т. е. на величину фактических абер¬
раций системы, расчет допусков отличается большой сложностью, требует много
времени и средств. Однако при расчете допусков было установлено, что одина¬
ковые по назначению детали в близких по типу и оптическим характеристикам
системах требуют примерно одинаковой точности выполнения. Этим обстоятельством
1 Более подробные сведения о выборе марок бальзама см. Куртц Л. Ю., Склеивание
оптических деталей, Оборонгиз, 1944.
54
часто пользуются при назначении допусков для новых оптических систем, т. е. до¬
пуски назначают пользуясь методом аналогии на основе накопленных опытных данных.
•В табл. 19 приведены примерные допуски для линз различных типов опти¬
ческих систем, а также классы точности пробных стекол (ГОСТ 2786-44) для
контроля оптических поверхностей.
Таблица 19
Допуски для линз
Характеристика оптических
деталей
Класс
точности
пробных
стекол
Допуски цодгонки
под пробное стекло
Допуски
толщины,
мм
Допуски
центри¬
ровки,
мм
Кате¬
гория
ПО П[)
и
Пр—
—пс
Общая
ошибка в
кольцах
Местные
ошибки в
полосах
Микроскопы
и лаборатор¬
ные приборы
Объективы
Окуляры
Б или В
В
1—3
3—5
ОД—0,3
0,3—0,5
0,01-0,05
0.1
0,003—0,005
0,01-0,05
1-2
3—4
Фотографи¬
ческие и проек¬
ционные объ¬
ективы
Все линзы
А или Б
2-5
0,1—0,5
0,3—0,05
0,005—0,2
1-2
Телескопи¬
ческие си¬
стемы
Объективы
Оборачиваю¬
щие системы
Коллективы
Окуляры
А или Б
Б
В
Б
1
3—5
3—5
5-10
3-6
0,3—0,5
0,3—0,5
0,5-1,0
0,3-0,5
0,3-0,1
0,3-0,2
0,5-0,2
0,3—0,1
0,01-0,05
0,02—0,1
0,05—0,2
0,01 -0,1
1- 2
2- 3
4
3- 4
Приведенные в таблице допуски в большинстве случаев обеспечивают доста¬
точно хорошее качество изображения и в то же время без особого труда могут
быть выдержаны на производстве.
17. Призмы
Назначение призм в оптических приборах весьма разнообразно. Они приме¬
няются главным образом для следующих целей:
1) для изменения направления оптической оси системы в перископических и
других приборах с ломаной оптической осью;
2) для оборачивания изображения (например призменная оборачивающая
система полевого бинокля);
3) для изменения направления линии визирования прибора (качающиеся объек¬
тивные призмы в различных прицельных приборах). Кроме перечисленных основ¬
ных случаев, призмы применяются и для других целей, например: для компенсации
вращения изображения в панорамах, для разделения светового пучка на два напра¬
вления, для разделения поля зрения и т. д
Несмотря на то, что указанные задачи в большинстве случаев могут быть
разрешены с помощью системы зеркал, применение призм во многих случаях
значительно удобнее. По сравнению с зеркалами призмы обладают следующими
техническими преимуществами:
1) углы между отражающими гранями призмы неизменны, в то время как
система зеркал легко поддается разъюстировке и требует тщательной выверки
при сборке прибора;
2) призму легче и удобнее установить в приборе, чем несколько зеркал;
3) у призм при полном внутреннем отражении потеря света равна нулю, в то
время как при отражении от посеребренной поверхности зеркала от 6 до 10°/о
света теряется;
4) отражающие несеребренные грани призмы с течением времени не портятся,
в то время как устойчивость серебряного слоя зеркал сравнительно невелика;
5) зеркала нельзя устанавливать в непараллельном ходе лучей оптической си¬
стемы, например между объективом и окуляром;
55
6) некоторые призмы невозможно заменить зеркалами, например призму Дове
(рис. 25).
Правильно сконструированная призма должна удовлетворять следующему
основному условию: угол падения луча на входную грань призмы должен быть
равен углу преломления луча на выходной грани, т. е. ^=7/ (рис. 24, а). Другими
словами, это значит, что призма по своему действию на пучок лучей должна быть
равноценна некоторой плоскопараллельной пластинке, получающейся в результате
развертки призмы. ‘
Метод развертки состоит в последовательном построении зеркальных изобра¬
жений призмы относительно ее отражающих граней. На рис. 24, а показана раз¬
вертка прямоугольной призмы АВС', контур ВСА' представляет собой изображе¬
ние призмы АВС в зеркале ВС и луч ОМ'К — зеркальное изображение действи¬
тельного луча ОМК. Из чертежа очевидно, что такая призма развертывается в
плоскопараллельную пластинку прц условии равенства углов АВС и ВСА\ только
в этом случае грань АВ будет параллельна грани А'С.
На рис. 24, б дана развертка призмы с двумя отражающими гранями (пента¬
призма), построенная таким же образом.
Методом развертки удобно пользоваться для проверки правильности выбора
углов призм. Если призма сконструирована неправильно, то в развертке полу¬
(щ ямоугольной из пентапризмы).
чается не плоскопараллельная пластинка, а клин с некоторым преломляющим
углом. Как известно, клин, неодинаково отклоняя лучи различных цветов, вызы¬
вает окрашивание изображения.
При конструировании призм необходимо также принимать во внимание углы
падения лучей на отражающие грани. В тех случаях, когда угол падения луча на
отражающую грань меньше угла полного внутреннего отражения, эта грань должна
подвергаться серебрению. Угол полного внутреннего отражения а определяется по
формуле
sin а = — ,
п
где п — показатель преломления стекла.
Для различных оптических стекол этот угол различен. Так, например, для
стекла К8, показатель преломления которого /2=1,5163, угол полного внутрен¬
него отражения а = 41с15г42", для стеклаБКІО (/2=1,5688) — а = 39с36'02" К
От показателя преломления стекла зависит предельный угол поля зрения
призмы; чем больше показатель преломления стекла, тем больше угол поля зре¬
ния. Поэтому в тех случаях, когда желательно получить возможно большее поле
зрения, рекомендуется применять стекло Б КІО. Стекла с еще более высокими
показателями преломления, например тяжелые флинты, вследствие большого све-
топоглощения и окрашенности для изготовления призм совершенно непригодны.
Призмы с нечетным числом отражающих граней дают симметричное зеркаль¬
ное изображение предмета, призмы с четным числом отражающих граней дают
или прямое изображение или изображение, повернутое вокруг оптической оси на
180° 1 2. Призмы, поворачивающие изображение предмета на 180°, могут при¬
меняться в приборах как оборачивающие системы.
1 Для изготовления призм обычно применяются стекла І<8 и БК10.
2 Призмы с ходом луча в одной плоскости дают прямое изображение предмета, призмы
с пространственным ходом луча — изображение, повернутое вокруг оптической оси на 180°.
56
Очень часто одну из отражающих граней призмы заменяют двумя гарнямщ
расположенными под углом 90°, т. е. на отражающей грани делают как бы над¬
стройку в виде крыши. Такие призмы принято называть призмами с крышей, или
дахкантом (дахпризмы). При замене отражающей грани крышей угол отклонения
луча призмой не изменяется, так как все основные углы призмы остаются неизмен¬
ными. Изменяется только характер изображения: так например, если призма без
крыши давала зеркальное изображение, то призма того же типа с крышей дает
изображение, повернутое вокруг оптической оси на 180°.
По характеру отклонения луча призмы делятся на 1) призмы с ходом осевого
луча в одной плоскости, 2) призмы с пространственным ходом осевого луча.
Простые призмы
1. Тип А — призмы с одной отражающей гранью. Все разнообраз¬
ные конструкции призм этого типа характеризуются следующими основными
признаками:
1) призмы дают симметричное зеркальное изображение предмета;
2) при нормальном падении луча на входную грань угол его отклонения
равен углу при вершине призмы;
3) при- повороте призмы вокруг оси, параллельной ребру вершины призмьг
на угол изображение смещается на
угол 2<р;
4) углы между отражающей и пре¬
ломляющими гранями призмы равны ме¬
жду собой.
Те же призмы с крышей дают изо¬
бражение, повернутое вокруг оптической
оси на 180°. Такие призмы в оптических
рачивающих систем.
Ниже приведены встречающиеся на
причем для наиболее употребительных
Рис. 25. Призма Дове.
приборах применяются в качестве обо-
практике конструкции призм типа А,
из них даны соотношения размеров в
зависимости от диаметра светового пучка, проходящего через призму.
а) Призма Дове (рис. 25). Эта призма характерна тем, что ее оптическая
ось параллельна отражающей грани. Угол отклонения оси призмой равен нулю.
При вращении призмы вокруг оси QQ' изображение поворачивается в ту же
сторону с двойной угловой скоростью. Благодаря этому свойству призма Дове
применяется в различных панорамных прицелах и наблюдательных перископических
приборах для компенсации вращения изображения при повороте головной призмы.
Вследствие того, что лучи падают на входную грань под углом 45°, призму Дове
можно ставить только в параллельном ходе лучей оптической системы, т. е. перед
объективом или между линзами оборачивающей системы. При установке призмы
в сходящихся пучках качество изображения резко снижается из-за возникающего
астигматизма. Даже при установке в параллельном ходе лучей изображение си¬
стемы будет удовлетворительным только в том случае, если рабочие грани
призмы выполнены с весьма высокой точностью.
Соотношение размеров:
р1==р2 = 45°; b = h=D,
где D — наибольший диаметр светового пучка.
Длина призмы определяется по формуле
. 2«2_ 1+1/2п2-1
ь=*и‘ п*-1
Отсюда видно, что длина призмы зависит от показателя преломления стекла;
в частности, при и =1,5163 L — 4,230/?, при п— 1,5688 L = 4,064/?.
Длина хода луча:
^£2^1+1)
П2 — 1
при л=1,5163 /=3,381/?, при п = 1,56887=3,238/?.
57
б) Призма с углами при основании 67°30' (установившегося названия не
имеет) показана на рис. 26, а. Отклоняет оптическую ось на угол 45°. Применяется
в приборах с ломаной оптической осью.
На рис. 26, б изображена та же призма с крышей. Применяется в различных
визирах с ломаной оптической осью как оборачивающая система.
в) Призма с углами при основании 60° (рис. 27, а). Отклоняет оптическую
ось на угол 60°. Применяется в приборах со сложной призменной системой,
например в некоторых авиационных прицелах.
Рис. 26. Призма 67°30' (а) и она же с крышей (d).
Соответствующая ей призма с крышей показана на рис. 27, о. Примёняетск
как оборачивающая система (в тех случаях, когда одновременно требуется откло¬
нить ось прибора на угол 60°).
Рис. 27. Призма 60° (а) и она же с крышей (б).
г) Прямоугольная призма (рис. 28, а). Прямоугольная призма наиболее
часто встречается в оптических приборах. При нормальном падении луча на вход¬
ную грань отклоняет его на угол 90°. Кроме того, во многих прицельных и на¬
блюдательных приборах часто применяется для изменения направления линии визи¬
Рис. 28. Прямоугольная призма (а) и дахпризма (б).
рования как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Изменение
направления линии визирования в вертикальной плоскости осуществляется путеім
поворота призмы вокруг оси, параллельной ребру прямого угла. Повороту призмы
на угол ср соответствует изменение направления линии визирования на угол 2ср.
Изменение направления линии визирования в горизонтальной плоскости происходит
при повороте призмы вокруг вертикальной оси.
Качающиеся прямоугольные призмы устанавливаются только в параллельном
ходе лучей системы обычно перед объективом.
В тех случаях, когда углы качания призмы таковы, что визирный луч не
претерпевает полного внутреннего отражения, гипотенузная грань призмы должна
быть посеребрена.
Для неподвижных прямоугольных призм при небольшом поле зрения системы
серебрение не нужно (углы падения лучей на отражающую грань больше угла
полного внутреннего отражения).
58
Размеры нормальных неподвижных призм: a=^b = fi = D. Длина хода луча
7 = 7).
Размены качающихся призм определяются в зависимости от предельных
углов поворота и положения оси вращения.
На рис. 28, б показана дахпризма, получающаяся при замене отражающей грани
прямоугольной призмы крышей. Дает изображение, повернутое вокруг оптической
оси на 180°. Часто применяется как окулярная призма в приборах с оборачи¬
вающей системой, состоящей из нескольких призм. Может служить и самостоя¬
тельной оборачивающей системой в зенитных наблюдательных трубах.
Соотношение размеров нормальной дахпризмы: а -1,7327); b=D\ с =1,3667),
//2 = 0,5047) и Л = 0,9660. Длина хода луча 7= 1,7320.
д) Призма с углами при основании 37°30' (рис. 29,а). Отклоняет оптическую
ось на угол 105°. Отражающая грань призмы должна быть посеребрена, так
как угол между этой гранью и оптической осью меньше угла полного внутреннего
отражения.
Рис. 29. Призма 37°30' (а) и она же с крышей (б).
На рис. 29, б показана такая же призма с крышей.
Следует отметить, что грани крыши этой призмы в серебрении не нуждаются;
вообще серебрить грани крыши любых призм приходится лишь в очень редких
случаях.
2. Тип Б—призмы с двумя отражающими гранями. Призмы
типа Б, за исключением группы „пентапризмможно рассматривать как резуль¬
тат склейки преломляющими гранями двух любых призм типа А 1. Таким
образом в общем случае призма типа Б имеет четыре рабочие грани — две
отражающие и две преломляющие. Однако в частных случаях, когда рабочая
грань одной из составляющих призм является продолжением другой, призма типа Б
может иметь только три грани. Такие призмы значительно проще по конструкции
и дешевле в изготовлении, а потому наиболее часто применяются на практике.
Из большого количества теоретически возможных конструкций призм типа Б
на практике чаще всего применяются следующие призмы.
а) Прямоугольная призма (рис. 30, а). Отклоняет оптическую ось на
угол 180° независимо от угла падения на входную грань. Применяется главным
образом в призменных биноклях. Две такие призмы образуют оборачивающую
систему Порро первого рода. Соотношение размеров: а —2D} b = D. Ход
луча 7=27).
Для уменьшения размеров и веса призмы излишние части стекла, как это пока¬
зано на рис. 30, б, удаляют. В таком виде эти призмы применяются в биноклях. При-
1 На самом деле эти призмы, конечно, изготовляются из одного куска стекла.
59
мерное соотношение размеров призмы бинокля следующее: а = <20 -]-3 мм,
где D — диаметр светового пучка, проходящего через призму; # =2?—|-155 мм;
Л=/>+1,5 мм; г = -^~ ; т = 1,5 мм.
б) Призма-ромб (рис. 31). Смещает оптическую ось на некоторую вели¬
чину s, не изменяя ее направления. Величина смещения оси зависит от расстоя-
Рис. 31. Призма-ромб.
скопов и т. д. Соотношение
ния между отражающими гранями и от угла падения
на входную грань. Дает прямое изображение пред¬
мета. Соотношение размеров: h — D-\-s, где s —
заданное смещение осевого луча; b — D. Приме¬
няется в дальномерах как окулярная призма, в от¬
счетных устройствах перископов подводных лодок,
в системах внутренней выверки стереодальномеров.
в) Полупентапризма. Изображена на рис. 32, а.
Отклоняет осевой луч на 45°. Довольно часто
применяется в самых различных приборах, напри¬
мер в прицелах, в бинокулярных насадках микро¬
размеров: a = D; b=D; й=1,414£).
Такая же призма с крышей изображена на рис. 32, б. Дает зеркальное изо¬
бражение.
Рис. 32. Полупентапризма (а) и (б) она же с крышей-
Рис. 33. Треугольная призма (а) и (б) она же с крышей.
г) Треугольная призма (рис. 33, а) и она же с крышей (рис. 33,0.
Отклоняют осевой луч на 60е, в остальном обе призмы совершенно аналогичны
двум предыдущим.
Полупентапризма и треугольная призма имеют вполне определенное соотно¬
шение углов, а именно: рабочие углы, прилежащие к выходной грани, относятся
Рис. 34. Пентапризма (а) и (6) она же с крышей.
как 1 :2. Только при этом условии эти призмы разворачиваются в плоскопарал¬
лельную пластинку. Кроме того, очевидно, что угол отклонения осевого луча
равен углу между входной и выходной гранями. Пользуясь этими двумя указа¬
ниями, нетрудно построить призму такого же типа с любым углом отклонения
осевого луча от 40 до 80°.
60
д) Пентапризма (рис. 34, а). Отклоняет оптическую ось на угол 90°.
Вследствие независимости угла отклонения луча от угла падения на входную грань
применяется в дальномерах как концевой отражатель. Отражающие грани сере¬
брятся. Соотношение размеров: а = b = с — D\ h = 1,435£>.
Такая же призма с крышей изображена на рис. 34, б. Дает зеркальное изо¬
бражение при угле отклонения оптической оси на 90°.
Рис. 35. Дальномерные призмы.
е) Призмы дальномеров. Призмы этого типа (рис. 35) отклоняют оптиче¬
скую ось в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Дают изображение пред¬
мета, повернутое вокруг оптической оси на 180°. Применяются в различных приз¬
менных системах, например центральные мостики стереоскопических дальномеров.
3. Тип В — призмы с тремя отражающими гранями. Призмы
типа В дают зеркальное изображение предмета. Те же призмы с крышей дают
изображение, повернутое вокруг оптической оси на 180е.
Рис. 36. Призма Лемана.
а) Призма Лемана (рис. 36). Оптическую ось не отклоняет. Применяется
как оборачивающая система. Для удобства изготовления часто склеивается из
двух частей.
б) . Призма Шмидта (рис. 37). Применяется как оборачивающая система
в приборах с ломаной оптической осью.
Эта призма характеризуется большим ходом луча, а потому применяется
в тех случаях, когда желательно получить наименьшие размеры прибора вдоль
оптической оси.
в) Призма (рис. 38). Отклоняет оптическую ось на угол 90°. Эта же
призма с крышей из одного куска стекла не изготовляется.
61
г) Призма (рис. 39). Отклоняет оптическую ось на угол 180°. Применяется
во вспомогательных оптических системах некоторых сложных приборов. Отражаю¬
щие грани серебрятся.
Сложные призмы
Из группы этих призм приводим следующие наиболее характерные и часто
применяемые конструкции.
а) Призма-куб. Состоит из двух прямоугольных призм, склеенных вместе
с отражающими, предварительно посеребренными гранями.
Каждая из склеенных половин дает зеркальное изображение предмета, причем
оба изображения накладываются друг на друга.
На рис. 40 призма-куб расположена над объективом. Если по¬
верхность склейки совпадает с оптической осью объектива, то обе
половины призмы пропускают одинаковое количество света. При
Рис. 40.
Призма-куб.
Рис. 38 Призма с углами 67°30' Рис. 39. Призма с
и 30°. углами 30° и 120°.
повороте призмы вправо левая половина постепенно выключается, и при некотором
определенном угле поворота лучи будут попадать в объектив только через
правую половину. При обратном вращении действие обеих половин призм будет
обратным.
Это свойство призмы-куб дает возможность обозревать последовательно все
пространство над объективом в пределах угла до 210—220° без перерыва при
переходе через зенит. При повороте призмы на угол ср направление линии визи¬
рования изменяется на угол 2ср.
Призма-куб применяется в зенитных прицелах и перископах, а также в не¬
которых панорамных прицелах.
Весьма существенным недостатком этой призмы является трудность ее изго¬
товления. Ошибки углов и склейки порядка нескольких секунд вызывают уже
заметное двоение изображения. Призма-куб может ставиться только в параллель¬
Рис. 42. Призма Аббе.
ном ходе лучей. Призма-куб применяется также для разделения светового пучка
на два взаимно перпендикулярных направления. В этом случае на каждую из поло¬
вин призмы перед склейкой наносится полупрозрачный слой серебра. Таким обра¬
зом часть лучей, падая на слой серебра, отражается под углом 90°, другая же
часть проходит через призму как через плоскопараллельную пластинку.
б) Призма Порро (второго рода) (рис. 41). Состоит из трех склеенных
между собой прямоугольных призм. Применяется как оборачивающая система.
Направления оптической оси не изменяет, но смещает ее на величину, равную
диаметру светового пучка.
в) Призма Аббе (рис. 42). Оптическую ось не отклоняет и не смещает
ее. Склеивается из двух частей. Поворачивает изображение на 180°. Применяется
как оборачивающая система.
62
ее отдельными частями имеется
г) Призма дальномера для разделения поля зрения. На рис. 43 показана
призма центрального мостика одного из монокулярных дальномеров. Грань склейки
малой призмы имеет посеребренный участок в виде прямоугольника. Отражаясь от
этого посеребренного участка, в поле зрения попадают лучи, идущие в призму
справа; остальная часть поля зрения заполняется лучами, идущими слева. Грань склейки
таких призм должна находиться в плоскости изображения системы, только в этом
случае в поле зрения будет резко видима линия раздела обоих изображений.
д) Призма с наклеенным клином, компенсирующим клиновидность раз¬
вертки основной части а (рис. 44). Эта призма дает зеркальное изображение и
смещает осевой луч на некоторую величину, не изменяя его направления.
е) Башмачная призма (рис. 45). Эта призма характерна тем, что, в отли¬
чие от приведенных выше типов призм, м<
воздушный промежуток. Башмачная призма
состоит из основной отражающей призмы
с крышей и компенсирующего клина. Дает
зеркальное изображение предмета, одно¬
временно отклоняя осевой луч на угол 90°.
Применяется как окулярная призма в сте¬
реотрубах. Необходимость воздушного
промежутка очевидна из чертежа: если бы
его не было, то лучи, падающие на грань
АВ в месте соприкосновения призмы с
клином, не отражались бы в направлении
вниз на нерабочую грань. Толщина воздушной прослойки 0,1—0,2 лиг. Между приз¬
мой и клином помещается станиолевая прокладка с круглым отверстием для прохо¬
ждения пучка лучей соответствующего диаметра.
Рис. 43. Призма мостика дальномера
(разделительная).
крыши, а проходили вертикально-
Рис. 44. Призма
с наклеенным кли¬
ном.
Рис. 46. Призма
Пехана.
ж) Призма Пехана (рис. 46). Состоит из двух частей, разделенных воз¬
душным промежутком. По оптическому действию ничем не отличается от призмы
Дове, т. е. дает зеркальное изображение предмета, осевой луч не отклоняет и
при вращении вокруг оси поворачивает изображение в ту же сторону с удвоенной
скоростью. По сравнению с призмой Дове обладает тем преимуществом, что ее
можно помещать в непараллельном ходе лучей системы. Имеет большую длину
хода луча (I = 4,62D), что позволяет сильно сократить длину прибора. Основ¬
ной недостаток ее— трудность изготовления и сборки; кроме того, она дает блики,
видимые в поле зрения. Если одну из боковых отражающих граней заменить кры¬
шей, то такая призма может быть использована как оборачивающая система
(в этом случае при вращении призмы изображение остается неподвижным).
Из приведенных примеров сложных призм видно, насколько они разнообразны
по конструкции и насколько большие возможности имеются в отношении появле¬
ния новых типов таких призм.
Элементы конструкции призм
Расчет дает только угловые и основные линейные размеры, определяющие
длину хода луча в призме, но недостаточные для ее изготовления. При проектиро¬
вании механической части прибора конструктивное оформление призмы сводится
63
главным образом к указанию размеров фасок для предохранения от выколок,
фасок для удаления излишних частей стекла, а также размеров пазов или кана¬
вок, которые часто фрезеруются на нерабочих гранях призмы для более удобного
и надежного закрепления ее в оправе.
Фаски, удаляющие излишние части стекла, снимаются для уменьшения веса и
размеров призмы, причем наибольшие размеры фасок ограничиваются световым
габаритом призмы. Форма таких фасок весьма разнообразна и зависит главным
образом от конструкции призмы и
способа крепления.
Фаски для предохранения от вы¬
колок снимаются: 1) на всех ребрах
двугранных углов призм до 90°, за
исключением ребра крыши, и 2) на
трехгранных углах призм.
Все трехгранные углы призм
должны быть максимально приту¬
плены, причем наибольший размер
притупляющей фаски ограничивается
площадью грани, необходимой для
прохождения расчетного пучка лучей,
и конструкцией крепления.
Наименьшие размеры фасок на
ребрах и трехгранных углах призм
Таолица 20
Размеры фасок на призмах
Длина наимень¬
шего ребра
призмы, мм
Ширина фаски, мм
на ребрах
двугранных
углов
притупляющей
трехгранные
углы призм
До 6
0,1+0’2
1+0.4
Свыше 6 до 10
0 2+"-2
1+0,4
10 „ 18
о,з+0,3
1+0.4
18 „ 30
О,5+0'5
1,5+0’5
30 „ 50
0,7+о'5
2+0,6
» 50 „
10+0.5
2,5+°-б
приводятся в табл. 20.
Фаски притупления углов, помимо предохранения призмы от выколок, обес¬
печивают большую точность шлифовки граней, так как на углах последних обычно
получаются завалы плоскости.
Допуски
Ошибки изготовления призм, т. е. погрешности выполнения углов и отсту¬
пление граней от плоскости, в большей или меньшей степени сказываются на каче¬
стве изображения.
1. Допуски на углы. Если углы между рабочими гранями призмы имеют
какие-то ошибки выполнения, то осевой луч, падающий на входную грань
нормально, по выходе из призмы отклонится от номинального направления на
некоторый угол, который почти всегда можно компенсировать некоторым допол¬
нительным поворотом призмы при сборке системы.
Однако необходимость таких дополнительных поворотов затрудняет и услож¬
няет конструкцию, сборку и выверку прибора.
Ошибки углов между рабочими гранями призмы вызывают, кроме того, хрома¬
тическое окрашивание изображения, так как такая призма в развертке дает не
плоскопараллельную пластинку, а клин с некоторым преломляющим углом а, причем
это ухудшение качества изображения уже ничем не может быть компенсировано.
Погрешность выполнения угла крыши призмы вызывает также ничем не компенси¬
руемое двоение изображения предмета, причем двоение может стать заметным
даже при весьма малых отклонениях угла крыши от 90° (порядка нескольких
секунд). И, наконец, ошибки углов качающихся призм измерительных или отсчет¬
ных приборов, помимо ухудшения качества изображения, вносят погрешности
в отсчет, снижая тем самым точность прибора.
При расчете допусков на углы неподвижных призм можно исходить из пре¬
дельного допустимого хроматического окрашивания изображения, если отклонение
осевого луча от номинального направления может быть компенсировано при сборке
системы.
Видимое окрашивание изображения в визуальных приборах определяется
углом хроматического рассеяния, даваемого призмой по выходе лучей из окуляра.
Средняя разрешающая способность глаза равна 0,5—1,0', таким образом, если
угол между лучами, исходящими из одной точки предмета, по выходе из окуляра
64
для крайних цветов спектра не превышает этой величины, то изображение не
будет казаться окрашенным. Исходя из этого положения, можно определить пре¬
дельный угол клина развертки призмы. Как известно, при малом преломляющем
угле клина угол отклонения луча равен
8 = « (п — 1), (13)
где а —преломляющий угол клина;
п — коэфициент преломления стекла.
Диференцируя формулу (13) по п, получим
dü=adn, (14)
где величину dn можно рассматривать как среднюю дисперсию:
п—1 /1£-ч
Пр — Пс——. (15)
Подставляя (14) в (15) и полагая ^8=1', получим
(16)
Если призма установлена перед объективом телескопической системы с види¬
мым увеличением Г, то, для того чтобы после окуляра угол хроматического рас¬
сеяния не превышал lz, угол клина развертки необходимо разделить на увеличе¬
ние. Кроме того, учитывая, что всякая система, даже теоретически, не свободна
от хроматической аберрации и что в системе обычно имеется несколько приз»*,
при расчете клина развертки по формуле (16) угол допустимого .хроматического
рассеяния после окуляра не следует брать более 0,2'. Отсюда
а = °’2'-гёГ=Л)- <17)
Определив допустимый угол клина развертки призмы и зная, из ошибок
каких углов складывается клиновидность призмы, нетрудно найти допуски и
самих углов.
Пример. Рассчитать допуски на углы прямоугольной призмы, стоящей перед
объективом телескопической системы с увеличением 6х. Стекло призмы—марки К8
(л =1,5163, ѵ = 64,0).
Допуск на клиновидность развертки
64
а = 0,2 • —гг = 4 .
’ 6(1,5163—1)
Для данной призмы угол клина развертки представляет собой разность острых
углов (45°), таким образом разность острых углов может быть равна 4'. Отсюда
очевидно, что, при симметричных двусторонних допусках на углы, допуск на ка¬
ждый из углов в 45° равняется ±2'.
В тех случаях, когда призма установлена между объективом и окуляром
системы, в формулу (17) вместо увеличения Г необходимо подставлять вели¬
чину х//оК\ где X — расстояние от входной грани призмы до фокальной плоскости
окуляра (по ходу осевого луча) и f0K' —фокусное расстояние окуляра системы.
Допуски больше 10' давать не следует, даже если это допустимо из усло¬
вия хроматического рассеяния. Объясняется это тем, что при слишком больших
допусках затрудняются сборка и юстировка системы, в то время как для оптиче¬
ского цеха выполнение углов призм с такой точностью особых трудностей не
представляет.
Ошибка угла крыши призмы прежде всего сказывается на двоении изобра¬
жения, поэтому при расчете допуска необходимо исходить не из условия допу¬
стимого хроматического окрашивания, а из условия предельного допустимого двое¬
ния, выраженного в угловой мере. На рис. 47 показано последовательное отраже¬
ние параллельного пучка лучей (а и от граней крыши, угол которого имеет
некоторую ошибку da. Из чертежа видно, что параллельный пучок лучей аах
от удаленной точки после отражения от граней крыши делится на два пучка а
и ах непараллельных между собой, каждый из которых дает свое изображение
5 М. Я- Кругер и Б. М. Кулижнов 65
точки. Нетрудно показать, что при малых углах связь между углом о и ошибкой
угла крыши da выражается формулой
8 — 4nda cos р, (18)
где р — угол между осевым лучом и плоскостью, перпендикулярной ребру крыши
(на рис. 47 р = 0, следовательно, cosP—1).
При расчете допусков на угол крыши призмы нужно исходить из того, чтобы
угол 8 после окуляра не превышал 20", откуда
rfa = 20" Î
4п COS 3
(19)
Если призма установлена перед объективом системы, видимое увеличение
которой Г, то допуск на угол крыши рассчитывается по формуле
da = 20".
1
4Гп cos р
(20)
Если призма установлена в системе между окуляром и объективом, то вместо
увеличения Г нужно подставлять отношение х//Ок\ где х — расстояние от вход¬
ной грани призмы до фокальной плоскости объектива (по ходу осевого луча),
Рис. 47. Ход лучей в пря¬
моугольной призме с
ошибками углов.
/окЛ — фокусное расстояние окуляра.
Тогда формула принимает вид
afa = 20"-
/ок
4 хп COS 0
(21)
Пример. Рассчитать допуск угла крыши окулярной
призмы панорамы: х = 50 мм\ /ок7 = 25 стекло —
марки БК10 (п = 1,5688).
По формуле (21) находим
dn 90" . Ц"
2 4.50.1,5688.cos 45е '
Из приведенного примера видно, что угол крыши
призмы должен выполняться с весьма высокой степенью
точности. Для уменьшения двоения дахпризму желательно помещать возможно
ближе к фокальной плоскости окуляра. Из тех же соображений не рекомен¬
дуется устанавливать призму перед объективом системы, т. е. в головной части
прибора.
Расчет допусков для углов качающихся призм, применяемых в различных
отсчетных (сложные прицелы, корректировщики стрельбы и пр.) приборах, довольно
сложен, а потому за недостатком места здесь не приводится. Следует лишь отме¬
тить, что допуск на углы прямоугольных1 качающихся призм зависит от точности
прибора и от предельного угла качания призмы: чем выше точность прибора и
чем больше предельный угол качания, тем допуски требуются жестче. При точности
прибора в 1 артиллерийскую тысячную и при угле качания призмы до 30° до¬
пуски углов в 45° примерно равняются 0,5—2'.
Для качающихся призм-кубов допуски на углы из-за возможного двоения изобра¬
жения значительно жестче (2—5").
Двоение изображения в призмах-кубах возникает-и при недостаточно точной
склейке обеих половин.
2. Допуски на пирамидальность. Пирамидальностью трехгранных
призм (призмы типа А) называется угол между отражающей гранью и противопо¬
ложным ребром. Призма, имеющая пирамидальность, в развертке также дает не
плоскопараллельную пластинку, а клин, главное сечение которого перпендику¬
лярно плоскости развертки. Поэтому при наличии пирамидальности осевой луч
по выходе из призмы отклоняется от номинального направления, а изображение
1 Обычно в отсчетных приборах в качестве качающихся призм Применяются пря¬
моугольные призмы.
66
получается окрашенным. Отклонение осевого луча от номинального направления мо¬
жет быть компенсировано юстировкой призмы в приборе (за' исключением призмы
Дове),' окрашенность же изображения ничем не компенсируется.
Как показывают расчеты, допуски на пирамидальность из условия предельного
угла хроматического рассеяния после окуляра получаются значительно шире техни¬
ческих возможностей производства. Отсюда следует, что при назначении допуска
на пирамидальность следует исходить либо из предельного допустимого отклоне¬
ния осевого луча от номинального направления, либо из технических возможностей
производства.
Для наиболее часто встречающихся призм можно рекомендовать следую¬
щие допуски на пирамидальность:
Прямоугольная неподвижная призма до 10'
„ качающаяся „ 2—3'
Призма Дове до 4'
„ бинокля ... 5—7'
3. Допуски на отступление граней призмы от плоскости. Как
уже указывалось, отступление граней призм от плоскости влияет на качество изо¬
бражения. Призма, грани которой имеют некоторую сферичность, в развертке
дает линзу с большим фокусным расстоянием, благодаря чему в системе появляются
аберрации, не предусмотренные расчетом, чем и объясняется снижение качества
изображения. Наиболее сильно сказываются ошибки выполнения отражающих
граней и граней крыши, в меньшей степени — ошибка преломляющих граней.
Ниже приведены примерные допуски на точность выполнения граней призм,
практически обеспечивающие достаточно хорошее качество системы. Допуски даны
в полосах на подгонку под плоское пробное стекло.
На отражающие грани • . 1—2 полосы
, грани крыши • 0,2—0,4 „
„ преломляющие грани 2—4 „
Следует отметить, что” грани призмы Дове и призмы-куба требуют более
высокой точности выполнения: допуск на отражающую грань —до 0,5 полосы и
на преломляющую — до 1 полосы. •
18. Зеркала
Плоские зеркала
Плоские зеркала высокой точности применяются в различных лабораторных
приборах.
Кроме того, точные зеркала приходится применять в тех случаях, когда заме¬
няющая их призма получается слишком тяжелой, например в концевых отража¬
телях больших дальномеров. В небольших же дальномерах для этой цели
используются пентапризмы. Зеркала также применяются для совмещения двух све¬
товых пучков, идущих в различных направлениях, в один. Для этой цели служат
зеркала с неполным серебрением; такие зеркала частично пропускают лучи и ча¬
стично отражают их, аналогично призме-кубу с полупрозрачным серебрением.
Плоские зеркала сравнительно невысокой точности применяются в различных осве¬
тительных устройствах, например: в осветительных системах микроскопов, в проек¬
ционных приборах, проектирующих на экран непрозрачные рисунки (эпидиаскопы),
в некоторых типах видоискателей фотокамер, в рисовальных приспособлениях
микроскопов и пр.
Формы зеркал довольно разнообразны. Толщина их зависит от размера и,
главным образом, от требуемой точности выполнения поверхностей и допустимой
клиновидности. Чем зеркало точнее, тем толщина его, при прочих равных усло¬
виях, должна быть больше. Так, например, зеркала концевых отражателей даль¬
номеров, допуск на клиновидность которых — 4" и на подгонку под пробное
стекло—0,2—0,3 полосы, при размерах сторон 60—80 мм, должны иметь тол¬
щину 10—12 мм. Толстые зеркала можно более надежно закрепить в оправе,
кроме того при сборке они не деформируются.
5* 67
Для изготовления точных зеркал, входящих в основную оптическую систему
прибора, применяется оптическое стекло марки К8, для простых отражательных —
зеркальное стекло.
Сферические зеркала
Сферические зеркала представляют собой менисковые, концентрические или
отрицательные линзы (мениски), выпуклая сторона которых посеребрена. Они при¬
меняются главным образом в осветительных системах оптических приборов и про¬
жекторах. В астрономических приборах они применяются как объективы. Приме¬
няются они также в качестве линз микрообъективов.
Радиусы кривизны и толщина сферических зеркал определяются в результате
расчета всей осветительной системы в целом. При креплении зеркал в оправах
диаметр их в зависимости от светового диаметра следует брать по табл. 17, раз¬
меры фасок—по табл. 18.
19. Сетки
В оптических приборах сетками называются стеклянные плоскопараллельные
пластинки, с нанесенными на них перекрестиями, шкалами или иными знаками. Сетки
всегда устанавливаются в одной из плоскостей изображения оптической системы
прибора (в телескопических приборах — в фокальной плоскости объектива или
оборачивающей системы).
Типы сеток
По назначению сетки можно подразделить на следующие основные группы:
1) визирные сетки, служащие для наводки прибора на цель;
2) измерительные сетки, предназначенные для измерений непосредственно по
нанесенной на них шкале;
3) сетки смешанного типа.
Сетки последнего типа могут одновременно служить как для наводки прибора
на цель, так и для непосредственных измерений.
1. Визирные сетки. Наиболее простые визирные сетки имеют перекрестие,
состоящее из двух взаимно перпендикулярных штрихов. Прямая, соединяющая опти-
Рис. 48. Визирные сетки прицелов.
ческий центр объектива и точку пересечения штрихов визирной сетки, опре¬
деляет положение визирной оси прибора. Выбор того или иного типа зависит
главным образом от назначения прибора.
На рис. 48 показаны сетки различных прицелов для визирования на непо¬
движные и подвижные цели.
Визирные сетки, выполненные в форме перекрестия (рис. 48, а), применя¬
ются для наводки на неподвижную цель.
Сетки вс разрывом в центре (рис. 48, б) применяются главным образом для
прицелов прямой наводки и удобны тем, что штрихи не закрывают собой точку
цели. Сетки этого типа обеспечивают большую точность наводки по сравнению
с сетками со сплошным перекрестием. Величина разрыва штрихов обычно связы¬
вается с делением угломера прицела. Чаще всего применяются перекрестия с раз¬
рывом в центре, соответствующим трем-четырем тысячным дистанции. Величина
разрыва е рассчитывается по формуле
68
е — 0,001 • п -fo6 ,
где f^1) — фокусное расстояние объектива прицела;
п — угловая величина разрыва в тысячных дистанции.
Для винтовочных прицелов наиболее удобна сетка, показанная на рис. 48, в. Вели¬
чина разрыва горизонтального штриха равна примерно семи тысячным дистанции.
Вертикальный штрих делается заостренным, угол заострения — 60°. Для стрельбы по
быстро движущимся целям применяют сетки с концентрическими кругами (рис. 48, г)
главным образом в прицелах зенитной артиллерии и в авиаприцелах.
Штрихи перекрестий визирных сеток прицельных и геодезических приборов
должны быть четкими, но в то же время не должны закрывать собой достаточно
крупных предметов на местности. Слишком большая ширина штрихов мешает на¬
блюдениям и затрудняет точную наводку прибора на цель или ориентир. Вели¬
чина пространства, закрываемого штрихом, определяется углом, тангенс которого
равен отношению ширины штриха к фокусному расстоянию объектива системы.
Из рис. 49 следует следующее
справедливое при малых углах а соот¬
ношение:
£==f'6tg“, С22)
где b — ширина штриха перекрестия;
/об — фокусное расстояние объекти¬
Рис. 49. Схема расчета ширины штрихов
визирных сеток.
ва системы;
а — угловая величина пространства,
закрываемая штрихом.
Из формулы (22) видно, что при заданном- угле а ширина штриха пере¬
крестия находится в прямой зависимости от фокусного расстояния системы.
С другой стороны, ширина штриха, видимая наблюдателю, равна его действи¬
тельной ширине, умноженной на увеличение окуляра. Связь между действительной
и видимой шириной штриха выражается формулой
ь'=ь™,
J ок
где Ь' 2) — видимая линейная ширина;
/ок “ Фокусное расстояние окуляра, 250//о'к увеличение окуляра.
При выборе ширины штрихов визирной сетки следует исходить из следую¬
щих соображений: 1) угловая ширина пространства на местности, закрываемая
штрихом, не должна превышать 0,5' ; 2) видимая ширина штриха в угловой мере
должна быть не меньше Г (средняя разрешающая способность глаза), или в ли¬
нейной мере не меньше 0,075 мм.
Если эти условия будут выполнены, то, с одной стороны, штрихи сетки не
будут мешать наблюдениям и, с другой, — будут достаточно хорошо видимы в поле
зрения прибора.
По формуле (22) из первого условия следует, что
6 = <6tg0,5' = 0,00014/o6. (24)
По формуле (23) из второго условия
b . 0,075 мм. (25)
Л)б
Таким образом, определив ширину штриха по формуле (24),необходимо, кроме
того, проверить, удовлетворяет ли найденное значение формуле (25).
1 При установке сетки не в фокальной плоскости объектива, а за оборачивающей си¬
стемой в формулу вместо f ' подставляется эквивалентное фокусное расстояние объектива
и оборачивающей системы.
2 Связь между угловой (Ь/) и линейной (Ьг) видимой шириной штриха выражается
формулой brf = Ь'/250, где brf — в радианах, Ь' — в миллиметрах.
69
Однако в некоторых случаях от указанного правила расчета ширины штри¬
хов отступают; так, например, для сеток ружейных и винтовочных прицелов прак¬
тически удобнее иметь сетку с заведомо более широкими штрихами порядка двух
тысячных дистанции.
Рис. 50. Сетки измерительных лабораторных приборов.
К визирным могут быть также отнесены сетки измерительных лабораторных
приборов (рис. 50). Сетки подобного типа служат либо для отсчета по шкале изме¬
прибора, либо для наведения на края измеряемого объекта (рис. 50, в,г)
Наиболее простой тип сетки для отсчета по шкале — сетка
с ординарным штрихом (рис. 50, а). Для той же цели служит сетка
с двойным штрихом. Следует отметить, что с помощью двойного
штриха можно получить значительно большую точность наведения на
деления измерительной шкалы прибора, чем с помощью ординар¬
ного. Ошибка наведения по ординарному штриху равна примерно по¬
ловине его толщины, ошибка же в случае двойного штриха не пре¬
вышает 1/3 толщины, если элементы сетки подобраны правильно.
При расчете сеток с двойным штрихом, применяемых в отсчет¬
ных микроскопах,- необходимо учитывать не только увеличение объек¬
тива микроскопа, но и ширину штрихов шкалы, по которой произ¬
водится отсчет. На рис. 51 показана средняя часть поля зрения
отсчетного микроскопа; здесь: t — ширина двойных штрихов; s' —
рительного
Рис. 51. Раз¬
меры эле¬
ментов ви¬
зирной сетки
с двойным
штрихом.
ширина штрихов шкалы, умноженная на увеличение объектива ми¬
кроскопа; Е — просвет между штрихами.
Наибольшая точность наведения обеспечивается при следующих соотношениях
размеров: толщина штриха / = $'/3, но не менее 0,006 мм и не более 0,015 мм\
расстояние между штрихами E—l,6s'
при отсчете по шкалам на стекле или
/? = 2,5s' при металлических шкалах.
Однако в обоих случаях расстояние между
штрихами не должно превышать величины
s —0,15 м м.
Кроме сеток с прямым двойным штри¬
хом, широкое распространение получили
сетки со спиральным двойным штрихом.
Такие сетки применяются в окулярных
микрометрах различных измерительных
микроскопов. Сетка спирального окуляр¬
ного микрометра универсального назначе¬
ния показана на рис. 52.
С помощью такой сетки по шкале
с ценой деления 1 мм можно делать от¬
счеты с точностью до 2р<. Шаг спирали
такой сетки 0,5 мм, ширина штриха
0,02 мм, расстояние между штрихами
0,06 мм.
Рис. 52, Спиральная сетка.
2. Измерительные сетки. По назначению измерительные сетки могут
быть подразделены на две основные группы: 1) сетки для абсолютных измерений
и 2) сетки для относительных измерений.
Сетки для абсолютных измерений обычно представляют собой стеклянные
пластинки с нанесенной на них линейной шкалой. Форма выполнения шкалы и ее
размеры в зависимости от назначения могут быть весьма различны. На рис. 53
70
изображен простейший и наиболее распространенный тип измерительной сетки,
применяемой в микроскопах. Она устанавливается в фокальной плоскости измери¬
тельного окуляра микроскопа, т. е. шкала сетки совпадает с плоскостью изобра¬
жения, даваемого объективом. Таким образом с помощью измерительной сетки
измеряется не истинная величина предмета, а величина его изображения. Для того
чтобы найти истинную величину, необходимо предварительно определить масштаб
изображения.
Что касается толщины и длины штрихов шкал измерительных сеток, то наи¬
более рациональные соотношения этих размеров в зависимости от расстояния
между штрихами не установились. В качестве рекомендуемых можно привести сле¬
дующие размеры: длина десятых делений—1,5 — 2 мм; длина пятых делений—
О 2 3 6 5
Рис. 53. Шкала
объект-микрометра.
Рис. 54. Контрастная измеритель¬
ная сетка.
Рис. 55. Сетка для измерения твер¬
дости по Иринелю.
1,2—1,5 мм; длина единичных делений — 0,8 — 1 мм\ толщина штрихов — 0,01 мм.
Высота цифр — 0,2 — 0,4 мм.
Однако сетки со шкалой в некоторых случаях недостаточно удобны вслед¬
ствие плохой видимости на фоне темных объектов.
В этом отношении значительно лучше контрастные сетки. Одна из сеток
такого рода показана на рис. 54. Здесь штрихи заменены квадратиками. Фирмой
Цейсс такие сетки выпускались двух цветов: красные — для измерения неокрашенных
объектов и черные — для окрашенных. Цена деления таких сеток — 0,2, 0,1 и
0,05 мм.
На рис. 55 приведен более сложный тип сетки, применяемой в лупах для
измерения твердости металлов по способу Бринеля.
Измерительные сетки самых разнообразных типов применяются также и в при¬
борах военного назначения. В качестве примеров ниже приведено два типа по¬
добных сеток.
На рис. 56, а показана измерительная сетка стереотрубы, которая дает воз¬
можность определять угловую величину между разрывом и целью. На чертеже
указаны примерные размеры штрихов в зависимости от расстояния между
штрихами.
На рис. 56, б изображена угломерная прицельная сетка трубы Герца.
Весьма сложные сетки с криволинейными штрихами применяются в высото¬
мерных приспособлениях дальномеров, в авиаприцелах, в перископах подводных
лодок и пр.
Толщину штрихов и размеры цифр на них следует брать тем меньше, чем
гуще они расположены на сетке. Кроме того, как указывалось выше, необходимо
учитывать видимое увеличение сетки, т. е. увеличение окуляра или отсчетного
микроскопа, фокусное расстояние объектива, а также специфические особенности
прибора.
Сетки для относительных измерений встречаются исключительно в лабора¬
торных контрольно-измерительных приборах, например: в различных инструмен-
71
тальных микроскопах, в микроскопах для проверки заточки резцов и сверл, в при¬
борах для проверки профилей зубьев и пр. На сетках этого типа наносится но¬
минальный контур контролируемых элементов объекта, например: профили резьб,
профили
тический
зубьев зубчатых колес и т. п. Совмещая в поле зрения прибора теоре-
профиль, нанесенный
на сетке,
с фактическим профилем детали, наблю¬
датель может судить о точ¬
ности ее выполнения.
В некоторых случаях
на сетках одновременно на¬
носятся номинальный и два
дополнительные контура,
определяющие предельные
допустимые отклонения про¬
филя детали от номинала.
Сетки подобного типа яв¬
ляются своего рода пре¬
дельными калибрами.
В тех случаях, когда
число различных профилей,
Рис. 56. Измерительные сетки стереотрубы и трубы Герца.
на одной сетке желательно иметь возможно большее
пользуются так называемыми револьверными сетками.
На рис. 57 показана револьверная сетка инструментального микроскопа с
нанесенными на ней профилями метрической резьбы и резьбы Витворта различных
Рис. 57. Сетка инструментального микроскоп?
шагов. В поле зрения прибора одновременно видна только некоторая часть револь¬
верной сетки; поворачивая сетку, наблюдатель может ввести в поле зрения ту ее
часть, на которой находится нужный ему профиль.
Как видно из рис. 57, револьверные сетки выполняются в форме диска с от¬
верстием в центре. Ось вращения сетки параллельна оси микроскопа и лежит вне
его тубуса.
72
Способы нанесения делений
Вопросы изготовления* сеток изложены здесь лишь в самых общих чертах.
В зависимости от типа и назначения сеток штрихи, цифры и прочие знаки могут
быть нанесены на них следующими способами: 1) нарезанием, 2) травлением,
3) фотографированием и 4) фототравлением.
При нарезании штрихи на сетке наносятся алмазным резцом на делительной
машине. Этим способом можно получать очень тонкие штрихи, поэтому он при¬
годен для нарезки дифракционных решеток и точных объектмикрометров.
Для окулярных сеток нарезание алмазом мало пригодно, так как штрих полу¬
чается настолько тонким, что при обычных увеличениях окуляров (5х — 10х) он
не будет достаточно хорошо виден. Кроме того, при гравировке штрих получается
глянцевым, а потому даже при больших увеличениях видимость его удовлетвори¬
тельна только в узких пучках света.
Нанесение травлением состоит в следующем. Одну из полированных поверх¬
ностей заготовки сетки покрывают защитным слоем, состоящим в основном из
пчелиного воска. На делительной машине по защитному слою стальным резцом
наносят необходимые штрихи. Затем сетку протравливают кислотой. Поверхность
углубления протравленного штриха получается матовой и хорошо рассеивает свет.
Такой штрих достаточно хорошо виден в пбле зрения прибора. Для улучшения
видимости штрихов их заполняют краской. Обычно для этой цели применяется
черная эмалевая краска. Благодаря шероховатой поверхности углубления штриха
краска в нем держится очень прочно. Для сеток, изготовляемых этим способом,
следует брать стекло БК10, хорошо поддающееся травлению.
Способ нанесения делений сетки резцом обладает некоторыми недостатками,
а именно:
1) на делительной машине удобно нарезать только прямолинейные или кру¬
говые штрихи; нанесение цифр уже сопряжено с некоторыми трудностями, и, на¬
конец, нанесение точных криволинейных штрихов и различных сложных знаков
чрезвычайно затруднительно;
2) каждая сетка нарезается на делительной машине отдельно, т. е. каждый
раз возможны различные индивидуальные ошибки изготрвления, требующие инди¬
видуальной же проверки.
Этих недостатков лишены сетки, изготовленные фотографическим путем.
Способ изготовления в общих чертах состоит в следующем: рисунок сетки в уве¬
личенном масштабе вычерчивается с большой точностью на ватмане, с которого
производится съемка негатива сетки в нужном масштабе; затем с негатива кон¬
тактным путем печатается рисунок сетки на заготовку, предварительно покрытую
слоем светочувствительной эмульсией. При контактном печатании отпадает необхо¬
димость проверки каждой сетки в отдельности, достаточно проверить лишь негатив.
Фотографическим путем можно изготовлять сетки как с черными штрихами
на прозрачном фоне, так и с прозрачными штрихами на черном фоне. Этим же
способом — путем дополнительной обработки красителями — можно изготовлять
цветные сетки.
К светочувствительной эмульсии, применяемой для фотографированных сеток,
предъявляются весьма высокие требования: она должна отличаться, во-первых,
ечень хорошей прозрачностью (после проявления и фиксации) и, во-вторых, мел¬
козернистой структурой. Чем структура светочувствительного слоя мельче, тем выше
его разрешающая способность, т. е. тем более тонкую сетку можно на нем получить.
Фотографированные сетки для предохранения коллоидной пленки от механи¬
ческих повреждений и воздействия атмосферы должны обязательно заклеиваться
покровным стеклом.
Сетки, изготовляемые способом фототравления. Путем фотографирования и
дополнительной химической и термической обработки рисунок не только фикси¬
руется на стекле, но и протравливает его, т. е. поверхностный слой стекла ча¬
стично разрушается. Получившиеся на поверхности стекла углубления заполняются
продуктами распада веществ, применяемых при химической обработке сетки. Ри¬
сунок, нанесенный способом фототравления, отличается большой прочностью. Кроме
того, этот способ применим и для изготовления сеток ночного освещения.
тз
Сетки ночного освещения
Многие оптические приборы, в особенности приборы военного назначения,
используются для наблюдений не только в условиях дневного, но и в условиях
ночного* освещения. Днем на светлом поле зрения штрихи обычной сетки видны
ясно. Ночью же, когда в прибор поступает лишь слабый поток лучей от искус¬
ственных источников света, по которым наблюдатель производит отсчеты, штрихи
сетки совершенно сливаются с темным фоном поля зрения. Для того чтобы при¬
бором можно было пользоваться как ночью, так и днем, необходимо сделать
штрихи сетки видимыми независимо от освещенности поля зрения. Штрихи такой
сетки должны быть темными на светлом фоне днем и светящимися, как волоски
при неполном накале, на темном фоне ночью.
Решение этой задачи основано на законе
пол-
электрической лампочки
Рис, 58, Подсветка сетки
для ночных наблюдений.
ного внутреннего отражения. Если отполировать ободок
сетки с протравленными штрихами и направить в нее
поток лучей от искусственного источника света, то, как
показано на рис. 58, лучи, падающие на плоские грани
сетки под углами, большими угла полного внутреннего
отражения, не смогут выйти за пределы сетки; лучи же,
попадающие на матовую поверхность штриха, будут
ею рассеиваться во все стороны, главным образом в
сторону, противоположную плоскости сетки, на кото¬
рой нанесены штрихи. Большая часть этих лучей по¬
падает в глаз наблюдателя благодаря чему штрихи
сетки в ночных условиях будут казаться светящимися.
Для равномерного рассеивания света штрихи заполняют краской. Обычно для
этой цели применяют эмалевые белила в смеси с некоторыми связывающими ве¬
ществами. Подсветка штрихов осуществляется электрической лампочкой 3,5—24 вольт
через специальное окно в оправе сетки. Для более равномерного освещения штри¬
хов сеток с перекрестиями или крестообразно расположенными шкалами освети¬
тельное окно оправы следует располагать на диагонали перекрестия.
В некоторых случаях для увеличения яркости штрихов большая часть поли¬
рованного обода сетки серебрится.
Как уже было указано, штрихи сетки рассеивают свет главным образом
в сторону, противоположную поверхности, на которой они нанесены. Поэтому,
для того чтобы видимость их была наилучшей, штрихи должны быть обращены
в сторону объектива. Сетки же, не предназначенные для ночного освещения, удоб¬
нее устанавливать штрихами в сторону Окуляра.
В последнее время для наблюдений в ночных условиях получили также
применение травленые сетки, штрихи которых заполнены светящейся массой.
Такие сетки обладают тем преимуществом, что отпадает необходимость установки
электрической лампочки для подсветки штри¬
хов. Одновременно отпадает необходимость Таблица 21
снабжения прибора аккумулятором или другим Толщина сеток в зависимости от
источником тока для питания лампочки. Однако диаметра
данные сетки должны иметь видимую ширину
штриха не менее 0,3—0,5 мм.
Элементы конструкции заготовок
для сеток
Диаметры заготовок сеток в зависимости
от требуемого по расчету светового диаметра
и ширину фасок на сетках следует выбирать
Диаметр сетки, мм
Толщина,*
мм
До 10
Свыше 10 „ 18
„ 18 „ 30
. 30 „ 50
„ 50 „ 80
1.5+О.З
2 2=0,3
3±0,5
4+0,5
5 ±0,5
по тем же таблицам, что и для линз. Рекомендуемые толщины сеток приводятся в
табл. 21.
Толщину покровных стекол для заклейки фотографированных сеток следует
брать примерно вдвое меньше, чем толщина сеток при тех же диаметрах.
74
Допуски
При изготовлении сеток неточность выполнения плоскостей не оказывает
заметного влияния на качество оптической системы, поэтому допуски на качество
плоскостей можно брать достаточно грубыми — до 15—18 полос. Зато чистота обра¬
ботки поверхностей сетки должна быть особенно высокой, так как каждая цара¬
пина или точка на поверхности сетки будет видна в поле зрения прибора.
По тем же соображениям в заготовках сеток недопустимы пузыри и камни.
Клиновидность сеток может допускаться в пределах 10—15'.
Для изготовления сеток следует применять стекло не ниже 2-й категории по
посторонним включениям.
20. Защитные стекла
Защитные стекла предназначаются для предохранения оптической системы при¬
бора от атмосферной влаги, загрязнения и механических повреждений. Они обычно
применяются в тех случаях, когда в приборе имеется качающаяся головная (объек¬
тивная) призма.
Рис. 59. Защитные стекла.
Защитные стекла, устанавливаемые в ходе лучей системы, изготовляются из
оптического стекла марки К8 и требуют точного выполнения рабочих поверхностей.
Форма их довольно разнообразна и зависит от конструкции прибора. На рис. 59
показаны наиболее часто встречающиеся типы защитных стекол. Круглые стекла
(рис. 59, а) применяются в приборах, не имеющих качающихся призм. Стекла
удлиненной формы (рис. 59, б) устанавливаются перед качающимися призмами; ши¬
рина их зависит от диаметра светового пучка, а длина — от угла качания призмы.
Для повышения герметичности соединения с корпусом прибора делается скос по
ободу под углом 60°.
Защитные стекла должны обладать достаточной механической прочностью,
в частности для круглых стекол отношение толщины к диаметру следует брать не
меньше, чем 1 :7. Примерно такого же соотношения рекомендуется придержи¬
ваться и для удлиненных стекол.
В некоторых случаях, например, в приборах, испытывающих большие гидро¬
статические нагрузки (до 25—30 атмосфер), защитные стекла приходится рассчи¬
тывать на прочность.
В случае круглых защитных стекол, закрепляемых между уплотнитель¬
ными резиновыми прокладками, расчет на прочность ведется по следующей
формуле:
г2
3 = 72А (26)
где г — радиус защитного стекла, см;
t — его толщина, см;
р — гидростатическая нагрузка, кг]см2;
— напряжение изгиба в стекле.’
75
По данным фирмы Цейсс, напряжения изгиба, при которых происходит разру¬
шение стекла при длительной нагрузке таковы:
Стекло ВК7: <5тах=170 кгісм2. (Стекло ВК7 фирмы Шотт соответствует на¬
шему отечественному стеклу К8).
Стекло ВК7 закаленное: <у1ПЦ, = 450 кг/см2.
Зеркальное стекло: <7тах = 225 кг)см2.
Зная диаметр защитного стекла (в свету), гидростатическую нагрузку и пре¬
дельное напряжение, можно рассчитать толщину стекла t.
При расчете следует брать 3—4-кратный запас прочности вследствие специ¬
фических свойств стекла как материала.
При испытаниях стекол на предельное напряжение выяснилось, что одинаковые
по форме и материалу образцы дают довольно большой разброс нагрузок, при
которых происходило их разрушение. Кроме того, стекло очень чувствительно
к продолжительности нагрузки. Например, то же стекло ВК7 при кратковременном
испытании выдерживает нагрузку до 340 кгісм2.
Защитные стекла для окон подсветки сеток ночного освещения (рис. 59, в)
устанавливаются вне хода лучей системы, поэтому они обычно изготовляются из
простого зеркального стекла. Точность выполнения поверхностей для них также
не нужна.
В некоторых случаях круглые защитные стекла, устанавливаемые в ходе лучей
оптической системы, делают клиновидными. Путем поворота такого стекла вокруг
оси можно в известных пределах производить юстировку прибора.
В некоторых зенитных наблюдательных приборах применяются защитные стекла,
выполняемые в виде сферических колпаков.
21. Светофильтры
Светофильтры представляют собой плоскопараллельные пластинки, изготовлен¬
ные из цветного стекла или из двух склеенных друг с другом стекол, между
которыми находится окрашенный слой желатина. Назначение светофильтров — погло¬
щение тех или иных лучей спектра.
Светофильтры применяются в приборах для визуальных наблюдений и в фото¬
аппаратуре. Ими пользуются не постоянно, а только при определенных условиях;
поэтому они крепятся в специальных оправах, которые в случае необходимости
надеваются на объектив или окуляр. Если же светофильтры находятся внутри при¬
бора, то всегда должно иметься приспособление, с помощью которого их можно
выключать из хода лучей оптической системы или заменять другими.
В визуальных приборах светофильтрами пользуются для улучшения видимости
при неблагоприятных для наблюдений условиях. Так, например, зимой при ярком
солнечном освещении пользуются дымчатыми или синими светофильтрами; летом
при сильной дымке значительно улучшают видимость желтые светофильтры; красные
светофильтры применяются в морских перископах. В фотоаппаратах светофильтры
служат для улучшения цветопередачи и повышения контрастности снимков, что
особенно важно для аэросъемки. В фотографии чаще всего пользуются желтыми
и оранжевыми светофильтрами и характеризуют их цветом и кратностью.
Под кратностью светофильтра обычно понимают число, показывающее во
сколько раз надо увеличить экспозицию при съемке с данным светофильтром срав
нительно со съемкой без светофильтра.
Плоскости светофильтров для фотографических объектов должны выполняться
с высокой степенью точности—до 1 — 2 полос. Толщину их в зависимости от
диаметра рекомендуется брать в пределах от 1 до 3—4 мм, а для аэросъемки —
от 5 до 15 мм.
22. Покрытия оптических поверхностей
Просветление
Под термином й просветление “ понимается такая дополнительная обработка
оптических деталей, в результате которой снижается коэфициент отражения от их
полированных поверхностей.
76
Коэфициент отражения света /? (т. е. потери на отражение) при нормальном
падении пучка лучей на полированную поверхность вычисляется по формуле Фре¬
неля:
где п — показатель преломления стекла. Потери на отражение одинаковы как на
границе раздела воздух — стекло, так и на границе стекло — воздух. Прип= 1,5 потери
на отражение от одной поверхности составляют 4°/0. Если оптическая система при¬
бора имеет N преломляющих поверхностей, то, принимая для всех стекол системы
средний показатель преломления равным 1,6—1,7, суммарные потери на отражение
EZ? (в процентах) можно приближенно подсчитать по следующей формуле:
Е/?=[1—(1—/?)^].1ОО°/о.
Снижение коэфициента отражения достигается путем нанесения прозрачной
пленки с показателем преломления меньшим показателя преломления стекла. Свет,
отраженный на первой границе, и свет, отраженный на второй границе, благодаря
интерференции ослабляют друг друга и тем самым снижаются потери на отраже¬
ние. Наибольшее снижение коэфициента отражения происходит при толщине пленки
порядка четверти длины световой волны (135 ту). Кроме того, большое значение
имеет разность показателей преломления пленки и стекла: чем больше эта разность,
тем большее снижение коэфициента отражения может быть достигнуто, а при
пг — Yп потери на отражение достигают минимума х.
Эффективность применения просветления / можно иллюстрировать следующим
примером: коэфициент пропускания (прозрачности) перископа подводной лодки
с применением непросветленной оптики составляет около 6°/0, в то время как такой
же перископ с просветленной оптикой пропускает около 24°/0 света.
В настоящее время применяются следующие способы просветления:
1) Травление слабыми водными растворами кислот (уксусной, соляной или
азотной). В результате взаимодействия с кислотой на поверхности стекла обра¬
зуется прочная пленка, состоящая в основном из коллоидной кремневой кислоты
с показателем преломления 1,44—1,48 (в зависимости от химического состава
стекла). Коэфициенты отражения от поверхностей, просветленных этим способом,
приводятся в табл. 22.
2) Нанесение раствора кремнеэтилового эфира в этиловом спирте. В ре¬
зультате испарения растворителя и гидролиза кремнеэтилового эфира на поверх¬
ности стекла образуется прочная прозрачная пленка кремнезема с показателем пре¬
ломления около 1,45.
Преимущество этого способа просветления по сравнению с первым состоит
в том, что таким путем можно просветлять детали в оправах. Снижение потерь на
отражение примерно такое же, как и при просветлении травлением (табл. 22).
3) Нанесение на поверхность стекла двуслойной пленки, состоящей из двуокиси
титана и двуокиси кремния. Этот способ дает возможность снижать коэфициент
отражения примерно до 1°/0 для любых стекол. Еще более эффективна трехслой¬
ная пленка из двуокиси титана и двуокиси кремния, снижающая потери на отра¬
жение до 0,5—0,7°/о-
4) Испарение фтористого магния в вакууме (физическое просветление). Пары
фтористой соли, осаждаясь на стекле, образуют прозрачную пленку с показателем
преломления 1,38. Этим способом можно снижать коэфициент отражения до 0,5—
0,2%. Отрицательной стороной этого способа является недостаточная механическая
прочность пленки. Поэтому применять физическое просветление для наружных де¬
талей недопустимо. Однако последние исследовательские работы по упрочнению
получающейся пленки показали, что добиться повышения ее механической прочно¬
сти вполне возможно. Поэтому можно полагать, что этот способ просветления
все же будет иметь достаточно широкое применение для деталей внутри прибо¬
ров как весьма эффективный в отношении снижения потерь на отражение.
1 В формуле пі — показатель преломления пленки, п — показатель преломления стекла
77
Выбор того или иного способа просветления определяется условиями работы
прибора, положением детали в приборе, имеющимся оборудованием для про¬
светления и формой и размерами деталей.
В табл. 22 сопоставлены коэфициенты отражения света от непросветленной
поверхности и от поверхности, просветленной травлением кислотой и гидролизом
кремнеэтилового эфира.
Таблица. 22
Коэфициент отражения от просветленных и непросвет¬
ленных поверхностей
Коэфициент отражения в процентах
Марка
стекла
от непро¬
светленной
поверхности
от поверхно¬
сти, просвет¬
ленной травле¬
нием кислотой
от поверхности,
просветленной
гидролизом крем¬
неэтилового эфира
КЗ
К8
БК4
БК6
БК8
БК10
КФ4
ТК2
ТК4
ТК6
ТК10
ЛФ5
БФ12
Ф1
Ф4
ТФ1
ТФ5
4,1
4,2
4,3
4,5
4,6
4,9
4,2
4,9
5,5
5,5
5,6
4,5
5,7
5,5
5,6
5.5
7,6 J
2,4
2,3
2,3
1,9
2,1
1,9
2,9
2,0
1,8
1,8
1,8
1,9
1,9
1,7
1,8
1,6
1,1
2,5
2,2'
2,1
2,1
2,0
1,8
2,2
1,9
1,7
1,7
1,7
1,8
1,8
1,6
1,7
1,5
1,1
Из таблицы видно, что просветление травлением или гидролизом кремнеэтило¬
вого эфира наиболее эффективно для флинтов и тяжелых кронов.
Нанесение отражающих слоев
При изготовлении стеклянных оптических зеркал на полированную поверх¬
ность стекла тем или иным способом наносится отражающий слой. В оптико¬
механических приборах имеют применение зеркала с покрытиями, полностью отра¬
жающими свет (не считая потерь поглощения), и с полупрозрачными покрытиями,
частично отражающими и частично пропускающими свет. Полупрозрачные покры¬
тия применяются главным образом в различных светоделительных призмах и в при¬
борах с автоколлиматорными устройствами. Различают зеркала с покрытием внешней
поверхности детали и зеркала с покрытием тыльной поверхности, причем для зеркал
применяются как металлические, так и неметаллические покрытия. К металлическим
покрытиям относятся серебро, алюминий и хром, к неметаллическим — сульфид
цинка, сульфид сурьмы, фтористый магний. Нанесение покрытий выполняется сле¬
дующими тремя основными способами: 1) осаждецием отражающего слоя металла
из раствора его соли, 2) испарением в вакууме вещества, образующего отражающий
слой, 3) катодным распылением металлов. Первый способ, наиболее старый, приме¬
няется только для зеркал с серебряным непрозрачным или полупрозрачным слоем.
Все остальные типы отражающих покрытий наносятся методом испарения в вакууме
или катодным распылением.
Ниже приводится перечень некотсрых видов отражающих покрытий, приме¬
няемых в отечественной и заграничной практике.
78
1. Зеркала с отражающим слоем, наносимым путем осажде¬
ния из раствора. 1) Непрозрачное покрытие. Отражающий слой — серебро —
наносится с тыльной стороны зеркала. Для защиты от разрушения серебряный
слой меднится, а затем лакируется, Толщина слоев в микронах: серебро 0,3 —г— 0,5,
медь 0,8-н 1, лаковая пленка 0,1 мм, Коэфициент отражения 88-^ 90%.
2) Полупрозрачное покрытие. Отражающий слой — серебро. Для защиты от кор¬
розии на посеребренную поверхность наклеивается покровное стекло. Возможно
нанесение покрытий с отношением коэфициента отражений к коэфициенту пропу¬
скания в пределах от 1:5 до 5:1. Потери на поглощение и рассеяние меняются
в пределах От 12 до 37° |0 и зависят от заданного соотношения коэфициентов от¬
ражения и пропускания. При отношении коэфициентов 1 :1 потери составляют 30%.
2. Зеркала с отражающим слоем, наносимым путем испарения
в вакууме. 1) Непрозрачные покрытия. Отражающий слой алюминия наносится
с внешней стороны зеркала. Алюминиевый слой покрывается защитным слоем суль¬
фида цинка (испарением в вакууме). Покрытие достаточно прочное. Коэфициент
отражения 92%
2) Алюминий с двойным защитным слоем из фтористого магния и сульфида
цинка. Наносится с внешней стороны зеркала. Механическая прочность покрытия
несколько ниже предыдущего. Коэфициент отражения до 95%.
3) Серебро с двойным защитным слоем из фтористого натрия и сульфида
цинка. Наносится с внешней стороны зеркала. Коэфициент отражения 99%.
Стойкость во времени незначительна, поэтому этот вид покрытия применяется
только в исключительных случаях, когда требуется повышенная светоотдача.
4) Серебро с защитным слоем из меди, алюминия, сульфида цинка и с после¬
дующей лакировкой. Наносится с тыльной стороны зеркала. Коэфициент отраже¬
ния 93%.
5) Хром (без защитного слоя). Покрытие обладает высокими механическими,
и антикоррозийными свойствами. Коэфициент отражения не превышает 55%.
Полупрозрачные покрытия с заданным коэфициентом отражения или пропускания.
1) Покрытие сульфидом цинка. Благодаря явлению интерференции потери
света практически отсутствуют. Коэфициент отражения определяется толщиной слоя.
Возможно получение коэфициента отражения не больше 33°/0, соответственно коэфи¬
циент пропускания 67%.
2) Покрытие сульфидом сурьмы. Максимальное отражение 52%. Потери на по¬
глощение порядка 8%. Слой механически прочен и теплоустойчив (доч-150°С).
3) Покрытие трехслойное—сульфид цинка, фтористый натрий, сульфид цинка.
Максимально возможное отражение 66%. Потери на поглощение практически равны
нулю.
4) Металлические полупрозрачные покрытия из алюминия, серебра или хрома.
Потери на поглощение и рассеяние у этих покрытий составляют около 30%.
Величина коэфициента отражения зависит от толщины металлического слоя. При¬
меняются в разного рода разделительных призмах, т. е. покрытие наносится на
поверхность склейки.
В заключение следует указать, что полупрозрачные металлические покрытия
получили довольно неожиданное применение для изготовления светофильтров с
высокой избирательностью при большом светопропускании. Действие этих свето¬
фильтров основано на явлении интерференции света, а потому они получили название
интерференционных. Они состоят из двух склеенных между собой стеклянных пла¬
стинок. Внутренние поверхности пластинок покрыты полупрозрачным слоем серебра.
Кроме того, на одну из пластинок перед склейкой, но после серебрения, нанесен
тонкий слой соли (например фтористый магний). В результате многократных отра¬
жений от серебряных слоев свет, прошедший через фильтр, оказывается состоящим
из ряда различающихся друг от друга по фазе и по интенсивности лучей, которые
интерферируют между собой. При соответствующем подборе толщины слоя соли и
коэфициентов отражения серебряных слоев можно добиться, что фильтр будет
пропускать лучи только очень узкого диапазона длин волн в любой части спектра.
Таким образом можно получать интерференционные фильтры различных цветов. Такие
светофильтры в дальнейшем, повидимому, должны получить широкое применение в
самых различных областях оптики — колориметрии, цветной фотографии и т. д.
79
23. Наглазники и налобники
Наглазники
В оптических приборах наглазником называется специальная деталь окуляра,
облегчающая совмещение зрачка выхода оптической системы со зрачком глаза на¬
блюдателя. Одновременно наглазник служит для защиты глаза от посторонних лучей^
а также для защиты от ^ождя и ветра, мешающих наблюдениям в полевой обстановке.
В приборах, подвергающихся толчкам при отдаче, например в прицелах, не¬
посредственно укрепленных на пулеметах или пушках, наглазник должен, кроме
того, предохранять глаз наблюдателя от ударов.
Наглазники делятся на две основные группы: жесткие и мягкие.
1. Жесткие наглазники. Жесткие наглазники применяются в приборах,
не испытывающих толчков — в‘различных лабораторных и астрономических при¬
борах, в театральных и полевых биноклях, в геодезических инструментах и т. д.
Материалом для наглазников этого типа обычно служат эбонит или пласт¬
массы. Эбонитовые наглазники целесообразно применять .для приборов, выпускае¬
мых мелкими сериями, а также для опытных образцов. Пластмассы следует при¬
менять для наглазников, изготовляемых крупными партиями.
Жесткие наглазники укрепляются на окулярной трубке на резьбе. Шаг резьбы
на эбоните или пластмассе следует брать не меньше 0,75 мм.
В наглазники из пластмасс иногда запрессовываются металлические (обычно
латунные) кольца с внутренней резьбой, благодаря чему исключается необходи¬
мость выполнения резьбы непосредственно на пластмассе.
Различные конструкции жестких наглазников приведены на рис. 60.
В табл. 23 даны их размеры.
Таблица 23
Размеры жестких наглазников
Тип
d
rfl •
D
Di
H
h
s
М27 X 0,75
24
34
—.
9
3,5
0,5
А|
МЗО X 0,75
24
31
—
10
4
0,5
М32 X 0,75
22
34
36
12
4
1,0
М16 X 0,75
12
25
18
8
4
0,5
М18Х0.75
14
26
20
8
4
0,5
Б
М24 X 0,75
18
32
27
11
5
1,0
М27 X 0,75
20
34
30
10
5
1,0
16
В
М36 X 0,75
27
38
—
21
9
—
26
1
Если прибор предназначается для наблюдений без противогаза, то зрачок вы¬
хода оптической системы должен совпадать с плоскостью наружного среза наглаз¬
ника; в тех же случаях, когда прибор предназначается для наблюдений в проти¬
вогазе, его необходимо выносить за плоскость среза на 5—6 мм.
80
2. Мягкие наглазники. Мягкие наглазники применяются в приборах,
подвергающихся вибрации или толчкам. Кроме того, мягкие наглазники часто при¬
меняются в морских биноклях, дальномерах и в различных авиационных приборах,
так как по сравнению с жесткими они лучше защищают глаз наблюдателя от
ветра и дождя.
Мягкие наглазники изготовляются из обыкновенной или губчатой резины и
укрепляются на окуляр специальным зажимным кольцом.
На рис. 61 показан наиболее мягкий наглазник, часто применяемый в прибо¬
рах, подвергающихся сильной тряске. В различных наблюдательных приборах при-
Рис. 61. Сим¬
метричный
мягкий на¬
глазник—
гармошка.
Рис. 62. Обычные мягкие наглазники.
Рис. 63. Не¬
симметрич¬
ный мягкий
наглазник.
меняются наглазники, приведенные на рис. 62, а. Менее эластичный наглазник
(рис. 62, б), обычно изготовляемый из губчатой резины, применяется в тех случаях,
когда необходимо точно фиксировать положение зрачка глаза относительно зрачка
выхода оптической системы. На рис. 63 изображен несимметричный наглазник,
Рис. 64. Налобник.
удобные условия для работы наблюдателя. В
для дальномеров, высотомеров, т. е. когда
наилучшим образом защищающий
глаз наблюдателя от воздействия
ветра и дождя; он применяется
в стереодальномерах, морских и
авиационных прицелах.
Налобники
В стереодальномерах, а также
в некоторых других приборах,
кроме наглазников, применяетск
особая деталь — налобник, пред¬
ставляющий собой резиновый щи¬
ток, в некоторых случаях оклеен¬
ный снаружи кожей. Налобник
помещается над окулярами, бла¬
годаря чему создаются наиболее
особенности налобник необходим
труба прибора вращается вокруг
своей горизонтальной оси.
Укрепляется налобник планками и винтами. Один из типов налобников пока¬
зан на рис. 64. Там же указаны его основные размеры.
24. Диафрагмы
Диафрагмами называются устройства, предназначенные для ограничения пучка
лучей, проходящего через оптическую систему.
По форме отверстия диафрагмы делятся на: 1) диафрагмы с круглым от¬
верстием и 2) диафрагмы снекруглым отверстием. Из последней группы
чаще всего применяются щелевые диафрагмы.
6 Я» Кругер и М. Б. Кулижнов 81
Диафрагмы с круглым отверстием
Простейший тип такой диафрагмы показан на рис. 65. На ее цилиндрической
части прорезаются три наклонные шлица, что придает ей упругость в радиальном
направлении. Такие диафрагмы держатся в трубке или корпусе прибора на трении
и не требуют каких-либо дополнительных крепежных деталей. Пример установки
диафрагмы в трубке оку¬
ляра приведен ранее.
Однако во многих слу¬
чаях, главным образом в
фотографии и микроскопии,
необходимо в известных
пределах изменять диаметр
светового пучка, проходя¬
щего через оптическую си¬
стему.
Для этой цели приме¬
няются почти исключительно
ирисовые диафрагмы, позво¬
ляющие изменять в опре¬
Рис. 66. Ирисовая диафрагма
Рис. 65.
деленных пределах действующее отверстие объектива или осветительной системы.
Только в простейших аппаратах применяются диафрагмы-бленды, представляющие
собою металлические пластинки с отверстиями.
Ирисовая диафрагма (рис. 66) состоит из ряда тонких серпообразных пласти¬
нок (лепестков) со штифтами на концах. Один из штифтов каждого лепестка
входит в соответствующее отверстие общей неподвижной кольцевой оправы, дру¬
гой — в соответствующий радиальный шлиц подвижного кольца (коронки). При
повороте коронки все лепестки одновременно поворачиваются в оправе, плавно
изменяя диаметр отверстия диафрагмы1. Для возможности осуществления вра¬
щения коронка снабжается рычажком: в диафрагмах фотографических объективов
для этой цели применяется наружное ведущее кольцо, соединенное с коронкой
винтом.
Исходными данными для расчета являются диаметры наибольшего и наимень¬
шего световых отверстий диафрагмы (2рл и 2рт), а также предельная наиболь¬
шая толщина ее по оси; так, например, толщина диафрагмы фотографического
объектива ограничивается расстоянием между линзами, где диафрагма должна быть
помещена, причем это расстояние обычно очень мало.
Расчет диафрагмы сводится к определению: внутреннего и наружного радиу¬
сов кривизны лепестка гт и гн, его толщины /, радиуса окружности расположения
штифтов г, углового расстояния между штифтами лепестка у и минимального
числа лепестков. Кроме того, для многих диафрагм необходимо рассчитывать шкалу
углов поворота коронки (ведущего кольца).
1 Строю говоря, отверстие ирисовой диафрагмы представляет собой не круг, а пра¬
вильный многоугольник, образованный рядом дуг равного радиуса. Отверстие становится
круглым только при полном раскрытии диафрагмы.
82
Внутренние радиусы лепестков ограничивают световое отверстие диафрагмы
при любом ее раскрытии, т. е. и при наибольшем раскрытии (2рп), отсюда следует,
что
Гт = Р„ (27)
т. е. внутренний радиус лепестка равняется радиусу наибольшего светового
отверстия диафрагмы.
Рис. 67.5Схема расчета ирисовой диафрагмы.
Из рис. 67, а видно, что расстояние между штифтами лепестка
OiO2>rH-rm,
где г — радиус окружности, на которой расположены штифты (если указанное усло¬
вие не будет выполнено, то при некотором угле поворота коронки штифт
лепестка выйдет из зацепления с последней).
Радиус окружности расположения штифтов определяется из прямоугольного
треугольника О2ОВ
1 Л* + rш\2 I / гт Рт \2
I 2 ) ' I 2 I ’
откуда
Г = ~ [rm + V 7^-3pOT(2rm-pm)]. (28)
в*
83
Наружный радиус гн лепестка, вообще говоря, произволен; наиболее простое
очертание лепестка получается при
гн = 2г—rm. (29)
Угол у между штифтами лепестка определяется из треугольника ОХО2'О':
sin і=(зо>
Радиус Гі закругления концов лепестка равняется
гІ = Г—гт- (31)
Диаметр штифтов—1 —1,5 мм. Штифты расклепываются в отверстиях лепе¬
стка, и расклепанная часть зачищается заподлицо.
Для устранения возможности выхода лепестка из зацепления с коронкой
(вследствие погрешностей сборки диафрагмы) отверстие под ведомый штифт ре¬
комендуется смещать на 0,5—1 мм относительно окружности радиуса г, как это
показано на рис. 68, а.
Минимальное число лепестков определяют исходя из наименьшего допустимого
перекрытия одного лепестка другим при наибольшем закрытии диафрагмы (в таком
положении перекрытие будет наименьшим).
Из треугольника АОО' (рис. 96, б)
COS = -Я,2~Р,Я > (32)
из треугольника А^ОО*
cos =
rm‘ (Гт. Рт)2
^rm (rт — Pm)
при rH = 2z—rm
Из (32) и (33) находим
e=₽l—
Минимальное число лепестков определяется по формуле
Полученное из формулы (34) значение п округляют (в сторону увеличения)
до ближайшего целого числа.
Найденное по формуле (34) число лепестков обеспечивает отсутствие просве¬
тов между лепестками по краю диафрагмы при любом угле поворота коронки.
Толщина Т диафрагмы (без учета толщины коронки и оправы) определяется
по формуле
T=t •
1 1 360
где і — толщина1 лепестка (обычно толщина лепестков 0,1—0,05 мм).
Обычно требуется давать диаметру светового отверстия ирисовой диафрагмы
ряд вполне определенных значений.
Для этой цели на ведущем кольце, соединенном с коронкой, наносится шкала,
каждое деление которой соответствует вполне определенному диаметру светового
отверстия диафрагмы.
Связь между радиусом светового отверстия р диафрагмы и углом поворота
лепестка вокруг оси О± определяется из треугольника С^ОО' (рис. 67, в):
у = 2г sin
где а — угол поворота лепестка;
84
далее
р = rM-y = r„-2r sin
откуда находим
sin Т =
Угол поворота коронки р можно приближенно считать разным двойному углу
поворота лепестков, т. е.
р = 2а. (37)
Подставляя (37) в (36), имеем
sin4=D!^-p- (38)
Формула (38) дает возможность рассчитывать шкалу ведущего кольца по ряду
заданных световых диаметров диафрагмы.
При более точных расчетах шкалы углы поворота коронки, соответствующие
заданным радиусам светового диаметра диафрагмы, определяются по формуле (из
треугольника ОО^А):
COS ( + а )
р)-г м/ѵ (39)1
--S.n +
где 7 — угол между штифтами лепестка;
а — угол поворота лепестка [определяется по формуле (36)];
а — расстояние между штифтами лепестка (а = г -f- rm).
Для изготовления лепестков применяется ленточная сталь или латунь. Оправа
и коронка обычно изготовляются из латуни. Для устранения бликов все детали
диафрагмы подвергаются чернению.
Пример. Рассчитать ирисовую диафрагму фотографического объектива.
/==105 мм\ относительное отверстие 1:3,5; в соответствии с ГОСТ 2600-44
шкала диафрагмы должна соответствовать следующему ряду относительных отвер¬
стий:1 2 1:3,5; 1:4; 1:5,6; 1:8; 1:11; 1:16; 1:22.
По данному ряду находим наибольший и наименьший радиусы отверстия диа¬
фрагмы. По формуле (27) внутренний радиус лепестка г/я = рп=15 мм.
Радиус окружности расположения лепестков определяется по формуле (28)
Г = А- [15 + У7 • 152 — 3 • 2,4 (30 — 2,4) ] = 17,4 мм.
Наружный диаметр лепестка
гя=2 • 17,4—15 = 19,8 мм [по формуле (29)].
Угол между штифтами лепестка
7 17,44-15 n
f sm-L= .^- = 0,93104,
1 • _z_.
©ткўда 2р
7= 137°12'.
1 Формула (39) справедлива при условии, что оба штифта лепестка расположены на
общей окружности радиуса г.
2 Относительным отверстием фотографического объектива называется отношение диа¬
метра действующего отверстия (диаметра диафрагмы) к фокусному расстоянию; отн. отв. =
-1:і-
85
Наименьшее число лепестков находится по формулам (32), (33) и (34):
15 9 4
cosp2 = —2.15? и ₽2=:65о10';
cos р, = 05- = -0,02190 и
s = 91° 15' — 65°10' = 26,1°;
п
360
26,1
= 13,8,
откуда окончательно число лепестков п= 14.
Данные расчета шкалы сведены в табл. 24.
Таблица 24
Данные расчета ирисовой диафрагмы объектива
Относитель¬
Диаметр
Углы поворота
ведущего кольца
Погреш¬
ность шкалы
Погреш¬
ность, отне¬
ное отвер¬
отверстия
при вычис¬
сенная к
стие объек¬
тива
диафрагмы
2р
по фор¬
муле (38)
по фор¬
муле (39)
лении по
формуле
(38 )
световому
диаметру
диафрагмы, %
1 :3,5
30
0°0'
5°0'
—
1
1:4
26,2
11°26'
12°32'
—1°6'
4-1,4
1:5,6
18,8
36°35'
37°2'
—0°27'
+0,8
1:8
13,2
56°48'
55°52'
- 0°56'
—2,2
1:11
9,6
69°94'
68°10'
- 1с14'
—3,7
1:16
6,6
79°9Г
78°36'
-0°45'
—3,3
1 :22
4,8
84°59'
84°42'
-0°17'
-1,8
В ирисовых диафрагмах применяются лепестки (рис. 68,6), у которых ведомый
штифт заменен отогнутой кромкой (высота кромки 0,8—1 мм). При подобной
конструкции лепестка соответственно меняется и конструкция коронки: длина па¬
зов в ней должна быть минимальной; такая коронка показана на рис. 69.
ирисовой диа-
Рис. 68. Лепестки ирисовой диа¬
фрагмы.
Рис. 69. Коронка
фрагмы.
В диафрагмах этого типа, при прочих равных условиях, ширина лепестка
может быть взята меньшей, чем в диафрагме с лепестками, имеющими два штифта,
это обстоятельство существенно в тех случаях, когда необходимо получить наі^-,
меньший наружный диаметр оправы диафрагмы; однако уменьшение ширины ле¬
пестков может быть осуществлено лишь за счет увеличения их числа.
Кроме описанных выше плоских ирисовых диафрагм, в некоторых случаях,
главным образом в осветительных устройствах микроскопов, пользуются сфери¬
ческими ири овыми диафрагмами. В такой диафрагме лепестки выгнуты по сфере,
благодаря чему плоскость ее светового отверстия располагается выше среза оправы,
что позволяет совместить световое отверстие диафрагмы с верхней поверхностью
предметного столика.
86
Щелевые диафрагмы
Щелевые диафрагмы применяются главным образом в различных лабораторных
приборах (например спектроскопах, спектрофотометрах, монохроматорах). Схема¬
тический чертеж одной из распространенных конструкций такой диафрагмы пока¬
зан на рис. 70.
Устройство механизма щели понятно из чертежа. Ножи щелевой диафрагмы
движутся в направляющих, расположенных под углом друг к другу, благодаря
чему можно в определенных пределах изменять ширину щели. Для передвижения
ножей служит микрометренный винт с барабаном, по которому сразу можно уста¬
новить требуемую ширину щели. Ножи прижимаются к направляющим и к под¬
пятнику микрометремного винта пружинками.
Ширину щели такой конструкции можно устанавливать с большой степенью
точности, до сотых долей миллиметра. Для устранения возможности коррозии
ножи диафрагмы изготовляются из нержавеющей стали.
ГЛАВА VII
СОЕДИНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ С МЕХАНИЧЕСКИМИ
Выбор конструкции крепления оптической детали зависит прежде всего от-
формы последней. Кроме того, конструкция крепления до известной степени зависит
от назначения прибора, условий его эксплоатации и назначения оптической детали.
По способам крепления оптические детали делятся на две большие группы:
1) круглые оптические детали, или, как их часто называют, „круглая оп¬
тика"; к этой группе относятся линзы, светофильтры, сетки и круглые защитные
стекла;
2) некруглые оптические детали („некруглая оптика"); к этой группе от¬
носятся призмы и защитные стекла.
25. Крепление круглой оптики
Для соединения круглой оптики с механической оправой применяют следу¬
ющие способы: 1) крепление завальцовкой, 2) крепление зажимным кольцом,
3) крепление электролитическим методом.
Последний способ особенно широкого применения не имеет; им пользуются
исключительно для крепления фронтальных линз микрообъективов.
87
Крепление завальцовкой
При этом способе соединения края металлической оправы загибаются так,
чтобы они плотно охвётывали линзу по всей окружности (рис. 71). Загибка края
оправы производится на токарном станке с помсшью специальных инструментов.
Так как стенки оправы довольно толсты, то для обеспечения задавливания край
оправы снаружи проточивается (несколько на конус) до нужной толщины. Толщина
загибаемого края (у основания) в зависимости от диаметра оптической детали
берется в пределах от 0,25 до 0,4 мм.
Вследствие упругости тонкого края оправы, закрепляющего оптическую деталь,
давление на стекло сравнительно невелико, поэтому при правильной завальцовке
оптические детали даже при небольших толщинах не деформируются и не получают
внутренних • натяжений. При завальцовке загибаемый край оправы должен ложиться
только на фаску, а не на полированную поверхность линзы.
Для придания соединению водонепроницаемости перед установкой в оправе
ободок линзы смазывается специальной замазкой. Замазку рекомендуется применять
только при креплении наружных линз полевых приборов.
Допуски на сопряженные диаметры необходимо выбирать с таким расчетом,
чтобы между линзой и оправой всегда был гарантированный зазор, за счет кото¬
Рис. 71. Линзы в опра¬
вах с креплением
завальцовкой.
Рис. 72. Оправы для крепления линз завальцовкой.
рого и производится центрировка, т. е. смещение линзы в плоскости, перпенди¬
кулярной оси оправы. Рекомендуются следующие допуски: на внутренний диаметр
оправы под линзу — по Л3; на диаметр линзы — по
При завальцовке склеенных линз центрировка обеспечивается линзой, име¬
ющей большую толщину по краю, а остальные должны помещаться в оправе
с большим зазором. В этом случае для центрирующей линзы допуск на диаметр
также следует брать по для остальных линз — допуск по Л±.
При завальцовке оптических деталей, не требующих центрировки, например
защитных стекол и светофильтров, допуски на сопряженные диаметры следует брать
менее жесткими, а именно: на внутренний диаметр оправ—Л4, на диаметр опти¬
ческих деталей — Х4.
Допуски во всех случаях берутся по системе отверстия.
Основное преимущество креплёния завальцовкой — простота; для закрепления
линзы в оправе не требуется никаких дополнительных деталей. Недостаток — не¬
пригодность для крепления линз больших диаметров.
На рис. 72 изображены различные типы оправ, укрепляемых в корпусе или
трубе прибора на резьбе и центрирующихся только по упорному буртику. Иногда
применяют оправы, которые дополнительно центрируются наружным гладким пояс¬
ком, однако особой надобности в этом нет.
Примерное соотношение размеров оправ:
= где D—диаметр линзы;
d^ — D^ где D±— световой диаметр линзы;
d — от ^4-0,5 мм до ^4-0,8 мм (в зависимости от диаметра линзы);
х«1,5 т, где т — ширина фаски для крепления завальцовкой;
h — толщина линзы по краю;
88
dQ—диаметр наружной резьбы — зависит от диаметра корпуса; рекомендуется
брать не больше ^-(-8 мм;
s — шаг резьбы — 0,5—0,75 мм;
Zo — от 6s до 12s.
Все оправы, укрепляемые в корпусе на резьбе, должны иметь шлицы [или
специальные отверстия для завинчивания их в корпус. В приборах, подвергающихся
тряске, оправы после установки на место стопорят винтами.
Для устранения возможности отражений лучей от стенок оправ их внутренние
поверхности необходимо чернить. Для этой же цели в некоторых случаях на сво¬
бодных внутренних частях оправ наносят концентрические риски. Шаг рисок
обычно 0,5 мм, глубина их 0,25 мм.
Оправы обыкновенно изготовляются из латуни ЛС59-1. В некоторых случаях
применяется также сталь 10 или сталь 20.
Рис. 73. Линзы в опра¬
вах с креплением
кольцом.
оптической системы,
Крепление зажимными кольцами
При этом способе соединения оптическая деталь укрепляется в оправе кольцом,
имеющим внутреннюю или наружную резьбу. Возможное смещение линзы в оправе
определяется зазором между ними, который вследствие этого должен быть мини¬
мальным.
Для приборов, требующих особо точной центрировки
рекомендуются следующие допуски, обеспечивающие при
сборке достаточно малый зазор между линзой и оправой: на
внутренний диаметр оправы под линзу — по Л3, на диаметр
линзы — по С3.
При креплении склеенных линз допуск на линзу, имею¬
щую меньшую толщину по краю, рекомендуется брать по Л4,
допуск же на линзу, имеющую большую толщину,
остается таким же, как и для одной линзы, т. е. по С8; по
ней склеенная пара центрируется в оправе.
При креплении оптических деталей, не требующих точ¬
ной центрировки, следует брать менее жесткие допуски,
именно: на внутренний диаметр оправы под линзу — по Д4,
на диаметр оптической детали — по С4.
Крепление зажимным кольцом необходимо применять
для оптических деталей диаметром свыше 80 мм. Для де¬
талей диаметром от 10 до 80 мм этот способ крепления применяется в тех слу¬
чаях, когда задавливание по каким-либа соображениям не пригодно, и, наконец,
для диаметров менее 10 мм зажимных колец вообще применять не следует.
На рис. 73 показаны примеры крепления линз зажимными кольцами. При
выборе конструкции крепления следует предпочитать зажимные кольца с наруж¬
ной резьбой, так как они значительно проще в изготовлении. Крепление коль¬
цами с внутренней резьбой (рис. 73, а) следует применять лишь в тех слу¬
чаях, когда требуется закрепить в оправах две линзы, расстояние между которыми
очень мало.
Однако непосредственное крепление зажимным кольцом вследствие возможных
перекосов резьбы не обеспечивает равномерного распределения давления кольца
на линзу. Неравномерность давления кольца часто вызывает деформацию сфери¬
ческих поверхностей линзы и внутренние натяжения в ней, в особенности при
креплении тонких линз больших диаметров. Кроме того, в условиях низких темпе¬
ратур при таком способе крепления в линзах возникают еще дополнительные
натяжения, обусловленные большой разницей коэфициентов расширения металла
и стекла (при понижении температуры давление зажимного кольца на линзу уве¬
личивается).
На рис. 74 показана конструкция крепления, до некоторой степени предохра¬
няющая линзы от деформаций и внутренних натяжений. Для этой цели между
зажимным кольцом и линзой помещается пружинное кольцо, которое вследствие
упругости в осевом направлении более равномерно распределяет давление на линзу
и смягчает его при низких температурах. Пружинные кольца рекомендуется при¬
менять при креплении тонких линз диаметром свыше 40 мм.
89
На том же рисунке показано также промежуточное кольцо между упором
оправы и линзой. Такие кольца устанавливаются в оправах для юстировки системы
при сборке, так как, подрезая их, можно изменять расстояние между линзами
системы. Юстировочные кольца следует ставить при креплении длиннофокусных
линз, например линз оборачивающих систем перископов, так как абсолютная
погрешность фокуса у них может достигать 5—6 мм, а следовательно, для со¬
вмещения фокальных плоскостей соседних линз юстировка в осевом направлении
неизбежна.
Если в приборе необходимо закрепить ряд линз одинакового диаметра, рас¬
положенных на близком расстоянии одна от другой, например линз некоторых
типов окуляров, то следует пользоваться конструкцией крепления, показанной
на рис. 84, б. При такой конструкции все линзы помещаются в одной оправе
и закрепляются одним общим зажимным кольцом. Заданные расстояния между
линзами выдерживаются с помощью гладких промежуточных колец.
На риС. 75 показана конструкция такого же типа (конденсор осветитель¬
ной системы). Так как в этом случае линзы имеют различные диаметры, оправа
-сделана ступенчатой, а промежуточное кольцо расточено на конус.
1. Типы оправ. На рис. 76 изображены оправы для крепления оптиче¬
ских деталей зажимными кольцами с наружной резьбой. Оправы укрепляются в кор¬
Рис. 74. Крепление
объектива в оправе
с пружинным
кольцом.
Рис. 75. Крепление
конденсора с про¬
межуточным коль¬
цом между линзами.
Рис. 76. Оправы для крепления линз коль¬
цами с наружной резьбой.
пусе прибора на резьбе. Такое соединение оправы с корпусом наиболее удобно
при сборке, а потому им всегда следует пользоваться, если нет каких-либо осо¬
бых соображений для выбора другого типа соединения.
Типовые соотношения размеров оправ:
^ = 7), где D — диаметр линзы;
d2 = Dv где Dy — световой диаметр линзы;
<70 2s, где s — шаг резьбы;
DQ определяется конструкцией прибора;
D2 — от Dq + 2 мм до 7)0Ц-1О мм;
Zo —от 6s до 16s, где s — шаг резьбы при DQ;
s0— от 6s до 10s, где s — шаг резьбы при dQ;
h зависит от толщины линзы по краю; при применении пружинных колец
размер h необходимо увеличивать на высоту последних.
Шаг резьбы обычно 0,5 или 0,75 мм, Применение мелких шагов даже
на больших диаметрах объясняется тем, что стенки оправ желательно делать воз¬
можно более тонкими.
Оправы, укрепляемые в приборе на резьбе, должны иметь шлицы (под отвертку)
или наружную накатку.
На рис. 77 приведены типы оправ для крепления линз зажимными кольцами
с внутренней резьбой. Диаметр d$ резьбы для навинчивания зажимного кольца
следует брать равным ^-4-45, где s — шаг резьбы. Остальные размеры опреде¬
ляются конструкцией прибора.
90
2. Типы колец. Типы зажимных колец приведены на рис. 78. Диаметр
резьбы зажимных колец с наружной резьбой обычно берут на 1—2 мм больше
диаметра линзы. Внутренний диаметр равняется световому диаметру линзы. Высота
колец от 3 до 6 мм (не менее 4 ниток резьбы).
Кольца с внутренней расточкой на конус применяются главным образом в тех
случаях, когда необходимо исключить возможность срезывания светового габарита
пучка лучей, когда они устанавливаются в расходящемся ходе лучей системы.
Рис. 78. Зажимные
резьбовые кольца.
Рис. 79. Промежуточные
кольца.
Рис. 77. Оправы для кре¬
пления линз кольцами
с внутренней резьбой.
Диаметр резьбы зажимных колец с внутренней резьбой должен быть больше
диаметра линзы на 2,5—4 мм. Наружный диаметр их на 1,5—3 мм больше диа¬
метра резьбы. Толщина упора 0,5—1,5 мм.
Типы промежуточных колец приведены на рис. 79. Их наружный диаметр d
должен равняться полному диаметру линз, а внутренний d{ — световому.
Высота промежуточных колец А равна алгебраической сумме стрелок прогиба
сферических поверхностей линз плюс расстояние между линзами по оси.
Рис. 80. Пружинные кольца.
Пружинные кольца различной жесткости показаны на рис. 80. Их наружный
диаметр-равняется диаметру линз; толщина стенки 1-н2 мм. Размеры: п=0,8 — 1,0мм;
т=1—1,5 мм\ А = 5,4—9 мм.
Оправы, зажимные, промежуточные и пружинные кольца обычно изгото¬
вляются из латуни (ЛС59-1). Для военных приборов применяется также сталь (при
обязательном антикоррозийном покрытии). С целью уменьшения веса .применяют
дюралюминий, алюминиевомагниевые сплавы. Кольца всех типов обязательно
должны подвергаться чернению.
Крепление электролитическим методом
Электролитический метод применяется чаще всего для крепления фронтальных
линз микрообъективов, так как обычные способы крепления, в частности зада¬
вливание, вследствие конструктивных особенностей таких линз не обеспечивают
достаточной надежности соединения. Этот способ крепления в общих чертах со¬
стоит в следующем: оправа с установленной в ней линзой погружается в электро-
91
литическую ванну; под действием пропускаемого тока на металле оправы оса¬
ждается медь, плотно охватывающая линзу. Для того чтобы металл осаждался
только вокруг закрепляемой линзы, оправу предварительно покрывают защитным
парафиновым слоем, оставляя свободным от него лишь гнездо линзы. Диаметр
гнезда под линзу делается на 0,03—0,04 мм больше диаметра линзы; глубина
его 0,1—0,2 мм. Для получения надежного соединения линзы с оправой вполне
достаточен слой осажденной меди толщиной 0,1—0,2 мм.
Центрировка линзы относительно оправы производится за счет дополнительной
обточки оправы после закрепления линзы, т. е. оправа центрируется по линзе Ч
Узлы крепления круглой оптики
Приводим наиболее типичные конструкции узлов крепления круглой оптики.
1. Крепление объективов телескопических систем в экс¬
центриковой оправе. В бинокулярных приборах, например в биноклях
и стереотрубах, такая конструкция крепления объективов дает возможность
устранять непараллельность оптических осей
обеих труб прибора, т. е. компенсировать
ошибки изготовления отдельных деталей и
погрешности сборки. В некоторых прицель¬
ных приборах эксцентриковые оправы объ¬
ективов служат для совмещения. оптической
оси системы с геометрической осью трубы
прицела.
На рис. 81 приведены два типа экс¬
центриковых креплений. Конструкция кре¬
пления состоит из эксцентриковой оправы, в
которой задавливанием или зажимным коль¬
цом укрепляется объектив, и эксцентриковой
втулки, надеваемой на оправу. Поворачивая
оправу относительно эксцентриковой втулки
и втулку относительно корпуса, можно сме¬
щать оптический центр объектива в плоско¬
сти, перпендикулярной оси трубы, и тем
самым изменять положение оптической оси системы. После юстировки эксцентрико¬
вая оправа жестко закрепляется в
эксцентриситета оправы и втулки
2. Крепление двухлин¬
зового несклеенного объ¬
ектива телескопической
системы с изменяемым
расстоянием между лин¬
зами. Как уже указывалось, фо¬
кусные расстояния линз изгото¬
вляются с точностью ± 2°/0, поэто¬
му в тех случаях, когда фокусное
расстояние объектива должно
точно соответствовать расчету,
корпусе прибора зажимным кольцом. Величина
обычно берется равной 0,5 мм.
всегда применяются двухлинзовые Рис. 82. Оправа объектива дальномера с юстиров-
объективы с воздушным промежут- кой фокусного расстояния.
ком. Изменяя расстояние между
линзами, можно компенсировать ошибку фокусного расстояния каждой из линз и по¬
лучить заданную по расчету величину. Пример крепления двухлинзового объектива
с воздушным промежутком между линзами дан на рис. 82. Каждая линза закре¬
пляется в отдельной оправе; между оправами имеется распорное кольцо, навинчен¬
ное на одну из них. Поворачивая распорное кольцо в ту или другую сторону, можно
уменьшать или увеличивать расстояние между линзами. Обе оправы укрепляются
1 Метод установки оправы по линзе применяется также и при креплении линз объек¬
тивов микроскопов задавливанием.
в корпусе объектива, зажимными кольцами с наружной резьбой. Для предохранения
оправ линз от проворачивания при юстировке объектива на них крепятся шпонки,
входящие в соответствующие прорезы корпуса. Затяжка распорного и зажимных
колец производится через прорезы
имеются отверстия. Приведенная кон¬
струкция позволяет в известных пре¬
делах смещать объектив в осевом
направлении для совмещения фокаль¬
ной плоскости с сеткой.
3. Крепление объектива
телескопической с истемы
с р е гу л ир о в к о й вдоль опти¬
ческой оси. Такая конструкция
изображена на рис. 83. Оправа объ¬
ектива закрепляется в корпусе между
наружным и внутренним зажимными
кольцами. Принцип юстировки ясен
из чертежа. Конструкции окуляров
наблюдательных приборов изображе¬
ны на рис. 84. Для установки зри¬
тельной. трубы на ясное видение для
наблюдателя, обладающего близору-
в корпусе; для этой же цели на кольцах
Рис. 83. Оправа объектива дальномера с устрой*
ством для юстировки.
костью или дальнозоркостью, фокальная плоскость окуляра должна быть смещена
в ту или другую сторону относительно фокальной плоскости объектива. Величина
смещения х, соответствующая рефракции глава^АА диоптрий, выражается формулой
^Лок2
' 1000 •
(40)
Окуляры обычно рассчитываются на смещение, соответствующее 5—7 диоп¬
триям. Перемещения окуляра относительно фокальной плоскости объектива осу-
Рис. 84. Окуляры наблюдательных приборов.
ществляются путем свободного винтового соединения корпуса с оправой линз оку¬
ляра. Для получения плавного и легкого хода оправы окуляра в корпусе приме¬
няется специальная мелкая трапецоидальная многоходовая резьба, так называемая
окулярная резьба.
Профиль и соотношения размеров элементов окулярной резьбы приведены на
рис. 85.
В табл. 25 даны размеры основных элементов резьбы в зависимости от нор¬
мальных шагов.
Основные детали окуляров: 1) оправа линз, имеющая наружную окулярную
резьбу; 2) соединительная муфта, жестко связанная стопорным винтом с оправой;
3) наглазник; 4) диоптрийная шкала, укрепленная на резьбе в соединительной
муфте.
93
На шкале нанесены деления и цифры, обычно через 1 диоптрию, а на кор¬
пусе окуляра нанесен индекс (в виде прямого штриха). При совмещении нуля шкалы
с индексом установка оку¬
ляра соответствует нормаль¬
ному зрению. Для наблюда¬
теля с ненормальным зре¬
нием окуляр должен быть
установлен на соответствую¬
щее ему деление шкалы. Фо¬
кусировкой окуляра также
пользуются при рассматри¬
вании близких предметов
Угол поворота окуляра
при перемещении относи¬
тельно сетки от одного край¬
него положения в другое не
должен превышать 360°.
Рис. 85. Скулярная резьба: tQ = 0,866s; t2 = 0,3s; tfcp =
= dq — t2*, d-y = d$ —• 2/^; = 0,3s —H z\ z == 0,1 ; d q==
= d$ “I" 2æ; = dQ — 2^; b = .
Обычно предельный угол
поворота jà окуляра берут в пределах от 320 до 270°.
Выбрав желательный предельный угол поворота окуляра, число ходов п резьбы
находят по формуле
360Дуок2
1000s3
где N'— число делений диоптрийной шкалы;
/ок — фокусное расстояние окуляра;
Р — предельный угол поворота окуляра (желательный) ;
s—шаг резьбы (выбирается по табл, 25 в зависимости от диаметра резьбы af0).
Рекомендуемые шаги и числа заходов в зависимости от нормального диаметра
резьбы приведены в табл. 26.
Таблица 25
Размер основных элементов окулярной резьбы
Шаг резьбы
s
1
1,5
2 •
Глубина резьбы .
Рабочая высота
ч
0,40
0,55
0,70
витка
h
0,30
0,45
0,60
Зазор
Z
0,10
0,10
0,10
Ширина впадины
b
0,212
0,375
1
0,538
Таблица 26
Шаги s и числа ходов п окулярной резьбы
в зависимости от диаметра резьбы d§
*0
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
361
1
40
1
44
46
50
S
1
1
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
4
4
4
4
6
6
6
8
8
8
4
4
4
4
4
6
6
6
6
6
6
8
8
8
10
10
10
п
6
6
6
6
6
8
8
8
8
8
8
10
10
10
15
15
15
—
—
—
—
8
—
—
—
—
10
10
—
—
15
—
—
—
Найденное по формуле (41) значение іг округляют до ближайшего числа
ходов, имеющегося в таблице для данного диаметра резьбы, и, решая формулу (41)
относительно р, находят угол поворота окуляра при округленном значении и; после
чего делают разбивку шкалы диоптрийного кольца.
94
4. Конструкции оправ фотографических объективов. На
рис. 86 приведены типовые конструкции оправ объективов. Линзы закреплены
в оправах задавливанием. Для фотографических объективов это наиболее удоб¬
ный способ крепления.
В фотографических объективах часто
применяются ступенчатые оправы для
крепления двух линз различных диаметров
Объективы, особенно светосильные и ши¬
рокоугольные, требуют высокой точности
сборки в отношении центрировки линз
и точности междулинзовых промежутков
Это обстоятельство следует учитывать при
Рис. 86. Оправы фотографических объективов.
конструировании оправ — механическая часть объектива должна обеспечивать воз¬
можно большую точность сборки
Нормальные оправы фотографических объективов снабжаются ирисовой диа¬
фрагмой и фланцем с отверстиями под винты или с резьбой. Фланец служит для
соединения объектива с фотокамерой.
Материал оправ — латунь, алюминиевые спла¬
вы. Толщина стенок оправ от 0,8 до 1,5 мм, и
только при очень больших диаметрах до 2 мм.
Существуют две системы крепления оправ с лин¬
зами в корпусе объективов микроскопов: 1) свин¬
чивающиеся системы и 2) насыпные системы. Первая
система крепления характерна тем, что каждая из
оправ линз последовательно навинчивается одна на
другую и собранный таким образом узел ввинчивается
в корпус объектива. Вследствие сложности .изгото¬
вления и трудности юстировки такая система крепле¬
ния в последнее время вышла из употребления.
Вторая система (рис. 87) характерна тем, что
оправы с линзами просто вкладываются в корпус объ¬
ектива, а затем закрепляются общим зажимным
кольцом, навинчивающимся сверху. Для возможности
окончательной юстировки сложного объектива оправа
второй линзы ставится в корпус с большим за¬
зором, что позволяет передвигать ее в плоскости,
перпендикулярной к оптической оси. Для этой цели
Рис. 87. Оправы объективов
микроскопа.
в корпусе объектива против оправы второй линзы просверливаются четыре
отверстия.
95
Юстировка производится следующим образом: предварительно собранный
объектив ввинчивают в тубус микроскопа с проверенным окуляром и с помощью
специального приспособления оправу второй линзь! через отверстия в корпусе
устанавливают в такое положение, при котором разрешающая способность системы
получается наибольшей. Для оценки разрешающей способности объектива на сто¬
лике микроскопа
Рис. 88. Окуляр
микроскопа.
помещается специальная мира. После юстировки зажимное
кольцо объектива затягивается наглухо, а боковые отверстия
заливаются специальной замазкой.
Для завинчивания в тубус микроскопа все объективы снаб¬
жаются стандартной, так называемой объективной резьбой
(см. ГОСТ 3469-46). Диаметр резьбы 20мм, шаг — 36 ниток на 1".
Линзы объективов крепятся в оправах задавливанием или элек¬
тролитическим способом.
Последний способ применяется только для крепления линз
очень малых диаметров (до 2—5 мм).
На рис. 87 приведена нормальная оправа объективов.
Кроме того, применяются так называемые укороченные оправы;
они отличаются от нормальных только высотой корпуса. Для
специальных целей применяются конусные оправы.
На рис. 88 изображен окуляр Гюйгенса в нормальной
оправе.
Конструкция его весьма проста и не требует особых пояс¬
нений. Окуляры устанавливаются путем вдвигания в тубус микро¬
скопа до упорного буртика, а потому наружной резьбы не имеют.
Наружный диаметр корпуса окуляров — стандартный (23,2 мм),
а в поляризационных микроскопах 30 мм (см. ГОСТ 3361-46).
26. Крепление некруглой оптики
Для соединения призм с оправой или корпусом прибора применяются весьма
разнообразные способы крепления. Выбор того или иного способа зависит от
типа призмы, ее назначения в оптической системе (качающиеся и неподвижные
призмы), конструкции и условий эксплоатацяи прибора, а также от местоположе¬
Рис. 89. Призма Дове в оправе.
Разрез по А-в
ния призмы в приборе. Любая конструкция крепления должна прежде всего обес¬
печивать надежность соединения призмы с оправой, так как даже небольшой сдвиг
призмы относительно первоначального положения вызывает расстройство оптиче¬
ской системы прибора. Для удобства сборки и выверки во многих случаях жела¬
тельно, чтобы конструкция оправы обеспечивала возможность юстировки призмы
в приборе.
Юстировка призмы при выверке прибора может производиться или за счет
смещения призмы относительно оправы или за счет смещения оправы вместе
с призмой относительно корпуса прибора.
Основные наиболее характерные и распространенные способы крепления
призм можно классифицировать следующим образом: 1) крепление шпонкой;
2) крепление накладкой; 3) крепление планками и угольниками; 4) крепление уста¬
новочными винтами; 5) крепление пружиной; 6) специальные крепления дахпризм;
7) крепление приклеиванием.
96
Крепление шпонкой
Крепление шпонкой почти исключительно употребляется для призм Дове.
Конструкция крепления призмы Дове шпонкой (рис. 89) состоит в следующем.
На нерабочей грани призмы фрезеруется паз, куда помещается шпонка с отвер¬
стием. Призма вместе со шпонкой вставляется в оправу и закрепляется в ней
винтом с цилиндрическим концом, входящим в отверстие шпонки. Юстировка
призмы в оправе производится установочными винтами, находящимися в торцевых
сегментах оправы; кроме того, для возможности юстировки размеры квадратного
отверстия оправы делаются на 0,5—1 мм больше размеров сечения призмы. При
креплении небольших призм со световым диаметром 15—18 мм шлицы в торце¬
вых сегментах не фрезеруются и юстировка производится непосредственно сгиба¬
нием сегментов.
Основные размеры оправ (рис. 90) в зависимости от светового диаметра
призмы а следующие: общая высота оправы Н—2а} наименьший диаметр
Z) = l,5«; высота сегментов 6—12 мм*, их общий диаметр d= 1,35«; ширина
шлицов 1 —1.5 мм. Глубину t паза под шпонку необходимо брать такой, чтобы
не срезывался световой габарит призмы; обычно Ширина паза 1/іа.
Рис. 90. Оправа призмы Дове.
Рис. 91. Крепление прямоугольной
призмы накладкой.
Шпонка должна свободно входить в паз призмы. Оправа крепится в приборе
или на резьбе или зажимным кольцом.
Крепление шпонкой вполне применимо и для других типов призм .с одной отра¬
жающей гранью.
Крепление накладкой
Этот способ весьма универсален в том отношении, что посредством его можно
крепить любые простые и сложные призмы, ограниченные параллельными нерабо¬
чими гранями. На рис. 91 показано крепление прямоугольной призмы. Для устранения
возможности сползания призмы на плате по контуру призмы привинчены три уста¬
новочные планки. С целью предохранения призмы от сильного сжатия при затяги¬
вании гаек на колонках между накладкой и призмой следует помещать эластичные
прокладки, например пробковые или целлулоидные. Колонки укрепляются на плате
на резьбе.
Юстировка призмы производится установочными планками за счет зазора
в отверстиях под винты, крепящие эти планки.
На рис. 92 показано аналогичное крепление пентапризмы. Число установоч¬
ных планок здесь уменьшено до двух за счет усложнения их формы. Призма юсти¬
руется на кронштейне на сферическом подпятнике а.
Крепление планками и угольниками
Этот тип соединения чаще всего применяется в тех случаях, когда желательно
закрепить призму в специальной оправе. На рис. 93 приведены примеры крепления
прямоугольных призм планками и угольниками и различные конструкции качающихся
оправ. Качающиеся оправы обычно имеют довольно сложную конфигурацию,
а потому они часто выполняются из отливок. Поворот оправы в корпусе прибора
осуществляется либо зубчатой передачей, либо передачей гибкой связью, поэтому
на ней должны быть предусмотрены места соединения с зубчаткой, роликом или
рычагом.
7 М. Я. Кругер и Б. М. Кулижнов 97
Разрез па Л
Крепление угольниками применяется также и при установке призм на плате.
Такие конструкции (рис. 94: а — прямоугольная призма, б — пентапризма) отли¬
чаются простотой деталей крепления, однако обеспечивают достаточную надеж-
Рис. 94. Крепление прямоугольной призмы и пентапризмы уголь¬
никами.
ность соединения только при высоте призм не свыше 20—25 мм. На призмах для
большей надежности соединения рекомендуется помещать эластичные прокладки
толщиной 0,5—1 мм.
Рис. 95. Крепление прямоугольной призмы с фрезированной
канавкой.
На рис. 95 показан пример крепления призмы со специальной фрезеровкой
Такой способ соединения удобен тем, что при больших габаритах призм детали
Рис. 96. Крепление прямоугольной призмы установочными винтами.
крепления сравнительно малы и просты по конструкции. Правда, это достигается
за счет усложнения призм, так как для них требуется специальная фрезеровка
канавок.
99
Конструкция планок должна обеспечивать возможность вырубки их из листа.
Толщина планок 0,5 —1,5 мм вполне гарантирует надежность крепления. Конструк¬
ция угольников также должна обеспечивать возможность штамповки. Толщина
материала для их изготовления—1—2 мм\ материал—сталь или латунь.
Кре-пление установочными винтами
Применение соединения установочными винтами в некоторых случаях зна¬
чительно упрощает конструкцию крепления. На рис. 96 приведен пример крепле¬
ния прямоугольной призмы в качающейся на цапфах оправе. Цапфы укреплены
в оправе на резьбе.
На рис. 97 показана конструкция крепления пентапризмы в качающейся рамке.
Установочные винты поставлены в рамке. Для предохранения от повреждений при
сборке между призмой и винтами помещена металлическая прокладка.
На рис. 98 изображено крепление призмы в штампованной оправе. Для пре¬
дохранения призмы от повреждений при затяжке установочных винтов необходимо
применять металлические прокладки (латунные или алюминиевые) с зенковкой под
винты.
Рис. 98. Крепление прямо¬
угольной призмы в штам¬
пованной оправе.
Рис. 97. Крепление пентапризмы установочными винтами.
Крепление пружиной
Крепление пружиной применяется как для прямоугольных, так и для прочих
призм, если это удобно по конструктивным соображениям. Этот способ обеспечи¬
вает надежное соединение оправы с призмой. Благодаря упругости соединения при
температурных колебаниях в призме не возникают дополнительные внутренние
натяжения.
На рис. 99 показана конструкция крепления призмы бинокля. Призма уста¬
навливается в гнезде мостика корпуса и сверху закрепляется прямой пружиной;
концы пружины опираются на соответствующие приливы внутри корпуса. Для пре¬
дохранения от соскакивания на концах пружины делаются просечки, входящие
в паз выступов.
На рис. 100 показана одна из конструкций крепления головной прямоуголь¬
ной призмы.
На рис. 101 показано крепление прямоугольной призмы, применяемое в сте¬
реотрубах, основанное на заклинивании пружиной двух планок, закрепляющих
призму в головке стереотрубы. Для удобства крепления, уменьшения веса и гер¬
метичности соединения с головкой призме придается довольно сложная форма: на
входной грани фрезеруется круговая фаска, углы призмѣ закругляются, а на
боковых нерабочих гранях делаются выступы для упора крепежных планок.
На рис. 102 изображено крепление качающейся призмы в барабане. Призма
устанавливается на вкладышах — сегментах, привинченных к стенкам барабана. Пру¬
жина соединяется с накладкой штифтами, входящими в соответствующий паз
накладки. Конструкция пружины показана отдельно на рис. 103. Крепление
100
Рис. 99. Крепление призмы
бинокля.
Рис. 100. Крепление прямо¬
угольной призмы пружиной.
Рис. 102. Крепление прямоугольной призмы в барабане.
Рис. 101. Крепление головной призмы стереотрубы.
Рис. 103. Пружина для крепления призмы
в барабане.
в барабане можно рекомендовать для призм со световым диаметром не выше 25 мм,
так как при больших размерах конструкция получается слишком громоздкой.
Расчет пружин. Для крепления призм чаще всего применяются листовые
пружины, нагруженные по середине и свободно лежащие на двух опорах. Расчет
таких пружин производится по формулам
р_2 bh*Rb
3‘ Z ’
1 /зр
' 4 ’ Ь№Е '
или
6 * НЕ ’
где f—прогиб пружины в мм при нагрузке Р к?\
I — расстояние между опорами пружины в мм (для гнутых пружин I — выпря¬
мленная длина в мм)\
b — ширина пружины в мм\
h — толщина пружины в мм\
Rb— предельное допустимое напряжение материала на изгиб в кг]мм2\
Е — модуль упругости в кг/мм2.
(42)
(43)
(44)
Рис. 104. Крепление дах-
призмы.
Рис. 105. Призмодержатель дах-
призмы.
Для пружинной стали Е = 20 000 кг/мм2, Rb — не свыше 40 кг/мм2.
В полевых приборах, подвергающихся тряске или толчкам, достаточная надеж¬
ность крепления призм собственного веса не свыше 200—300 г обеспечивается
давлением пружины в 3—4 /сг; для лабораторных и стационарных приборов
нагрузка на призму может быть уменьшена до 1,5—2 кг.
Обычно длина пружины I и желательный прогиб ее в собранном состоянии
определяются конструктивными соображениями, поэтому по формулам (43) и (44)
находят только h и b. Пружины соединяются с накладками винтами или заклепками;
диаметр отверстий в пружине должен быть не больше 0,3#.
Специальные крепления дахпризм
Выбор типа крепления дахпризмы определяется главным образом конструк¬
цией корпуса. На рис. 104 приведен пример крепления дахпризмы в специальном
призмодержателе. Подобные конструкции рекомендуется применять при креплении
в трубах с несрезанным коленом. Призма юстируется установочными кольцами,
затяжка призмы производится двумя установочными винтами (снизу) через резьбовую
пробку. В приборах, подвергающихся сильной тряске, установочные винты закон-
триваются дополнительными короткими винтами, которые входят в те же отверстия.
102
На рис. 105 призмодержатель показан отдельно. Для придания призмодержа-
телям некоторой пружинности на них фрезеруется глубокий прорез шириной
1,5—2 мм.
Таблица 27
Размеры призмодержателей в зависимости от светового
диаметра
а
мм
d
D
Д>1
h
hi мм
ЖЖ ZH
Co
m мм
n MM
До 18
а
d + 2
1,8/
1,6/
4
6
4
1,5
1,5
Свыше 18 до 30
а—3
/+3
2$d
w
5
8
15
2
2
. 30 , 40
а—6
/+4
2Ad
1,8/
6
10
20
2
2
Размеры призмодержателей в зависимости от светового диаметра а призмы
приведены в табл. 27.
Рис. 106. Крепление дахпризмы пружиной.
Рис. 107. Крепление дахпризмы пружиной
и приклеиванием.
Разрезало AS
На рис. 106 и 107 приведены примеры крепления дахпризмы кольцевой пру¬
жиной в трубе со срезанным коленом.
Рис. 1С8. Крепление дахпризмы пружиной и угольниками.
Затяжка призмы в конструкции, показанной на рис. 106, производится уста¬
новочными кольцами.
103
При способе крепления по рис. 107 призма приклеивается к направляющей
шпонке и легко юстируется в приборе установочными винтами с цилиндрическими
концами.
На рис. 108 приведен пример крепления дахпризмы в оправе. Юстировка
призмы в приборе производится установочными винтами, находящимися в верхней
крышке оправы.
Для предохранения граней крыши от повреждений между призмой и пружиной
в некоторых случаях помещается промежуточная деталь — угольник, на который
опираются концы пружины. Угольники рекомендуется применять в тех случаях,
когда требуется жесткая затяжка призм, т. е. в приборах, подвергающихся тряске.
Если дахпризма крепится непосредственно пружиной, то края последней должны
быть закруглены.
Крепление приклеиванием
Крепление путем приклеивания к оправе можно рекомендовать для призм
небольших размеров.
Рис. 109. Крепление прямоугольной призмы приклеиванием.
При достаточно высоких качествах склеивающей пасты этот способ крепления
обеспечивает вполне надежное соединение призмы с оправой. В случае склейки
конструкция соединения значительно упрощается, так как отпадает необходимость
применения специальных крепежных деталей.
На рис. 109 показана прямоугольная призма, приклеенная боковыми гранями
к оправе а [7—призма; 2— державка; 3 — шаровая шайба; 4 — гайки (2 шт.);
5 — юстировочные винты (3 шт.); 6 — винт].
В приборах, подвергающихся сильной тряске, а также в дальномерах ‘для
устранения возможности смещения призмы в оправе
иногда применяется заливка
Рис. ПО/Крепление защитного
стекла.
На рис. ПО показано
цементной массой.
Для этой цели на нерабочих гранях ^призмы и
в оправе фрезеруются пазы, куда и заливается це¬
ментный раствор. Заливка призмы в оправе про¬
изводится после юстировки.
Крепление некруглых защитных стекол
Защитные стекла со скошенным краем и закруг¬
лением (рис. 59, а, б) крепятся непосредственно в
корпусе прибора, для чего в последнем фрезеруется
паз, куда, как задвижка, вдвигается стекло. После
установки оно закрепляется планкой, боковые грани
которой также скошены под углом 60°.
крепление защитного стекла такого типа для окна
сетки ночного освещения.
При фрезеровании острый угол паза получается закругленным (радиус закруг¬
ления примерно 0,5 мм), поэтому, для того чтобы стекло можно было вставить
в корпус, на ребре угла в 60° необходимо снять фаску шириной не меньше 0,8 мм
(нормально биссектрисе угла).
Для придания соединению герметичности защитные стекла всегда ставятся на
замазке, для чего между стеклом и корпусом должен быть некоторый гарантиро¬
ванный зазор (0,1—0,2 мм).
104
ГЛАВА VIII
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ДЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО
И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЙ
27. Общие сведения
Классификация.
Направляющими называются сопряженные поверхности деталей, обеспечива¬
ющие их взаимное относительное
Направляющие можно под¬
разделить на:
1) направляющие для пря¬
молинейного движения, 2) на¬
правляющие для вращатель¬
ного движения (подшипники).
Как те, так и другие напра¬
вляющие могут быть с трением
скольжения или с трением ка¬
чения (шариковые, роликовые).
Следует различать напра¬
вляющие без силового замы¬
кания (открытые) и с силовым
перемещение в определенном направлении.
замыканием (закрытые или зам-. Рис. 111. Открытые направляющие.
кнутые).
Открытые направляющие (рис. 111) обеспечивают движение в заданном напра¬
влении лишь при наличии внешней силы, постоянно прижимающей движущуюся
деталь к направляющим поверхностям. Этой силой является вес детали или нажа¬
тие пружины.
Допускаемая вогнутость поверхностей „аи и „Ь“ в продольном сечении не более 0,03. Материал: алюминие¬
вый сплав АЛ2 (силумин), латунь. Допускаемая вогнутость поверхностей „а“ в продольном сечении > е
более 0,03. Материал: цинковый сплав ЦА4, латунь.
Рис. 11?. Замкнутые направляющие:
а —призматическая направляющая „ласточкин хвост"; 6 — прямоугольная направляющая; в, г, д — направляющая
„ласточкин хвост" тубуса микроскопа.
Открытые направляющие первого рода применяются в достаточно тяжелых
стационарных установках.
Замкнутые направляющие (рис. 112) обеспечивают движение детали по задан¬
ному направлению независимо от направления действующих сил, так как напра-
105
вляющие поверхности охватывают движущуюся деталь таким образом, что она имеет
свободу перемещения лишь в строго определенном направлении.
Влияние температуры
Направляющие являются одной из наиболее жизненных и наиболее ответствен¬
ных частей всякого механизма. В оптико-механическом приборостроении к ним
предъявляются следующие основные требования: точность (прямолинейность), мини¬
мальный люфт, наименьшее трение, плавность хода.
Последние три условия не должны ухудшаться при температурных колебаниях
Это требование относится к приборам, работа с которыми производится на откры¬
том воздухе в различных метеорологических условиях (военные и геодезические
приборы). В таких приборах направляющие с малой скоростью движения при
больших диаметрах (цилиндрические) или линейных величинах (прямолинейные)
следует выполнять из материалов, имеющих одинаковые или мало различающиеся
коэфициенты линейного расширения \ во избежание защемления или появления
значительной игры (люфта) при охлаждении или нагревании. Охлаждение влияет
больше, так как изменение температуры может составить в этом случае
70° [от —1~20° (температура помещения, в котором производится сборка) до —50°
(наиболее низкая температура эксплоатации приборов)]. При нагревании изменение
температуры может составить обычно только 30° (50°—20°). Поэтому при при¬
менении материалов с различными коэфициентами расширения для сопрягаемых
деталей следует охватывающую деталь делать , из материала с меньшим коэфициен-
том линейного расширения. Целесообразно также уменьшать (однако не в ущерб
жесткости) ширину или диаметр направляющих для уменьшения абсолютной вели¬
чины изменения зазора при изменении температуры.
Проверка зазора, при выбранном классе точности и посадке сопрягаемых
деталей, должна быть произведена для минимальной и максимальной температур
эксплоатации по следующей формуле:
Д = Щ1±аО-/о)]~Яі[1±аіе-Ш (45)
где Д — минимальный зазор при данной температуре t\
D — наименьший при данном допуске диаметр или линейный размер охваты¬
вающей детали;
— наибольший диаметр, или линейный размер (по системе отверстия — мень¬
шая величина допуска со знаком минус), охватываемой детали;
а и а: — соответствующие коэфициенты линейного расширения материала сопря¬
гаемых деталей.
Если сопрягаемые детали сделаны из материалов, имеющих разные величины а,
то при изменении температуры неизбежно изменение зазора между ними.
Пользуясь формулой (1), рассчитаем зазор, получающийся при температуре
—50° в сопряжении латунь—сталь при диаметре 60 мм, для случая стального
вала. Если сопряжение выполнено с посадкой Х2, т. е. втулка имеет отклоне-
+ 0,03 —0,03
ние 0,0 мм, а вал — отклонение —0,06 мм, то минимальный зазор при темпера-
—0,03
туре изготовления, принятой нами равной 20°, составит 60—60 =0,03 мм.
Подставив это значение в формулу (45), получим при температуре 50°
Д = 60(1 — 0,0000185-70) —59,97(1 — 0,0000115-70) = 0/
Таким образом при наиболее низкой температуре эксплоатации получается
зазор, равный нулю (для крайнего случая). Такой случай может быть допущен.
Но отсюда сразу же видно, что скользящая посадка не может быть допущена
вовсе, так как в этом случае минимальный зазор при Z=20° может оказаться
весьма близким нулю. Совершенно не применима скользящая посадка по 1-му
классу точности.
Шариковые и роликовые подшипники значительно менее чувствительны к тем¬
пературным влияниям, чем подшипники (направляющие скольжения).
1 Примерами такого сочетания материалов могут быть латунь-бронза, латунь-нейзильбер.
106
Это позволяет собирать шарикоподшипники с минимальным зазором и даже
с некоторым натягом, достигая минимального мертвого хода или его полного
отсутствия.
Точность изготовления направляющих
В оптико-механических приборах требования к точности изготовления и
чистоте поверхности направляющих в ответственных случаях весьма высоки.
В обычном случае изготовление направляющих поверхностей сводится к про¬
цессу копирования, и получаемая степень совершенства зависит от степени точ¬
ности обработки, даваемой станком. Приводим поэтому сведения о достижимой
точности изготовления на новых или мало изношенных станках х.
Цилиндрические направляющие
а) Токарный с ганок:
Диаметр 0,01 —0,02 до 50 мм
Цилиндричность 0,01 на 300 мм
Конусность 0,02 . 300 „
б) Круглошлифовальный станок:
Диаметр 0,005 до 100 мм
Цилиндричность , 0,03 —0,01 мм на 500 мм
Конусность 0,005—0,01 „ „ 500 „
Плоскости
а) Горизонтально-фрезерные станки±0,04 на 1000 мм
б) Продольно-строгальные „ ±0,02 „ 1000 .
в) Поперечно-строгальные „ ±0,02 „ 300 „
г) Плоскошлифовальные станки строгального типа:
При грубой шлифовке .... 0,03 на 1000 мм
„ точной „ .... 0,01 „ 1000 „
Весьма точные плоскости могут быть получены по 1 способу Витворта при
совместной обработке трех плоскостей систематически попарно, путем трения
одной пластинки о другую, при наличии соответствующего шлифующего или
полирующего материала между ними. Таким способом изготовляются плоские
пробные стекла и поверочные плиты. Введение третьей пластинки необходимо, так
как притирка друг к другу пластинок только одной пары может легко дать
выпуклую и вогнутую поверхности равных радиусов. Путем попарной последо¬
вательной обработки трех пластинок устраняется всякая тенденция в этом напра¬
влении. Пробные стекла и поверочные плиты, наряду с поверочными линейками
и пр., служат в дальнейшем эталонами, по которым происходит изготовление
точных плоскостей. При изготовлении плоских направляющих поверхностей на
металлических деталях снятие излишков металла производится путем осторожного
опиливания или шабрения.
Для получения плоской поверхности последним способом требуется значитель¬
ная затрата труда, которая превышает 5О°/о всего рабочего времени. Однако
иногда такая поверхность предпочтительнее, нежели полированная, так как имеется
меньшая тенденция к прилипанию, чем при контакте двух полированных поверхностей.
Последний способ (шабрение) применяется при изготовлении больших пло¬
скостей, например, направляющих станин. Точность изготовления до 0,01 мм на
1000 мм. При изготовлении плоскости на металле под пробное стекло достижима
точность до 0,5[і на 100 мм и выше. Изготовление является чрезвычайно дорогим.
Выбор посадки диктуется требованиями точности, которым должен отвечать
проектируемый прибор, конструктивными особенностями, условиями эксплоатации
его (в особенности температурными условиями), материалом, из которого прибор
будет изготовлен, оборудованием завода-изготовителя и т. п. При всех прочих
равных условиях, точность пригонки направляющих обратно пропорциональна
относительной длине поверхности соприкасания (опорной поверхности, базы).
При цилиндрических направляющих для точных приборов можно рекомендо¬
вать посадку движения или ходовую 2-го класса точности. В особо ответствен¬
ных случаях, когда не грозит защемление при изменении температуры, можно
применять скользящую посадку 2-го класса точности или плотную или тугую
посадку с последующей притиркой.
1 При правильном технологическом процессе, надлежащей жесткости деталей и т. п.
107
28. Направляющие для прямолинейного движения
В зависимости от характера трения различают три вида направляющих.
1. Направляющие с трением скольжения:
1) по цилиндрическим поверхностям (без предохранения против проворачива¬
ния и с предохранением против проворачивания);
2) по плоским поверхностям;
2. Направляющие с трением качения:
1) роликовые направляющие по цилиндрическим поверхностям;
2) роликовые направляющие по плоским поверхностям;
3) шариковые направляющие.
3. Направляющие с трением упругости.
Направляющие с трением скольжения
В правильно сконструированных направляющих имеются две направляющие
плоскости (или одна поверхность), обеспечивающие движение. Остальные плос-
Рис. 113. Цилиндрические направляющие
с предохранением от проворачивания.
костц (поверхность) служат как поддерживающие (опорные), обеспечивающие
постоянное прилегание движущейся детали к основным направляющим плоскостям
(рис. 111, а).
Рис. 114. Направляющая с передачей вращения шпоночным валиком.
В цилиндрических направляющих роль основных направляющих выполняет
цилиндрическая поверхность плюс направляющие плоскости, предохраняющие от
проворачивания (рис. 113).
Совершенно неправильными являются конструкции, подобные изображенной
на рис. 111, б.
Целесообразно в случае движения какой-либо каретки в направляющих и необ¬
ходимости передачи вращения с параллельной направляющей оси, например, на дви¬
жущуюся с кареткой шестерню, сидящую на продольной шпонке на валу, один
конец вала оставлять свободным во избежание защемления.
Правильная конструкция изображена на рис. 114. Здесь один конец вала,
имеющего продольную шпонку, оставлен свободным ддя того, чтобы за счет своей
упругости и игры в своем подшипнике следовать за неточностями направляющей
каретки К- Это особенно выгодно при малом числе оборотов и тонком валике.
108
При конструировании направляющих правильным следует предусматривать,
чтобы при их работе не могло возникнуть перекашивание, а отсюда и защемле¬
ние (заедание). Отсутствие подобного защемления предусматривается соотношением
рабочей длины направляющей L и плеча приложенной силы (рис. 115). Если
сила Р, приложенная к направляющей детали (или ее проекция), имеет плечо у,
то нормальная реакция N определится из равенства моментов:
Ру = NA;
Сила трения
7? = ^ = ^,
где р — коэфициент трения.
Из-этой формулы видно, что при данном р отношение должно быть мень¬
ше 1, в противном случае неизбежно заедание. Теория и опыт показывают, что при
правильном выборе материала и обработки, при
|і<0,2, прямоугольные направляющие (рис.
112,6) надежно работают, если отношение
т <2-
Для призматических направляющих типа
ласточкина хвоста и др. (рис. 112, а) требуется,
чтобы
Рис. 115. Схема распределения сил
в направляющих.
-2L < 2
Asina
Для цилиндрических направляющих
.1,27 < 2,
где 1,27—радиус трения.
Износ у цилиндрических направляющих выше, чем у прямоугольных и’шриз-
матических, и возникающий при этом люфт труднее устраним (вследствие одно¬
стороннего износа цилиндрических поверхностей). При правильной конструкции
они для производства нетрудны.
Направляющие типа ласточкина хвоста (рис. 112, а, в) являются весьма рас¬
пространенными. Они просты и удобны в сборке и регулировке. Некоторым не¬
достатком является трение, большее, чем в прямоугольных направляющих.
Обработка поверхности в направляющих, не требующих особо точной при¬
гонки,—под WV7. При особо точной пригонке требуются пришабривание или
шлифовка направляющих (VW8).
Направляющие с трением качения
В этих направляющих для достижения большей легкости движения трение
скольжения заменено (полностью или частично) трением качения. Для этого между
относительно перемещающимися частями вводят либо шарики, либо ролики1. Это
возможно тогда, когда рабочая длина направляющей сравнительно велика по
отношению к максимальному перемещению. Опорная длина направляющей (расстоя¬
ние между точками касания крайних шариков) должна быть меньше длины мень¬
шей из направляющих деталей на величину половины максимального перемещения
$/2 плюс некоторый запас 2а (рис. 116). Однако можно допускать и большее
перемещение шариков, удерживая их от выпадения сепаратором (см. ниже).
Указанные выше свойства (нечувствительность к температурным влияниям) и
значительно меньшее трение в направляющих с трением качения способствуют все
более широкому применению их и в оптико-механических приборах. Где только это
возможно, полностью переходят на направляющие (подшипники) с трением каче-
1 Ввиду малых нагрузок в оптико-механическом приборостроении применяются почти
исключительно шариковые направляющие.
109
ния. Особенно это целесообразно в приборах со сложной кинематикой. Наличие
большого числа движущихся деталей в таких приборах вызывает суммарно боль¬
шие силы трения, что, при требованиях малого веса всего механизма, а отсюда
недостаточной жесткости деталей чрезвычайно затрудняет, а иногда и делает невоз¬
можным конструктивное разрешение последнего без широкого применения напра¬
вляющих с трением качения.
Следует, однако, иметь в виду, что габариты при применении прямолиней¬
ных направляющих с трением качения и шарикоподшипников увеличиваются.
1. Роликовые направляющие. На рис. 117 показаны роликовые
направляющие для перемещения клинового компенсатора в дальномере.
2. Направляющие на шариках, а). Открытые направляющие приме-
няются для кареток больших измерительных машин и приборов.
Рис. 116. Схема прямолинейных напра¬
вляющих на шариках.
Рис. 117. Схема роликовых направляю¬
щих.
На рис. 111, г приведена распространенная конструкция направляющей с
Ѵ-образными канавками. Перемещение шариков b ограничено штифтами а.
Основание 1 и каретка 2 обычно делаются из специального чугуна1. При
этом оказывается, что на направляющих поверхностях вскоре появляются колеи
от шариков из закаленной стали. Если
точность движения каретки нарушается.
Рис. 118. Конструкция направляющих точ¬
ной мерительной машины.
эти колеи изнашиваются неравномерно, то
Это можно отчасти избегнуть, образуя
заранее еле заметную колею на направляю¬
щих поверхностях путем полировки их
с помощью короткого стержня того же
диаметра, что и шарики или путем .при¬
катки на шариках.
Интересная конструкция направляю¬
щих запатентована и применена Бикманом
в его мерительных машинах (рис. 118).
Три Ѵ-образные канавки заменяются со¬
ответствующими парами стальных зака¬
ленных цилиндрических стержней А, В, С,
причем каждая пара помещается в прямо¬
угольное углубление с точно параллельными сторонами. Стержни отшлифованы,
отполированы и тщательно проверены на прямолинейность. Плоская опорная
поверхность на каретке состоит из полосы F из закаленной стали, прикрепленной
к нижней стороне каретки. Каретка ходит на стальных шариках D и Е. Нажи¬
мая своим весом на стержни, она приводит их в соприкосновение со сторонами
углубления.
Правильность направляющей может легко быть проверена измерениями стер¬
жней. Применение закаленной стали для направляющих стержней, шариков и пло¬
скости F обеспечивает сохранение начальной точности движения. В случае износа
направляющих стержней точность легко восстановить, повернув их на некоторый
угол относительно их оси.
Легкость движения каретки при данной конструкции такова, что, например,
в мерительной машине Бикмана каретка, весящая 34 кг, может быть приведена в
движение из состояния покоя силой 30—60 г.
б) Замкнутые направляющие. На рис. 119 показана конструкция направля¬
ющих инструментального микроскопа фирмы Цейсс. Так как касание при данном
профиле практически получается по дугам, точки которых различно удалены от оси
1 применяется чугун с присадкой никеля и хрома.
110
вращения шариков, то отсюда следует, что относительное трение скольжения будет
несколько выше, чем в призматических направляющих. Данная конструкция чрезвы¬
чайно выгодна в смысле износа, но является весьма трудной для производства. Ее
следует применять в точных измерительных приборах, где сохранение [начальной
точности движения играет существеннейшую роль.
Рис. 119. Направляющие инструментального микроскопа фирмы
Цейсс.
в) Призматические направляющие. Призматические направляющие (рис. 120)
являются наиболее удобными с производственной стороны и широко применяются
в оптико-механических приборах. Как уже указывалось выше, их недостатком
^является сравнительно быстрый износ. В точных измерительных приборах можно
Рис. 120. Призматические шариковые направляющие:
а — конструктивный чертеж ползуна; b — сепаратор.
предупреждать этот износ путем предварительной заполировки канавок на них
цилиндрическим стержнем (притиром) или прикаткой на шариках.
Сепараторы 1 служат для предупреждения набегания шариков друг на друга
и для ограничения их передвижения. Сепаратор изображен на рис. 120, б.
При больших перемещениях для сохранения опорной длины (базы), не уве-
личивая длины направляющих, допускается, чтобы при крайнем положении каретки
крайние шарики выходили из опорной части. От выпадения их удерживает сепа¬
ратор.
111
На рис. 121 дана оригинальная конструкция направляющих фирмы Цейсс
{К— каретка; Н—опорные шарики; М—кольца радиально-упорных шарикопод¬
шипников; т— дополнительные шарики; С—станина). Несмотря на некоторую
их громоздкость, эти направляющие имеют два преимущества перед приведенными
выше: 1) опорные шарики Н не перекатываются в направлении движения каретки,
что дает возможность уменьшить рабочую длину направляющей при той же вели¬
чине перемещения, как и у призматических; 2) изготовление и сборка этих напра¬
вляющих легче, чем призматических.
Расчет силы трения в призматических направляющих (типа рис. 111,2 и 120)
может быть проведен следующим путем. Вследствие того, что касание двух упругих
сжимаемых тел происходит не в точке, а на некоторой площадке, при качении воз¬
никает не только трение качения, но и трение скольжения, величина которого
в данных конструкциях является весьма значительной, но часто не учитывается х.
Задача нахождения закона распределения давления по общей поверхности каса¬
ния двух сжимаемых упругих тел была решена Г. Герцем. По Герцу, следует, что
в случае сжатия шара диаметра d с плоскостью давление распределится на поверх¬
ности, ограниченной кругом, радиус а которого выразится формулой
(46)
где Ег и Е2 — соответствующие модули упругости сжимаемых тел, а Р — сжима¬
ющая сила.
Если материал шара и плоскости одинаков, то формула (46) приобретает вид
Рис. 121. Направляющие фирмы Цейсс.
а = 0,88}/Г^. (47)
При качении шара по напра¬
вляющей происходит его относитель¬
ное вращение вокруг перемещаю¬
щегося центра площадки соприкаса¬
ния, являющегося мгновенным цен¬
тром вращения. Определим момент
трения скольжения (верчения) отно¬
сительно этого центра Давление
в любой точке площадки соприка¬
сания, отстоящей от ее центра на
расстоянии р, равно
I Г а2 — р*
Р=Апах У
3 Г РЕ2
^ = 0,62/^-
(48)
(49)
Подсчитаем давление на бесконечно тонкое кольцо площадки соприкасания,
ограниченное окружностями радиусов р и p-j-Jp (рис. 122). Площадь этого кольца
it (р d р)2 — кр2 = 2тгр ûTp
[отбрасывая бесконечно малую второго порядка 7v(dfp)2].
Элементарное давление
dP — р 2кр dp.
Элементарный момент трения
<1М = рр 2кр2 dp = 2 Tt/2max рМр (50)
рь — коэфициент трения скольжения).
Рис. 122. Схема площадки
соприкасания.
1 Расчет этот приведен был нами впервые в журнале „Оптико-механическая промышлен¬
ность", № 11, 1935.
112
Момент трения для всей площади соприкасания Мь определится как сумма
элементарных моментов, т. е.
= J Р2 /а2-р2^р = мд2й^шах, (51)
О
так как р2 )/а2 — р2 dp == ^ .
о
Подставив значение ршах и а и произведя соответствующее сокращение, полу¬
чим окончательно
z/~p^d
^ = 0,5[xjZ (52)
Здесь Р—реакция опоры в точке касания шарика. Момент относительно оси
качения шарика: М'ь=Мь cos 45°.
Работа трения верчения одного шарика А = <р,
где © — угол поворота шарика, выраженный в радианах. Число оборотов шарика п
при перемещении каретки на длине пути I
I
п ~ 2ndsin~45° '
Сопротивление движению каретки будет складываться из сопротивления R±
создаваемого трением качения шарика и трением верчения /?2, т. е. R = R± /?2.
Общая нагрузка на каретку — Q; у — коэфициент трения качения; Z — число
шариков в направляющей; а = 45°.
Но реакция
Р=2М’ отсюда
, 0 з/ QÏd
o 4ZMb . fyZ/W Wy 2Zsin45°Æ /CO4
K9 — —T-2--ctga= ctg45 = ——— . (53)
2 d & d b dsin45 v z
Тогда
=^Jï--ctg45o. (54)
Подставив значения d = 1 см, D = 2 • ІО6 кг/см?, у, = 0,2 и у = 0,001 см, по¬
лучим Rj — 0,003 кг,
R, = 0,0026 Q ]Xf кг. (55)
В случае направляющих по рис. 119 площадка соприкасания будет предста¬
влять собой эллипс, полуоси которого вычисляются по формулам, приведенным
ниже в расчете шарикоподшипников. Момент трения верчения выразится формулой:
/Ив = -^-р.РА, (56)
где L — длина замкнутой кривой, ограничивающей площадку соприкасания.
Момент относительно оси качения шарика
М' — Мо cos а,
8 В 9
где
8
а —угол между нормалью
М. я. кругер и Б М. Кулижнсв
к точке касания шарика и осью качения шарика.
ИЗ
Рис. 122а. Схема подвески на
плоских параллельных пружинах.
Направляющие с трением упругости
Особое место занимают направляющие с трением упругости. На рис. 122,а дана
конструкция таких направляющих для прямолинейного движения, примененная в
приборе для испытания на микротвердость. Стержень 7, называемый „индентер\
несущий на нижнем конце оправку 2 с алмазным наконечником, имеет весьма не¬
большие перемещения (до 0,1 — 0,2 мм) в верти¬
кальном направлении (вдоль оси OOJ. Это пере¬
мещение должно происходить без всякого люфта
в радиальном направлении, притом с минимальным
и постоянным трением. Приведенная конструкция
удовлетворяет указанным условиям. Стержень 7
подвешен на двух плоских пружинах 3 из листо¬
вой пружинной стали. Толщина пружин 0,2—
0,3 мм. Для придания системе жесткости в ра¬
диальном направлении пружины 3 сделаны доста¬
точно широкими, причем для обеспечения требуе¬
мой гибкости они имеют вырез в средней части.
Пружины 3 закреплены на колонке 4 с помощью
кольцевых гаек 5. Перемещение стержня 7 можно
принять за прямолинейное только для очень незна¬
чительной длины этого перемещения, так как на
самом деле, при движении стержня параллельно
самому себе, каждая точка стержня двигается
по кривой, приблизительно соответствующей
дуге окружности радиуса, равного длине свободной части пружины 3.
29. Направляющие для вращательного движения (опоры,
подшипники)
Различают следующие виды направляющих для вращательного движения.
1. Направляющие с трением скольжения.
1) с цилиндрической рабочей поверхностью;
2) с конической рабочей поверхностью (с одной конической цапфой и с двумя
коническими цапфами);
3) с шаровой рабочей поверхностью;
4) опоры на ножах (острия).
2. Направляющие с трением качения — шариковые (роликовые)
подшипники.
3. Направляющие с трением упругости.
Направляющие с трением скольжения
Опоры с цилиндрической рабочей поверхностью состоят из цапфы (шейки),,,
охватываемой подшипником (буксой, втулкой) (рис. 123).
В целях уменьшения трения и износа трущиеся детали необходимо делать из
неодинаковых металлов.
Наилучшие результаты дают:
Ось
Втулка
Сталь
Бронза
»
Чугун
Латунь
Камень (рубин, сапфир, агат и др. в
Нейзильбер
часовых механизмах)
Бронза при требовании диамагнит¬
ное тш
Латунь
То же
114
Момент трения 1 в цилиндрических опорах (при малых скоростях) можно при¬
близительно определить по формуле
ÆI = Л40 4" Руг, гслг,
где у— коэфициент трения;
г—радиус цапфы, см;
Р — нагрузка на цапфу, г;
Л40 — начальный момент при Р=0.
Величина начального момента, постоянная при разных нагрузках, зависит от
вязкости смазки, имеющегося зазора, величины трущейся поверхности и от трения
Рис. 123. Формы цапф и подшипников.
в подшипнике, вызванного неправильностью (например перекосом) сборки. Можно
приближенно считать, что
где k — коэфициент, зависящий от вязкости смазки и величины зазора, г/'см2;
S — величина трущейся поверхности, см2.
Так как 5, = 2кг/(/—длина цапфы), то
MQ = k-2it - г2-1 гем. (57)
Для ориентировочных подсчетов можно применять следующие данные:
k= 4-=- 10 г)см2 при —|~20°С;
При движении
|і = 0,12-т-0,18 — для стали по стали;
у, = 0,10 -и 0,15 — для стали по бронзе.
Основными недостатками цилиндрических цапф являются неизбежный радиаль¬
ный зазор (игра) в подшипнике и увеличение этого зазора от износа рабочих
поверхностей, при невозможности его уничтожения без смены соответствующих
деталей. В тех случаях, когда необходимо особенно точное сохранение положения
геометрической оси вращения, даже после некоторого изнашивания, применяют ко¬
нические цапфы.
Трение в конических цапфах значительно выше, чем в цилиндрических, и опре¬
деляется по формуле (рис. 124)
М = у-г^ (57)'
1 С. Т. Цуккерман, Точные механизмы, 1941.
115
где М — момент трения;
— коэфициент трения;
Гнаиб ^наим .
ГсР ~ 2 ’
Р — осевая нагрузка;
а — половина угла при вершине конуса.
При радиальной нагрузке Р±:
ЛІ=1,27иг.р..яп(9;‘_а) = l,27r.pW. (5S)
Если угол а слишком мал, то давление N становится слишком большим.
Поэтому во избежание заклинивания в оптико-механических приборах конические
цапфы, как правило, имеют еще опору по торцевой поверхности (рис. 125, а) или
на острие (рис. 125,6).
Если/положить Р=1, то для различных значений угла конуса получаются
значения^, указанные в табл. 28.
ІР
1
Рис. 124. Схема распре¬
деления усилий в кони¬
ческой цапфе.
Рис. 125. Коническая ось геодезического
инструмента.
С другой стороны, следует иметь в виду, что чем длиннее коническая цапфа,
тем она устойчивее и надежнее в работе.
Трение в конической цапфе должно происходить не по всей поверхности
(рис. 125).
Изготовление и пригонка этих цапф значительно труднее, чем цилиндрических;
их обычно притирают. В полевых приборах материал конуса и баксы должен иметь
обязательно одинаковый коэфициент линейного расширения. Поэтому в настоящее
время стараются избегать их при-
Таблица 28 менения.
Зависимость между Р и N при различных а Конические цапфы применяют
Конус¬
ность
а
tga
sin а
1
sin а
1:5
5°42'
0,10010
0,09961
10
1:6
4°46'
0,08338
0,08310
12
1 :8
3°34'
0,06262
0,06250
16
1:10
2°52'
0,05007
0,05001
20
в геодезических, астрономических
приборах, стереотрубах и др.
Опоры с двумя коническими
цапфами (опоры на центрах) при¬
меняются для легких деталей.
.Для регулирования зазора при¬
меняют винты с коническим острием,
либо углублением. При этом ось
116
в первом случае имеет зенкованное цилиндрическое углубление (рис. 126, а), а во
втором — коническое острие (рис. 126, б).
Рис. 126. Конические цапфы (опоры на центрах).
При всех прочих равных условиях, коническая цапфа прочнее, чем цилиндри¬
ческая, но быстрее изнашивается.
Винты должны обязательно иметь предохранение против самоотвинчивания.
Ориентировочные размеры угла
при вершине конуса и размеры Таблица^
отверстия дают табл. 29 и рис. 126. Размеры центрирующих отверстий
Рабочие поверхности винтов
должны быть закалены.
Шаровые цапфы применяются
в тех случаях, когда требуется обес¬
печить ось от продольного переме¬
щения, предоставив ей в то же
время некоторую свободу вращения
около центра цапфы (рис. 127 и 128).
D
d
01
L
^шіп
До 2,5
0,5
1,2
1,5
0,8
2,5-5
0,75
2,0
2,5
1,0
5—10
1,0
2,5
3,0
1,2
10—20
1,5
4,0
1,5
1,8
Рис. 127. Шаровые цапфы.
Рис. 128. Шаровая цапфа выключаю¬
щегося червяка.
Направляющие с трением качения (шариковые и роликовые
подшипники)
Во время работы сопротивление от трения в подшипниках качения немногим
меньше сопротивления в хорошо сконструированных подшипниках скользящего
трения. Начальный же крутящий момент, необходимый для начала вращения вала,
при подшипниках качения значительно меньше. Это обстоятельство является осо¬
бенно выгодным для оптико-механических приборов. Другими преимуществами под¬
шипников качения являются, как уже указывалось выше: нечувствительность к
температурным колебаниям, малый расход смазки и нетребовательность к ней, спо¬
койная работа при самых высоких числах оборотов, отсутствие нагревания при
тех же условиях.
При низком или среднем числе оборотов применяется густая смазка (вазелин,
специальная смазка). При числе оборотов свыше 1000 об/мин требуется смазка
жидким минеральным маслом. Смазка должна быть свободна от кислот и щелочей.
Балансировка при подшипниках качения труднее, чем при подшипниках сколь¬
жения. Необходима точная установка подшипников. Обеспечивается их легкая и
полная взаимозаменяемость.
117
Материалом для шариков (роликов) и колец служит специальная хромистая
сталь марок ШХ6, ШХ9, ШХ12 или ШХ15 по ГОСТ 801-41 в виде калиброван¬
ных прутков.
Для уменьшения трения и износа поверхность шарика и беговая дорожка кольца
должны быть сильно закалены 1 и при рассматривании в лупу не иметь трещин,
царапин и вмятин.
В точной механике и оптико-механическом приборостроении ввиду малых
нагрузок применяются почти исключительно шарикоподшипники, рассмотрением
которых мы и ограничимся в дальнейшем.
Шарикоподшипники по способности к восприятию
той или иной нагрузки можно разделить на три основные
группы:
7) радиальные, т. е. приспособленные к восприя¬
тии^ радиальной (перпендикулярной к оси вала) нагрузки
(ОСТ 7219, 6121 и 2216) (рис. 129, я);
2) радиально-упорные, т. е. приспособленные к
восприятию комбинированных нагрузок (ОСТ 6772)2
(рис. 129, б);
3) упорные, т. е. приспособленные к восприятию
только осевых нагрузок (ОСТ 7219) (рис. 129, в).
Из нормальных типов шарикоподшипников в оп¬
тико-механических приборах применяются преиму¬
щественно однорядные радиальные подшипники легкой
серии (ОСТ 6121 и 2216).
Ввиду малых нагрузок и чисел оборотов, требований наименьшего габарита
и веса в оптико-механическом приборостроении имеют широкое распространение
6)
Рис. 129. Подшипники
качения.
специальные конструкции шарикоподшипников.
1. Специальные шарикоподшипники. Показанный на рис. 129, б
однорядный ради¬
ально-упорный ша¬
рикоподшипник оди¬
наково хорошо вы¬
носит как радиальную,
так и аксиальную (осе¬
вую) нагрузки и хо¬
рошо сопротивляется
износу, но несколько
труден в производстве.
Его не следует при¬
менять при больших
диаметрах (из-за труд¬
ности изготовления) и
в тех случаях, когда
требуется минималь¬
ный зазор и эксцен-
Рис. 130. Схема радиально-упорного шарикоподшипника.
триситет.
Некоторые авторы ошибочно предполагают что можно сконструировать
этот подшипник так, чтобы касательные к точкам касания шарики пересекались
в одной точке на оси вращения подшипника (рис. 130), что теоретически
должно вести к минимуму трения скольжения.
В действительности же под влиянием равнодействующей R реакций Nx и Л;2,
направленных под углом а к центру шарика, шарик при качении будет смещаться
1 Твердость для подшипников, изготовляемых из указанных специальных марок ста¬
лей 55—60 по Роквеллу (7?с)-
2 ОСТ 6772 не удовлетворяет оптико-механическую промышленность, так как внутрен¬
ний диаметр (под вал) начинается от 15 мм.
3 Рихтер и Фосс, Детали точной индустрии, стр. 252; Ф. В. Дроздов, Детали
точного приборостроения, стр. 170.
118
в направлении действия силы R до тех пор, пока точки касания его не будут
лежать на общем диаметре (равнодействующая R —► 0), а отсюда и касательные
к ним расположатся параллельно друг другу, как указано на рис. 129, б.
Чем меньше радиус окружности центров шариков, тем относительно больше
трение скольжения (верчения).
Обычно г кольца берется равным О,65б7шар.
Более удобным для производства, но выдерживающим меньшую нагрузку,
является подшипник, изображенный на рис. 131.
Рис. 131. Схема специаль¬
ного радиально-упорного
шарикоподшипника.
Фирма Сперри (Sperry Gyroscop Со) применяет в малых моделях своих гиро¬
скопов угол конуса оси шарикоподшипника 40° и г^0,55б7шар (рис. 132, а). Мы
считаем угол 40° весьма выгодным.
Данная конструкция предусматривает также компенсацию температурных влия¬
ний в том случае, если материалы оси ротора гироскопа и кольца, в котором
закреплено кольцо подшипника, имеют сильно различающиеся коэфициенты линей¬
ного расширения. Для этого чашка 7 обточена снаружи на конус и поджимается
сильными пружинами к внутреннему конусу дюралюминиевого кольца 2, которое
в свою очередь ввернуто в алюминиевое карданное кольцо гироскопа. При сборке
подшипник регулируется на отсутствие осевой и ра¬
диальной игры поворотом кольца 2. Смещение чашки 7
в кольце 2 при температурных колебаниях компенси¬
руется соответствующим изменением сопряженных конус¬
ных поверхностей чашки 7 и кольца 2. Так как коэ¬
фициенты расширения алюминия и дюралюминия оди¬
наковы, формула для определения угла конуса имеет
весьма простой вид
ctg ₽ = - ,
где I — длина оси ротора между точками касания
шариков;
г — радиус кольца в плоскости касания шариков.
Более простая конструкция с температурной ком¬
пенсацией представлена на рис. 132, б. Посадка кольца
требуется по 2-му классу точности.
Поверхность конуса (оси) сравнительно быстро
является колея от шариков. Однако если такую колею получить заранее, например
обкаткой, а затем отрегулировать подшипник, то в дальнейшем износ идет значи¬
тельно медленнее.
- При малых числах оборотов и малой нагрузке в оптико-механических при¬
борах применяются шарикоподшипники, представленные на рис. 131 и 133. При
малых диаметрах желательно, чтобы АВ прямая, проведенная к точкам касания ша¬
риков и и образующая конуса пересекались в одной точке на оси вращения
(рис. 131).
Рис. 133. Специальные ша¬
рикоподшипники.
изнашивается, на ней по-
119
Угол а рассчитывается по формулам
^аі=Л
. о sin а»
sin ? = ;
а = а1 —ji.
Для уменьшения игры следует вращающееся кольцо делать цилиндрическим.
Рис. 134. Замкнутый однорядный шарикоподшипник.
Замкнутый радиально-упорный шарикоподшипник (рис. 134, а, б и 135) является
весьма выгодным в смысле компактности и широко применяется в оптико-механи-
Рис. 135. Столик микроскопа, вращающийся на шариках.
ческих приборах. Трение в данном подшипнике несколько велико по сравнению
с другими типами, почему его следует применять при малых нагрузке и числе
оборотов, а также там, где бой не играет роли (на-
і zk пример клиновой компенсатор дальномера и т. п.).
—Для того что^ы шарики не накатывались друг на
друга (при этом трение и износ их возрастают, вслед-
&) ствие того что касающиеся точки движутся навстречу
друг другу, т. е. с удвоенной относительной скоро¬
стью), их разделяют так называемыми сепараторами. Сепа-
раторы изготовляются из мягкой стали либо из латуни
—Ч (рис. 136, а и б). Шарикоподшипники без сепараторов
называются насыпными.
0' 2. Расчет шарикоподшипников. Число ша-
Рис 136 Типы сепа риков (рис. 137) определяется из уравнения
раторов.
.180° t
где Z — число шариков;
t — расстояние по хорде между центрами двух соседних шариков;
dt — диаметр окружности центров шариков.
Для подшипников без сепараторов берется /^0,0Ш, при хороших сепара¬
торах £=152^ и выше.
120
по следующим
Рис. 137. Схема<
к расчету числа
шариков.
Момент трения одного шарика (рис. 137) можно подсчитать
формулам:
радиальный подшипник
Mn = Pnf;
Рп = ' cos^zzy,1
и более упрощенно
= (59)
где Q — общая нагрузка;
Z — число шариков;
f—плечо трения качения, равное 0,0005—0,01 см;
k' — коэфициент. При Z 8 k' 1,2.
Момент трения всего подшипника равен сумме моментов трения всех шариков*
М = ^Мп.
Радиально-упорный шарикоподшипник при радиальной нагрузке
О Е/П 3/1 2
Р = Р" — 5Qcos . (ROY
2 sin P 2Z sin p v f
Упорный подшипник
M=Qf.
В радиально-упорном подшипнике (рис. 134) сила трения скольжения (вер¬
чения) является относительно высокой, почему при его расчете пренебрегать ею
ни в коем случае нельзя. Аналогично расчету сил трения в направляющих про¬
изведем расчет силы трения в этом подшипнике. При расчете кривой, ограничи¬
вающей площадку соприкасания, следует коническую поверхность кольца подшип¬
ника принять за цилиндрическую радиуса р2, равного радиусу кривизны (в точке
касания шарика) параболы, образующейся в сечении конической поверхности под¬
шипника плоскостью, нормальной образующей конуса. С достаточной степенью
точности можно считать р2 = 1,33г/ (здесь rt — радиус окружности центров ша¬
риков).
В общем случае сжатия двух тел, имеющих одинаковые модули упругости
кривой, ограничивающей площадку соприкасания, является эллипс, полуоси кото¬
рого определяются следующими формулами:
* = (62).
, іЛі-т- <63>
Коэфициенты а и £ в каждом частном случае берутся по табл. 30.2 Угол fr
в первом столбце вычислен по уравнению
û В
cos Ѳ = -д ,
1 По Штрибеку.
2 Тимошенко, Сопротивление материалов, ч, 2.
121
1
где
для
о 1 ,/Z1 1\2 I /I 1\ I о/l 1\ /1 1\ „ (алх
s = 2“l/ I ô' "Н г) + 2( 7’) "7/ cos2?, (64),
Pl / \Р2 р2 / \Р1 Р1/ \ р2 р2/
1/рр 1/рр 1/р2, 1/р2 — главные кривизны тел в точке касания в двух пло¬
скостях (кривизна тела считается положительной, если
соответствующий центр кривизны находится внутри
тела);
ср — угол между плоскостями, в которых лежат радиусы
кривизны.
1
Ï 4 Р2 Р2
случая сжатия шара и кривой поверхности
В==2Гг;
для случая сжатия шара и конуса
4£
(65)
(66)
Таблица 30 где и — коэфициент Пуассона, равный 0,3.
Коэфициенты а и g для определения
полуосей эллипса касания
ѳ
а
р
Ѳ
а
30°
2,731
0,493
65°
1,378
0,759
35°
2,397
0,530
70°
1,284
0,802
40°
2,136
0,567
75°
1,202
0,846
45°
1,926
0,604
80°
1,128
0,893
50°
1,754
0,641
85°
1,061
0,944
55°
1,611
0,678
90°
1,000
1,000
60°
1,486
0,717
—
—
—
сила Р невелика (не свыше 2—3 кг).
Момент трения верчения в общем слу¬
чае выражается формулой
= (67)
где L — длина замкнутой кривой, ограничи¬
вающей площадку соприкасания.
Для эллипса эта формула примет вид
Q г
мь = ^ т^Р [(«4-Ô)- Ѵаь]. (68)
Если rt^ 20 мм, то расчет можно вести,
приняв поверхность кольца подшипника за
плоскость; то же относится к случаю, когда
В случае радиально-упорного шарикоподшипника, приведенного на рис. 133, б,
трение верчения будет иметь место в точках и S2, причем в площадка со¬
прикасания будет ограничена кругом, а в S,2— эллипсом. Если радиус цилиндра
^>20 мм, то цилиндр может быть принят за плоскость. Таким образом момент
G трения подшипника будет равен сумме моментов трения
качения, вычисляемого, как указано выше для радиально¬
упорного подшипника, и трения скольжения (верчения).
Рис. 138. Диаграмма рас- Рис. 138а. Схема подвески иглы на двух перекрещи-
пределения давления. вающихся пружинах.
3) Допуски на шарики. При изготовлении шариков применяются допу¬
ски, симметрично расположенные около номинальных диаметров. Так, для диаме¬
тров шариков до 1" (25,4 мм) допуск ±0,001 мм. Данный допуск выдерживается
для шариков одного комплекта.
В случае весьма высоких требований на отсутствие боя в шарикоподшипнике
следует при заводском изготовлении колец шарикоподшипника перекомплектовать
шарики, задавая для одного комплекта необходимые допуски.
Допуск на овальность шариков диаметром до 1/4"—0,001 мм.
122
Направляющие с трением упругости
На рис. 138, а показана схема подвески рамки 2 на двух плоских перекрещи¬
вающихся пружинах 7. Такая подвеска обеспечивает вращение рамки 2 практи¬
чески без люфта вокруг оси О = Ог = О2, проходящей через места пересечения
пружин 7. Подобная конструкция применена в профилографе ИЗП-5 системы
Б. М. Левина, служащем для измерения высоты неровностей обработанных поверх¬
ностей. Острие иглы 3, закрепленной в рамке 2 при работе прибора переме¬
щается по дуге радиусом г вокруг оси О = О± = О2. Предел измерительного
перемещения иглы в данном приборе при длине пружин 7 порядка 30 мм, тол¬
щине их 0,2 мм и радиусе г = 1 мм от 0,2 ц до 0,13 мм. Кроме иглы 7 на
рамке закреплено зеркальце 4. Данная конструкция подвески иглы и зеркальца
обеспечивает высокую чувствительность и точность работы при небольших пере¬
мещениях, свободна от люфта и может быть рекомендована как весьма хорошая.
30. Выбор материала и смазки
Выбор материала
С целью уменьшения трения и износа следует правильно подбирать материал
трущихся деталей (табл. 31).
Таблица 31
Материалы для направляющих прямолинейного движения
Тип направляющих
Материал направляющей
Материал движущейся детали
1. С трением сколь¬
жения
а) Цилиндрические
и призматические на¬
правляющие приборов
Ст. 40, 50
„ 50, У8А
Бронза
Латунь
Цинковый сплав
Алюминиевый сплав
АЛ13
Бронза, латунь
Ст. 30, 40
Латунь
Силумин
АЛ 13
б) Плоские и приз¬
матические направля¬
ющие станин приборов
Чугун
Ст. 40, 50
2. С трением качения
Ст. 50, У8А, У10 не зака¬
ленная
Ст. У8А закаленная
„ 12ХН2А (цементиро¬
ванная)
Ст. 15Х (глубина цемен¬
тации 1—1,5 мм)
Нитрированная сталь
Ст. 40Х закаленная
Ст. 40, 50
» » »
» V »
» » »
« » ”
V » V
Опыт показал, что для точных измерительных приборов направляющие (на ша¬
риках) следует изготовлять из легированной стали, содержащей 0,15—О,2°/о
углерода, с последующей цементацией и закалкой. Глубина цементации 1 —1,5 мм.
Направляющие сложного профиля, изготовленные из высокоуглеродистой
стали, при закалке неизбежно деформирует. После закалки требуются доводка и
шлифовка их, для чего должен быть предусмотрен соответствующий припуск. Хоро¬
шим способом придания поверхностной твердости рабочим поверхностям напра¬
вляющих является азотирование.
Если направляющие (рис. 120) работают при малой нагрузке и при пони¬
женных требованиях к их точности и износу, оси могут не подвергаться терми¬
ческой обработке. В этом случае в зависимости от условий их работы они могут
изготовляться из стали У8А—У10А.
Следует иметь в виду, что и мало ответственные в смысле износа направляющие
в приборах, подвергаемых сильной тряске и вибрациям, следует делать из хорошо
123
закаленной* стали. В противном случае при вибрации закаленные шарики будут
постепенно наминать поверхность направляющих, образуя своего рода „ухабы",
что крайне вредно влияет на плавность и легкость хода и отсутствие люфтов.
Табл. 32 показывает сравнительную изнашиваемость твердых металлов по
данным иностранных авторов. Износ инструментальной стали принят за 100.
Таблица 32
Изнашиваемость твердых металлов
Материал
Автор
Френч,
Гершман
Нибер-
динг
Саввин
Закаленная инструменталь¬
ная сталь
Быстрорежущая сталь
(180/0W)
Нитрированная сталь . . .
Хромированная „ 1 . .
1 Качество металлической поверхн
рами: 1) чистотой или микрогеомет
свойствами (твердость, наклепанность
слоя).
100
84
49
29
ости обуслоі
рией поверхі
• и микростр
100
57
45
5
зливается де
зости и 2) фі
уктура пове
100
72
34
32
іумя факто-
дзическими
рхностного
Хорошие результаты в отношении стойкости против износа, по опытам, про¬
изведенным на заводе „Прогресс", показало сочетание цинковый сплав — силумин.
Из этих сплавов сделаны направляющие тубуса и конденсора микроскопа.
Сопротивление износу в сильной степени зависит от качества трущихся по¬
верхностей деталей Ч Поэтому необходимо, сообразуясь с характером работы
детали, назначать требующуюся степень чистоты обработки поверхностей согласно
ГОСТ 2789-45, предусматривающего классификацию чистоты (микрогеометрии)
обработанных поверхностей. Необходимо правильно подбирать материал и требуемую
твердость трущихся деталей.
Смазка
Для подведения смазывающего материала к смазываемому месту и для образо¬
вания в подшипнике некоторого запаса масла обычно в теле подшипника сверлят
отверстие (рис. 123, а) и, если требуется, устанавливают масленку. Если этого сде¬
лать нельзя, например из-за малых размеров всей конструкции, то ограничиваются
зенковкой отверстия для оси; в таком коническом уширении отверстия смазочный
материал удерживается действием капиллярных сил.
Обычные нормы отверстий с таким уширением показаны на рис. 123, б.
В данном случае конец цапфы должен быть несколько утоплен и не доходить до
наружной поверхности, чтобы масло держалось лучше. На буртике оси, приле¬
гающем к подшипнику, делают фаску для уменьшения опорной площадки, а также
для лучшего удержания масла. На втулках диаметром от 12—15 мм и выше
делают внутри канавки для смазки.
В полевых оптико-механических приборах применяются специальные смазки.
Основным требованием к этим смазкам является сохранение их свойств в интервале
температур от -|-50о до —60°, так как в условиях Арктики и высотных полетов
возможны температуры до —60°, при которых оптические приборы должны работать
безотказно.
Часто считают, что смазка должна исправлять все дефекты в изготовлен¬
ных приборах. Так, например, если окуляр слишком свободен—„болтается"
в оправе,—то, по мнению производственников, смазка должна все же дать тугой
1 Большие различия для хромированной стали объясняются неодинаковостью толщины
слоя хрома и способа хромирования. Следует иметь в виду, что хромированная поверхность
боится поверхностного давления (происходит выкрашивание хрома).
124
ход окуляра, а если последний слишком туго ходит в оправе, смазка должна дать
легкий ход, и т. п. Этот совершенно ошибочный взгляд должен быть отброшен,
ибо известно, что сопротивление смазки строго зависит от величины зазора между
трущимися поверхностями и находится в обратной зависимости от этой величины,
т. е. при уменьшении зазора сопротивление быстро увеличивается, что особенно
важно учитывать при низких температурах.
ГЛАВА IX
ВАЛИКИ, МУФТЫ И ШАРНИРЫ
31. Оси и валы
В общем машиностроении осью называют деталь, не передающую вращения, а
служащую лишь опорой для вращающейся детали. Ось рассчитывается только на
изгиб, в то время как вал рассчитывается на кручение и изгиб. Следует отметить,
что в оптико-механическом приборостроении, равно как и в других отраслях точной
механики, понятия „ось* и „вал* несколько смешаны, и наряду с приведенной
выше формулировкой осью называют также небольшие валики, передающие незна¬
чительные крутящие моменты.
Обычно в оптико-механических приборах оси и валы не рассчитываются на
прочность, так как действующие усилия в большинстве случаев весьма малы и
учет их поэтому весьма затруднителен. В таких случаях размеры оси (вала) опре¬
деляются конструктивными и производственными требованиями. Для облегчения
часто делают оси и валы пустотелыми.
Если же расчет производится, то отличием его является то, что при расчете,
например, на изгиб собственный вес вала (оси) не учитывается.
Материалом для осей и валов обычно служит конструкционная сталь марок
40—50 и т. п. Если требуется диамагнитность, применяются бронза, латунь и
нейзильбер.
32. Муфты
Муфты служат для передачи вращения между двумя валами, расположенными
на одной общей оси вращения.
Соединение осей с помощью муфт применяется в следующих случаях.
1. Вал получается слишком длинным, что затрудняет сборку прибора, а также
изготовление валика. При длинном и тонком валике во избежание его прогиба
. необходимо иметь достаточное число опор (подшипников). Однако разместить
большое число подшипников так, чтобы их геометрические оси совпадали с до¬
статочной точностью, является весьма затруднительным. При 'несоблюдении же
этого требования вал получит прогиб, и вращение его будет затруднено. Если вал
разделить на несколько частей и соединить эти части между собой муфтами, до¬
пускающими некоторое несовпадение осей вращения соединяемых частей, то сборка
подшипников такого вала чрезвычайно облегчается, причем обеспечивается нор¬
мальная работа вала.
2. В некоторых случаях сборка вала и деталей, которые на нем закрепляются,
чрезвычайно затрудняется или даже вовсе невозможна, если данный вал не разде¬
лить на части, соединяемые между собой муфтами.
3. Участки вала должны иметь возможность относительного осевого переме¬
щения. .
4. Участки вала должны иметь эластичную связь во избежание передачи толч¬
ков и ударов.
5. Участки вала должны иметь возможно большее относительное смещение,
линейное и угловое (шарнир Гука, соединение гибким валом).
6. Участки вала должны иметь возможность простого и быстрого расцепления
между собой как по желанию, так и автоматически (например в случае пере¬
грузки).
125
7. Требуется, чтобы вращение передавалось только при одном направлении
вращения ведущего вала (муфты свободного хода).
В соответствии с этим можно принять следующую классификацию муфт.
Жесткие муфты
Эти муфты (рис. 139), как уже указывалось выше, служат для соединения
осей с целью облегчения их сборки и изготовления, а также в случае соединения
различных агрегатов между собой, например для присо¬
единения вала мотора и т. п. Следует иметь в виду, что
жесткие муфты требуют почти полного совпадения соединяе¬
мых осей. Для обеспечения некоторой игры осей они изго-
Рис. 139. Жесткая товляются со значительным зазором между втулкой и осью
муфта. (по 4-му и 5-му классам точности). Штифты для этой же
цели следует располагать под углом в 90° друг к другу.
Муфты эти весьма просты в изготовлении. Материалом для втулок служит
обычно мягкая сталь.
Гибкие (подвижные) муфты
1. Муфты с возможностью осевого перемещения (расшири¬
тельные муфты), а) Торцевые и втулочные муфты. Наиболее простыми
являются муфты, представленные на рис. 140, а, б и в. Муфта по рис. 140, в зна¬
чительно меньше подвержена износу, чем муфта, изображенная на рис. 140, б, так
как стенки паза, подверженные износу, находятся на большом расстоянии от центро¬
вой линии оси и, следовательно, при том же крутящем моменте испытывают мень¬
шее давление р = Мк^г.
Рис. 140. Расширительные муфты.
Расчет таких муфт на прочность должен вестись на смятие стенки паза.
На рис. 141 дана конструкция карданного валика звуковой приставки к ки¬
нопроектору ТОМП-4. За счет сжатия пружины валик может быть вынут.
Вследствие износа ведущих штифтов и пазовки возрастающего из-за этого
люфта полезно в некоторых случаях этим частям придавать клиновидную форму
и вводить их в зацепление под постоянным (осевым) давлением, либо предусматри-
Рис. 141. Карданный телескопический валик.
вать возможность осевого сближения указанных деталей по мере их износа. Ко¬
нечно, это усложняет и удорожает конструкцию.
Расчет следует вести на смятие стенки паза. Материал—сталь.
б) Дисковые муфты. Дисковые муфты выгодно отличаются от перечисленных
выше тем, что: 1) детали сцепления, наиболее подверженные износу [кулаки (зубья),
ведущие штифты], лежат на значительном удалении от оси вращения и, ' следова¬
тельно, испытывают меньшее давление; 2) при той же величине зазора между ку¬
лаком и пазом (отверстием) угловая величина люфта меньше.
На рис. 142, а показаны детали сцепления дисковых муфт с жестким закре¬
плением ведущего пальца.
На рис. 142, б показано упругое закрепление ведущего пальца.
Такое закрепление полезно, когда муфта закрыта и приходится расцеплять
и сцеплять оси на ходу.
126
Дисковые муфты не свободны от мертвого хода.
Материал кулаков и зубьев — сталь. Расчет кулаков ведется на изгиб.
2. Упругие муфты. Эти муфты применяются, когда требуется эластичная
связь между осями. Для этой цели пользуются упругими муфтами, сцепляющимися
посредством промежуточных прокладок из эластичного материала. Муфты такого
рода с успехом применяются для восприятия вибраций, толчков (механические
фильтры), а также для поглощения шума.
Для прокладок а применяются кожа, резина, фибра, промасленный фетр
(рис. 143, я).
Рис. 142. Детали сцепления дисковых муфт.
На рис. 143, б дана конструкция механического фильтра к транспортирующему
валику 1 звуковой приставки к кинопроектору ТОМП-4. На валике 1 закреплена
металлическая шайба 2, соединенная с ведущей шестерней 3 посредством упруго
Рис. 143. Упругие муфты.
шайбы 4. Шайба 4 сделана из фетра и пропитана маслом. Фетр, пропитанный
маслом, обладает упругостью и хорошо гасит колебания.
Перечисленные упругие муфты не требуют большой точности в установке
соединяемых осей.
3. Муфты, допускающие поперечный сдвиг осей. Если одна
ось сдвигается относительно другой, оставаясь ей параллельной, то сцепляю¬
щиеся части муфты должны иметь возможность относительного движения в ра¬
диальном направлении.
В случае весьма малого сдвига осей можно применять кулачковые муфты.
Однако если сдвиг осей велик, то в этих муфтах происходит сильное изнашивание
ведущих частей вследствие относительного движения и трения между собой сцепля¬
ющихся частей.
Кроме того, сама передача становится тем более неравномерной, чем больше
расстояние между осями.
127
в течение полуоборота от
'Рис. 144. Поводковая муфта.
Из рис. 144 видно, что при постоянной угловой скорости ведущего
вала А с кривошипом С радиуса г угловая скорость œ2 ведомого вала В изменяется
г - (положение кривошипа до (положе¬
ние кривошипа С2). Эта неравномерность вращения
устранена в муфте Ольдгема (рис. 145, а), предста¬
вляющей собой две кривошипные муфты, развернутые
на 90°. Конструкция такой муфты для точных приборов
дана на рис. 145, б. Средний диск 2 (рис. 145, б) имеет два
перпендикулярно расположенные паза, в которые вхо¬
дят диаметрально расположенные зубцы ведущего и
ведомого дисков 7. При вращении муфты центр диска 2
вращается с вдвое большей угловой скоростью, чем
муфта, описывая круг диаметром, равным расстоянию
между осями муфты.
Размер п у детали 2 должны быть меньше размера
dx у детали 7 на двойную величину допускаемой раз¬
движки осей муфты. Для достижения наименьшего мерт¬
вого хода и износа поверхности а и b пазов должны
быть изготовлены соответственно строго параллельными.
Детали муфты изготовляются из высокоуглеродистой или нержавеющей (для
морских приборов)
рошо притерты.
стали. Зубцы и пазы для точных муфт должны быть хо-
показанных особо
доказанных особо
Рис. 145. Муфта Ольдгема.
На рис. 145, в дана конструкция муфты, допускающая некоторый угол между
осями.
4. Муфты, допускающие переменный угол между осями
(шарнирные муфты). Эти муфты имеют широкое применение в оптико-ме¬
ханическом приборостроении там, где требуется гибкая связь (в небольших пре¬
делах) при достаточно точной передаче. Как на цримеры применения, укажем
передачу от дальномерного валика к оправам компенсаторов в дальномере, пере-
128
дачу к звуковой приставке в кинопроекторе ТОМП-4, передачу к курсоуказателю
на самолете и т. п.
На рис. 146 дана весьма хорошая конструкция гибкой муфты (типа мембран¬
ных муфт), практически свободная от мертвого хода. Она может работать при
весьма небольших углах между осями (3—6е).
В этих муфтах, так же как и в кулисных, передача угловой скорости не¬
равномерна (кроме муфты, изображенной на рис. 146).
а) Шарнир Гука. Шарнир Гука (рис. 147) состоит из двух расположенных
под ўглом 90° вилок, шарнирно сочлененных между собой крестовиной.
Если ведущий вал (рис. 147) вращается с постоянной угловой скоростью то
угловая скорость <о2 ведомого вала // колеблется в течение каждого оборота между
наибольшим значением со* = ш. —î— и наименьшим — = œ. cos а, где а — угол
* 1 COS а 2 1 * j
между валами Ч
Располагая два шарнира, как показано на рис. 147,#, можно сделать передачу
угловой скорости (к валу///) постоянной. При этом углы at и а2 должны быть
равны.
На рис. 148, а показана шарнирная муфта, у которой осями шарниров служат
цапфы винтов 7, ввинченных в расположенные под углом 90° отверстия в цилин¬
дрическом вкладыше.
На рис. 148, б показана хорошая конструкция шарнирной муфты. Эта муфта
проста в изготовлении, может передавать значительный момент и быть изготовлена
со значительной точностью. Угловой мертвый ход не более 10'.
б) Муфты с шаровым шарниром1 2. Конструкция муфты, изображенная на
рис. 148, в, допускает продольное перемещение осей.
На рис. 148,г показана конструкция муфты, у которой для уменьшения износа
на ведущий штифт 7 надеты направляющие губки 2. Губки следует делать
из бронзы, латуни или стали.
Особое место занимает шарнир Бартледа (рис. 149), позволяющий получать
угол между осями до 90—100° при равномерной передаче вращения.
в) Пружинно-шарнирные муфты. Пружинно-шарнирные муфты пригодны
для передачи тогда, когда угол между осями и передаваемый момент не слишком
велики.
В качестве муфты для соединения осей можно также пользоваться винтовой
пружиной. К такого рода муфтам относятся гибкие валы.
г) Гибкие валы. Гибкие валы предназначены для передачи вращения при все¬
возможных взаимных положениях ведущей и ведомой осей. Примерами применения
их могут служить: передача от оптических приборов к курсоуказателю на
самолете, присоединение измерительных приборов к моторам на самолетах (тахо¬
метры), на автомобилях (спидометры) и т. п.
Гибкий вал представляет собой комплекс пружин (рис. 150).
Гибкие валы изготовляются диаметром от 1 до 100 мм\ наиболее употреби¬
тельные диаметры — между 1,5 и 10 мм. По длине валы бывают до 7% м\ наиболее
употребительна длина в 1,5—2,5 м. Нормальное число оборотов 1500—3500 об/мин.;
однако гибкие валы могут удовлетворительно работать и при других числах обо¬
ротов. Для валов больших диаметров окружная скорость на поверхности вала
не должна превышать 150 л«/мин.
Требования, предъявляемые к гибкому валу: 1) прочность: вал должен выдержать
определенный крутящий момент; 2) гибкость: вал должен допускать передачу
вращения при возможно меньшем радиусе изгиба; 3) отсутствие биений: вал должен
иметь возможно меньшие колебания скорости вращения на конце, присоединяемом
к ведомой оси, если скорость вращения ведущей оси постоянна.
При закручивании спиральной пружины каждый ее виток работает на изгиб
и может выдержать крутящий момент
1 Данное свойство шарнира Гука дало возможность использовать его в механизмах,
решающих геометрическую зависимость, например проекцию угла.
2 Кинематика этих муфт та же, что и у шарнира Гука.
9 М. Я- Кругер и Б. М. Кулижнов 129
Рис.^Нб. Мембранная муфта.
Рис. 149. Шарнир Бартледа.
Рис. 147. Схемы шарниров Гука.
Рис. 148. Различные конструкции шарниров.
Рис. 150. Гибкий вал.
где Af — крутящий момент;
d — диаметр проволоки пружины ;
Rb — допускаемое напряжение изгиба.
Для увеличения передаваемой нагрузки применяется не одна, а несколько
пружин, вкладываемых одна в другую в промежутки между витками. Обычно берут
4 пружины. Кроме того,
другом. Направление вит¬
ков рядом лежащих слоев
берется противополож¬
ным (рис. 1 50). Благо¬
даря такой навивке вал
может работать в обе
стороны (левое и правое
вращения). Лучше всего
вал работает в том на¬
правлении, в котором у
него навит внешний слой
(рис. 151). В этом слу¬
чае пружины внешнего
пружины располагаются в несколько слоев — один на
Рис. 151. Работа гибкого валика при различных
направлениях вращения.
слоя закручиваются. В
случае обратного враще-
ния верхний слой может раскручиваться. В результате на внутренние слои падает
повышенная нагрузка, и вал может выдержать значительно меньший крутящий
момент (50—7О°/о от нормального).
Таблица 33
Диаметр вала в зависимости от передаваемой
мощности и числа оборотов, мм
Мощ¬
ность,
л. с.
Число
оборотов
800-1000
1000-1600
2000
3000
V12
7-5
5
5
5
V10
10
3
8
8-5
Ѵв
12,5
12-10
8
8
Ѵв
15-12
12,5
10
10-8
Ѵв
15-12
15—12
12-10
12-10
Ѵв
20
15-12
12,5
12
3/4
25—20
20-15
—
—
1,0
30-25
20
12,5
15
1,5
30
25—20
15
20-15
2,0
35-30
25
20
25—20
2,5
40-35
30
20
25—20
3,0
45—40
35—30
25
25—20
Для повышения прочности вала в центре его пропускается проволочный сер¬
дечник (рис. 150). Такой сердечник не дает валу возможности растягиваться, за¬
держивает появление волн и облегчает изготовление вала. Вал с сердечником
менее гибок, чем вал без сердечника.
В табл. 33 указана зависимость диаметра вала от передаваемой мощности и
числа оборотов.
9* 131
Из табл. 33 видно, что работа на больших числах оборотов выгоднее. Дан¬
ные таблицы приблизительны, но могут быть приняты в расчет для валов с сер¬
дечником.
Для валов следует принимать наименьший радиус изгиба: /?Стат = 6 — Id,
/?дин = 15 — 20г/, где d— диаметр вала.
В табл. 34 приведены допустимые крутящие моменты для валов разных диа¬
метров в зависимости от радиуса изгиба вала.
Таблица 34
Допустимые крутящие моменты для валов различных диаметров в зависимости
от радиуса изгиба вала
СО
Радиус кривизны, см
1 Прямой вал
Сорт гибкого
СО
CQ
Он
50
40
25
20
17
15
12
10
«
s
ива-
■см/м\
вала!
вала
О
(X д
Скруч
ние кг
длины
S
со
S
Крутящий момент
, кгсм
Жесткий ...
3
3,5
3,0
2,7
2,4
2,0
1,6
1,2
0,4
4,4
108,00
6
17,5
15,4
12,0
9,7
7,8
5,5
2,2
0,4
22,0
6,20
п • • < •
9
10,0
34,0
24,2
16,5
11,0
4,4
2,2
0,4
54,0
1,90
» * • •
12
58,0
48,5
29,7
15,4
5,5
4,4
2,2
0,4
85,8
0,65
» • • • •
15
77,0
60,0
30,0
7,5
5,5
4,4
2,2
0,4
123,0
0,30
w • • • •
18
95,0
66,0
30,0
7,5
5,5
4,4
2,2
0,4
167,0
0,30
Нежесткий . . .
3
2,2
2,0
1,9
1,7
1,5
1,3
1,1
0,6
2,5
120,00
» • • •
6
10,0
9,2
7,8
6,7
5,9
4,9
3,5
1,4
12,2
7 80
» • • •
9
22,0
19,8
15,4
12,2
10,0
7,3
2,7
1,4
28,6
4,40
» • • •
12
41,8
36,3
27,5
20,9
15,4
13,5
2,7
1,4
55,0
0,70
» ...
15
59,4
51,7
37,4
25,3
17,6
6,9
2,7
1,4
82,5
0,40
а б
Всякий гибкий вал снабжается оболочкой, которая служит направляющей,
предохраняет его от попадания пыли и других посторонних веществ и облегчает
обращение с ним. На коротком участке, и
когда нет опасности загрязнения вала и
прикосновения к чему-либо, вал может упо¬
требляться без оболочки.
Оболочка обычно представляет собой
металлическую пружину, иногда покрытую
сверху какой-либо оплеткой. На рис. 152
даны разные типы оболочек.
Гладкая оболочка А очень гибка и срав¬
нительно легка. Она состоит из металличе¬
ской пружины и ряда хлопчатобумажных
оплеток. Применяется для валов диаметром
3—6 мм, когда нужны большая гибкость
вала и опрятный наружный вид.
Оболочка В состоит из металлической
пружины, поверх которой нанесен слой
вулканизированной резины. Эта оболочка
мало гибка, обладает масло- и водонепроницае¬
мостью. Применяется для очень тяжелых работ.
Оболочка С, целиком металлическая, хорошо изгибается, хорошо сопроти¬
вляется истиранию. Она состоит из проволочной пружины (сделанной из закаленной
стали с повышенным содержанием марганца), в промежутках которой навита трех¬
гранная мягкая проволока. Снаружи оболочка покрыта черным лаком и почти
непроницаема для масла и воды. Наименьший радиус изгиба 3,5—4 см. Упо¬
требляется для валов диаметром от 3 до 15 мм.
Жесткая металлическая оболочка D свита из ленты, имеющей в сечении вид
буквы S. В заходящие друг за друга заплечики ленты вложен асбестовый шнур,
г
Рис. 152. Типы оболочек.
132
предохраняющий оболочку от попадания пыли и грязи. Благодаря этому также
лучше сохраняется в оболочке смазка гибкого вала. Эта оболочка является наи¬
более распространенной.
Конструкция соединительных муфт, вала и оболочки показана на рис. 153.
Наконечники вала изготовляются из стали 20—40.
Наконечник закрепляется на гибком валике пайкой.
Наконечником оболочки служит втулка 2, припаиваемая к оболочке, и накидная
гайка с резьбой 3.
Размеры наконечников нормализованы.
5. Сцепные муфты. Сцепные муфты применяются, когда требуется включать
и выключать ведомую ось.
Включение и выключение могут производиться:
а) вручную (управляемые сцепные муфты);
б) автоматически — вследствие изменения: 1) крутящего момента (муфты сколь¬
жения), 2) числа оборотов (центробежные муфты), 3) направления вращения
(муфты свободного хода).
а) Кулачковые муфты. На рис. 154, а показана дисковая сцепная муфта:
а — кулаки, входящие в отверстия в диске Ь; на втулке диска проточена канавка,
в которую входят цапфы с, вклепанные в вилку отводки d.
Рис, 153. Конструкция соединительной муфты вала и оболочки.
Подобные муфты можно выключать на ходу, но нельзя включать. Включение
можно производить лишь при определенном взаимном положении обеих половинок
муфты.
На рис. 154, б и в показаны муфты, которые можно включать в любом поло¬
жении при небольших относительных скоростях. Эти муфты имеют кулаки (зубья),
скошенные в одну сторону.
На рис. 154, г* показана рукоятка киноаппарата, являющаяся простейшей кон¬
струкцией такой муфты. Для ускорения сцепления применяют муфты, имеющие
большое число зубьев.
Муфта рис. 154, в дает возможность включать и выключать оси на ходу при
значительном передаваемом моменте и числе оборотов до 150 об/мин. Она позво¬
ляет производить до 30—40 включений в 1 мин. Для уменьшения износа зубьев
такая муфта делается из инструментальной стали, закаливается и отпускается при
соломенно-желтом цвете побежалости.
б) Фрикционные муфты применяются, когда требуется, чтобы включе¬
ние и выключение производились плавно, без ударов. Крутящий момент, который
может передать фрикционная муфта, зависит от момента сил трения между поло¬
винками муфты относительно оси вращения.
Основное условие работы фрикционных муфт заключается в том, что момент
сил трения должен быть не меньше передаваемого рабочего крутящего момента.
Трущиеся поверхности муфты могут быть либо плоскими (торцевые, дисковые
муфты), либо цилиндрическими, либо коническими.
133
Дисковые фрикционные муфты (рис. 155) рассчитываются следующим
образом:
У такой муфты площадь соприкосновения представляет собой кольцо, у кото¬
рого: наибольший радиус — г1У наименьший радиус — г0, давление на всю поверх¬
ность — Р.
Рис. 154. Сцепные муфты.
Если давление на бесконечно тонкое кольцо, ограниченное радиусами г и
r-^dr, обозначим через р, то элементарный момент трения будет
dM = 2 7ur • dr-р-р-г,
а полный момент, передаваемый муфтой при установившемся движении, определится
как
М = 2 тгрр [ г2 dr. (69)
'г0
Предполагая, что р = const, т. е., что
давление р распределяется равномерно, по¬
лучаем
Ж = 2тсіЛ' .гР г\ѵаг =
3 f2 Рис. 155. Схема дисковой фрикционной
муфты.
Для сплошного диска имеем
9
r0 = O; М =-.^.Ргг
Эти результаты следует прилагать лишь к новым, не приработавшимся муфтам,
ибо при происходящем при включении и выключении муфты, относительном дви¬
жении ее половинок точки, лежащие дальше от центра, изнашиваются больше и
постепенно давление становится более сильным на частях, лежащих ближе
134
к центру. Для приработавшихся муфт можно считать давление на них распреде¬
ляющимся так, что работа трения на единицу площади, а С нею и изнашивание,
всюду сохраняют одинаковую величину.
Разделив элементарную работу
dA = <ùdM
на площадь 2r:rdr элементарного кольца, запишем это допущение в виде
шр рг = const
(о) — относительная угловая скорость), откуда и рг = с = const; следовательно,
р изменяется обратно пропорционально расстоянию г от центра.
Подставив это выражение в (69), получаем для сплошного диска
М = ^Prt. (70)
Этой формулой обычно пользуются при расчетах дисковых фрикционных муфт.
Для конических поверхностей трения (рис. 156) имеем
Рис. 156. Схема конической
фрикционной муфты.
Рис. 157. Шарнир стереотрубы
с фрикционной муфтой.
Аналогично дисковым муфтам имеем
шейся муфты
моменты силы трения для приработав-
Ж==І
(71)
sin а ’
Так как sin а всегда меньше единицы, то и момент сил трения по сравнению
с моментом тех же сил в случае дисковых муфт больше. Во избежание заклини¬
вания муфты угол при вершине конуса надо брать не менее 20°.
На рис. 157 изображен шарнир стереотрубы с фрикционными шайбами 7 и 2.
Шайбы 1 связаны с одним коленом стереотрубы, шайбы 2 — с другим. Таким обра¬
зом получается большая поверхность трения, благодаря чему оба колена стерео¬
трубы легко фиксируются в любом положении с помощью рукоятки 3, повора¬
чивающей гайку 4, стягивающую все фрикционные шайбы.
На рис. 158 показана электромагнитная фрикционная (мембранная) муфта,
включающаяся при пропускании тока через обмотку 7. Выключение муфты проис¬
ходит под влиянием мембраны 2.
Коэфициенты трения при работе фрикционных муфт приведены в табл. 35.
в) Муфты скольжения. Эти муфты рассчитываются так, чтобы их момент
трения был равен наибольшему допускаемому крутящему моменту на ведомой оси,
и, следовательно, если крутящий момент на ведущей оси начнет превышать ука¬
занную величину, муфта станет проскальзывать. Величину крутящего момента,
135
который Сможет передавать муфта (момент трения муфты), можно регулировать,
изменяя силу нажатия пружины (рис. 155).
Таблица 35
Коэфициенты трения при работе фрикционных муфт1
Материал
Покой
Движение
без
смазки
со смаз¬
кой
без
смазки
со смазкой
Сталь —
сталь
0,15
0,12-0,11
—
0,03-0,09
(v=27 м/сек
ѵ=3 м/сек)
Сталь —
кожа
—
—
0,3-0,6
—
Сталь —
резина
0,4—0,6
—
—
—
Чугун —
сталь
0,15—0,33
0,16
—
0,27—0,13
(ѵ=2,2 м/сек
ѵ=20 м/сек)
Сталь —
бронза
—
0,1-0,13
0,1
0,09
Сталь —
латунь
—
0,15-0,16
—
—
1 По Дуббелю,
Рихтеру и 1
Фоссу и другим источникам.
Такого рода муфты применяются, например, в передаче к наматывающей
катушке в киноаппаратах, фотокамерах (ФЭД) и т. п. Конструкции их весьма
Рис. 158. 'Электромагнитная
фрикционная муфта.
разнообразны.
Храповые муфты двустороннего дей¬
ствия (защелкивающиеся). В этих муфтах сце¬
пляющиеся части соединяются одна с другой путем
защелкивания.
На рис. 159 дана хорошая конструкция муфты
Рис. 159. Храповые муфты двустороннего
действия.
для f отсчетных механизмов: 7, 2 — дисковые храповые шайбы, 3— плоская коль¬
цевая пружина.
г) Центробежные муфты. Центробежная муфта непосредственного действия
показана на рис. 160, а. С ведущей осью соединена масса т, имеющая свободу
движения в радиальном направлении и удерживаемая от этого движения силой
F пружины 7. Под действием центробежной силы масса т будет прижиматься к вну¬
тренней поверхности тормозного барабана, закрепленного на второй оси Л2. Если
окружную скорость центра тяжести массы т, находящейся на расстоянии гг от оси
вращения, обозначить через то центробежная сила Р будет равна
р
Г1 ’
136
а вызываемый ею момент трения
M = P?R = — ?R.
Гі
(72)
Следовательно, передаваемый крутящий момент растет пропорционально квад¬
рату окружной скорости (числа оборотов). Такая муфта дает проскальзывание до
тех пор, пока число оборотов ведущего вала не достигнет заданной величины,
необходимой для преодоления крутящего момента на ведомой оси. При расчете
следует учесть силу F пружины, т. е.
М = (Р— F)p/?.
Трение начинает действовать при
получаем
«р02 _ г
Г1
или
Центробежные муфты непосред¬
ственного действия применяют при при¬
воде от мотора, могущего взять с ме¬
ста лишь небольшую нагрузку, и в
качестве регулятора скорости.
Центробежная муфта постоянного
действия изображена на рис. 160, б.
В этих муфтах момент трения, необ¬
ходимый для передачи начального вращательного момента, создается силой F
давления пружины 7, по направлению противоположной центробежной силе. Когда
число оборотов превысит допустимую величину, центробежная сила уменьшит давле¬
ние пружины, в результате чего муфта начнет проскальзывать.
Момент силы трения
М — (F — (72а)
где Р — центробежная сила.
Такого рода муфты применяются в качестве регуляторов скорости.
ГЛАВА X
ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
33. Общие сведения
Для винтов движения в механизмах оптических приборов применяются трапе¬
цоидальные резьбы по ОСТ 2409, 2410, 2411, 7714, а в измерительных приборах
(микрометренные винты) — метрическая резьба по ОСТ 94, 32, 271.
Трение в винтовой паре уменьшается с уменьшением угла профиля резьбы.
Поэтому наиболее выгодным для винтов движения является прямоугольный про¬
филь резьбы. Но прямоугольная резьба обладает следующими недостатками:
1) осевой люфт не может быть уничтожен конструкциями гаек по рис. 164, я;
2) технологический процесс изготовления значительно труднее и невыгоднее,
чем у винтов с треугольной и трапецоидальной резьбами.
Винты движения могут быть разбиты на две группы:
1. Винты отсчетного движения (с метрической нарезкой и с трапецоидаль¬
ной).
2. Винты неотсчетного движения (с метрической нарезкой и с трапецоидаль¬
ной).
137
34. Конструкции и применение винтовых механизмов
Отсчетные винты с метрической резьбой
Отсчетные винты с метрической резьбой (микрометренные) применяются
тогда, когда нагрузка на винт невелика, работа винта незначительна, трение
между винтом и гайкой не играет роли, а также при требованиях малого шага
винта.
Область применения этих винтов — различные измерительные приборы (микро¬
метры, измерительные микроскопы, измерительные и делительные машины, прицелы
и т. п.).
К отсчетным винтам предъявляются высокие требования в отношении точ¬
ности шага и сопротивляемости износу.
Размеры винта и гайки должны быть таковы, чтобы на всем ходе винта число
витков резьбы, находящихся в контакте, было неизменным.
Точные винторезные станки дают возможность изготовлять винты с точностью
(ошибка по шагу) — 0,002 на 25 мм, менее точные станки—0,01 на 300 мм.
Ошибки (периодические и прогрессивные) ходового винта могут быть испра¬
влены соответствующими коррекционными устройствами (кривыми и линейками).
Для этого винтовая пара проверяется, и в нужном масштабе
изготовляется диаграмма ошибок шага (рис. 161).
На каждый оборот винта требуется доворачивать гайку на
такой угол, чтобы ее дополнительное перемещение вдоль винта
компенсировало ошибку шага винта. Для осуществления этого
доворота гайка снабжается хвостовиком А (рис. 162), который
Рис. 161. Диаграмма ошибок шага ходового
винта.
Рис. 162. Коррек¬
ционная гайка.
перемещается по криволинейному пазу. Закон построения коррекционной кривой
диктуется диаграммой ошибок винта.
Расчет и построение кривой производятся следующим образом. Масштаб
поправочной кривой выбирается в зависимости от требуемой степени точности,
конструктивных и производственных соображений. Масштаб кривой пропорциона¬
лен длине R хвостовика
График рис. 161 показывает построение кривой, которое производится по сле¬
дующей формуле:
K = 7?tg<px,
где сру— угол доворота гайки на компенсацию ошибок шага винта1.
На графике по оси X отложены перемещения гайки, а по оси Y — линейные
перемещения конца хвостовика.
Понятно, что данное устройство может служить и для обратной цели, т. е.
для сообщения неравномерного перемещения гайки по заданному закону при
равномерном вращении винта.
Для компенсации температурных влияний может быть применено устройство,
показанное на рис. 163.
1 При малой величине угла tg ср может быть заменен самим углом. Так сделал, напри¬
мер, проф. Завадский в своих делительных машинах.
138
В этом случае коррекционная кривая превращается в прямую (MN), тангенс
угла наклона которой пропорционален отношению коэфициентов линейного расши¬
рения винта и сравниваемой с ним детали и может быть получен из формулы
tg <р = (а — ах) (/ — Zo) ctg fi,
где р — угол клина К\
а и 04— соответственные коэфициенты линейного расширения;
t — температура.
Винты движения с трапецоидальной нарезкой
Винты движения с трапецоидальной нарезкой применяются в оптико-меха¬
нических приборах в качестве ходовых винтов во всех случаях, когда от винтовой
пары требуется минимум потерь на тре¬
ние. Допуски на трапецоидальную резь¬
бу—см. ОСТ 7714.
В точных измерительных приборах
гайку целесообразно делать неразрез¬
ной (во избежание неправильной рабо¬
ты- витков и быстрого износа) и обрат¬
ное движение сообщать гайке (винту)
пружиной или грузом (там, где измери¬
тельными являются прямой и обратный
ходы винта). В других же случаях це¬
лесообразно делать гайку разрезной
(рис.
W J
Рис. 163. Схема механизма температурной
компенсации.
164).
Нельзя делать винт в качестве основной направляющей для гайки в
тех*; случаях, когда точка приложения силы значительно смещена от оси винта,
во избежание заклинивания.
Рис. 164. Конструкции ходовых гаек.
Гайка рис. 164, б состоит из двух половин А и В, свинченных между собой,
причем шаг нарезки отличен от шага резьбы винта s. Вращением половины А
относительно другой половины В достигается уничтожение люфта между винтом
и гайкой. В окулярном микрометре (рис. 250) коническая гайка 4 разрезана и
стягивается с помощью гайки 5. В винтовой паре по рис. 164, в (универсальный то¬
карный микроскоп) уничтожение мертвого хода достигается путем подтягивания
гайки 1.
1. Диференциальный винт. Диференциальный винт В (рис. 165) имеет
две нарезки с незначительно отличающимся шагом ($х =/= $2). Перемещение гайки А
139
за один оборот винта равно разности шагов резьбы и s2. Предел перемещения
гайки:
« = Où — s2) г >
где L — величина перемещения винта В.
Диференциальный винт применяется в тех случаях, когда гайке необходимо
сообщить весьма незначительные перемещения, для чего обычно потребовался бы
винт с чрезвычайно мелкой резьбой.
На рис. 166 дана конструкция отсчетного винтового механизма перемещения
прицельного перекрестия оптического винтовочного прицела. Отсчет перемещения
производится по шкалам 7. Требуемая точность шага винтов 0,01 мм.
2. Окулярные резьбы. Резьба не должна отвинчиваться от сотрясений и
ударов и, кроме того, должна гарантировать такую плотность соединения, чтобы
влага не могла проникать в прибор. Профиль резьбы при угле 60° берется тра-
пециодальным, для того чтобы получить меньшую глубину резьбы и, следова¬
тельно, меньший габарит окуляра. Так как все
перемещение окулярных линз должно совер¬
шаться на протяжении одного оборота опра¬
вы, то резьба, как правило, получается много¬
заходной.
Окулярные резьбы изготовляются по 2-му
классу точности. При этом все внимание должно
быть уделено плотности сопряжения резьбы.
Рис. 166. Винтовой механизм переме¬
щения прицельного перекрестия.
Рис. 165. Диференциальный винт.
Износ рабочих поверхностей винтовой пары имеет большое влияние на точ¬
ность ее работы, достигнутую при изготовлении. По опытам фирмы Цейсс, при
малых нагрузках на износ не влияют род материала и его термообработка в прак¬
тически целесообразных пределах.
Отклонения вследствие износа резьбы не превышают 1 р при 100 000 ввин¬
чиваниях и вывинчиваниях без нагрузки и 21 000 —под нагрузкой в 1 кг. Испы¬
тывались следующие комбинации:
Винт Гайка
из
мягкой стали —
иа
> мягкой
стали
»
»
я
я
»
латуни
»
я
»
я
бронзы
лд
V
я
я
твердой
стали
я
твердой
я
мягкой
я
»
я
Я
я .
латуни
я
»
я
я
»
бронзы
Не было обнаружено какого-либо различия в работе этих комбинаций. Сле¬
довательно, часто нецелесообразно применять закаленные винты и гайки из особо
мягкой стали. При больших нагрузках закалка винда целесообразна,,
ГЛАВА XI
КУЛАЧКОВЫЕ И РЫЧАЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Кулачковые и рычажные механизмы являются преобразователями одного вида
движения в другое, связанное с первым определенной функциональной зависи¬
мостью. В случае кулаков (если исключить относимую сюда спираль Архимеда)
эта зависимость обязательно нелинейная.'
140
Основное назначение кулачковых и рычажных механизмов в оптико-механи¬
ческих приборах — передача отсчетных движений,— поэтому главными требованиями,
которые предъявляются к данным механизмам, будут точность их работы и стой¬
кость против износа.
Из этих требований вытекает также требование малого трения в подвижных
частях, преимущественного применения трения качения.
35. Кулаки
Кулачковые механизмы можно разбить на две группы: 1) плоские, 2) простран
ственные.
В плоских кулачковых механизмах движение ведомого звена является функ¬
цией одного аргумента, т. е. одного (простого) движения кулака (вращения, посту¬
пательного перемещения).
Пространственный кулак (коноид) сообщает движение ведомому звену в
зависимости от двух аргументов (вращение — посту¬
пательное движение). Поэтому пространственный ку¬
лак может заменять суммирующие и множительные
механизмы (например рычажные).
Различают также замкнутые (рис. 182) и
незамкнутые кулачковые механизмы (рис. 169).
Рис. 168. Схема образования про¬
филя вращающегося кулака.
У вторых силовое замыкание осуществляется пружиной.
Главнейшими задачами при проектировании кулачковых механизмов являются
следующие:
1) построить профиль кулака по заданному аналитически или графически дви¬
жению ведомого звена в зависимости от движения ведущего [у =f (х)] ;
2) обеспечить наибольшую точность передачи отсчетных передвижений, ми¬
нимальное трение и износ.
Обычно для уменьшения трения и износа ведомое звено снабжается роликом,
который катится по образующей поверхности кулака (в плоских кулаках).
Вращающийся кулак
Имея график (рис. 167), на котором по оси ординат отложены перемещения
ведомого звена (например центра ролика), а по оси абсцисс — углы поворота ве¬
дущего звена (кулака), опишем из точки О (центр вращения кулака) окружность
произвольного радиуса (рис. 168). Окружность (или часть ее) делим на части
соответственно числу делений на оси абсцисс графика; перенумеровав деления, про¬
водим через них радиусы-векторы 01, 02 и т. д., на которых откладываем соот¬
ветствующие ординаты — положения центра ролика; соединяя концы отложенных
ординат плавной кривой, получим геометрическое место точек центра ролика ве¬
домого звена.
Описывая из этих центров окружности радиусом, равным радиусу ролика, по¬
лучим искомый профиль кулака как огибающую всех взятых положений окруж¬
ности ролика1.
1 Практически эта задача может быть решена в процессе производства применением
фрезы (а затем шлифовального круга) с диаметром, равным диаметру ролика. Перемеще¬
ние оси фрезы при этом должно в точности соответствовать перемещению ведомого
звена.
141
Следует иметь в виду, что наименьший радиус кривизны вогнутого участка
кулака должен быть всегда больше радиуса ролика; наклон касательной к любой
точке кулака (работающей на подъем ведомого звена) не должен превосходить 35°.
Прямолинейно перемещающийся кулак
Построение профиля этого кулака (рис. 169) производится совершенно анало¬
гично предыдущему.
Если построение профиля кулаков производить, откладывая на ординатах
01, 02 (рис. 168) величины перемещения кулака (не учитывая перемещения точки
касания ролика), то при качении по кулаку ролика радиуса г будет получаться
ошибка в движении ведомого звена, величина которой с достаточной точностью
определится следующим образом:
Дѵ=^
Sin 04 sin а
где а—угол наклона касательной к расчетному радиусу-вектору.
Лучше всего определение данной ошибки производить графически в большом
масштабе.
Коноид
Коноид можно представить как тело, состоящее из бесконечного числа тон¬
ких кулаков, насаженных на общую ось вращения (рис. 170). Вращая коноид 1
пропорционально одному из аргументов и перемещая его вдоль оси пропорцио¬
нально другому аргументу, можно сообщить ведомому звену перемещения, про¬
порциональные функции этих двух аргументов.
Рис. 169. Прямолинейно перемещаю- Рис. 170. Схема коноида,
щийся кулак.
Коноид может в некоторых случаях заменить сложный счетно-решающий ры¬
чажный механизм. Если функция не может быть выражена ни одной из про¬
стейших математических кривых, то коноид является незаменимым.
Изготовление коноидов весьма сложно и дорого. Кроме того, они довольно
быстро изнашиваются вследствие того, что ведомая деталь (щуп 2) не может иметь
касания с коноидом с помощью ролика (благодаря двум движениям коноида это
было бы бесполезно) и обычно кончается закруглением небольшого ^радиуса, что
вызывает большое удельное давление и износ коноида.
Небезынтересно остановиться на одном из наиболее употребительных методов
изготовления коноида. По имеющемуся расчету заготовка коноида засверливается
сверлом, конец которого заточен по сфере с радиусом, равным радиусу щупа.
После того как ряд отверстий засверлен по расчету, излишек металла спиливается
или снимается фрезерованием, пока засверленные углубления не станут весьма мел¬
кими. Далее засверливается еще ряд промежуточных углублений. Затем коноид
опиливается вручную, пока засверленные (контрольные) углубления не сравняются
с поверхностью („механическая интерполяция"). Если коноид должен подвергаться
термической обработке, то на последующую шлифовку оставляется припуск. Про¬
верка коноида производится индикатором, конец щупа которого также заточен по
сфере того же радиуса, как и щуп коноида.
142
Профили плоских кулачков
1. Архимедова спираль. Наиболее простым и удобным для изготовле¬
ния является кулачок с профилем по архимедовой спирали (рис. 127). Поэтому
такого рода кулачки имеют наибольшее применение в приборах. Одна из кон¬
струкций показана на рис. 171 (7 — спиральный кулак; 2—ролик; 3—ось ролика;
4—тяга к визирной призме; 5 — ползун; 6 — направляющая ползуна; 7 — руко¬
ятка; 8 — шкала; 9— индекс).
Уравнение спирали в полярных координатах
г = -^--‘р» (73>
где t= const — шаг спирали (приращение радиуса-вектора за 1 оборот спирали);
г—радиус-вектор к данной точке;
? — угол между полярной осью ОХ и радиусом-вектором (угол в
радиальной мере).
Угол между радиусом-вектором и касательной к спирали
tga=^l = ï^ =
& dr ady
Рис. 171. Отсчетный механизм с плоским
кулачком.
Рис. 172. Спираль Архимеда
где а=і‘
Окончательно
=-4^« (74)
Длина поднормали
ОМ’ = = const. (75)
Для построения касательной к спирали в данной точке 714 соединим М с О,
отложим ОМ' = перпендикулярно ОМ, соединим точку М' с точкой 7ИГ при¬
чем ММ' будет нормалью* а отрезок АВ | ТИТИ' будет касательной к спирали.
а) Зависимость между углом поворота спирали и перемещением точки
касания, 1) Точка М перемещается по прямой NN', проходящей через центр
спирали (рис. 173, а). Из уравнения (73)
с *
(76)
где Sj — расстояние точки М до центра спирали О; ср — угол между полярной
осью спирали и прямой NN', т. е. угол поворота спирали относительно NN'.
148
Или иначе
S = S1-50 = 2^ (?1-ф0), (77)
где <р0 — начальный угол поворота спирали; So — начальное положение точки М на
прямой Л/7Ѵ'.
Из формул (76) и (77) видно, что перемещение точки М по прямой NN' на¬
ходится в прямой линейной зависимости от угла поворота спирали, т. е. равным
углам поворота спирали соответствуют равные перемещения точки М.
2) Точка М перемещается по прямой, не проходящей через центр спирали
{рис. 173, б). Пусть расстояние между прямой и центром спирали О равно
АО = Ь. Перемещение точки М отсчитываем от точки A; AM = S.
Через точку О проведем прямую || NN'.
Введем обозначения
</XONv = ср; ^NrOM = </OMN' = Дер; ОМ = г.
Из чертежа имеем
Рис. 174. Перемещение
касающейся прямой.
Рис. 173. Зависимость между углом поворота
спирали и перемещением точки касания.
Как видно, в этом случае перемещение точки М по прямой NN' уже не на¬
ходится в прямой линейной зависимости от угла поворота спирали Д, т. е. рав¬
ным углам поворота спирали соответствуют различные пути, проходимые точкой М.
Величина ошибки перемещения точки М вследствие смещения прямой NNr отно¬
сительно центра спирали выражается формулой
= [(?+*?) cos Д? — ?]• (79)
Это уравнение может быть решено относительно Дер лишь приближенно пу¬
тем разложения в ряд cos Дер.
При малых значениях Ь (до 2О°/о от шага) и больших углах поворота ср спи¬
рали (бтс и более) можно пользоваться следующими приближенными формулами:
(80)
д? = ±. (81)
Формулу (81) можно применять для расчета допусков на центрировку кулач¬
ковых механизмов.
б) Зависимость между углом поворота спирали и перемещением касающейся
прямой АВ. Прямая АВ перемещается по прямой AW', оставаясь все время
перпендикулярной к ней (рис. 174). Введем обозначение: ОС = S.
Выражение для определения переменного зазора Д5 может быть дано в форме
AS = -^-[(?-|-A?)cosA<p — <р]. (82)
Это уравнение, так же как и (79), может быть решено или разложением в ряд,
или графически.
144
в) Зависимость между углом поворота спирали и перемещением центра
касающейся окружности. Центр окружности перемещается по прямой, про¬
ходящей через центр спирали. Радиус окружности — (рис. 175, а).
1. Внешнее касание. Угол поворота спирали отсчитывается от прямой NN'
(АВ — общая касательная). Введем обозначения
0.0 = 3^
ОМОі = 90° 4-
ZTC
Из ОМОі
S2 = R2 -|- а2 (ср 4- А?)2 + (ср -|- Дер) sin о;
<р + А?
sin о = ----- ■■■ -- -•
■J/1 + (? т А?)
Обозначив ср-|-Д<р через [3, получим
₽. + a.?+2S11JLr.
У х I Г
Из того же треугольника имеем
(83)
(84)
s=-^
sin Дер
Из (86) и (87) окончательно получаем
По формуле (85), зада¬
ваясь вспомогательным углом
Р == ср Дер, находим угол Дер.
Затем строим график измене¬
ния Дер в зависимости от ср (в
интересующем нас промежутке).
Подставляя в формулу (84)
ряд значений ср и соответст¬
вующих им Др (из графика),
найдем ряд значений S в зави¬
симости от ср.
Переменный зазор Д5 ме¬
ждуокружностью и спиралью на
прямой NN' в зависимости от
ç определяем по формуле
Д5 = 5 — (86)
1
1+
Рис. 175. Перемещение центра, касающейся
окружности.
По формуле (86) можем вычислить график изменения Д S в зависимости от ср.
2. Внутреннее касание (рис. 175,6). Аналогично получим
sin Дср = 1 -- ■■ - - ; (87)
<88>
д5 = (89)
[При малом угле Дер в формулах (84), (85), (87) и (88) можно полагать
sin Дер = Др]._
Эксцентриситет спирали создает ошибки, близкие к синусоиде, и может рас¬
считываться, как и в случае эксцентриситета окружности.
10 М. Я- Кругер и Б. М. Кулижнов 145
Из выведенных формул видно, что при касании окружности со спиралью пе¬
ремещение центра окружности (ролика) по линии NN’ не вполне пропорционально
углу поворота спирали ср (пропорционально ср-(-Дер). Ошибка тем больше, чем
больше радиус ролика R и чем ближе ролик находится к центру спирали (чем
меньше ср).
Ошибка может быть исключена, если изготовление спирали будет производиться
фрезой с диаметром, равным диаметру соприкасающегося ролика. То же относится
и к шлифовке спирали.
В других случаях следует стремиться пользоваться роликами малого диаметра
и участками спирали, удаленными от ее центра (ср > 6 — 8к), так как, при увеличе¬
нии ср, Дер асимптотически приближается к нулю.
2. Логарифмическая спираль. Уравнение спирали
г = аетѵ (т > 0).
При ср = 0, г=ОА (рис. 176).
При ср —> — оо , г —► 0, полюс О есть асимптотиче¬
ская точка, к которой при отрицательном ср спираль
приближается все более и более, никогда ее не достигая.
Касательная РТ образует с радиусом-вектором ОР
в любой точке Р постоянный угол о — arc etg т.
Полярная поднормаль:
ON = г ctg g — rm.
Полярная поднормаль
PN = гѴ 1 -4- ni- = -г- ■
г 1 sin а
Полярная нормаль равна радиусу кривизны р в
точке Р.
Длина дуги, считая от точки Р, при приближении
другой концевой точки к полюсу стремится к зна¬
чению
Рис. 176. Логарифмическая
спираль. т, е. к длине полярной подкасательной РТ.
Если логарифмическая спираль катится по пря¬
мой без скольжения, то ее асимптотическая точка описывает другую прямую*
наклоненную к первой под углом 1/2тс — а.
Кулачки данного профиля применяются в дальномерах, высотомерах, прицель¬
ных приборах для преобразования неравномерной шкалы (пропорциональной ло¬
гарифму дистанции или высоты) в равномерную.
Передача осуществляется либо с помощью гибкой стальной ленты, связы¬
вающей два кулачка (рис. 239), либо с помощью ролика (щупа), либо кулачки
имеют зубья (кулачные шестерни, рис. 215).
3. Спиральный кулак. Здесь кривая имеет вид канавки, нанесенной на
цилиндрической поверхности (рис. 177).
При вращении трубы 1 оправы 2 и 3 получают продольное перемещение
благодаря штифтам 4 и 5, входящим в паз кривой Е Такая конструкция .применяется
для перемещения линз панкратической системы.
Имея график, на котором по оси х-ов от/южены углы поворота трубы 19 а
по оси J/-OB — линейные перемещения линз, поступают следующим образом. Для
облегчения изготовления одну из кривых выпрямляют, задаваясь при этом либо ее
углом подъема, либо, имея диаметр трубы, максимальным углом поворота трубы.
1 Для предупреждения быстрого износа на штифты надевают ролики или сухарики.
Последние делаются немного бочкообразной формы ввиду кривизны паЗа, по которому
они двигаются.
146
Тогда и вторая кривая, связанная функционально с первой, также получит иную
кривизну (обычно становится также более отлогой).
Для того чтобы не нарезать кривую изнутри, конструкцию выполняют по
рис. 177. Трубу 1 берут с несколько меньшим внутренним диаметром. Канавку
протачивают снаружи (не насквозь). Затем на трубу 1 плотно насаживают трубу 6
и соединяют их заклепками. После этого внутренний диаметр протачивают до
нужного размера, открывая канавки. Применяют также сквозные канавки.
Конструкция трубы может быть выполнена и по рис. 178.
Механизм мальтийского креста
Система мальтийского креста служит для получения прерывистого вращатель¬
ного движения от равномерно вращающегося привода. Четырехлопастный мальтий¬
ский крест является важнейшим кинематическим звеном лентопротяжного механизма
киноаппаратов стационарного типа.
Рис. 178. Труба панкратики. Рис. 179. Мальтийский крест.
Найдем общие законы движения мальтийского креста (рис. 179). Вокруг
точки А вращается палец С, который во время части своего пути заходит в шлиц
креста и поворачивает его на определенный угол. Когда палец не зашел еще
в шлиц, крест удерживается в своем положении шайбой D, входящей в вырезы креста Е.
Введем следующие обозначения (рис. 180):
г = АС — радиус окружности пальца экцентриковой шайбы;
R — BC—радиус мальтийского креста;
а = АВ — расстояние между осями;
а — угол, образуемый г и а (частный случай: а0 — для начального положения
механизма);
р— угол, образуемый R и а (частный случай: ро— для начального положения
механизма);
у — угол, образуемый г и R (частный случай: у0 — для начального положе¬
ния механизма);
ѵА—окружная скорость точки С относительно А = const;
— окружная скорость точки С относительно В;
œA = vAfr — угловая скорость г = const;
wB = -uB/'R— угловая скорость R;
£ — угловое ускорение;
ср — Ро — Р— угол, пройденный R;
t—время в секундах.
10
147
Угол а является функцией времени t. Угол а0 — а можно определить как про¬
изведение угловой скорости а>А на время і, отсюда
а = а0 — <aAt. (90)
Угол ро определяется, выбранным типом мальтийского креста. В киноаппара-
туре применяется исключительно четырехлопастный мальтийский крест с радиаль¬
ным захватом, для которого р0 = 45°.
Угол, пройденный R, равен ср = [30— [S.
Из схемы (рис. 181) выводим
$ = arc etg
(92)
По теореме синусов
г sin ya
а —
Sin 00
Рис. 180. Схема к’расчету кинематики
мальтийского креста.
Обозначим
г = —1— = С.
sin (30
С
CLrcasct
Рис. 181. Дополнительная схема к
расчету кинематики мальтийского
креста.
Отсюда
р = arc etg
С— Г COS а
sin а
? — ?>о — arc ctS
С — COS а
sin а
(93)
(94)
что для четырехлопастного мальтийского креста с радиальными шлицами дает
A ггО ± 1,41 COS CL
ср = 45 — arc etg —-—; (95)
‘ & sin а ѵ 7
Угловая скорость
С COS а—1
0,5 = B^2cosa+~’ (96)
для четырехлопастного мальтийского креста с радиальными шлицами
1,41 cos а — 1 /П7\
“в —0>д • з _ 2^8284 cos а ' ( '
Угловое ускорение
е , С sin а (С2 — 1) /ОйЧ
h = œA2-^2_2cosa+;)2, (98)
для четырехлопастного мальтийского креста
> 2 1,41 sin а
ІВ ~ “А ’ (3 — 2,8284 cos а)2 ’
Грейфер
Грейфер, так же как и мальтийский крест, сообщает прерывистое движение
кинопленке. Характер движения фильма несколько отличается от движения фильма
мальтийским крестом. Время транспорта в грейфере, применяемом в кинопередвиж¬
ках, равно 1І3 времени прохождения кадра.
148
Мальтийский крест состоит из четырех самостоятельных переключающихся
элементов; последовательно участвующих в перемещении фильма. Значит, устой¬
чивость кадра зависит от равноценности отдельных элементов. При грейфере ка¬
ждый кадр переключается одним и тем же элементом. Вследствие этого грейфер
исключает источник ошибок, имеющийся в мальтийском кресте. Вследствие же
того, что движение производится всегда одним и тем же звеном, износ выше,
чем в механизме мальтийского креста.
Кулачок грейфера кинопередвижки ГОМЗ. Этот механизм
(рис. 182 и 183) относится к замкнутым кулачковым механизмам. Профиль кулака
(кулачок Вольфа) (рис. 183) ймеет вид равностороннего дугового трехсторон-
Рис. 182. Схема движущего механизма
грейфера.
Рис. 183. Кулачок грейфер¬
ного механизма.
ника с закругленными углами. Центр вращения вала совпадает с центром
дуги закругления. При равномерном вращении кулака в течение г/3 обо¬
рота его (120°) рамка А перемещается в направлении NN (на величину,
2R sin 60° = /?), в течение следующих 60° поворота кулака она остается непо¬
движной, в следующую х/3 оборота она с
той же скоростью возвращается в исход¬
ное положение, в следующие 60° пово¬
рота— опять стоит и т. д.
При движении рамки вниз гребенка
(вилка) своими зубьями ведет фильм, при
обратном движении рамки (вверх) изо¬
гнутая шайба отводит гребенку из па-
far
60^}
"\0 -60° -60°
60° ос
ч:
о зо' во°90°і2іГі5(Гі8(ггііггштззіізеоу
Рис. 184. График пути рамки Грейфера.
зов рамки, заставляя ее двигаться вне пути фильма.
Кривая пути рамки грейфера представляет собой укороченную синусоиду,
как показано на графике пути (рис. 184; ср — угол поворота кулака). Скорость
движения рамки (а стало быть и кинопленки) выразится как
= со R sin а,
где R — радиус кулака; а — угол поворота ведущего радиуса-вектора R (как мы
уже указывали выше, а изменяется от 0 до ± 60°); œ — угловая скорость враще¬
ния кулака (в радианах/сек.).
Ускорение
<w = со2 R cos а.
Механизмы для тонкого передвижения тубуса
микроскопа (микромеханизмы)
На рис. 185 изображен наиболее распространенный шестеренчатый микро¬
механизм микроскопов типа Мейера, а на рис. 186—микромеханизм полевого био¬
логического >микроскопа.
149
На рис. 187 изображен механизм металлографического микроскопа (ВООМП).
Ми крометренный механизм микроскопа системы Мейера
(рис. 185). Механизм рассчитан так, что одному обороту барабана приближенно)
соответствует перемещение тубуса, равное 0,1 мм, Шкала отсчетного барабана имеет
50 делений. Цена деления 2ji.
Данный
щение тубуса пропорционально
этого угла.
механизм имеет некоторую теоретическую ошибку \ так как переме¬
не углу поворота отсчетного барабана, а синусу
Связь между углом ср поворота барабана и
перемещением Н ' тубуса микроскопа выражается
формулой
а)
Рис. 185. Микромеханизм нормального
штатива микроскопа.
Рис. 186. Микромеханизм портативного полевого
биологического микроскопа.
или, пренебрегая вторым членом ввиду его малости,
И = г • sin — ,
п
(99)
п — передаточное число между барабаном и сектором
Z^Zq 60-60-208 /LQQ Q
” ~ ~ 12-12-12 ’ '
1 Расчет ошибок данного механизма произведен Б. М. К у л и ж н о в ы м.
150
Число оборотов барабана—15 оборотов в ту и другую сторону от среднего
положения.
Однако шкала отсчетного барабана равномерная, что предполагает перемеще¬
ние тубуса Н, пропорциональным углу поворота барабана, т. е. расчетная формула
имеет вид
(10°)
Рис. 187. Микромеханизм металломикроскопа.
Отсюда теоретическая ошибка отсчета Л/7 перемещения -тубуса >
Д/7 = Н — = г-sin sin4 — г ~ • (100а)
(В приведенных формулах углы поворота барабана от среднего положения вверх
следует считать положительными, а вниз — отрицательными).
Определим величину теоретической ошибки на протяжении одного оборота
•барабана и ее изменения от оборота к обороту.
Положим в формуле (99) ср — наибольший угол поворота барабана вправо от
среднего положения.
Повернув барабан на угол ср — 2к (на один оборот меньше), получим (пренебре¬
гая вторым членом)
Wi = r.sin^. (101)
Вычитая равенство (101) из равенства (99) после соответствующих преобразо¬
ваний, получаем величину перемещения тубуса при последнем обороте барабана
h — И — Нл~ 2г sin — cos-—- . (102)
1 п п ѵ 7
Теоретическая ошибка в отсчете перемещения тубуса за один оборот барабана
h = И — = 2г sin cos ]
Результаты подсчетов по этой формуле сведены в табл. 36. Из табл. 36 выте¬
кает, что не следует пользоваться крайними оборотами барабана, где теоретическая
ошибка достигает 1,5 jjl.
151
Общая ошибка механизма складывается из следующих элементов: 1) теоре¬
тической ошибки, 2) погрешности длины рычага г, 3) погрешности зубчатой пере¬
дачи, 4) смещение гнезда М относительно
Таблица 36
Теоретические ошибки перемещения тубуса
за один оборот барабана
прямой ААг в плоскости чертежа
(рис. 185, я) и (рис. 185,(5).
а) Расчет допуска на длину г
рычага. Пусть размер г имеет до¬
пуск Дг.
Полагаем в формуле (102)
Sin—= —; (103)
п п ’ \ /
ЛЦ-AAj = (г-|~ Дг)?^- cos •
ДА = Дг — cos -—— ;
1 п п
л ДЛі
о к СР — т
2 — cos —
п п
(ДА зависит также от номера
рота барабана).
б) Расчет допуска на величину
смещения гнезда М от вертикали
зависимости, от величины смещения
Номер оборота
барабана
h мм
ДАр
12
0,0984
—1.6
11
0,0987
—1,3
10
0,0989
—1Д
9
0,0992
-0,8
8
0,0993
—0,7
7
0,0995
-0,5
6
0,0997
-0,3
5
0,0998
-0,2
4
0,0999
—0,1
3
0,0999
-0,1
2
0,1000
—0
1
ОД 000
0
п
(104)
(105)
обо-
ААѴ Ошибка ДА на один оборот барабана в
гнезда М=т. [Если ААГ правее М, то т берется со знаком (-}-), если левее, то
со знаком (—)].
А . 2кг / © — к \ 2кг т . ср — к
ДА = cos - 1 - sin -
п \ п ) п е е
В этой формуле первый член представляет собой теоретическую ошибку от¬
счета, а второй член — ошибку отсчета вследствие допуска т. Задаваясь допу¬
ском ДА, имеем
(106)
2кг [cos (ср—к — 1)] — ДАп2
2кг sin (ср — к) е
(107)
в) Допуск на эксцентриситет сектора. Величина эксцентриситета е. При пол¬
ном обороте сектора (чего фактически не бывает) расстояние между осью трубки
и геометрической осью начальной окружности сектора изменялось бы от +
до "Ь ^2 —е*
Возьмем наихудший случай — наименьшее расстояние между указанными осями
при крайнем верхнем положении сектора. При повороте сектора расстояние -j-
4- R2 — е будет увеличиваться, т. е. будет появляться радиальный зазор а, при¬
ближенно выражающийся следующей формулой:
а = е (1 — cos а),
(108)
где а — угол поворота сектора.
Полагаем боковой зазор b между зубцами равным радиальному зазору а.
Боковой зазор в угловой мере равен
Да = -^—(1 —cos а). (109)
■гѵнач
Отсюда погрешность перемещения тубуса выразится формулой
Д/У = — гДа = ~— г(1 —cos а) (НО)
■^нач
или, заменяя а через (3 —, имеем
пі
4Н= (111>
где р — наибольший угол поворота сектора от среднего положения.
152
Погрешность перемещения тубуса вследствие эксцентриситета сектора за один*
оборот барабана будет.
<1І2>
Следовательно, общая погрешность механизма за один оборот барабана:
2тег / ср — те . \ ти2тег ср — те 2тс ср — те
— cos — 1 sin1 Дг — cos
= '-± " F—ô— —+
1 £ О
2тег . / ср — те\
sin 3 — 1
I / п \ п )
* L 4
(113)
где 1 — теоретическая ошибка;
2 — ошибка вследствие смещения гнезда М относительно АА±;
3 — ошибка вследствие допуска Дг на длину г;
4 — погрешность вследствие эксцентриситета е сектора.
Таким образом, зная теоретическую ошибку отсчета и применяя формулу (113),
можно подобрать допуски Дг, т и е так, чтобы общая максимальная погрешность
не превышала допустимой величины.
Допуск Дг берется положительным для компенсации теоретической ошибки,,
которая всегда отрицательна.
Л?нач. сект •— 31,5 ММ.
Из табл. 37 видно что при данных допусках общая ошибка не превышает.'
цены деления 2jx.
Таблица 37
Результаты вычислений по формуле (113)
Ошибки в микронах
Номер оборота
барабана
1-й член тео-
рет. ошибки
2 й член (±0,8)
З-й член (0,1)
4-й член (0,2)
Общая ошибка
1 отсчета зп 1
оборот бара¬
бана
12-й (вправо) .
—1,51
±0,86
1
±1,43
+0,004
-0,94
+0,78
0-й (средний) .
0,00
0,00
+1,45
+0,11
+1,56
12-й (влево) .
-1,51
±66
+1,43
+0,22
—0,72
+1,00
Приведенный метод расчета может быть применен для расчета допусков ана¬
логичных механизмов.
36. Рычажные механизмы
Суммирующие механизмы
Этот вид механизмов основан на том свойстве рычагов, согласно которому
при подъеме какой-либо точки рычага 4 (рис. 188, я), находящейся на расстоянии а
от точки опоры, на величину х19 другая его точка Д, находящаяся на расстоянии b
от этой же точки опоры, поднимется (или опустится) на величину -~ = h1. Де¬
лая поочередно какую-либо из двух точек рычага точкой опоры, а другую в то же
время поднимая (опуская) на заданную величину, мы в какой-либо третьей точке
получим общий подъем, пропорциональный алгебраической полусумме подъемов
первых двух точек. При этом точка А двигается по прямолинейным направля¬
ющим.
153
На рис. 188, б дана схема рычажного механизма для суммирования трех сла¬
гаемых.
Г еометрическое сложение может быть получено помощью пантографа
(см. ниже).
Рис. 188. Схемы рычажных суммирующих механизмов.
Множительные механизмы
Эти механизмы основаны на свойствах подобных треугольников 1 (рис. 189).
Из чертежа
Рис. 189. Схема множительного
механизма („зетового").
Рис. 190. Схема синусного коорди¬
натора.
Изменяя сомножители хг и х2 или знаменатель дроби х2, получим соответ¬
ственное изменение величины Ь.
Механизмы, вводящие тригонометрические функции
1. Синусный механизм. Плоский синусный механизм дает возможность
получать проекцию вектора г на некоторое направление АВ.
На рис. 190 изображен синусный механизм — координатор,—применяемый для
преобразования полярных координат в прямоугольные. Синусный механизм может
быть выполнен и дискового типа (рис. 232).
Пример конструктивного оформления синусного механизма показан на рис. 191.
2. Тангенсный механизм. Этот механизм решает зависимость вида:
1) Z> = #tga; 2) a-—arctg^-.
1 Множительный механизм данного вида носит название „зетового".
154
Схемы тангенсных механизмов даны на рис. 192. В схеме по рис. 192, б угол а
не должен превосходить 45° ^если ведущей является деталь 7).
Параллелограм
Параллелограмом называется рычажно-шарнирный четырехзвенный механизм,
у которого противоположные стороны равны и параллельны между собой (рис. 193).
Это свойство параллельности сторон сохраняется
при изменении углов между ними.
Параллелограм часто применяется для передачи
угловых перемещений там, где требуется большая
точность этой передачи и величина передаваемого
угла не превосходит 90° -н 100° (z±z 45°-н 50°), счи¬
тая за начальное положение угол 90° (между звеньями).
Параллелограм может работать и в диапазоне
углов 100°—120°, но в этом диапазоне точность угло¬
вой передачи значительно уменьшится.
Точность передаваемых углов зависит от точно¬
сти выполнения (равенства) противоположных сторон
параллелограма и отсутствия зазоров в шарнирных
сочленениях.
Лучше всего одно из противоположных звеньев
сделать регулирующимся по длине. Обычно регули¬
рующимся делают одно из четырех звеньев, выдержи¬
вая длины у другой пары с достаточной степенью точ¬
ности. Конструкции регулируемых устройств показаны
на рис. 193, а и б.
а — регулирование с помощью промежуточного
стержня 7 с левой и правой резьбой на концах,
закрепляемого контргайками 2; пределы регулирова¬
ния могут быть весьма значительными.
б — регулирование с помощью эксцентриковой
втулки 7, могущей быть повернутой в головке тяги 2;
после установки расстояния между осями отверстий
ОО± втулка штифтуется.
Последнее устройство является более компакт¬
ным, но пределы регулирования не могут быть сде¬
ланы большими из-за значительного увеличения при
Рис. 191. Пример конструктив¬
ного оформления синусного
механизма:
1 рукоятка; 2 — ось; 3 — коническая
шестерня; 4 — малая коническая ше¬
стеренка; 5—ходовой винт; 6—маточ¬
ная гайка; 7 — направляющая гайки;
8—сухарь; 9 — ось сухаря; 10—ку¬
лиса, перемещающаяся в направляю¬
щих 13; И — шкала; 12 — индекс. При
вращении рукоятки 1 винт 5 переме¬
щает гайку 6 на величину г. При по¬
вороте всего механизма вокруг оси
ООі на угол а кулиса 10 передвинется
на величину г sin а (г cos а).
этом головки тяги. Обычно
пределы регулировки не делают больше +2—3 мм.
Рассмотрим ошибки в передаваемом параллелограмом угле, вызываемые нера
считая & = &!, имеем
а — аг — §а,
a sin ср = sin ср1#
(114)
155
Подставляя а1 = а-\-Ъа и ср3=<р-|“8ср и перенося правую часть влево, по¬
лучим
а sin ср — (a-j-8éz)sin(cp-]-8f) = O. (115)
Раскладывая sin (ср 4~ Sep) в Ряд и опуская члены второго и высших порядков,
находим
a sin ср — (а 4~ Sa) (sin ср -ф- Sep • cos ср) = 0. (116)
Раскрывая скобки и сокращая, получим
а8ср cosep'—8а sin ср— 8а8ср cos ср = 0. (117)
Меняя знак и опуская член второго порядка малости, получаем окончательно
представим эту формулу в следующем виде:
8? = ~tg? (119)
(начальный угол œ0 = 0 при угле между звеньями 90°).
Эта формула наглядно подтверждает высказанное нами раньше соображение
о значительном росте ошибки при угле ср больше 45°—50°.
Сделаем численный пример: зададимся а = 100 мм
8а = аг — а— 0,2 мм;
передаваемый угол ср — ср0 = 45°.
Подставив в формулу (119) данные значения, получим
8? = ті^-0,707 = 0,0014.
1UU
Зазоры в шарнирных сочленениях вызывают мертвый ход, величина которого
растет с ростом угла ср.
Пантограф
Пантограф представляет собой четырех- или шестизвенный рычажный механизм,
позволяющий воспроизводить в некотором масштабе плоские (или пространственные)
кривые и получать их геометрическое сложение.
Если один конец пантографа закреплен шарнирно в точке А (рис. 194), то
при движении другого его конца (точки В) центр шарнира С воспроизведет в мас¬
156
штабе АС[АВ пространственное движение точки В. Тогда С всегда должна лежать
на линии АВ.
Если при этом будет двигаться и точка Д, то движение точки С воспроизве¬
дет геометрическую полусумму или полуразность движений точек А и В. Если
закрепить шарнирно точку С, то движение точки В будет пространственно повто¬
рять движение точки А в масштабе ABfAC.
Рис. 194. Схема пантографов.
Указанные свойства пантографа, наряду со сравнительной простотой, обеспе¬
чивают ему широкое применение в копировальных устройствах, различных построи-
тельных механизмах и т. п.
Различные конструкции пантографа даны на рис. 195, 196, 197.
Рис. 195. Конструкция пантографа с изменяемым масштабом.
При конструировании следует иметь в виду, что всегда CD = EF и СЕ = DF.
В пантографе, изображенном на рис. 195, масштаб можно изменять, изменяя
расстояния л^иур При закрепленной точке О масштаб выразится отношением
* + *1==.У+.Уі
■И Уі
При закрепленной точке С\ масштаб
Уі 9
знак (_) показывает, что точка О будет двигаться в обратном к движению точки О2
направлении.
157
Если
-L- У
Уі ’
то масштаб получится различным по двум перпендикулярным направлениям.
На рис. 196 изображен построительный механизм (пантограф) турельного при¬
цела. Точка О. может смещаться из центрального положения на некоторую вели¬
чину. Точка О2 (мушка прицела) по
(точка О закреплена).
На рис. 197 изображена курсовая
головка (механизм-пантограф) зенитного
прицела, служащая для откладывания
вектора скорости цели. Вектором ско¬
рости цели здесь является величина
ОО2 смещения центра О1 ползуна 2
Рис. 197. Курсовая головка векторного
зенитного.прицела с применением механизма
пантографа.
Рис. 196. Пантограф авиацион¬
ного турельного прицела.
с помощью винта 7. Эта
слева, передается шарику
ОО2 , ' X
(с обратным знаком).
величина рычажным пантографом, схема которого дана
О/, который копирует движение точки О в масштабе —
ГЛАВА XII
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
37. Общие сведения
Зубчатые передаточные механизмы являются основными и наиболее распростра¬
ненными механизмами для передачи движения (с заданным отношением угловых
или линейных (скоростей) как в общем приборостроении, так и в оптико-меха¬
нических приборах.
В отличие от общего машиностроения, в оптико-механическом приборостроении
зубчатые передачи в большинстве случаев предназначаются для передачи незначи¬
тельной мощности при весьма высоких требованиях к точности передачи.
Второй особенностью является то, что в оптико-механических приборах часто
приходится применять передачу с большим передаточным числом, с весьма малыми
числами зубьев и малыми модулями. Применение зубчатых пар с большим переда¬
точным числом вызывается требованиями: точности передачи (так как чем меньше
звеньев в кинематической цепи, тем, понятно, меньше ошибки и мертвые хода),
габарита и веса.
158
В зависимости от взаимного расположения осей колес в пространстве раз¬
личают следующие виды зубчатых колес:
1) цилиндрические колеса— оси вращения колес параллельны;
2) конические колеса — оси вращения колес пересекаются;
3) винтовые колеса — оси вращения колес перекрещиваются.
В зависимости от профиля зубьев различают:
1) колеса с эвольвентным профилем, т. е. с профилем зуба, очерченным эволь¬
вентой (разверткой окружности), и
2) колеса с циклоидальным профилем, т. е. с профилем зуба, очерченным^
циклоидальными кривыми.
По направлению зубьев колеса делятся на прямозубые, косозубые, с кри¬
волинейными зубцами, шевронные.
В настоящей главе мы рассмотрим элементы эвольвентных зубчатых зацеплений,
применяемых в оптико-механических приборах, а также вопросы ошибок в зуб¬
чатых передачах и рациональную конструкцию последних, обеспечивающую умень¬
шение вредного влияния ошибок изготовления зубчатых колес.
Преимущества эвольвентного зацепления по сравнению с другим применяемым
в точной механике зацеплением—циклоидальным — заключаются в следующем:
1) простота и удобство изготовления методом обкатки;
2) большая прочность зубьев, так как ширина зуба в опасном сечении (у осно¬
вания) наибольшая;
3) возможность изменения в некоторых пределах расстояния между центрами
без нарушения правильности зацепления (при этом лишь увеличивается боковой
зазор между зубьями, уменьшается продолжительность зацепления и увеличивается
угол зацепления);
4) возможность работы каждой шестерни с любой шестерней той же
серии;
5) возможность осуществления передачи без мертвого хода.
Отметим также и недостатки эвольвентного профиля по сравнению с циклои¬
дальным:
1) больший износ, вызываемый большим удельным давлением,
2) более быстрое нарушение правильности зацепления при износе.
В оптико-механических приборах'Ьрименяются исключительно шестерни, профиль
зуба которых построен на эвольвенте1.
По вопросу выбора модуля для зубчатых колес приборов можно высказать
следующие соображения.
1. В связи с незначительными усилиями и скоростями движения в большинстве
приборов расчет зубчатых колес на прочность зубцов обычно не производится.
Модуль выбирают исходя из диаметра меньшей шестерни пары, т. е. из сооб¬
ражений получения неподрезанных зубцов.
Для обеспечения большей плавности и точности зацепления и большего коэфи-
циента одновременности желательно, чтобы число зубцов малой шестерни не было
близким к низшему пределу и в то же время чтобы прочность зубца была доста¬
точной.
2. Малые модули (от 0,5 и ниже) приводят к необходимости выдерживания
расстояния между осями колес с большой точностью, что является невыгодным.
3. В особо ответственных случаях следует производить расчет зубцов на
прочность.
Расчет производится по методам, принятым в общем машиностроении. Следует
также рекомендовать в тех случаях, когда нагрузка на зубцы велика,
а также для уменьшения износа в ответственных передачах, калить зубцы. Особенно
хорошо зарекомендовала себя поверхностная закалка зубцов токами высокой
частоты.
В заключение сообщаем модули зубчатых колес, применяемых в механизмах
типовых приборов.
1 Геометрия эвольвентного зацепления не приводится, так как она изложена в соот¬
ветствующей литературе по зубчатым зацеплениям (Дикер Я. И., Эвольвентное зацепление,
1935; Кетов X. Ф., Эвольвентное зацепление, 1934, и др.).
159
№№
по пор.
Цилиндрические шестерни
Модуль
1
Микромеханизм микроскопов
0,3 мм
2
Кремальера тубуса микроскопа (рейса и трибка) . .
0,4 .
3
Внутренние отсчетные и приводные шестерни (цилин¬
дрические, конические и червячные) прицелов морской
артиллерии
0,8—1 мм
4
Червячная передача горизонтального поворота головки
в артиллерийской панораме
Следует отметить, что модуль 1 мм является наиболее
применяемым (особенно в военных приборах).
1 мм
5
Зубчатые передачи силовых приводов и отсчетных
передач, работающих с большой нагрузкой крупных и
средних приборов
(В ответственных передачах подвергаютс калке).
1,5—2,5 мм
Таблица 38
Допускаемые напряжения на изгиб у неме¬
таллических зубчатых колес
V
м/сек
Rb
кг/мм2
V
м/се*
Rb
кгімм2
V
м/сек
Rb
кг/мм2
0,50
3,15
3,0
1,84
8,0
1,40
0,75
2,85
3,5
1,75
8,5
1,38
1,00
2,63
4,0
1,68
9,0
1,36
1,25
2,45
4,5
1,62
9,5
1,35
1,50
2,31
5,0
1,58
10,0
1,33
1,75
2,20
5,5
1,59
11,0
1,31
2,00
2,10
6,0
1,50
12,0
1,28
2,25
2,02
6,5
1,47
13,0
1,27
2,50
1,95
7,0
1,44
14,0
1,26
—
—
7,5
1,42
15,0
1,25
Неметаллические (текстолито¬
вые) зубчатые колеса рассчитывают
на прочность по формуле
£окР < Rb тЬУ кг>
где —модуль;
b — ширина зубчатого колеса
(длина зуба) в миллиметрах;
V — коэфициент, зависящий от
числа и формы зубьев;
Rb — допускаемое напряжение на
изгиб для некорригирован-
ных зубьев
Rb = 4,2 + 0,25 ) кг!мм2.
В табл. 38 приведены значения Rb для разных окружных скоростей ѵ м/сек.
Значения коэфициента у даны в табл. 39 Ч
38. Цилиндрические зубчатые колеса
Эвольвентный профиль цилиндрических зубчатых колес характеризуется
выбранным углом зацепления или углом профиля зуба рейки (или червячной фрезы),
служащей для нарезания зубьев шестерни методом обкатки. Такая рейка носит
название основной рейки. 20-градусная система зацепления принята как основная
ОСТ 8089.
Причинами выбора этой системы являются следующие преимущества 20-гра¬
дусного зацепления:
1) минимальное число зубьев колеса, нарезаемого способом обкатки, для
20-градусной системы равно 14, а для 15-градусной — 25;
2) удельное давление и удельное скольжение, а отсюда и износ зубьев колес
20-градусной системы меньше, чем зубьев 15-градусной;
3) зубья при 20-градусной системе являются более прочными, чем при 15-гра¬
дусной.
15-градусная система не исключается: один из ее видов — колеса с высоким
зубом — может быть принят для часовых и затворных механизмов, где требуются
колеса малых модулей и допустима или желательна работа колес с большим
боковым зазором.
1 Проф. Я. М. X а й м о в и ч, „Машиностроитель" № 4, 1936.
160
Следует иметь в виду, что 15-градусная система с боковым зазором допу¬
скает в большой степени увеличение расстояния между осями колес без нарушения
правильности зацепления.
Таблица 39
Значения коэфициента у
Число
зубьев
колес а
14Ѵ2°
и 15°
эволь¬
вента
20° эволь¬
вента,
нормаль¬
ный зуб
20° эволь¬
вента,
укорочен¬
ный зуб
Пара зубчаток с внутренним
зацеплением, 20° эвольвента
Малая зуб¬
чатка с наруж¬
ным зубом
Большая
зубчатка с
внутренним
зубом
12
0,210
0,245
0,310
0,327
13
0,223
0,260
0,324
0,327
—
14
0,235
0,274
0,339
0,330
—
15
0,245
0,289
0,348
0,330
—
16
0,254
0,295
0,361
0,333
—
17
0 264
0,301
0,367
0,342
—
18
0,270
0,307
0,377
0,348
—
19
0,275
0,314
0,384
0,358
—
20
0,282
0,350
0,392
0,364
—
21
0,298
0,327
0,398
0,370
—
22
0,292
0,330
0,405
0,372
—
24
0,298
0,334
0,414
0,383
—
26
0,308
0,345
0,423
0,392
—
28
0,314
0,352
0,430
0,398
0,690
30
0,317
0,358
0,436
0,405
0,678
34
0,327
0,370
0,446
0,411
0,660
39
0,332
0,383
0,455
0,424
0,644
43
0,339
0,395
0,462
0,430
0,628
50
0,345
0,408
0,474
0,436
0,613
60
0,354
0,420
0,484
0,446
0,597
75
0,361
0,434
0,496
0,452
0,581
100
0,367
0,446
0,505
0,461
0,565
150
0,374
0,458
0,518
0,468
0,550
300
0,383
0,471
0,534
0,477
0,534
Рейка
0,389
1
0,484
0,550
—
—
Терминология и обозначения приняты по ОСТ 8089 (к обозначению А — рас ■
стояние между осями — добавлены индексы До и Аѵ для различия расстояний
между осями нулевых и фау-передач).
Элементы эвольвентного зацепления даны на рис. 198.
ОСТ 1597 принят следующий ряд модулей: 0,3—0,4—0,5—0,6—0,7—
0,8—1,0—1,25—1,5—1,75-- 2,0—2,5—3-3,5—4—4,5—5—5,5—6—6,5—7—8—
0—10—11—12—13—14—15.
Основные обозначения и зависимости для цилиндрических прямозубых колес
с боковым зазором даны в табл. 40, а для таких же колес без бокового зазора —
в табл. 41.
Корригирование
Фау -зацеплением1 называется такая коррекция (исправление) эвольвентного
зацепления с целью получения зацепления без бокового зазора (т. е. без мертвого
хода), которая достигается сдвигом режущего инструмента по направлению центра
нарезаемой шестерни без уменьшения или увеличения высоты зубьев против нор¬
мальной (нулевой) шестерни. Высота зуба и всех колес h = 2,2 т.
Другим преимуществом, которое дает такая коррекция зубьев, является воз¬
можность изготовления методом обкатки шестерен с меньшим количеством зубьев,
чем при обычном профиле, без подрезки зубьев.
1 „Фау“ — начальная буква слова Verschiebung (сдвиг).
И М. Я. Кругер и Б. М. Кулижнов
161
Коэфициент сдвига червячной фрезы Д — символ приращения расстояния между
осями.
Для приборостроения данная система является до известной степени универ¬
сальной, так как она дает возможность рассчитать передачу без бокового зазора
при нормальном расстоянии между центрами колес.
Одной из важнейших положительных сторон системы является то, что все
колеса системы как нормальные, так и корригированные (фау-плюс и фау-минус-
Угол зацепления
Глубина захода h3
зацепления
Основной шаг
ОкруЖностЬ впадин
Узловой шаг
Дум
зацеплений
Начальная
окруЖностЬ
Основная
скруЖностЬ
Линия
зацепления \
Полюс
зацепления
Длина
зацепления
Коренвзу
РадиалЬнаи
азор
Активней цоотилЬ
Рис. 198. Элементы эвольвентного зацепления.
Рабочий
просрало
Ширина
впадинЫ
Телщина зуба
Окруэкносгп
вЫступо^
Шаг
зацепления
ВЫсота ауба
ВЬюота
ноЖки зуба
ВЬісота
головки зуба
колеса) нарезаются одним и тем же нормальным инструментом. Высота зуба к
у всех колес равна 2,2 т. Только у неметаллических зубчатых колес (например,,
текстолитовых) рекомендуется высоту зуба брать равной 1,8 т.
В зависимости от типов колес, входящих в передачу, зубчатые передачи под¬
разделяются на следующие группы.
1. Чисто нулевые (нормальные) передачи, состоящие из двух
нулевых (нормальных) колес (или рейки и колеса) и применяемые во всех тех слу¬
чаях, когда по конструктивным данным можно обойтись колесами, имеющими
числа зубьев Z^14.
162
2. Фау-нулевые передачи, состоящие из фау-плюс-колеса (меньшее
колесо) и фау-минус-колеса (большее колесо) с одинаковым по величине, но
противоположным по направлению сдвигом инструмента: Aj — Д2 = 0.
Таблица 40
Обозначения основных элементов и формулы для расчета цилиндрических
зубчатых колес с прямым зубом для передач с допускаемым боковым зазором
Название элементов
Обо¬
значе¬
ние
Формулы или другие
указания
Модуль . . .....
т
Выбирать из ОСТ 1597
Шаг
t
t = щ (7г = 3,14)
Число зубьев
Z
—
Диаметр делительной окружности
dd
dd = Zm
„ окружности выступов
De
De = (Z + 2,2) m
„ „ впадин
Di
Высота зуба
h
h = 2,2/Zt
головки
h'
h' = m
„ ножки
h"
h" = 1,2/и
Длина зуба
b
Толщина зуба по делительной окружности
S
S = (Ш
Радиальный зазор ... ...
C
C = 0,2m
Угол профиля
a
œ = 20°
Расстояние между осями
A
Л=0,5 (Zj 4- Z2 + 0,8) m
Величина сдвига инструмента определяется по малому колесу. Фау-нулевая пе¬
редача возможна только в том случае, если 4“ Z2>28. Она применяется в том
случае, когда расстояние между осями передачи должно быть нормальным, т. е.
Л Z* -|- Zo
т.
3. Фау-передачи, которые могут
состоять :
1) из нулевого колеса (или рейки) и
фау-плюс-колеса;
2) из двух фау-плюс-колес;
3) из фау-плюс-колеса (меньшее) и фау-
минус-колеса (большее), если сдвиги инстру¬
мента для обоих колес не равны по абсо¬
лютной величине. Величина сдвига инстру¬
мента для фау-минус-колеса в этом случае
определяется в зависимости от заданного
расстояния между осями и числа зубьев фау-
плюс-колеса, сцепляющегося с ним, но не
больше 1.
Рис. 199. Обозначения основных элемен¬
тов цилиндрического зубчатого колеса.
Фау-передачи применяются:
1) когда число зубьев малого колеса Zx < 14;
2) когда Zx < 14 и Z2 < 14;
3) когда при заданных модуле, передаточном отношении и расстоянии между
осями, пользуясь нулевой или фау-нулевой передачей, нельзя получить передачу
без бокового зазора.
Фау-передачи рекомендуется применять только в тех случаях, когда нельзя
обойтись применением нулевой или фау-нулевой передачей. Фау-передачи данной
системы при применять не рекомендуется.
11* 163
Таблица 41
Обозначения основных элементов и формулы для расчета цилиндрических зубчатых
колес с прямым зубом для передач без бокового зазора
Названия элементов
Обо¬
значе¬
ния
Формулы или другие указания
Нулевое
колесо
Фау-плюс-колесо
Фау-минус-
колесо
Модуль
т
Выбирать из ОСТ 1597
Шаг
t
(іг = 3,14)
Число зубьев
Z
От 14 до оо
От 7 до 13
15 и больше
Коэфициент сдвига червячной
фрезы
д
Д = 0
д-14~7
17
Д, но не боль¬
ше (—1)
Сдвиг червячной фрезы ....
V
^=0; Ѵ=Дт
Диаметр делительной окружно-
сти
ад
dd = Zm
Диаметр окружности выступов .
De
De~(Z+2)m
D* = (Z+2+2A) m
De = (Z 4-
4-2—2|Д|)т
„ „ впадин . .
Di
Di-tf-
— 2,4) т
D^(Z-2A +
4-2Д)т
Z)f = (Z —2,4-
— 2 1 Д|) т
Высота зуба
h
h = 2,2m
„ головки
„ ножки
h'
h"
h' = т
h=12m
I + I
1 ^ = (1,2 —Д)т 1
h'-(\ - |Д|)т
|ft"-(l,2+|â|)m
Длина зуба
b
b > 4m
Толщина зуба
S
S-0,5t
S = 0,5/4" 0,728Am
S-0.5Z —
— 0,728 |Д|ш
Угол профиля
a
a = 20°
Расстояние между осями нуле¬
вой и фау-нулевой передач . . . .
Расстояние между осями фау*
передач
. . Л I ( + Аг)т
Av=A^kv Ао, или Аѵ = Л04 г
Коэфициенты смещения осей
фау-передач
или А=уі + І3й
Rv кѵ V
при расчете передачи для точно заданного расстояния
Примечания. 1. В некоторых особых случаях,
между осями, коэфициент А = *4 для Z < 14 может быть увеличен до 0,5.
2. Формула А <14 является поверочной при расчете фау-минус-колес: она устанавливает предел сдвига,
абсолютная величина которого не должна превышать —fÿ-а также не Д°лЖна превышать ( 1).
3. В расчетных формулах для определения De, h*, h" и 5 для фау-минус-колес символ (А) означает
абсолютную величину А (т. е. без учета знака). à ~ п „лл™>ггті»рниымИ чиякями
4. В формулы для определения k и А коэфициенты А. и Д3 должны входить ДсОс^
[А, соответствующее фау-плюс-колесу, входит со знаком (+), а соответствующее фау-минус-колесу со зна
ком ( — )].
164
На детальных чертежах, кроме размеров, определяющих геометрическую форму
колеса, даются значения величин: т, Z, dd, De, h, а (см. обозначения на рис. 199
и 200).
Угол зацепления а=15°.
Мп
Диаметр начальной окружности Dt==z 0,06-
Толщина зуба = 1,89Ms=l ,89 —5
cos іа п0 начальной
Мп окружности
ширина впадины t2=l,25Ms — lt25 •
Диаметр внутренней окружности Ds-5,04Ch.
Сдвиг фрезы А о=0,6Мп = 0,24.
Спиралъ левая.
Ф ау-зацепление.
Мп-0,4; z=13\ $ = 13°.
Эксцентричность 0 6,7 qqq не более 0,02.
Материал — Ст. У10.
Рис. 200. Трибка кремальеры микроскопа (фау-зацепление).
Передачи с внутренним зацеплением (рис. 201). Могут приме¬
няться при передаточных числах, начинающихся с 1: 2 и меньших.
Так как окружность выступов большого колеса при нормальной высоте го¬
ловки пересекает линию зацепления в точке, лежащей вне касания ее с основными
окружностями, допустимая высота головки зуба hr большего ко¬
леса делается меньше нормальной и вычисляется по формуле
Рис. 201. Схема
внутреннего за¬
цепления.
Здесь Z2— число зубьев большого колеса.
Цилиндрические зубчатые колеса со спираль¬
ными зубьями
Условия зацепления у колес со спиральными зубьями
лучше, чем у колес с прямыми зубьями, а изготовление их
весьма просто осуществляется методом обкатки, так как у ше¬
стерен со спиральными зубьями применяют исключительно эвольвентное заце¬
пление. Шестерня, имеющая правую спираль, должна сцепляться с шестерней, имею¬
щей левую спираль.
Спиральные колеса следует применять там, где передача осуществляется с боль¬
шим передаточным числом, с малым числом зубьев у малых шестерен, а также при
реечном зацеплении, когда требуется иметь возможно более плавное и равномерное
зацепление или когда необходимо, чтобы быстроходные передачи имели по возмож¬
ности спокойный и бесшумный ход.
Коэфициент перекрытия спиральных зубьев
• b 0
s = e„+ ~t ctg₽ ,
(120)
где — коэфициент перекрытия такой же шестерни с прямыми зубьями.
Неправильности в профилировании и неравенство шагов у спиральных зубьев
значительно меньше влияют на точность и плавность передачи, чем у колес с пря¬
мыми зубьями.
165
Благодаря наклону линии соприкасания зубьев под углом подъема спирали р
нормальное давление на зуб у спиральных шестерен выше, чем у шестерен с пря¬
мым зубом, т. е.
Рис. 202. Обозначения основных элементов
конических зубчатых колес.
Рп = -^-~ ,
п S1Î1 Р ’
где Р—окружное усилие на колесе.
Относительная потеря на трение
в спиральных колесах
В = + . (121)
smp \Z1 ' Z^i 2 v ’
Вследствие наклонного направле¬
ния нормального давления Р возникает
осевое усилие Ра = P ctg р (рис. 202).
Поэтому угол р не делают больше 30°
(от 10 до 30°).
39. Конические зубчатые колеса
(с прямыми зубьями)
Обозначения основных элементов
и формулы для расчета этих колес
(рис. 203) приведены в табл. 42.
Профиль зуба эвольвентный, с
углом наклона образующей а = 15°.
Таблица 42
Обозначения основных элементов и формулы для расчета конических зубчатых
колес (при 6 = 90°) у
Названия элементов
Обозна¬
чения
Формулы или другие указания
Модуль . .
т
Выбирать из ОСТ 1597
Шаг .... •
t
t = ТС /л (к = 3,14)
Число зубьев
Z
Выбирать в зависимости от
даточного числа и шага
Диаметр начільной окружности
d
d — Zm
„ наружной „
De
De = (Z -f- 2 cos a) m
„ внутренней „
Di
Di — (Z — 2,333 cos a) m
Угол начального конуса
a
Z
£ «i = y J a2 = 90° — «1
„ выступа зуба
8
x o 2 sin a
tg₽=-y-
„ впадины
T
tgy= 1,2 tg?
„ внешнего конуса
?
<P = a+ 3
„ внутреннего „
Ф
<P=a —y
Длина образующей начального конуса ....
L
L —
2 sin a
» зуба
b
Размеры h, h' и h”
Те же, что и в цилиндрических колесах
166
Для колес, оси которых расположены под углом 8, углы определяются фор¬
мулами
ctgai=zbr+ctg8 и ctga*= zâW+ctgîl
При вычерчивании детальных чертежей
конических зубчатых колес необходимо ука¬
зать, кроме размеров, определяющих гео¬
метрическую форму колеса, значения вели¬
чин т, d, De, Z, a, p, y, L и k.
Пример детального чертежа приведен
на рис. 204.
1. Биение по начальной окружности относи¬
тельно 0 15А не более 0,01.
2. Биение торцов „а" и „Ь“ относительно 0 13А
не более 0,01.
3. Чернитъ до нарезки зубцов.
4. Острые кромки притупить R=0,3. Мате¬
риал—Ст. 50. ГОСТ В-1050-41.
РиСф 203. Рабочий чертеж конического зубчатого
колеса.
Рис. 204. Обозначение элементов и на¬
правления действия сил в спиральном
зубчатом колесе.
40. Винтовые зубчатые колеса
Винтовыми зубчатыми колесами (рис. 205), как мы уже указывали, называются
цилиндрические зубчатые колеса со спиральными зубьями, служащие для передачи
между перекрещивающимися осями (оси винтовых колес не лежат в одной пло¬
скости).
Рис. 205. Схема винтовых передач.
Передача винтовыми колесами обладает рядом существенных недостатков,
ограничивающих ее применение. Передаточное число ограничивается величи¬
ной 4:1.
Винтовые колеса быстро изнашиваются, так как удельное давление на зубьях
получается весьма большим. Вследствие этого их можно применять только для
передачи незначительных усилий (примерно вдвое меньших, чем у цилиндрических
колес).
Направление спиралей на обеих сцепляющихся шестернях должно быть либо
правым, либо левым, от этого будет зависеть знак передаточного числа.
167
При исследовании распределения усилий в Битовых зубчатых колесах обычно
пренебрегают работой трения качения, а учитывают лишь гораздо более значитель¬
ные силы трения, возникающие от скольжения зубьев друг по другу в продоль¬
ном направлении.
Если нормальное давление на зуб
/Ѵ = -Д—
sin 0
(рис. 204), то сила трения между зубьями равна pN, где р.<—коэфициент трения.
Так как сила трения всегда реактивна, то она направлена в сторону, обратную
относительному движению зубьев ведущего колеса (рис. 206). Сила N и сила pN
дают равнодействующую , направленную под углом трения р (tg р = р.) к нор¬
мали N.
Составляющие Рг и Р2
ставляют собой окружную
N
силы 'C0Sp -, перпендикулярные к осям вращения, пред¬
силу трения на колесах, а составляющие Аг и А2— осе-
Рис. 206. Схема действия сил
в передаче винтовыми коле¬
сами.
вые усилия.
Тогда для ведущей шестерни: окружное усилие
(₽>“₽)• <122)
осевое усилие
•4i = ^jrsln<P>-<’); <123)
для ведомой шестерни: окружное усилие
p2 = 7^rcos^ + p)’ (124)
осевое усилие:
л2 = 7Б?Г8іп(02 + р)- (125)
Таким образом распределение усилий в винтовой передаче при передаче ок¬
ружного усилия Р2 на ведомой шестерне выразится следующими уравнениями:
р.=р.- X’Siri ■ <126>
■ (127>
Д 2 = ^2 tg (?2 + р)« (128)
Если учитывать лишь потерю от трения, происходящую вследствие относитель¬
ного скольжения зубьев вдоль по их образующим, то коэфициент полезного дей¬
ствия передачи т]0 выразится
cos (р2 + р) cos fa = 1 — р tg fa
*° cos (Рі — р) cos fa 1 — р tg fa *
(129)
Отсюда видно, что к. п. д. зависит от угла наклона зубьев. Диаграмма рис. 2,07
показывает зависимость с. п. д. от угла наклона зубьев при перекрещивающихся
под прямым углом осях ([fa 4- [fa = 90° — наиболее часто встречающийся случай)
и |ь = 0,1. Наилучший к. п. д. получается, когда [fa = (fa. Продолжительность за¬
цепления неисправленных шестерен — около 2.
Увеличение ширины зуба за область зацепления бесполезно. При угле между
осями 90° наилучшей является ширина колеса, равная окружному шагу, т. е. b = /.
168
Для спиральных колес с параллельными осями передаточное число пропорцио¬
нально диаметрам (числам зубьев); спираль для одного колеса — правая, для дру¬
гого — левая.
Для винтовых колес с перекрещивающимися осями и равным^ диаметрами пе¬
редаточное число зависит от угла наклона спирали (рис. 205) .
г = £2Ц1 2 3-. (130)
COS Pi \ /
Для винтовых колес с перекрещивающимися осями и одинаковым углом на¬
клона зубьев передаточное число пропорционально диаметрам (числам зубьев).
Часто встречается частный случай, когда угол между перекрещивающимися
осями 8 = 90°; тогда при равных диаметрах колес углы наклона зубьев следует
брать по табл. 43.
Таблица 43
Углы наклона зубьев для винтовых колес с перекрещи¬
вающимися осями ври 8 = 90°
Переда¬
точное
число
і
Угол наклона
зубьев
Переда¬
точное
число
і
Угол наклона
зубьев
Ведущее
колесо
Ведомое
колесо
Ведущее
колесо
Ведомое
колесо
1:1
45°
45°
2:2
74° 3'
15°57'
2:3
56°19'
33°41>
1 :4
75°58/
14° 2'
1:2
63°26'
26°34'
2:9
77°36'
12°24'
2:5
1 :3
68°12'
71с34'
21°48/
18°26'
1 :5
78°41'
11°19'
Передаточное число для колес с перекрещивающимися осями и равными диа¬
метрами следует брать в пределах от 1 : 1 до 1 : 5, для всех остальных случаев
от 4 : 1 до 1:5. Угол наклона колес
с перекрещивающимися осями в случае,
если кажДое из них попеременно то
ведомое, то ведущее, берется равным
45°.
Зависимость между углом наклона
зубьев колес с перекрещивающимися
осями и направлением вращения указана
на рис. 205.
УглЫ спиралей fi ведущей шестерни
Рис. 207. Диаграмма к. п д. винтовой
передачи.
3,50, Фаука 1'45*
фЗ,вЛ
Фаска 1*45
Dt*59,39Câ
Увалеацелл
20*>
Сцепляется
с дет.24!
4=90°
Мп=! -
Ms-f,414
$-45°
z=42
24С~~4
&
в
1. Биение начального диаметра 0 59,39СА относительно'
0 24А не более 0,02.
2. Биение торцов „а" и „Ъ“ относительно 0 24А не
более 0,02.
3. Чернить до нарезки зубцов.
4. Острые углы притупитъ R—0,3.'4
Материал — Ст. 50. ГОСТ В-1050-41.
Рис. 208. Рабочий чертеж спирального колеса.
Обозначения основных элементов и формулы для расчета спиральных колес
приведены в табл. 44.
При вычерчивании детальных чертежей спиральных колес необходимо указы¬
вать числовые значения величин mni Z^ р, d, De и Di9 а также — правая или
левая спираль у колеса.
Пример вычерчивания детального чертежа спирального колеса приведен на
рис. 208.
169
Таблица 44
Обозначения основных элементов и формулы для расчета спиральных колес
Названия элементов
Обозна¬
чения
Формулы или другие указания
Передаточное число
і
t = е COS Р2 _
П2 ~ COS ₽! Z1
(п— число оборотов)
Модуль (для шага по нормали) ....
Выбирать из ОСТ 1597
Шаг (по нормали)
іц.
1 <п — Мп = 3,14)
1
Угол наклона 1 Ведущее колесо
зубьев J ведомое
Pl
₽2
Оси колес параллельны:
Оси колес перекрещиваются:
31 > 32; Зі + ₽2 = s (5 — Угол между7
осями)
Шаг по торцевой поверхности
ts
t
s COS P
Число зубьев
z
Выбирается в зависимости от пе¬
редаточного числа, угла, спирали
и шага
Диаметр начальной окружности . . .
d
d = Zmn _ Zt$
cos р к
Шаг винтовой линии зуба
S
S = dit ctg 3
Диаметр наружной окружности ....
De
De = d + 2mn
Диаметр внутренней окружности . . . |
Di
Di = d — 2-l,?mn
Высота зуба
h
h=2,2mn
Высота головки
h'
h'= mn
Высота ножки
h"
h" = l,2mn
Ширина колеса
b
Длина зуба
*1
h __b
1 COS P
41. Червячные передачи
Обозначения основных элементов и формулы для расчета червяка и червяч¬
ного колеса (рис. 209 и 210) приведены в табл. 45.
Рис. 209. Схема и обо¬
значения элементов чер¬
вячного колеса.
Рис. 210. Обозначения элементов
червяка.
Рис. 211. Элементы невыключающегося
червяка.
Фаска Ц$*45?, ф6*$
1М7Ч175,
Г
9АН-
0-
1
Отв. центрѣ
А7Н27-45
в
Рис. 212. Элементы выключающегося
червяка.
фЮА3
ПА7
и
I-—
54А
- 74А.-
Фаска 0,5*45
fS.4’2 РазРез тАА
Фаска 0,5*45° WA
А/
Сцепл сдет.244
^^5
Просрило peabffbi М 5 -7
4.712
М-15
0С-5°2!'
п-1
2М8*0.75
Отд центр
АВН27-45
Обработка W7, кроме мест
показанных особо
1. Биение начальной окружности
Dt = 16Cz, 0 13Т, 14Т и 15Т относи¬
тельно 0 18Т не более 0,03.
Перекос шпоночного паза отно¬
сительно оси 0 13Т не более 0,05.
Острые углы притупить до
R~0,03.
Рис. 213. Рабочий чертеж червяка.
Профиль червяков, постоянно находящихся в зацеплении с червячным колесом
(рис. 211), — трапецоидальный, с углом профиля в 30° (угол зацепления а =15°).
Профиль периодически включаемых червяков (рис. 212), находящихся в за¬
цеплении под действием специальной пружины, во избежание заклинивания обычно
берется .соответствующим профилю метрической резьбы (2а = 60°).
Для особо точных передач с выключающимся червяком рекомендуется брать
2а = 40°.
171
Таблица 45
Обозначения основных элементов и формулы для расчета червяка и червячного
колеса
Название элементов червяка и червяч¬
ного колеса
Обозна¬
чения
Формулы и другие условия
Передаточное число
і
Выбирается от 1:5 до 1 :оо; і =
= n:Z, где п — число заходов
червяка, Z — число зубьев червяч¬
ного колеса
Ход винтовой линии
S
S = nt, где п — число заходов,
t— шаг
Угол подъема винтовой линии
3
5
tgp = ; для самотормозящей
передачи 3 < 5° при шариковых
и 6° при обычных подшипниках
Диаметр начальной окружности червяка
d
« - <-Э.14>
Диаметр наружной окружности червяка
de
de = d + 0,6/; de = e + 2Л"
Диаметр внутренней окружности червяка
di
di — d — W'
Длина червяка
L
£ = 2/(VZ+ 1), где z — число
зубьев колеса
Расстояние между осями червяка и чер¬
вячного колеса
A
A-d+D
A~ 2
Число зубьев колеса
Z
Берется в зависимости от переда¬
точного числа, но не менее 28
Диаметр начальной окружности колеса
(в средней плоскости колеса)
D
Диаметр наружной окружности колеса '
(в средней плоскости колеса) 1
De
De = D + 2Л'
Диаметр внутренней окружности колеса
Di
Dt = D - 2А"
Угол охвата колеса
I
В неотсчетных силовых передачах
берется по формуле
* 2с*
tgS d + 12/
с округлением до 10°, в отсчетных
передачах <; 60° т
Наружный диаметр по краю колеса
D„
Da = А - + 0,06/) cos
Значение коэфициента С
z
28
35
45
55
65
75
85
c
19
21
23
25
26
28
29
172
На детальных чертежах червячных колес необходимо указывать величины
ty Z, D, De, Dh £)н, Л и ô, a также t, S, d и a и отмечать „левый*, „двухзаход-
ный* и т. п. для червяка.
При вычерчивании детальных чертежей червяка необходимо указывать число¬
вые значения величин а, Z, S, d и de, указывать „левый*, „двухзаходный* и т. щ
и, если чертеж детали мелкий, давать в увеличенном масштабе профиль червяка.
На рис. 213 и 214 даны рабочие чертежи червяка и червячного колеса.
1. Биение начальной окружности Dt—45Ci и торцов „а" и „в"
относительно 0 27А не более 0,03.
2. Перекос шпоночных пазов относительно оси 027 А не более 0,07.
3. Чернитъ до нарезки зубцов.
5. Острые углы притупитъ R0,3.
4. При необходимости торец „а” подрезать при сборке Мате"
риал — Ст. 50. ГОСТ В~1050-41.
М=7,5
Z^80
t^4,71Z
~~Ût=45G3
Нарезка правая
Сцепляется с д 190
Рис. 214. Рабочий чертеж червячного колеса.
Вместо кулачков, связанных между собой лентой (рис. 239), для такого
рода передачи в последнее время применяют передачу некруглыми зубчатыми
колесами (зубчатые кулачки) (рис. 215).
дально-
Рис. 215. Схема передачи зуб¬
чатыми логарифмическими ку¬
лачками в конверторе
мера.
42. Материалы и формы зубчатых колес
Материалом для изготовления зубчатых колес
служат латунь, бронза, конструкционная сталь, не¬
ржавеющая сталь, текстолит, фибра (для бесшум¬
ных передач).
Латунь применяется для зубчатых колес, со¬
вершающих небольшие движения под малой на¬
грузкой. Для изготовления небольших тонких шесте¬
рен идет листовая латунь (мунц). Применение латуни
вместо стали вызвано главным образом ее лучшей
обрабатываемостью (меньший износ режущего инстру¬
мента), а также большей сопротивляемостью коррозии.
Бронза применяется главным образом для из¬
готовления винтовых и червячных колес, когда тре¬
буется, чтобы трение и изнашивание были наименьшими. Бронзовое колесо должно
работать в паре со стальным колесом (червяком).
Из стали изготовляют, как правило, шестерни с меньшим числом зубьев,
трибки, червяки и все остальные виды зубчатых колес при передаче ими значи¬
тельных усилий, а также во всех случаях, когда не требуется антикоррозийность
и т. п. Протяжкой (волочением) из пруткового материала изготовляются также
трибки. Различные формы зубчатых колес и их крепление показаны на рис. 216.
173
На рис. 218, ау б показаны разрезные шестерни, половинки которых могут
быть при сборке повернуты относительно друг друга для уничтожения мертвого
Рис. 216. Формы зубчатых колес.
хода. Этот поворот может быть также достигнут помещением между половинками
шестерен (рис. 218, в) пружинки, стремящейся их повернуть. Такие конструкции
Рис. 217. Двойная шестерня
не всегда целесообразны ввиду их сложности, ненадеж¬
ности и быстрого износа.
43. Конструкции зубчатых и винтовых
передач
Зубчатые передаточные механизмы в зависимости
от их назначения можно разбить на следующие группы:
1) с постоянным передаточным числом;
2) с изменяемым (скачкообразно) передаточным
числом (коробки скоростей);
3) с изменением знака передаточного числа (ревер¬
сивные передачи);
4) диференциалы, служащие для сложения (вычитания) угловых и линейных
перемещений;
5) с переменным передаточным числом (передача некруглыми шестернями).
Рис. 218. Конструкции разрезных шестерен.
По требованиям к точности изготовления различают
неотсчетные передачи.
Передачи, работа которых связана с измерительным
должны быть выполнены с наиболее высокой точностью.
Вопросы точности изготовления и работы зубчатых
ниже.
также отсчетные и
отсчетом в приборе,
передач рассмотрены
174
Выключающийся червяк
Если требуется осуществить передачу без бокового зазора, то должна быть
предусмотрена возможность изменения расстояния между осями колес при сборке,
или же сцепляющиеся колеса (колесо и червяк)
должны быть постоянно прижаты друг к другу си¬
лой пружины. Типичным представителем такой
конструкции является выключающийся червяк. Наи¬
более распространенная конструкция изображена на
рис. 219 (7—корпус прибора; 2— эксцентриковый
подшипник; 3— червяк; 4 — шайба; 5—пружинный
подпятник; 6 — пружина, поджимающая эксцентри¬
ковый подшипник; 7 — индекс; 8 — неподвижная
втулка; 9 — упорное кольцо; 10—15—рукоятка с от¬
счетным барабаном).
В данной конструкции изменение расстояния
между осями колеса и червяка достигается тем, что
подшипник 2 червяка сделан эксцентричным и на¬
ходится под действием пружины 6, стремящейся по¬
вернуть его и тем самым прижимающей червяк
к колесу. Величина эксцентриситета подшипника
около 0,6/ червяка. Осевой люфт червяка уничто¬
жается применением пружинного подпятника 5. Такой
подпятник, при достаточной упругости, не закручи¬
вается при вращении червяка (как это обычно про¬
исходит со спиральной пружиной) и, таким образом,
не вызывает обратного поворота (смещения) червяка.
Главным же назначением эксцентрикового подшипника
(так же как и остальных двух) является возмож¬
ность расцепления червяка с колесом для освобо¬
ждения последнего. Данная конструкция не исклю-
Рис. 219. Конструкция выклю¬
чающегося червяка.
чает возможности появления мертвого хода вследствие люфта
в подшипнике червяка, благодаря чему червяк при своем
вращении может накатываться на червячную шестерню и
люфт в подшипнике колеса (см. ниже о причинах мер¬
твого хода в червячных механизмах).
В тубусе микроскопа для получения зацепления без игры
(рис. 220) рейка 1 сделана пружинящей и закреплена на
концах. Подшипник трибки сделан эксцентричным (рис. 220, я).
Поворотом подшипника можно сблизить трибку с рейкой.
Диференциалы
Зубчатым диференциалом называют механизм — систему
зубчатых колес, с помощью которого можно производить сло¬
жение (вычитание) угловых и линейных перемещений.
Рис. 220. Кремальера грубого^движения микроскопа.
175
Применяются: 1) плоский диференциал (планетарная передача); 2) конический
диференциал; 3) реечный диференциал; 4) червячный диференциал; 5) диференциал
•Рис. 221. Планетарный механизм
шкалы прицела.
Рис. 222. Схема планетарной
передачи с внутренним заце¬
плением.
с винтовыми колесами (с перекрещивающимися осями); 6) диференциал со спи¬
ральными колесами (с параллельными осями).
1. Плоский диференциал
(планетарная передача) может быть с
внешним (рис. 221) или с внутренним
(рис. 222) зацеплением. От остальных
зубчатых диференциалов (кроме червяч¬
ного) он отличается тем, что переда¬
точные числа в нем можно варьировать.
Передаточное число от вала 7 к валу 3,
если Z2 = Z4 :
223. Схема конического диференциала.
если Z2 =# Z4:
Рис. 224. Конструкции конических диференциалов.
176
от вала (колеса) 2 к валу 3:
^1^4
<^2-^3
г -
Рис. 225. Схема реечного диференциала.
Конструктивное оформление плоских диференцизлов весьма разнообразно.
2. Конический диференциал (рис. 223 и 224) состоит из двух кони¬
ческих шестеренок 7, 2 и
одной, чаще двух, малых ко¬
нических шестеренок 5, 4,
называемых сателлитами.
Вращая вал 5 при не¬
подвижной вилке 6, полу¬
чим вращение вала 7 в
обратном направлении (пере¬
даточное число і — — 1);
вращая вилку 6 с сателли¬
тами при неподвижном ва¬
лике 5, получим вращение
частью будет вилка 6, то передаточное число от обоих валов /=1:2. Сателлиты
7 и 2 должны плавно вращаться на осях и не иметь осевого люфта. Это дости¬
гается подрезкой торцов б сателлитов или осей детали 4. Качественное зацепление
конических пар достигается подрезкой торца а сателлитов и торцов в оси сател¬
7 с передаточным числом /=2. Если ведомой
вала
Рис. 226. Схема червячного диференциала.
Рис. 227. Конструкция червячного диференциала пулеметного прицела:
7 — рукоятка; 2— шкала дистанций; 3—маточная гайка червяка; 4 — ходовой винт червяка; 5 — червяк;
6 — червячный сектор; 7 — поводковая втулка; 8—шпонка; 9 — шкала углов места.
литов. Конический диференциал является наиболее компактным из такого рода
суммирующих механизмов. При малом числе зубьев Z у шестерен (7, 2) угловая
ошибка и мертвый ход на ведомом валу могут достигать 30' ч- 1°.
3. Реечный диференциал служит для суммирования линейных величин.
Он состоит из двух зубчатых реек и сцепленной с ними цилиндрической шестерни
12 М, Я Кругер и Б. М. Кулижнов 177
(рис. 225). Перемещая поочередно каждую из реек, мы получим перемещение
оси шестерни, равное алгебраической полусумме перемещений реек, либо переме-
Рис. 228. Схема диференциала с двумя червяками.
щая одну из реек и катя по ней шестерню, получим перемещение второй рейки
с передаточным числом 4 =
Рис. 229. Схема диференциала
с винтовыми колесами.
— 1 и z2 = 2.
4. Червячный диференциал. Червячным
диференциалом может быть червячная пара при до¬
статочной длине (числе витков) червяка. Червячный
диференциал всегда выполняется необратимым, т. е.
Рис. 230. Схеѵа диференциала
со спиральными колесами.
ведомым всегда является червячное колесо. Два независимые движения червяка
(вращение и перемещение его вдоль оси) одинаково сообщают угловое вращение
колесу (рис. 226).
Рис. 231. Рациональная конструкция червячного лимба.
На рис. 227 показана конструкция червячного диференциала пулеметного
прицела.
Диференциал с двумя червяками (рис. 228) может производить суммирование
четырех слагаемых.
178
Перемещение оси колеса при вращении червяка будет равно -у, где s — ход
винтовой линии червяка; а п — число оборотов червяка. При осевом перемещении
червяка передаточное число такое же,
как и в случае реечного диферен-
циала.
5. Диференциал с вин¬
товыми колесами (оси пере¬
крещиваются) (рис. 229) аналогичен
червячному диференциалу. Благодаря
свойствам винтовых колес, о кото¬
рых говорилось выше, этот дифе¬
ренциал применяется, как правило,
в неотсчетных передачах. Он со¬
стоит из двух винтовых колес Zx
и Z2, причем ширина подвижного
колеса Z2 делается больше нормаль¬
ной на величину подвижки. |[Пере-
движение колеса вдоль оси на ве¬
личину / вызовет дополнительный
поворот колеса на угол
6. Диференциал со спи¬
ральными колесами (оси 'па¬
раллельны) (рис. 230) может при¬
меняться в ходовых и отсчетных
передачах. Одно из колес (любое)
получает перемещение I вдоль оси
(например на шпонке), благодаря
чему другое колесо получает допол¬
нительный поворот
?=І È . 360°.
т nd
Рациональная конструкция чер¬
вячного лимба дана на рис. 231.
Червячный лимб с приспособ¬
лением для коррекции ошибок, вы¬
званных эксцентриситетом червячной
шестерни, показан на рис. 232. При
эксцентриситете ошибка в отсчете
углов будет иметь вид синусоиды,
характер которой зависит от вели¬
чины отношения эксцентриситета к
радиусу начальной окружности ше¬
стерни. В описываемом приспособ¬
лении использован один из видов
синусных механизмов — диск, имею¬
щий возможность устанавливаться
ііод различными углами к оси вра¬
щения лимба, на который опирается
ползун А. Перемещения ползуна А Рис. 232. Червячный лимб с приспособлением для
пропорциональны его удалению от коррекции ошибок, вызываемых эксцентриситетом
оси вращения диска В, углу на- червячной шестерни.
клона диска £ и синусу угла пово¬
рота диска ср от начального положения, т. е. положения, при котором ползун А
лежит на оси наклона диска. Таким образом
а—ZHgpsin ср.
179
b в данном механизме постоянно и характеризует собой выбранный масштаб
перемещений ползуна Л; р изменяется в зависимости от линейной величины
эксцентриситета.
Конструктивно приспособление осуществлено следующим образом. Шайба В
может устанавливаться наклонно при помощи трех установочных винтов, причем
наклон может быть сделан в любом направлении. Теоретически требуется, чтобы
ось наклона была перпендикулярна линии эксцентриситета. Вс вращающуюся
часть корпуса входит палец (ползун) А, который упирается полукруглым концом
в шайбу. При вращении лимба палец А, описывая окружность на шайбе, получает
перемещения вдоль своей оси. Обратное движение пальцу сообщает пружина F.
Верхний конец пальца имеет цилиндрический поводок, входящий в прорезь ры¬
чага С. Рычаг С в свою очередь привинчен двумя винтами к кольцу индекса d.
Таким образом при вращении червяка кольцо индекса получает угловые переме¬
щения, компенсирующие ошибки эксцентриситета. Регулировка приспособления,
подбор угла и направления наклона могут производиться с помощью теодолита,
устанавливаемого на лимбе, и коллиматора опытным путем.
44. Точность зубчатых передач
Для конструктора оптико-механических приборов наиболее существенным
является вопрос, какую точность в передаче угловых перемещений (отсчетов) он
может ожидать от спроектированной им зубчатой передачи.
Причины возникновения ошибок в передаче мы можем разбить на три группы:
1) погрешности в элементах самого зацепления;
2) нерациональная конструкция шестерен, направляющих (подшипников) и
тому подобных элементов передачи (особенно это относится к червячным переда¬
чам), а также неправильный выбор посадок, допусков и т. п.;
3) неточность сборки (эта причина неразрывно связана с предыдущей, выте¬
кая из нее).
Рассмотрим ошибки первой группы. Основными ошибками являются:
а) ошибки профиля зуба (ошибки эвольвенты);
б) ошибки шага по начальной (делительной) окружности и толщины зубьев;
в) эксцентриситет.
Эти ошибки вызывают:
1) сдвиг осей и периодически повторяющуюся на каждом зубе неравномер¬
ность хода;
2) мертвый ход;
, 3) ошибку в повороте ведомого колеса.-
При несоответствующих друг другу профилях зубчатое зацепление не может
работать при расчетном расстоянии между осями, так как профили зубьев одного
Таблица 46
Ошибки зацепления при заданном Да
Да
ДА
т
Z
СО •
tg а
15'
0,01
90'
30'
0,02
180'
œ — мертвый ход; т —
- модуль.
колеса пересекают профили другого (интер¬
ференция). Для того чтобы данное за¬
цепление все же работало, приходится
раздвигать оси сцепляющихся колес. При
повороте шестерен на //2 возникнет бо¬
ковой зазор между зубьями (мертвый ход),
приблизительно равный:
(131)
3 rt v 7
(в радианах). Формула (131) показывает,
что сдвиг осей очень мало зависит от
числа зубьев Z, угла а и знака Да (ошиб¬
ка в основном угле режущего инстру¬
мента). На основании этих соображений инж. А. Зайцевым составлена приближен¬
ная таблица (табл. 46), которая может быть применена для определения оши¬
бок зацепления при заданном Да.
Из таблицы видно, что мертвый ход обратно пропорционален числу зубьев.
При неравенстве углов профиля зубья вступают в зацепление либо преждевременно,
180
либо с опозданием, в результате чего ведомое колесо получает ускорение (замед¬
ление) при равномерно вращающемся ведущем колесе, т. е. получаются периоди¬
ческие ошибки, повторяющиеся в большей или меньшей степени при зацеплении
каждой пары зубьев. Можно с полной уверенностью полагать среднюю ошибку
угла профиля равной 20', а максимальную—30' (что является весьма большой
величиной).
Приведенные в табл. 47 данные представляют собой максимальные ошибки
червячного колеса на протяжении одного шага. При Да = 30' ошибка червячного
Таблица 47
Ошибки в отсчете червячного колеса при погрешности в угле профиля Да
• Угол профиля
в осевом се¬
чении
Отклонение
в угле
Число зубьев
Высота голов¬
ки в модулях
Ошибка червячного колеса
Невыключаю-
щийся червяк
Выключающий¬
ся червяк
30°
+1°
60
1
2'
1,1-1,2
30°
-1°
60
1
2х
—
15°
4-1°
60
1
1'
—
15°
—1°
60
1
Iх
—
15°
+1°
60
0,8
Iх
—
15°
+1°
30
1
2,5'
—
колеса будет вдвое меньше значений, указанных в таблице. Ошибка червячного
колеса при выключающемся червяке примерно вдвое меньше, чем при невыклю-
ч'ающемся.
С уменьшением угла профиля а ошибка уменьшается (при 15-градусном про¬
филе она вдвое меньше, чем при 30-градусном).
Влияние погрешности в шаге по начальной окружности
и толщине зубьев
В случае беззазорного зацепления также необходим сдвиг осей ввиду захо¬
ждения (интерференции) профилей зубьев.
При отклонении только в шаге колеса (рейки, червяка) сдвиг осей приблизи¬
тельно равен
Если оба колеса (рейка—колесо, червяк — колесо) имеют ошибку в шаге,
то сдвиг осей будет соответственно больше. Так, при одинаковых отклонениях
в шагах рейки и колеса (Д/к = Д/р) сдвиг равен
лл=-^.
tga
Возможный мертвый ход, возникающий при этом от вынужденной раздвижки
осей, равен
2ДЛ tg a
со = .
г
Пример. ДД = 0,04 мм (при Д/ = 0,01 мм* a = 20° и г = 30 мм).
2-0,04.0,364 п _П1 /Q
со = — =0,001 (3,6).
Погрешности в шаге шестерен также вызывают неравномерность вращения
ведомого колеса. Шибель в своей книге „Зубчатые колеса“1 приводит довольно
простые рассуждения относительно влияния ошибок в шаге шестерен. Если шаг
1 Часть 1, стр. 115.
181
двух сцепляющихся пар зубьев неравен, то это ведет к запозданию или, наоборот,
к опережению начала зацепления, т. е. к неравномерности вращения ведомой
шестерни. Если шаг ведущей пары зубьев больше шага ведомой нары на вели¬
чину Д/, то идущие впереди профили удлиняют зацепление настолько, что ведомая
шестерня отстает на величину разности шагов, и только после этого в зацепление
вступает следующая пара профилей. Если же шаг ведущей шестерни меньше, то
следующая пара профилей вступает в зацепление преждевременно и тем сообщает
ведомой шестерне опережение на ту же величину разности шагов. Максимальная
угловая ошибка ведомого колеса определится как
= (132)
(где г—радиус начальной окружности ведомого колеса), или в минутах
Д Л 360.60
Zt
Так, при ведомом колесе с числом зубьев Z = 60 угловая ошибка за время
зацепления одной пары зубьев при отклонении в шаге àt = 0,01/ будет
А 0,01^-360.60 о
Д? = 6Ô7 = 3’6-
Зависимость ошибок в повороте червячного колеса от отклонений в шаге
иллюстрируется табл. 48.
Таблица 48
Ошибки в повороте червячного колеса при
отклонениях в шаге
Угол про¬
филя
a
Число зубьев
червячного
колеса
Отклонение
в шаге
Ошибка
колеса
30°
60
—0,01
1,9'
15°
60
—0,01
1,6'
15°
60
+0,01
1,8'
іную сумме эксцентриситетов (е = -ф- е2), где е1
Влияние эксцентриси¬
тета
Эксцентриситетом назы¬
вается несовпадение центра
вращения колеса или червяка
с центром его начальной окруж¬
ности.
При наличии эксцентри¬
ситета расстояние между осями
вращения колес (при безза¬
зорном зацеплении) необходимо
увеличить на величину е, рав-
и е2 — эксцентриситеты колеса
л червяка (или двух колес).
1. Цилиндрические шестерни. Ошибка в повороте ведомой шестер¬
ни, вызываемая эксцентриситетом,
д е± sin срі — е2 sin о2 — [ег (1 — cos 4" £2(1 — cos cp2)] tg a
го
(133)
где е1 и е2 ■*- эксцентриситет ведущей и ведомой шестерен; срх и с?2 — углы пово¬
рота от начального положения; срі/фз = і — передаточное число; a — угол профиля
л0 — радиус начальной окружности ведомой шестерни.
Если эксцентриситеты у обеих шестерен равны, то
Д<ре == ~ [sin <рх — sin <р2 — (2 — cos <рх — cos <р2) tg a]. (134)
Мертвый ход ведомой шестерни, вызываемый эксцентриситетом,
ш = fci (1 — cos ?і) 4- g2 (1 - cos ?2)] 2 tg a (135)
r2
Если = e2 = e, to
= jr [(2 — cos <px — cos cp2) tg a]. (136)
Примерный график для / = 1/5 показан на рис. 340.
Пример, і — r1/r2 = 1lb; r2 — 30 мм\ е — 0,01 мм\ a = 20°.
182
Максимальная ошибка ведомого колеса с радиусом г2 = 30 мм будет при
отсчете угла 180° (от ср2 = 120° до 300°) равна
10 00ГГ +5000'.0.01 к,
Я “5-
Начальное положение при отсчете углов <рх и ср2 в формулах (133—136) берется
таким, когда: 1) линия центров вращения и начальной окружности (эксцентри¬
ситет) расположена по линии центров колес и 2) центры начальных окружностей
шестерен находятся между центрами их вращения.
2. Червячное зацепление. Ошибка в повороте червячного колеса при
выключающемся червяке. Так как вращение колеса происходит не вокруг центра
начальной окружности, а вокруг какого-то другого центра, то углы поворота ко¬
леса не будут равны теоретическим, а будут больше или меньше в зависимости
от положения эксцентриситета в каждый момент вращения. Червячное колесо за
одну четверть оборота отстает, а в другой четверти опережает теоретическое поло¬
жение (это относится и к цилиндрическим колесам^. Ошибка червячного колеса
при выключающемся червяке может быть подсчитана по формуле
Дср = -^-(sin<p2—Sincpj, (137)
где и ср2—углы поворота колеса от исходного положения (см. примечание);
е — эксцентриситет колеса; г — радиус начальной окружности.
Максимальная возможная ошибка червячного колеса при повороте на 180°
равна
2e
A?max — — •
Пример, г = 30 мм\ е = 0,01 мм,
Д?тах = Ц^ = 0,00067,
ÛV
или в минутах Дсртах = 2,4'.
Ошибка червячного колеса при невыключающемся червяке определяется из
формулы
A<p==-^-[sin<p4-(l — cos?) tga], (138)
Максимальная возможная ошибка червячного колеса при повороте на 180°
при невыключающемся червяке равна
а 2^
Дсршах — 7^-
Пример, г =30 мм\ е = 0,01 мм\ a = 20°,
4'?...- = 1ИЯТ = °-00(>71.
или в минутах Д<ртах = 2,56'.
Углы в формулах (137) и (138) отсчитываются от положения, когда линия
центров вращения и начальной окружности (эксцентриситет) расположена нор¬
мально к оси червяка.
Отметим еще погрешности зубчатых передач (с цилиндрическими колесами),
выражающиеся в биении торцевой поверхности зубчатого колеса, непараллельности
зубьез сцепляющихся колес (при сборкё) и конусности зубьев. Из этих ошибок
практически можно учесть влияние торцевого боя. При достаточной ширине колеса
торцевой бой оказывает влияние на ошибки передачи совершенно аналогично влия¬
нию эксцентриситета. Так, при ширине зубьев шестерни b = 4 мм отклонение
торцевой плоскости колеса от перпендикулярности к оси вращения на 1° соответ¬
ствует эксцентриситету е колеса, равному
А- tg 1° = 1 • 1g 1* = 0,018 мм.
/| О о ’
183
При торцевом бое, как и при конусности зубьев и непараллельности их, уве
личивается износ, так как касание происходит по точкам.
В конических передачах необходимо выдерживать расстояние между шестер¬
нями. Небольшие изменения в угле между осями конических колес не нарушают
правильности сцепления, если при этом точка пересечения сохраняет свое поло¬
жение. Это свойство конических колес совершенно аналогично цилиндрическим
зубчатым колесам с эвольвентным зацеплением, у которых небольшие изменения
расстояния между осями не отражаются на правильности зацепления. При этом
у конических колес, так же как у цилиндрических, меняются величина бокового
зазора между зубьями и угол зацепления.
Мертвый ход в червячных передачах1
Рис. 233. Схема образо¬
вания мертвого хода от
зазора в подшипнике
червячного колеса.
„Мертвым ходом“ называется угловое отставание червячного колеса при изме¬
нении направления вращения червяка.
Причинами, вызывающими мертвый ход, могут быть следующие:
1. Зазор между зубьями может иметь место только при неподвижно
закрепленных подшипниках червяка (невыключающийся червяк). Расчет мертвого хода
для данного случая разобран в расчете ошибок зубчатых
передач (стр. 181). При выключающемся червяке зазор
между зубьями практически не должен иметь места благо¬
даря действию пружины, постоянно прижимающей червяк
к червячному колесу, кроме случаев, когда зацепление
происходит по дну зубьев. Последнее явление возникает
при недостаточно большом диаметре червячной фрезы,
т. е. когда наружный диаметр фрезы, очевидно, ошибочно
сделан равным наружному диаметру червяка.
2. Радиальный зазор в подшипниках
червячного колеса. Благодаря этому зазору червяч¬
ное колесо может при неподвижном червяке занимать
различные положения, перекатываясь вокруг полюса за¬
цепления С (рис. 233). Угловая величина мертвого хода
определится при этом величиной перемещения центра ко¬
леса О следующим образом. При невыключающемся червяке максимальная угло¬
вая величина мертвого хода определилась бы просто как отношение Д/г радиан^
где Д— величина зазора, а г—радиус начальной окружности колеса.
При выключающемся червяке расчет сильно усложняется. Мертвый ход опре¬
деляется перемещением центра колеса О, или иначе у
перемещения точки касания А между червячным колесом
шипником.
Перемещение е центра О выражается:
е — (D — D^) sin а.
Соответствующий мертвый ход колеса в минутах:
Мх = 4- • 3600 = Oi)sin« ,3600,
К к
где D и Z)1 — диаметры оси колеса и подшипника,
R — радиус начальной окружности колеса.
Угол а может быть найден из условий равновесия
реакций, действующих при вращении (рис. 234).
Червячное колесо при вращении по стрелке находится в равновесии под дей¬
ствием двух сил:
1) силы приложенной в точке зацепления, составляемой из радиального Nt
и осевого Т\ давления червяка;
2) силы реакции S2> приложенной в точке касания, составляемой из реакции
N2 и касательной Т2.
Рис. 234. Схема
действия сил в чер¬
ен л и вячной паре.
1 См. С. Т. Цуккерман, „Оптико-механическая промышлегность ‘ № 12, 1932
184
N2 и T2 связаны следующим равенством:
Т2 = и/Ѵ2, (141}
где рь — коэфициент трения червячного колёса о подшипник, т. е. у = tg p.
= S2, как друг друга уравновешивающие.
Решая треугольник ОСА, найдем угол а:
а = р-|-^ (142)
как внешний угол.
Далее можем написать
sin 3 sin о . о . г /ілоЛ
—, или sin р = sin р-р-. (143)
2 1\ і\
Пользуясь уравнением (142), пишем
sin а = sin (р -ф- Р) = sin cos р -ф- cos ₽ sin p. (144)
В уравнении (144) выразим cos J3 через sin 3:
sin a =sin j3 cos p-J- V1 -|- sin2 (3 sin p (145)
и в уравнение (145) подставим sin р из формулы (143):
sin a = sin p cos p 4“ y 1 — sin2 p sin p,
или
sin a = sin p I cos p 4" Ц-І/ 1 — sin2 р . (146)
Формула (146) и дает выражение для угла a в зависимости:
1) от отношения г—радиуса подшипника—к R— радиусу начальной окруж¬
ности червячного колеса;
2) от угла трения р(|і).
Имея в виду, что угол р невелик, можно формулу (146) значительно упро¬
стить без ущерба для практической точности, положив
sin Р = tg Р = [1,
при р = 6° tg p = 0,1051, sin р = 0,1045;
ces р = 1 (при р = 6° cos р = 0,9945);
sin2р= 0, при 1 sin2р--^ < 0,0109.
к ‘ к2
При этом допущении формула (146) примет следующий окончательный вид:
sin a =--= 4- 1 j = p, • (147}
Мертвый ход колеса в минутах получает следующее выражение:
Мх = — 3600 = и 3600. (148)
/\ ' К2
Из формул (147) и (148) видно, что мертвый ход тем меньше, чем меньше
D — Dr и г и чем больше R. Уменьшение г весьма важно, так как, помимо
уменьшения влияния зазора (sin a), уменьшает и его абсолютную величину (при •
том же классе точности пригонки).
По закону построения системы допусков наибольший зазор равен
D — С} = п • 0,005 }/Ь,
где п — число единиц допуска, зависящее от класса точности и выбранной при¬
гонки (например для 3-го класса и пригонки скольжения п = 6, для той же при¬
гонки 2-го класса п = 2,5).
185
Пользуясь изложенными выше соображениями, можно формулу (148) перепи¬
сать в более общем виде
з
Мх — »-°-005-'^Дн(г+ /?) .36оо
К*
или
18пр.(-7- + /?)/Р
Мх = - я——
(149)
где D и R — в миллиметрах.
Для проверки правильности и применимости найденной зависимости мерт¬
вого хода от a, р., D (г) и R и нахождения величины р. С. Т. Цуккерманом был про¬
веден ряд опытов. Некоторые из них для уменьшения ошибок измерения были
проведены с увеличенными зазорами.
Для коэфициента трения р притертых поверхностей с обычной смазкой при
температуре 20° были найдены следующие значения:
Сталь по стали р — 0,1 —0,12
я „ бронзе и латуни р = 0,05—0,07
U о 10. 15 20 25 Ô0
Радиус подшипника в мм
Рис 235. График зависимости мертвого
хода от диаметра и материала подшипника.
При всех опытах наблюдалось хорошее согласование между наблюденными и
вычисленными величинами мертвых ходов, причем наибольшее отклонение соста¬
вляло менее 15°/0 вычисленного значения.
На рис. 235 приведены в качестве
примера кривые для червячного колеса
R = 28,6 ммѵ показывающие зависимость
мертвого хода от изменения диаметра и
материала подшипника. Сплошные линии
соответствуют скользящей посадке 3-го
класса точности, пунктирные — той же
посадке 2-го класса. Кружочками отмечен
имевший место в практике случай изме¬
нения конструкции, когда уменьшением
диаметра подшипника и вставкой бронзо¬
вой втулки удалось уменьшить мертвый
ход почти в 8 раз.
В заключение можно сказать следую¬
щее: все, что способствует уменьшению
момента трения на червячном колесе, уменьшает мертвый ход; поэтому конструк¬
тору следует стремиться к возможному уменьшению диаметра подшипника колеса
и применению в нем антифрикционных сплавов, а где возможно — шариковых
подшипников (рис. 231).
3. Радиальный зазор в подшипнике червяка влияет на мертвый
ход в значительно меньшей степени.
Для уменьшения его влияния на мертвый ход следует: 1) применять бронзо¬
вые червячные колеса; 2) уменьшать угол хвата 2^ до 60° и меньше; 3) возможно
чище отделывать зубья червячного колеса и червяка; 4) применять червяки из
твердого материала.
4. Радиальный зазор в подшипнике эксцентрика практически
не дает мертвого хода.
Имеется способ вообще исключить всякую возможность влияния этого зазора
на мертвый ход — креплением индекса к барабану червяка на эксцентричном под¬
шипнике; при этом перемещение эксцентрика не окажет влияния на отсчет, так
как на тот же угол повернутся червяк и индекс.
Повышению точности работы червячного механизма в значительной степени,
способствует уменьшение угла охвата (28) червячного колеса, так как этим умень¬
шается опасность работы червяка по краю обода колеса (рис. 236).
186
Допуски на элементы зубчатых колес
Точность изготовления зубчатых колес находится в непосредственной зависи¬
мости от точности станков и зуборезного инструмента. Более или менее подроб¬
ные сведения о точности работы станков даны в книге проф. Шлезингера „Про¬
верка металлообрабатывающих станков на точность“ и в сборнике „Технические
условия на металлорежущие станки". В табл. 49 приведены некоторые данные о
точности станков по шагу и эксцентричности.
Таблица 49
Точность зуборезных и зубострогальных станков
Тип станка
Неточности отдельных элементов
станков
Величины
неточности,
мм
Зуборезные станки,
работающие методом об¬
катки (червячными фре¬
зами)
Биение стола и скалки для заго¬
товки
Биение фрезерного шпинделя на
длине 300 мм
Наибольшее отклонение на одном
шаге нарезаемого колеса для колес
диаметром до 500 мм
0,01—0,02
0,02
0,02
Зубострогальные стан¬
ки, работающие методом
обкатки (долбяками Фел-
лоу)
Биение оси вращения оправки
долбяка
Параллельность оси рабочего
стола и оси шпинделя
Максимальное отклонение в шаге
делительного колеса, измеренное
для одного типа, для колес диаме¬
тром до 500 мм
0,01
0,01—0 02
±0,01
Для шестерен, нарезанных на станке, гарантируется точность при измерении
одного шага:
Для колес диаметром до 200 мм 0,02 мм
„ „ „ от 200 до 500 мм 0,03 „
„ „ „ свыше 500 мм 0,04 „
Угловая точность деления
при изготовлении цилиндрических шестерен диско¬
выми модульными фрезами при хорошей делительной
шая делительная головка дает даже точность 30").
Угловая точность деления шестерен, изго¬
товляемых по методу обкатки, около 30—50".
Следует иметь в виду, что изготовление зуб¬
чатых колес червячными фрезами в один проход
не может гарантировать высокой точности и чи¬
стоты обработки.
При малых модулях угол профиля червячной
фрезы выдерживается в среднем с допуском 15—
20'.
головке—1—2' (очень хоро-
Рис. 236. Влияние угла охвата.
Достижение большей точности при изготовлении червячных фрез для модулей
ниже 1 мм является, конечно, весьма затруднительным.
Вследствие нерадиального расположения режущих граней червячной фрезы
также происходит искажение профиля. Поэтому в общем машиностроении откло¬
нения от радиального расположения режущих граней допускаются только на чер¬
новых фрезах. Для всех чистовых фрез режущие грани должны быть направлены
радиально. Искажение профиля режущей грани фрезы, кроме того, тем больше,
чем больше угол подъема р винтовой линии фрезы. Поэтому угол р для чистовых
фрез не рекомендуется делать больше 5—6°. Чистовые фрезы должны быть обя¬
зательно одноходовыми. Многоходовые фрезы вносят большие погрешности по
шагу. Наконец, ошибки происходят от уменьшения диаметра делительного (модуль¬
ного) цилиндра фрезы после нескольких заточек (вследствие наличия заднего угла
у зубьев фрезы).
187
При передаче цилиндрическими колесами наибольшая точность может быть
достигнута при числе зубьев меньшего колеса Z>20. Желательно у точных пере¬
дач Z > 30. Для точных червячных передач не рекомендуется применять, многохо¬
довых червяков. Если их все же приходится применять, то нежелательно кратное
отношение числа зубьев колеса к числу ходов червяка.
Правильность сборки червячной передачи очень сильно влияет на ее работу.
При сборке ось червяка должна занимать в точности то же положение, какое
занимала ось червячной фрезы при нарезании червячного колеса, чтобы не полу¬
чилось ухудшения зацепления. Неблагоприятное влияние неправильной установки
осей тем меньше, чем меньше угол охвата 2S.
Точность изготовления червячных пар на заводах ОМП при начальном диаметре
червячной шестерни 30 мм — порядка 3—4', при больших диаметрах и повышен¬
ных требованиях к точности изготовления — Р/2—2'. Для изготовленных на заводе
ГОМЗ целостатов в червячной передаче Z = 720 удалось достигнуть точности
около 50—60".
Хуже всего обстоит дело с коническими колесами. Точность конической пары
ниже, чем цилиндрической.
Для изготовления особо точных шестерен необходимо применять дополни¬
тельную их обработку. В качестве такой обработки для шестерен оптико-механи¬
ческих приборов мы считаем целесообразными обкатку или шевинг-процесс.
Проф. С. Т. Цуккерман приводит следующую таблицу суммарных ошибок цилин¬
дрических колес1.
Эта таблица весьма удобна для пользования при расчетах ошибок в зубчатых
передачах.
Для винтовых и червячных колес проф. С. Т. Цуккерман рекомендует принять
ошибки с коэфициечтом 1,0—1,1, а для конических—1,2—1,5 от ошибки цилин¬
дрических колес.
Таблица 50
Суммарные ошибки цилиндрических колес в мин.
De
мм
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ПО
120
130
140
150
I
кл.
13
6,3
4,5
3,5'
3
2,5
2,2
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,4
II
кл.
23
11,5
7,7
6
5
4,1
3,7
3,3
3
2,8
2,6
2,4
2,2
2,1
2
III
кл.
38
18,5
12,5
9,5
7,5
6,5
5,6
5
4,5
4,1
3,8
3,6
3,4
3,2
3
При больших диаметрах колес (больше 60 мм) рекомендуется принимать
меньшие значения данных коэфициентов.
Для многозаходных червяков проф. С. Т. Цуккерман считает погрешность шага
8^ =0,02—0,025 мм для II кл. точности и 0,03 до 0,05 — для III кл. точности.
Ошибки зубчатой передачи
Пользуясь таблицей проф. Цуккермана, произведем подсчет ошибок зубчатой
передачи, представленной на рис. 237.
Колесо 7 — ведущее, колесо 4 — ведомое. Угол поворота колес обозначим ср.
Передаточное число между колесами обозначим і с соответствующими индексами,
т. е. z*2,i — передаточное число между колесами 7 и 2 и т. д.
Если колесо 7 имеет угловую ошибку деления Д1ср, то эта ошибка вызовет
дополнительный поворот колеса 2 на угол Дгср-z21. Если колесо 2 при этом имеет
собственную угловую ошибку Д2ср, то эта ошибка прибавится к ошибке Д1ср-і2,і и,
таким образом, суммарная ошибка на валу колеса 2 будет Д1ср-/2д Д2ср. Ошибка
1 С. Т. Цуккерман, Точные механизмы, 1941, стр. 242.
188
на колесе 3 будет равна этой же суммарной ошибке плюс собственная ошибка
Д3ср колеса 3, т. е. будет равна
• ^2,1 + А?? + Д3с?
и, наконец, ошибка на валу колеса 4 будет равна
Дер = (Дгср . /2Д ^2? Н- ^з?) ^4,3 4~
где /4,3 — передаточное отношение между колесами 4 и 3,
Д4ср — собственная ошибка колеса 4.
Таким же методом можно подсчитать ошибки любой зубчатой цепи.
Подсчет ошибок в червячных передачах отличается от приведенного тем, что
ошибка червяка задается не в угловой, а в линейной мере (в виде ошибки шага Д^).
Поэтому ошибка червячной передачи
червячной пары, выразится следую¬
щей формулой:
А/
ДТ = Д2ф + 3440',
где Д*^— угловая ошибка червячного
колеса;
Rtn — радиус делительной окруж¬
ности червячного колеса;
Д^ — ошибка шага червяка.
Подсчет по приведенным фор¬
мулам дает величину максимальной
ошибки к передаче, т. е. тот случай,
ошибки колес и наиболее невыгодное их взаимное расположение. Поэтому для
определения практически вероятной ошибки передачи следует подсчитать геометри¬
ческую сумму их вместо алгебраической, т. е. подсчитать среднеквадратичную
сумму ошибок
Д? = рЛ(Д1?г1.1 + Д2 ? “h Д3 А,з + Д4? • (15°)
При сборке можно достигнуть уменьшения ошибок в передаче путем измене¬
ния взаимного расположения колес в передаче или путем выбора соответствующего
рабочего сектора колеса, если колесо работает на неполный оборот.
, измеренная на валу червячного колеса для
Рис. 237. Передача червяк — спиральное колесо,
когда в пеоедаче сложатся все максимальные
ГЛАВА XIII
ПЕРЕДАЧИ ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ
Передача движения при помощи гибкого неэластичного тела имеет значитель¬
ное применение в оптико-механических приборах. Гибкие неэластичные тяговые
органы применяются для передачи вращательного (конечного) и прямолинейного
движения, а также для преобразования вращательного движения в поступательное,
и наоборот.
Передача гибким эластичным органом в силу присущего такой передаче
неизбежного упругого скольжения, изменяющего передаточное число, применяется
только для вращательного движения, допускающего большую неточность передачи.
45. Передача гибкой стальной лентой
Передача гибкой стальной лентой применяется в оптико-механических прибо-
рвх для передачи вращательного движения высокой точности:
1) с постоянным передаточным числом (рис. 238);
2) с переменным передаточным числом (кулачковая передача) (рис. 239).
189
Для передачи берется ленточная, холодно-вальцованая, крепкокаленая, сине¬
полированная, пружинная сталь со следующей характеристикой: сопротивление на
разрыв 120—-140 кг)мм2; относительное удлинение от 0,006 до 0,01 (с увели¬
чением этой нормы при закручивании до пределов 0,013 — 0,015);
число твердости, по Шору, до 60; химический состав: С = 0,70 —
—0,79%; Мп = 0,30 — 0,40%; Si = 0,20 —0,30%; P-^S<0,04%.
А Размеры лент даны в табл. 51.
Для обеспечения плотного прилегания по всему профилю ролика
I (кулачка) лента должна находиться под постоянным натягом (нагруз-
• кой). Величины последней указаны в табл. 52.
I Расчет производится по формуле
Рис. 239. Передача гибкой лентой между двумя кулач¬
ками (конвертор дальномера).
Рис. 238. Пере¬
дача гибкой
лентой к визир¬
ной призме.
где р __ минимальная сила, необходимая для обеспечения прилегания ленты
к ролику;
b — ширина;
h — толщина ленты;
Rb — допустимое напряжение на изгиб, равное 180 — 200 кг/мм2.
Таблица 52
Таблица 51
Размеры лент
Толщина
ленты,
мм
Ширина
ленты (по
заказу),
мм
Наимень¬
ший радиус
изгиба,
м м
0,05
2,5—60
6
0,1
2,5-60
12
0,2
2,5-60
24
0,3
2,5-60
36
0,4
2,5-60
48
0,5
2,5-60
60
До 1,5 через
0,1
2,5-60
—
Необходимая нагрузка Рх на ленте
в зависимости от радиуса изгиба ленты
(радиуса ролика)1
Наимень¬
ший радиус
изгиба
ленты,
мм
h = 0,05 мм
b = 2,5 мм
h = 0,1 мм
b = 2,5 мм
Необходимая н
агрузка Рх в г
6
250
—
7,5
200
—
10
160
—
12
160
480
• 15
100
400
20
100
300
25
100
250
30
100
200
Примечание. В случае, если лента
должна облегать кулачок, за г бгрут ра¬
диус наибольшей кривизны кулачка.
1 X — коэфициент, принятый равным 8.
Для обратного движения ведомой детали обычно служит пружина, которая
в то же время создает постоянный натяг ленты. Иногда вместо пружины приме-
190
няют обратную ленту (рис. 239). При этом должен быть также обеспечен необхо¬
димый натяг.
Рис. 240. Упругие дефор¬
мации ленты.
На прямых участках следует ленту заменять жесткой тягой, снабженной
направляющими. Тягу необходимо делать из того же материала, что и часть при¬
бора, вдоль которой она расположена (или из материала,
имеющего соответствующий коэфициент линейного рас¬
ширения), во избежание ошибок в, приборах, эксплоа-
тируемых при значительных колебаниях температуры.
Угловое перемещение ведомой детали (призмы)
(рис. 238) при изменении температуры может быть опре¬
делено по формуле
__ La — ^о)
‘ г ’
где ср— угол поворота призмы 1 в радианах;
г — радиус ролика 2;’
а—коэфициент линейного расширения материала лен¬
ты 3;
— коэфициент линейного расширения материала
основания 4\
L — длина ленты при температуре /0.
Точная передача гибкой тягой не может быть осуще¬
ствлена при горизонтальном положении • и значительной
длине тяговых органов ввиду их провисания.
Передача гибкой стальной лентой с закрепленными
концами, на первый взгляд, представляется одним из самых
точных способов передачи движения. Однако это не со¬
всем так. Кроме температурных влияний, следует еще
иметь в виду, что находящаяся под некоторым натягом
лента, сходя с ролика, не примет сразу формы прямой ли¬
нии, а будет иметь вид некоторой упругой кривой
(рис. 240), кривизна которой будет зависеть от поперечного
сечения ленты, радиуса ролика г, нагрузки Р (силы пру¬
жины, если возвратное движение сообщается ролику пру¬
жиной) и трения в цапфах ролика. Трение в подшипни¬
ках ролика имеет значение, потому что момент силы трения будет менять свой
знак при перемене направления вращения ролика и таким образом будет либо
складываться с моментом пружины, либо вычитаться из него, а следовательно,
будут изменяться натяг ленты и форма ! 3
Рис. 241. Способы закрепления ленты.
Этот мертвый ход, вообще говоря, будет
Дф
Kbh-MR
Mrr
191
тде bè— ширина ленты;
h — толщина ленты;
MR]—момент трения в цапфах ролика;
Мг — момент пружины;
г—радиус рабочей поверхности ролика;
К— коэфициент пропорциональности.
Поэтому нагрузка на ленту Р берется в несколько раз больше (х==8 —10),
полученной из формулы, приведенной на стр 190.
На рис. 241, б показан правильный профиль шкива для ленты 10,05X2,5.
Рис. 242. Способ закре- Рис. 243. Способ закрепления Рис. 244. Глухое закрепление
лления ленты путем ленты путем зажима. ленты,
пайки
представлен весьма простой способ за-
шкиве с приспособлением для натяга
(юстировки): лента 3 впаивается в паз стержня 2, который может передвигаться
в расположенном по хорде шкива 7 отверстии и стопорится винтом 4.
Более удобной для юстировки является конструкция, изображенная на рис. 241, а.
Юстировка достигается вращением винта 5.
Рис. 245. Ленточный привод
к визирной призме прицела.
В конструкции по рис. 242 лента 7 впаяна в поперечный паз кольцевого
сектора 2. Кроме этого, сектор имеет продольный паз, сквозь который проходят
винты, крепящие его к шкиву 3. Благодаря такому устройству сектор имеет
возможность перемещаться по окружности шкива. Внутренний радиус сектора
желательно делать на 0,1—0,2 меньше, чем радиус шкива.
На рис. 243 стержень 7 зажимается в пластинке 2, привинченной к ролику
(кулачку) 3.
Закрепление ленты по рис. 244 не предусматривает юстировки и может быть
допущено только на одной из связываемых передачей деталей.
192
В последнее время, для того чтобы не припаивать ленту, заводы применяют
закрепление, указанное на рис. 245.
Весьма удобное для юстировки крепление показано на рис. 246.
46. Передача гибким канатиком
(тросом)
%
Передача гибким канатиком (тросом)
■применяется исключительно как грубая
^(неотсчетная) передача. Примеры приме¬
нения: качание верхней головной призмы
в перископах, перемещение линз системы
переменного увеличения в перископах,
открывание удаленных крышек (заслонок) ^ис- 246. Крепление ленты с обеспече-
в приборах, фотоспуск и т. п. (рис. 247- нием тонкои юс™Ровки.
248).
Табл. 53 дает характеристику канатиков.
Таблица 53
Канаты авиационные
№
по каталогу
Диаметр, мм
Вес
1 пог. мм,
кг
Канат
Проволока
а) Жесткие
1
проволок
60101
0,75
0,23-0,26
0,0035
02
1,00
Ю, 32—0,35
0,006
03
1,25
0,39-0,42
0,009
04
1,50
0,47-0,51
0,012
60105
175
0,56-0,61
0,017
19 проволок
60106 1
1 2,00
0,39—0,42
0,023
07
2,25
0,42—0,46
0,027
08
2,50
0,47—0,51
0,033
09
2,75
0,51-0,56
0,040
60110
3,00
0,56-0,61
0,048
7 прядей по 7 пр(
60201
2,00
0,21-0,23
0,017
02
2,25
0,23—0,26
0,022
03
2,50
0,26-0,29
0,027
04
2,75
0,29-0,32
0,033
60205
3,00
0,32-0,35
0,040
б)
Мягкие
6 прядей по 7 проволок и
60215
1,8
0,19-0,21
0,013
16
2,0
0,21—0,23
0,016
60217
2,5
0,26-0,29
0,025
Площадь
живого
сечения
проволок
каната,
лш2
Размыва¬
ющее
усилие
каната
(не менее),
кг
Наименьший
радиус изгиба,
мм
Поперечное
сечение
каната
0,38
50
10-12
0,61
90
13—15 АДА
0,90
130
16-18 ЧА)
1,32
190
19-21
1,88
270
22-25
2,44
350
15-17
2,88
415
17—19
3,58
515
19-20
4,25
610
20—21 XWP
5,10
730
21-23
оволок
1,85
265
7—8
2,80
380
8-9
2,90
415
9-10
3,58
515
Ю-11 ЖГ
4,30
615
10-12
1 органическая сердцевина
1,32
190
6-7 m
1,60
230
7-8 «О>
2,50
360
8—10
13 М. я. Кругер и Б. М. Кулижнов
193
I
Рис. 248. Детали крепления стальных
канатиков.
Рис. 247. Фотоспуск:
1—наконечник;2—боек; 3—проволочная
броня; 4—наружная хлопчатобумажная
оплетка; 5—втулка; 6—трос (7 жилок
по 0,2 мм)'. 7—оправа пружины;
8— пружина; 9—упор пружины;
10—стержень зажима; 11— упор;
12—дно упора; 13—нажимная кнопка;
14 — дно нажимной кнопки.
Эти канатики изготовляются исключительно из оцинкованной электрическим
или горячим способом стальной проволоки с временным сопротивлением разрыву
не менее 160 кг/мм2.
Способы закрепления канатиков даны на рис. 248.
На рис. 248, г изображена стяжка (тандер) для натяга троса. На рис. 248, д
дана муфта для соединения концов троса.
ГЛАВА XV
ОТСЧЕТНЫЕ БАРАБАНЫ И ШКАЛЫ
47. Общие сведения
Почти все оптико-механические приборы, являющиеся по существу измери¬
тельными приборами, имеют отсчетные механизмы.
Основными деталями отсчетных механизмов являются отсчетные лимбы, бара¬
баны, линейки и индексы (указатели).
Лимбами обычно называют дисковые шкалы, у которых деления нанесены на
торцевой поверхности. Часто эту поверхность обрабатывают под конус с углом
при вершине не менее 120°. Это дает большие удобства для наблюдения сбоку.
Барабаном называют деталь, имеющую вид цилиндра, у которой деления на¬
несены на цилиндрической поверхности.
Часто, однако, эти понятия смешивают.
Материал деталей (металлических), на которых наносятся деления, должен
легко обрабатываться резанием. Штрих должен получаться чистый, с ровными
краями.
Если материал подвержен коррозии, то деталь должна обязательно получить
поверхностную отделку, предохраняющую от коррозии. Отделка должна увеличивать
контрастность штрихов.
Не следует делать поверхность детали полированной (блестящей).
Конструкция отсчетных механизмов оптико-механических приборов должна
удовлетворять следующим условиям.
1. Конфигурация механизма должна обеспечивать максимальное удобство пользо.-
вания им (удобное расположение, удобство чтения отсчетов, надлежащий диаметр
рукоятки в зависимости от крутящего момента и т. п.).
2. Должна быть предусмотрена возможность юстировки нулевого положения
шкал и удобного закрепления их в отъюстированном положении.
3. Конструкция должна предусматривать возможность уничтожения (уменьшения)
мертвого хода.
4. Во избежание параллакса совмещаемые края штрихов шкалы и индекса
должны лежать по возможности в одной плоскости.
5. Ширина штрихов должна выдерживаться постоянной. Ширина штрихов
шкалы и нониуса (индекса) должны быть одинаковыми.
6. Ширина штрихов для наружных шкал лабораторных приборов- 0,15+0’05;
для военных приборов 0,25—О^б*0-1 в зависимости от расстояния шкалы от на¬
блюдателя и линейного расстояния между делениями.
Для больших шкал, рассматриваемых на удалении порядка 0,8—1 м ширина
штрихов 0,6—0,8+0’2.
7. Деления шкал, заполняемые светосоставом, должны иметь ширину не менее
0,8—1 мм и глубину не менее 0,5. Эти деления должны иметь в сечении прямо¬
угольную форму и равную глубину по всей длине — иначе свечение будет неравно¬
мерным.
48. Металлические отсчетные барабаны и лимбы
Способы нанесения делений
а) Наружные шкалы приборов, эксплоатируемых на открытом воздухе: 1) наре¬
зание стальным резцом; 2) травление;
б) внутренние шкалы и шкалы лабораторно-измерительных приборов: 1) наре¬
зание стальным и алмазным резцами; 2) травление.
13* 195
Нанесение делений производится на специальных линейных и круговых дели¬
тельных машинах, снабженных коррекционными приспособлениями, вносящими по¬
правку на ошибки шага ходового винта (червяка) и изменение температуры поме¬
щения.
Гарантируемая точность лабораторных линейных и круговых делительных
машин при толщине деления от 0,05 до 0,15 мм (тонкие штрихи) — 0,002 мм и 10^
(особо точные круговые делительные машины — до 1")-
Линейные и круговые делительные машины для мастерских (автоматы) при
толщине делений от 0,1 до 0,2 мм (средние штрихи) наносят деления с точностью
0,005—0,01 мм и 15—30". Максимальная длина штриха около 26 мм. Макси¬
мальный диаметр круговых шкал 600 мм. Производительность делительных авто¬
матов в зависимости от материала шкалы, ширины, глубины и длины штриха
О—200 делений/мин.
Цифры гравируются на специальных гравировальных станках по трафаретам.
Деления и цифры заполняются краской либо заливаются сплавом Вуда. Сво¬
бодная поверхность отсчетных барабанов окрашивается, чернится, матово никели¬
руется (кроме шкал, нанесенных на серебре и нейзильбере) или матово хромируется.
Технология изготовления шкал на стекле подробно описана выше.
Нанесение делений гравированием алмазным резцом
Применяется главным образом при изготовлении сеток оптических приборов
(см. „Сетки"), дифракционных решеток и в некоторых специальных случаях. Наимень¬
шая толщина штриха при этом способе около 0,005 мм.
Изготовление кривых на металле резанием сопряжено с большими производ¬
ственными трудностями и обходится весьма дорого, так как требует предвари¬
тельного изготовления копира.
Более рациональным способом является травление контактного отпечатка
с соответствующего негатива.
Конструкции отсчетных механизмов
На рис. 249 показан типовой отсчетный барабан: 1 — отсчетный барабан;
2— рукоятка с накаткой; 3 — индекс; 4 — шайба; 5 — установочный штифт;
6— гайка; 7 — ось червяка. Отпуская гайку 6, можно производить установку
барабана 7 в нулевое положение.
На рис. 250 дан отсчетный барабан окулярного микрометра: 7—рукоятка со шка¬
лой тонкого перемещения; 2 — цилиндрическая шкала грубого отсчета; 3 — микро-
метренный винт; 4 — коническая разрезная гайка; 5 — гайка, служащая для затя¬
гивания конической гайки 4 с целью уничтожения мертвого хода; 6 — подшипник
конической гайки; 7 — шайба.
На рис. 251 представлена отсчетная рукоятка универсального микроскопа:
7— микрометренный винт; 2 — втулка микрометренного винта (коническая часть
втулки нарезана, имеет три радиальные разреза и может быть сжата гайкой 3);
4 — шкала грубого перемещения (в миллиметрах); 5 — рукоятка; 6—гайка;
7 — барабан. Цена деления — 1/100 деления шкалы 4.
На рис. 252 дан отсчетный барабан механизма тонкого движения тубуса микро¬
скопа: 7—рукоятка с накаткой; 2 — винт; 3 — отсчетный барабан; 4 — гайка;
5 — ось трибки; 6 — втулка; 7 — подшипник (на нем нанесен индекс); 8 — пружин¬
ные шайбы; 9 — винт, крепящий подшипник.
На рис. 253 представлен дистанционный барабан дальномерного приспособ¬
ления с логарифмическими шкалами: 7—ось; 2—рукоятка; 3 — кольцо шкалы
дистанций; 4 — шкала размеров цели; 5 — кольцо шкалы 4 с зубчатой шайбой 77;
6—втулка с зубчатой шайбой 10\ 7 — стакан с зубьями в торцевой части (дне);
8— шайба с зубьями аналогично детали 7; 9 — пружина. При вращении рукоятки
в положении, указанном на рисунке, вращаться будет шкала 4; при нажатии
рукоятки зубчатая шайба 10 выйдет из зацепления с зубчатой шайбой 77, при¬
жмет стакан 7 к зубьям детали 8 и остановит шкалу 4.
На рис. 254 показана отсчетная рукоятка уровня с шайбо-кулачковым ограни¬
чителем поворота (см. также ограничители вращения, стр. 199). 7 — ось рукоятки;
196
Рис. 249. Типовая
НК-1
20
10
=-90
■80
4 2
О
4Û
Рис.
О 5 10
Рис. 252. Отсчетный бара¬
бан механизма тонкого дви¬
жения тубуса
U5
барабана.
конструкция отсчетного
251. Отсчетная рукоятка универсального
микроскопа.
микроскопа..
gSSSKIWSB
Рис. 253. Дистанционный
барабан дальномерного при¬
способления с логарифми¬
ческими шкалами.
5 в
Рис. 250. Винтовой окулярный^микрометр.
Рис. 254. Отсчетная руко¬
ятка уровня с шайбо-кулач¬
ковым ограничителем по¬
ворота.
2 — рукоятка с накаткой; 3 — барабан со шкалой; 4 — индекс; 5 — гайка; 6 — ве¬
дущая шайба ограничителя поворота рукоятки; 7 — неподвижная (стопорная)
шайба; 8 — промежуточные (свободные) шайбы.
Отсчетный механизм с винтовым ограничителем движения изображен на рис. 225.
Устройство этого механизма вполне ясно из чертежа- (см. также ограничители враще¬
ния, стр. 199). Свободный конец вала 7 присоединяется к той детали (механизму)
прибора, поворот которой должен быть отсчитан. Линейная шкала прибора (под
защитным стеклом) дает отсчет целых оборотов вала 7, а барабан 2 — доли оборота.
На рис. 256 дан лимб, применяемый главным образом в биноклях и стерео¬
трубах (для отсчета расстояний между оптическими осями). Установка — по глазам.
На рис. 257 изображен отсчетный механизм с лимбом (с дисковой шкалой).
В тех случаях, когда круговая шкала должна быть разделена на очень боль¬
шое число делений, вследствие чего для одного оборота шкалы .деления полу¬
Рис. 258. Барабан со спиральной шкалой.
Рис. 259. Барабан со спи¬
ральной шкалой и переме¬
щающимся индексом.
чаются слишком мелкими, применяются спиральные (многооборотные) шкалы. Эти
шкалы наносятся по винтовой линии детали, имеющей вид барабана.
В конструкции по рис. 258 барабан имеет изнутри винтовую нарезку того же
шага, что и винтовая линия делений, и посажен на винт. Таким образом при своем
вращении он получает продольное перемещение, в результате которого винтовая
линия делений остается совмещенной с неподвижным индексом.
В другой конструкции (рис. 259) барабан 7 имеет снаружи винтовую канавку,
вдоль которой нанесены деления. Индекс 2, имеющий свободу перемещения парал¬
лельно образующей барабана, снабжен выступом, входящим в винтовую канавку,
-барабана благодаря чему при вращении барабана он получает продольное переме¬
щение вдоль последнего.
ГЛАВА XV
ОГРАНИЧИТЕЛИ ВРАЩЕНИЯ
Часто поворот отсчетных рукояток должен быть ограничен определенным
числом оборотов (углом поворота). Для ограничения числа оборотов в оптико-ме¬
ханических приборах наиболее часто применяются ограничители вращения следующих
типов: 1) винтовой, 2) с кулачковыми шайбами, 3) зубчатый, 4) мальтийский крест.
49. Винтовой ограничитель
Одним из наиболее простых типов ограничителей является винтовой ограни-^
читель. Принцип его действия состоит в следующем. Представим себе винт М
(рис. 260), "на котором на расстоянии 50 закреплены два упорные кольца а\ между
этими кольцами по винту может перемещаться гайка Ь, которая удерживается от
вращения выступом, входящим в паз, расположенный параллельно оси винта-7 Таким
образом при вращении винта гайка может перемещаться только поступательно,
причем величина ее перемещения равна: 5 = S0— S1? где — толщина гайки.
Число оборотов винта, при котором гайка пройдет путь 5, равно п = S/t, где
/—шаг винта.
199
Рис. 260. Винтов ой ограничитель вращения.
Рукоятка Ьоаиіемия
Рис. 261. Ограничитель вращения с кулачковыми шайбами.
Однако такая простейшая конструкция не совсем удобна по той причине, что
при малом угле подъема винта будет происходить заклинивание гайки в ее крайних
положениях. Чтобы избежать этого, на гайке b и упорных кольцах а делают кли¬
нообразные выступы, и, таким образом, касание гайки с упорами происходит не
по торцевой поверхности, а по боковой поверхности выступов, чем исключается
возможность заклинивания. Точный расчет числа оборотов винта в этом случае
получается несколько более сложным. Для того чтобы этот расчет получался
в прежней зависимости, т. е. n = Sft, упорные кольца должны быть повернуты
относительно друг друга на угол клинового выступа гайки а; обычно а берется
равным 45°. Высота п клинового выступа должна быть не менее 0,1—0,2Л
Отсчетный механизм с винтовым ограничителем показан на рис. 255.
50. Ограничитель с кулачковыми шайбами
Неудобством винтового ограничителя является относительно значительная длина,
особенно при малом числе оборотов. Для последнего случая бывает удобен огра¬
ничитель с кулачковыми шайбами. Этот ограничитель состоит из ряда шайб
с выступами (кулачками), посаженных на вращающийся валик М (рис. 261). Одна,
из шайб а (ведущая) закреплена на отсчетном валике, последняя шайба q закре¬
пляется неподвижно в корпусе механизма. Все промежуточные шайбы сидят свободно>
на валу. При вращении валика ведущая шайба а захватывает своим выступом сле¬
дующую, свободную шайбу Ь, та в свою очередь при своем повороте захватывает
следующую шайбу ряда, и т. д. Валик и система шайб будут иметь возможность
вращаться до 'тех пор, пока последняя свободная шайба не упрется своим высту¬
пом в выступ неподвижной шайбы q.
Общее количество k кулачковых шайб для заданного числа оборотов п на¬
ходится по формуле
по данной формуле при выбранном а, полу-
до ближайшего большего целого числа. Если
, 360л . _
k = 360=2а + 1 ’
где а — угол (центральный) между боковыми гранями выступа шайб (кулачков)
в градусах.
Если величина Л, высчитанная
чается дробной, то ее округляют
необходимо точно выдержать число оборотов, то появившийся излишек угла пово¬
рота уничтожают увеличением угла ak кулачка стопорной или ведущей шайбы.
Угол а-нормализован и равен 15°.
Угол (в градусах) определяется в последнем случае по формуле
ak — (360—2а) (k — 2) — 360 (л — 1) — а.
Число ведомых шайб b равно k—2.
Пример. Дано л = 8 (точно); а =15°. Тогда:
£ = 360*8 » J g у
360—30 ’
Принимаем k — 10, тогда
ч = (360 — 30) (10 — 2) — 360 (8 — 1) — 15 = 105°.
Рис. 262.
Кулачковая
шайба.
Таблица 54
Нормальные размеры кулачковых шайб
(в мм)
d
доп.
Л4
D
ДОП.
с5
г
Н
h
а
8
12
7
2
1
15°
10
15
8
2
1
15°
12
18
10
2
1
15°
14
20
11
3
1,5
15°
На рис. 262 изображены кулачковые шайбы ограничителя по нормам ОМП.
В табл. 54 даны нормальные размеры шайбы.
201
51. Зубчатый ограничитель
Зубчатый ограничитель по идее весьма остроумен: он позволяет при весьма
малых габаритах и количестве деталей получить большое число оборотов.
Этот ограничитель состоит из двух зубчатых колес, из которых одно закре¬
плено на валу М, а другое, находящееся в зацеплении с первым, посажено сво¬
бодно на неподвижную ось (рис. 263). У одной из зубчаток один зуб удлинен.
В одной плоскости с этой удлиненной частью зуба на другой зубчатке против
6ид по стрелке А
Коней, вращения по
вид по стрелке А
Рис. 263. Зубчатый ограничитель вращения.
впадины между зубьями запрессовывается упорный штифт К. Валик М вращается
до тех пор, пока стопорный зуб е шестерни Е не встретит упорного штифта К.
При расчете зубчатого ограничителя 1 вращения задаются: 1 ) числом оборотов п
валика М, 2) числом зубьев Zt шестерни Е. Требуется найти наименьшее число
зубьев Zs стопорной шестерни S, при котором получится остановка шестерни Е
через заданное число оборотов п.
Такое число должно удовлетворять следующим условиям: 1) Z^=.ZS\ 2) —
дробь несократимая; Ss^n.
При Ss = n и удовлетворяющем двум другим условиям наименьшее количество
зубьев S, шестерни S получается при одной стопорной впадине (при посадке
1 Расчет зубчатого ограничителя произведен впервые" инж. И. М. Триус-Александровым.
202
одного штифта; см. числовой пример 1-й). Поэтому при расчете ограничителя сперва
задаются численным значением = п и, если оно удовлетворяет двум другим
условиям, выполняют ограничитель с одной стопорной впадиной.
Если значение Ss — n противоречит условиям 1-му и 2-му, то численные зна¬
чения для подбирают минимальными, но больше п (например 3*^. =/г —1) и
выполняют ограничитель с двумя стопорными впадинами и sk.
Вращение шестерни Е по направлению часовой стрелки в этом случае начи¬
нается от момента положения зуба е у стопорной впадины № 1 и оканчивается
при встрече его со стопорной впадиной с порядковым номером k.
Число k определяют из выражения:
k = Zxn — Zsm 4- 1,
где nt — число целых оборотов, которое сделает шестерня 5 при заданных п
оборотах шестерни Е (см. числовой пример 2-й).-
Численно т равно целой части дроби если дробь неправильная и
на единицу меньше, если дробь обращается в целое число. В последнем случае
k = Zs (см. числовой пример 3-й).
При расчете зубчатого ограничителя необходимо иметь в виду, что валик /И
с шестерней Е не сделает точно целого числа п заданных оборотов и без той
части оборота, которая соответствует центральному углу <р.
Примеры расчета зубчатых ограничителей
Пример 1. Дано: число оборотов валика М, число зубьев ведущей ше¬
стерни £; /7=13. Требуется найти число зубьев Zs стопорной шестерни 5.
Выбирают численное значение для Z^=/7=13, удовлетворяющее всем условиям,
а именно: 13 ф 14; 13/14— дробь несократимая. Выполняют ограничитель с одной
стопорной впадиной (st).
Пример 2. Дано: /7=20; ZA = 10. Требуется найти Zs и k.
Численное значение Zs = п — 20 не удовлетворяет условию несократимости
дроби, так как Zty/Z1 = 20/10=2. Поэтому выполняют ограничитель с двумя стопор¬
ными впадинами (^ и sk).
Минимальное численное значение для Z5, удовлетворяющее всем условиям,
будет /7-р1, т- е- £у = 21. Определяя место второй стопорной впадины ($Д
находят
&= 10-20—21/^4-1=201—21/77=
= 21(9—/п)4~12. При /п = 9, &=12.
Пример 3. Дано /г =10; Z=12. Тре¬
буется найти Zs и k.
Наименьшее численное значение для Zs, удо¬
влетворяющее всем условиям, равно /г4“1=11>
следовательно, Zs = ll. ч
к= 12:10— ll/TÎ-f-l = 121 — 11/// = 11(11— т).
В данном случае для т необходимо взять
значение на единицу меньше, т. е. т = 10; тогда
£ = 11.
В качестве органичителя вращения может применяться мальтийский крест.
Неудобство мальтийского креста, показанного на рис. 264, состоит в том,
что допускаемое им число оборотов всегда будет иметь вид неправильной дроби
360/п +
360
где /77 — число рабочих лопастей мальтийского креста;
ср—угол поворота пальца до касания с упором q.
203
ГЛАВА XVI
ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРООСВЕТИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
52. Общие сведения
Значительная часть оптических приборов требует искусственного освещения
сеток, шкал, объектов. Требования, которым должны отвечать электроосветитель¬
ные устройства, вытекают из общих требований, предъявляемых к оптическим
приборам: минимальный вес и габарит, надежность в работе, удобство обслужи¬
вания; для приборов, подвергаемых нтряске, — нечувствительность к последней,
удобство замены перегоревших ламп, возможность регулировки освещения, гер¬
метичность для военных приборов и т. п.
Для целей освещения сеток и шкал обычно применяются лампы напряжением
2,5—12 V. Для передвижных киноустановок
Рис. 265. Типы цоколей.
(табл. 55):
1) винтовой цоколь Эдиссона (рис. 265, а).
2) штыковой цоколь Свана (рис. 265, б).
и микропроекции — лампы 6—12 V.
В стационарных установках при¬
меняются и лампы накаливания на¬
пряжением 110—220 V и дуговые
лампы. Специфическим требованием,
предъявляемым к ряду ламп (особен¬
но это относится к проекционным
лампам), является возможно меньшая
площадь светящегося тела (например
точечные лампы). Весьма важна в
проекционных устройствах возмож¬
ность фокусировки светящегося тела
Для включения ламп приме¬
няются два основные типа цоколей
Цоколи
Таблица 5b
№
по
пор.
Тип цоколя
№ ри-
1 сунка
1
Завод- I
ский № 1
Размеры, мм
а
b
с
d
е
11
2
3
4
5
6
7
8
9
10
И2
Эдиссон (нормальный)
Эдиссон-Миньон 1
„ Лилипут
„ Голиаф
Сван (нормальный)
„ Миньон 1
. 2
384
384
384
384
384
384
384
385
385
0
1
2
18
9
12
20
6
7
27
27
28
38
22
18
9,5
47
26,5
20
15
26
28
30
44
27
27
13
63
25
17
15—17
0
5
7
16
9
10
3,5
18
9
4
27
23
23
23
18
15
9,5
35
6
5-6
5-6
26
27
27
27
14
14
9,5
39
22
15.
15
1 Цоколь такой же, как на рис. 265, а, но без ободка.
2 Цоколь такой же, как на рис. 265, б, но без ободка; применяется пре¬
имущественно.
Цоколь Эдиссона применяется преимущественно в стационарных установках
(за исключением лампочек „Лилипут* с этим цоколем, применяемых в подвижных
установках).
Пример обозначения цоколей „Эдиссон-Лилипут* и „Сван-Миньон* двух¬
контактного: „Цоколь Е-10“; „Цоколь S-15-2*.
204
53. Патроны
Для предотвращения перегрева у ламп мощностью выше 15 W должна быть
обеспечена достаточная вентиляция. В приборах, эксплоатируемых на открытом
воздухе, должна быть обеспечена защита лампы от попадания влаги.
Патрон должен обеспечивать надежный электрический контакт, нечувстви¬
тельный к сотрясениям, а также удобство и надежность присоединения питающих
проводов; патрон должен обеспечивать удобную замену перегоревшей лампочки;
в некоторых случаях (микро- и кинопроекция и др.) в конструкции патрона
должна быть предусмотрена точная юстировка лампы.
Основные типы
Ниже приводятся основные типы патронов (фонарей), применяемых в оптико¬
механических приборах.
На рис. 266 показан фонарь осветительной системы звуковой приставки
к кинопроектору ТОМП-4. 1 — корпус фонаря; 2 — центрированная крышка,
снабженная байонетным затвором 6 и зажимным устройством 7; 3 — шаровое
кольцо; 4 — патрон S-15; 5 — проекционная лампа 12 V, 30—50 W. Такое устрой¬
ство делает возможным подвижку лампы в любом направлении.
Рис. 267 изображает патрон для ламп с цоколем S-15. При применении
в полевых приборах он должен быть снабжен герметическим кожухом.
Хорошо сконструированный патрон показан на рис. 268. Он может быть
рекомендован для применения в полевых приборах. Замена перегоревшей лам¬
почки весьма удобна, так как при вывинчивании патрона из гнезда вращается только
втулка 7. Гайка 2 служит для зажима оплетки проводов.
Рис. 269, а изображает патрон для стационарных приборов (например лабо¬
раторных и т. п.). Если требуется юстировка лампы, то деталь 7 делается
с эксцентриситетом (е = 2 мм), как показано на рис. 270, б\ 2 — гильза патрона
3 — изоляционное кольцо; 4 — упорное кольцо; 5 — винт и гайка для поджима
проводов; 6—изоляционный ниппель.
Рис. 270. Патрон, обеспечивающий замену лампочек без нарушения их центри¬
ровки. К патрону придаются лампочки, центрированные во втулке, к которой
они припаиваются (рис. 270, а). Применяется в приборах, где требуется весьма
хорошая центрировка лампочек.
Рис. 271 изображает двухполюсный патрон, снабженный ласточкиным хво¬
стом, при помощи которого патрон вставляется в соответствующее гнездо в приборе
и стопорится. Этот патрон снабжен цилиндрической шторкой 7, в которую
ввернут штифт 2, проходящий в прорезанный в корпусе патрона шлиц.
В шторке прорезано отверстие, равное световой щели корпуса патрона. Вращая
шторку с помощью штифта 2, можно регулировать величину световой щели.
Оплетка провода зажимается между половинками шайбы 3. От скручивания провод
предохраняется шлицом, имеющимся в одной из половинок шайбы 3, в который
входит выступ колпачка 4; 5 — стопор. На рис. 272 и 273 даны применяемые
в полевых приборах патроны.
54. Реостаты
Реостатом называется прибор, включаемый в цепь электрического тока для
изменения (уменьшения) силы тока. Основной частью реостата является омическое
сопротивление, величину которого необходимо изменять. В реостатах с метал¬
лическим сопротивлением (о которых только и будет итти речь) это сопротивле¬
ние представляет собой ряд витков проволоки из материала с высоким удельным
мм2
сопротивлением: никелин — удельное сопротивление ~ 0,44 2 ~ , манганин —
удельное сопротивление 0,402-—^—, константан, нихром — удельное сопроти-
- - мм2
вление—1,12
’ м ‘
205
Рис. 266. Осветительный фо¬
нарь с устройством для цен¬
трировки лампы.
* Л
Рис. 267. Двухконтактный патрон
„Сван“.
Рис. 268. Патрон для полевых приборов.
Рис. 269. Патрон с эксцентриковой втулкой.
Рис. 270. Патрон с центрированными лампами:
а—лампа, центрированная во втукле.
<Ы6.5
Рис. 271._Патронлс креплением на „ласточкином хвосте".
Рис. 272. Различные типы патронов для микроскопов и измерительных приборов.
Реостаты, применяемые в оптико-механических приборах, служат для плавного
изменения силы тока в цепи питания ламп и тем самым для плавного изменения
силы света. Изменение силы света необходимо при подсвечивании сеток и шкал,
видимых в поле зрения прибора, при изменениях внешних условий освещения
(освещенности наблюдаемых объектов и яркости фона), для изменения освещения
при наблюдении в различных микроскопах и измерительных приборах.
Рис. 273. Патрон коллиматорного визира.
Рис. 274. Нормальный реостат.
Ниже мы приводим некоторые наиболее применяемые типы реостатов.
Реостат, изображенный на рис. 274 (изготовляется в качестве нормального
типа), достаточно прост, надежен и удобен в эксплоатации. Корпус^/ и головка 4
делаются из пластмассы. Все остальные детали изготовляются на автоматах и
Рис. 275. Нормальный реостат с сальниковым уплотнением для Рис. 276. Герметичная
герметичности. штепсельная вилка.
штамповкой. Реостат состоит из следующих деталей: 7 — корпус; 2 ось, 3 втул¬
ка; 4 — головка реостата; 5 — втулка; 6 — ползун; 7 — гайка; 8 каркас с об¬
моткой; 9 — винт; 10 — прокладка. Сопротивление реостата изменяется от 0 до 152.
Реостат, изображенный на рис. 276, также нормализован. Он снабжен саль¬
никовым уплотнением, обеспечивающим от попадания влаги внутрь. Данный рео¬
стат может благодаря этому монтироваться на корпусах приборов, причем его
контактная часть с прав одами входит через отверстие в корпусе внутрь прибора,
что удобнр для монтажа. Обмотка применяется различная, с сопротивлением от 15
до 4002.
208
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение I
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЧЕРТЕЖИ И КРАТКИЕ ОПИСАНИЯ ДВУХ ТИПОВЫХ
ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
/. Инструментальный микроскоп. Описываемый прибор, (рис. 277) является
интересным по насыщенности механизмами и типичным для группы контрольно¬
измерительных приборов.
Инструментальный микроскоп предназначается главным образом для проверки
резьбовых изделий и калибров. При измерениях штрихи сетки микроскопа совме¬
щаются с изображением профиля нарезки.
Измеряемое изделие перемещается в продольном и поперечном направлениях
посредством микрометрических винтов. Угол профиля нарезки измеряется и отсчи¬
тывается при поворотах измерительной сетки с помощью специального отсчетного
микроскопа.
Тубус главного микроскопа 72 может быть повернут на угол подъема средней
винтовой линии изделия (иначе одна сторона профиля будет видна не резко). Он Состоит
из чугунного основания 7, на котором смонтированы крестообразные салазки с шарико¬
выми направляющими (детали 2 и 3). Передвижение салазок производится микро¬
метрическими винтами 4\ отсчет — 0,01 мм, вследствие этого допустимая ошибка
на шаг и длину всей нарезанной части винта (25 мм) составляет всего 0,003 мм.
Изготовление винта длиной свыше 25 мм с такой точностью представляет большие
трудности, поэтому продольные салазки прибора, имеющие общий ход в 75 мм,
сделаны комбинированными. Перемещение микрометрическим винтом ограничивается
25 мм. Дополнительное движение на 50 мм производится при помощи калибро¬
ванных плиток; для этого стол с находящимися на нем салазками отодвигают
от упора рукой и в образовавшийся промежуток вкладывают плитку требуемого
размера. При этом стол остается прижатым к плитке с помощью пружины. После
удаления плитки стол под действием тех же пружин возвращается к упору. Для
того чтобы при этом не произошло удара, движение стола замедляется с помощью
специального амортизатора (регулятора скорости).
На рис. 278 представлена оптическая схема прибора.
Увеличение микроскопа — 30х, поле зрения — 6 мм. Рабочее расстояние
(расстояние от предмета до первой поверхности объектива) — 60,5 мм. Объектив
дает увеличение 3х, окуляр — 10х. Для установки окуляра по глазу наблюдателя
предусмотрено диоптрийное перемещение на ±5 диоптрий. За объективом поме¬
щена оборачивающая система призм Порро второго рода (в схеме дополнительно
указана в перспективе). Благодаря наличию этой системы исследуемый объект
виден в окуляре в его естественном положении, и все движения предмета воспри¬
нимаются соответственно действительным направлениям перемещений.
Осветительная система для визуального наблюдения состоит из нормальной
электролампы, зеленого светофильтра, призмы и линзы. Для получения наилучшего
освещения перед призмой помещена ирисовая диафрагма с переменным диаметром
светового отверстия от 3 до 30 мм.
Изображенный на схеме сменный окуляр для измерения углов (см. также
рис. 279) имеет в поле зрения штриховую стеклянную пластинку Р. Пластинка
14 М. Я. Кругер и Б. М. Кулижнов 209
Рис. 277. Инструментальный микроскоп.
связана с лимбом L, разделенным на градусы. Угол поворота пластинки опреде*
ляется с помощью отсчетного
окуляра (рис. 277). Микроскоп
имеет шкалу, 60 делений ко¬
торой соответствуют одному
делению лимба, следовательно,
точность отсчета составляет 1'.
Увеличение отсчетного микро¬
скопа— 42х.
Другой сменный окуляр
снабжен револьверной сеткой
На сетке фотографическим пу¬
тем нанесены нормальные про¬
фили метрической резьбы
(рис. 57). Каждый из нанесен¬
ных профилей может быть при¬
веден в центр поля зрения оку¬
ляра вращением оправы сетки,
ось которой смещена относи¬
тельно оси окуляра. На краю
поля зрения окуляра располо¬
жена неподвижная шкала. При
правильном положении нор¬
мального профиля радиальный
штрих его совпадает с нулевым
делением шкалы. Назначение
шкалы — определение откло¬
нения резьбы от нормального
профиля и положения его от-
микроскопа б, укрепленного на крышке корпуса
ПризмЬ
Парро
Предмет
С толан
Ойъектиб
Иpu со Ôaя диафрогмо
Рис. 278. Схема оптики инструментального' микро¬
скопа.
носительно оси винта.
2. Артиллерийская панорама системы Герца, Артиллерийская панорама системы
Герца является классическим прицельным прибором и применяется в большинстве
Рис. 279. Угломерный окуляр.
стран. Несмотря на несколько десятков лет своего существования, она очень мало
конструктивно изменялась за это время. Этот прибор служит для горизонтальной
211
(иногда и вертикальной) наводки орудий. Он представляет собой перископическую
систему с небольшой перископичностью (рис. 280).
Верхняя головная призма панорамы (отражатель) может поворачиваться по
горизонту на 360° и по вертикали на 12°.
Для компенсации наклона изображения, при вращении головной призмы вокруг
вертикальной оси, применяется призма 2, вращающаяся в ту же сторону, но
с угловой скоростью вдвое меньшей, чем угловая скорость отражателя.
Рис. 280. Артиллерийская панорама полевых орудий.
Таким образом на долю основного механизма панорамы падает задача осу¬
ществления поворотов призмы Дове и головной призмы с указанным передаточным
отношением. Кроме того, панорама имеет механизм для вращения головной призмы
в вертикальной плоскости, а также механизмы для отсчета углов как в горизон¬
тальной, так и вертикальной плоскостях.
Оптическая система панорамы состоит из головной призмы 7, призмы Дове 2,
объектива 3, окулярной призмы (дахпризмы) 4 и симметричного четырехлинзового
окуляра 5 с вынесенным зрачком выхода для возможности работы в противогазе.
Сама, панорама состоит из трех основных частей: 1) вращающейся головки
с механизмом для вертикальной наводки и механизмом отсчета вертикальных
углов; 2) средней части, несущей призму Дове, диференциал для компенсации
212
наклона изображения и червячный механизм для горизонтальной наводки; и 3) оку¬
лярного колена, несущего объектив, дахпризму и окуляр.
Головная часть вращается вокруг вертикальной оси с помощью маховичка 6.
Кроме того, стакан, в котором заключена призма-отражатель, вращается вокруг
горизонтальной оси с помощью маховичка 7. С этим маховичком жестко соединен
барабан 15 со шкалой для отсчета вертикальных углов; цена деления барабана —
1 артиллерийская тысячная (0—01), что соответствует 3,7'.
Диференциальный механизм средней части панорамы служит для вращения
призмы Дове. Он состоит из трех конических зубчатых колес: нижнего венца 8,
закрепленного в корпусе панорамы, верхнего венца 9, соединенного с вращаю¬
щейся головной частью, и сателлита 10, вращающегося на оси, находящейся на
оправе призмы Дове. Такой механизм обеспечивает отношение угловых скоростей
вращения призмы Дове и верхней головки как 1 :2.
Червячный механизм, с помощью которого вращаются головная призма
и призма Дове, состоит из червячного колеса 11, связанного с головной частью,
и червяка 12, имеющего маховичок 6 и барабан со шкалой. Углы поворота
в горизонтальной плоскости отсчитываются по делениям, нанесенным на кольце
угломера’ 13, и по барабану 14. Кольцо укреплено на головной части панорамы,
индекс 16—на средней неподвижной, со стороны окуляра.^ Кольцо разделено
на 60 частей; цена каждого деления—100 арт. тысячных (1—00). Точная наводка
осуществляется при помощи барабана червяка, имеющего 100 делений; цена
каждого деления — 1 арт. тысячная. Один оборот барабана (и червяка) соответствует
повороту отражателя на одно деление кольца. Для быстрого поворота отража¬
теля на большие углы червяка можно выключить и поворачивать головную часть
панорамы от-руки.
Выключающий механизм состоит из вращающейся эксцентриковой втулки 77,
в которой заключен червяк, и цилиндрической пружины, работающей на скручи¬
вание, один конец которой входит в корпус панорамы, а другой — во втулку 77.
Эта пружина постоянно прижимает червяк к червячному колесу. Эксцентриковая
втулка снабжена рычагом (отводкой) 18, с помощью которого производится вы¬
ключение червяка.
Укрепление панорамы в гнезде прицела производится при помощи защелки,
находящейся в нижней части гнезда прицела и захватывающей хвост 19 панорамы;
зажимной винт в верхней части гнезда закрепляет специальный прилив на средней
части панорамы. Таким образом панорама очень прочно соединяется с люлькой
лафета и выдерживает сотрясения, неизбежные при выстреле.
Приложение II
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРУЖИН
Проволока
Проволока стальная, углеродистая, пружинная круглая для машиностроения
по ОСТ 20006-38 применяется для изготовления пружин, навиваемых в холод¬
ном состоянии и не подвергаемых закалке.
Классификация
1. Пружинная проволока, в зависимости от ее прочности, подразделяется на:
а) проволоку нормальной крепости, условно обозначаемую маркой НК;
б) проволоку повышенной крепости, условно обозначаемую маркой ПК;
в) проволоку рояльную, условно обозначаемую маркой Р. В оптическом при¬
боростроении применяется в основном проволока марок ПК и Р, данные о кото¬
рых приводятся ниже.
В зависимости от пластических свойств проволока изготовляется двух клас¬
сов для марки Р и трех классов для марки ПК.
Пример условного обозначения проволоки повышенной крепости диаметром
1,2 мм 2-го класса: проволока 1,2 ПК-11 ОСТ 20006-38.
213
Технические условия
Проволока должна быть круглого сечения, с гладкой поверхностью, без
продольных штрихов, трещин, ржавчины, плен, закаток, раковин и других на¬
ружных дефектов.
Размеры и допуски указаны в нижеследующей таблице:
Размеры и допуски проволоки
Диаметр
прово¬
локи,
мм
ПК
Р
Диаметр
прово¬
локи,
мм
ПК
р
+
—
—
+
—
+
—
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,8
2,5
2,3
2,0
1,8
1,6
1,5
1,4
1,3
0,08
0,08
0,08
0,07
0,07
0,07
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,05
0,02
0,02
0,02
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0.6
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,03
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,03
0,03
0,03
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
Примечание: По особому требованию допускаются к изготовлению про¬
межуточные размеры.
Химический состав проволоки устанавливается заводом-изготовителем в зависимости
от марки проволоки и ее размеров.
В случае требования заказчика химический состав стали устанавливается путем
соглашения.
Проволока должна удовлетворять следующим механическим качествам:
Марка ПК (повышенной крепости)
Диаметр
прово¬
локи,
мм
1 Предел
прочности,
временное
сопротивл.
разрыву не
менее
кг/мм2
1 Число перегибов на 180°
не менее
Число скручиваний на
360° на длине 200 мм
не менее
Радиус
губок,
мм
1-й
класс
2-й
класс
3-й
класс
1-й
класс
2-й
класс
3-й
класс
6,0
120
10
3
2
1
2
1
1
5,5
120
10
3
2
2
3
2
1
5,0
125
10
3
3
2
4
3
2
4,5
135
10
4
4
3
6
5
3
4,0
140
10
5
5
4
8
6
4
3,5
145
10
b
5
4
9
7
5
3,0
150
10
7
6
5
10
8
6
2,8
155
5
5
4
3
11
9
7
2,5
160
5
6
5
4
12
10
8
2,3
170
5
7
6
5
13
11
9
2,0
180
5
8
7
6
16
14
11
1,8
180
5
9
8
7
19
15
13
1,6
190
5
12
10
8
22
16
14
1,5
190
5
14
12
9
24
17
14
1,4
190
5
16
14
10
26
18
15
1,3
190
5
17
15
11
29
19
15
1,2
190
5
19
17
12
30
20
16
1,1
190
5
21
19
14
32
22
17
214
Диаметр
прово¬
локи,
мм
Предел
прочности,
временное
сопротивл.
разрыву
не менее
кг]мм*
Число перегибов на 180'
не менее
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
190
200
200
210
210
220
220
220
220
220
220
220
220
Радиус
губок,
мм
1-й
класс
2-й
класс
3-й
клас
5
24
22
17
5
28
26
20
5
32
30
24
проволоки диаметром от 0,7 мм ис-
Для .
пытание на перегиб заменяется испытанием
на разрыв с узлом. При этом разрывающее
усилие должно быть для 1 класса не менее
50%, а для 2 и 3 классов не менее 40% от
разрывающего усилия этой же проволоки
при испытании без узла
Продолжение
Число скручиваний на
360° на длине 200 мм
не менее
1-й
класс
2-й
класс
3-й
класс
35
24
19
37
28
24
44
35
30
55
45
38
60
55
46
70
60
50
75
65
55
80
70
60
85
75
65
90
80
70
95
85
75
100
90
80
105
95
85
Марка Р (рояльная)
Диаметр
проволоки,
мм
Предел
прочности,
временное
сопротивл.
разрыву
не менее
кг! мм2
Число перегибов на 180°
не менее
Число скручиваний на
360° на длине 200 мм
не менее
Радиус
губок,
мм
1-Й
класс
2-й
класс
1-й
класс
2-й*
класс
6,0
140
10
1
1
-
5,5
140
10
2
1
2
1
5,0
150
10
2
1
2
1
4,5
150
10
3
2
3
2
4,0
160
10
3
2
3
2
3,5
170
10
4
3
5
3
3,0
170
10
5
4
8
5
2,8
170
5
4
3
9
6
2,5
180
5
5
4
10
7
2,3
190
5
6
5
12
9
2,0
200
5
7
6
14
И
1>8
210
5
9
7
16
13
1,6
220
5
12
9
20
15
1,5
220
5
14
10
22
16
1,4
230
5
16
12
24
17
1,3
230
5
18
13
26
18
1,2
240
5
21
15
28
19 ’
1,1
240
5
23
17
30
21
1,0
250
5
26
19
32
23
0,9
255
5
32
23
36
27
0,8
260
5
37
28
40
33
0,7
260
45
40
0,6
265
50
45
0,55
265
Для проволоки диаметром от и,/ мм ис¬
пытание не перегиб заменяется испыта-
55
50
55
0,50
265
нием на разрыв с узлом. При
этом разры-
60
0,45
265
265
вающее усилие должно быть
для 1 класса
70
60
0,40
не менее 50% и для 2 класса не менее
40% от разрывающего усилия этой же
80
70
0,35
265
проволоки для испытания без
узла
90
75
0,30
265
100
80
0,25
265
ПО
85
0,20
265
120
95
Если при испытании на кручение образец дает требуемое число скручиваний,
но по доведении до установленного числа оборотов обнаружится расслоение, то резуль¬
тат испытания считается неудовлетворительным. При этом под расслоением понимаются
поверхностные трещины, идущие по винтообразной линии испытуемого образца.
Проволока марок ПК и Р размером от 2 до 6 мм не должна расслаиваться и ло¬
маться при навивке 5 витков вокруг стержня диаметром, равным диаметру испытуемой
проволоки.
215
Лента
Условное
обозначение
1Т
2Т
ЗТ
4Т
В
ВТ
К
Ч
III
Лента стальная пружинная, термообработанная (ГОСТ 2614-44) предназначена для изгото¬
вления пружинящих деталей и пружин, кроме заводных.
Классификация
Лента разделяется следующим образом:
1. По твердости.
Лента первой твердости
» второй „
. третьей „
„ четвертой „
2. По точности изготовления:
Лента нормальной точности изготовления
„ повышенной „ 9
„ . только по толщине
3. По виду поверхности:
Лента светлая
„ колоризованная
„ черная
4. По виду кромок:
Лента с обрезными кромками
, „ закругленными кромками (после шлифовки) или изго¬
товленная плющением проволоки
Условное обозначение ленты четвертой твердости, повышенной точности только по
толщине, светлой, с закругленными кромками, толщиной 0,5 мм, шириной 8 мм.
Лента 4Т-ВТ-ІІІ-0,5 X 8 ГОСТ 2614-44.
Сортамент
Размеры ленты устанавливаются следующие:
толщина: 0,1; 0,12; 0,14; 0,15; 0,16; 0,18; 0,2; 0,22; 0,25; 0,28; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6;
0,7; 0,8: 0,9 и 1 мм;
ширина: 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 7; 8; 9; 10; 12; 14; 15; 16; 18; 20; 22; 25; 28;
30; 32; 35; 38; 40 мм;
нормальное отношение ширины ленты к ее толщине — от 10 до 100 включительно.
Ленту третьей твердости изготовляют толщиной не более 0,8 мм, а четвертой твер¬
дости — не более 0,6 мм.
Допускаемые отклонения устанавливаются следующие:
а) по толщине:
мм
Толщина ленты
Точность изготовления ленты
нормальная |
повышенная
От 0,1 до 0,15
— 0,02
— 0,015
Св. 0,5 „ 0,25
— 0,03
— 0,020
. 0,25 , 0,4
— 0,04
— 0,030
„ 0,4 , 0,7
— 0,05
— 0,040
. 0,7 , 0,9
-0,07
— 0,050
. 0,9 . 1,0
-0,09
- 0,060
б) по ширине:
мм
Толщина ленты
Точность изготовления ленты
нормальная
повышенная
От 0,1 до 0,5
— 0,3
— 0,2
Св. 0,5 „ 1,0
— 0,4
-0,3
3. Технические условия
Лента изготовляется из стали марок: У7А, У8А, У9А, У10А и У12А по ГОСТ
В-1435-42; 65Г по ГОСТ В-1050-41; 60С2 и 60С2А по ГОСТ В-2052-43 и 70С2ХА по
ГОСТ 2284-43.
216
Выбор марки стали производится заводом-изготовителем. По особому требованию
потребителя лента должна быть изготовлена из стали марки, указанной последним.
По механическим свойствам и по твердости лента должна удовлетворять следующим
требованиям:
Группа
ленты
Предел прочности при рас¬
тяжении (временное сопро¬
тивление разрыву), кгімм2
Относительное удлине¬
ние при Z — 200 мм
% не менее
Твердость
по Викерсу
1Т
130—160
4
375—485
2Т
150-180
3
450—560
ЗТ
170—200
2,5
525-650
4Т
Более 190
2
Более 600
Примечание. Результаты определения относительного удлинения для всех лент имеют факультативное
значение, за исключением ленты группы ЗТ, поставляемой авиационной промышленности, для которой норма
(2,5 °/0) обязательна.
Колоризованная лента должна иметь полированную поверхность. Требования к по¬
верхности такой ленты те же, что и для светлой. Цвет колоризации — от светложелтого
до фиолетового, причем в указанных пределах на одной и той же ленте допускаются одно¬
временно все оттенки.
Черная лента может иметь темную, или покрытую цветами побежалости, или светлую
поверхность, без закатов, расслоений и ржавчины. Допускаются окалина, мелкие раковины,
продольные риски и царапины и отпечатки от валков, глубиной не более допуска на тол¬
щину ленты.
Специфические требования для ленты специального назначения (в отношении упру¬
гости, испытания на перегиб, желобчатости, допусков и пр.) устанавливаются дополнитель¬
ными к настоящему стандарту техническими условиями.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бакингэм, Цилиндрические зубчатые колеса, Машметиздат, ОНТИ, !935.
2. Берндт, Основы и приборы технических линейных измерений, ОНТИ, 1935.
3. Б о р од а ч е в Н. А., Обоснования методики расчета допусков и ошибок размерных
и кинематических цепей, АН СССР, 1943—1946.
4. Б о р о д а ч е в Н. А., Анализ качества и точности производства, Машгиз, 1946.
5. Бруевич Н. Г., О точности механизмов, Издание АН СССР, 1941.
6. Бруевич Н. Г., Точность механизмов, ГТТИ, 1946.
7. Журнал .Оптико-механическая промышленность", 1931—1947.
8. Кругер М. Я. и Кулижнов Б. М., Конструирование оптико-механическик
приборов, ОНТИ, 1937.
9. Нормы и стандарты оптико-механической промышленности.
10. Дроздов, Детали точного аппарата и приборостроения.
11. Рольт, Калибры и точные измерения, Машметиздат, 1933.
12. Справочная книга оптика-механика, ОНТИ, 1937.
13. Трейер В. Н., Теория и расчет подшипников качения, ОНТИ, 1936.
14. Цуккерман С. Т., Точные механизмы, Оборонгиз, 1941.
15. Ш и б е л ь, Зубчатые колеса, Машметиздат, 1932.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Общие сведения об оптико-механических приборах
1. Общие сведения 4
2. Технические требования, предъявляемые к оптико-механическим приборам,
и условия их эксплоатации —
3. Влияние технологии сборки и выверка на конструкцию 6
Глава II. Методика проектирования приборов
4. Общие соображения 8
5. Последовательность проектирования —
Глава III. Точность прборов. Допуски и посадки
6. Источники ошибок 13
7. О выборе метода суммирования погрешностей механизмов 15
8. Приемы вычисления ошибок кинематических цепей . —
9. Физиологические погрешности 18
10. Допуски в оптико-механическом производстве 20
Глава IV, Основные материалы, применяемые в оптико-механических приборах
11. Стекло 22
12. Металлы и сплавы 29
13. Пластические массы 39
Глава V. Конструирование литых деталей и деталей из пластмасс
14. Литые металлические детали 45
15. Детали из пластических масс 49
Глава VI. Оптические детали. Наглазникй и налобники. Диафрагмы
16. Линзы 52
17. Призмы 5 '
18. Зеркала 67
19. Сетки 68
20. Защитные стекла 75
21. Светофильтры 76
22. Покрытия оптических поверхностей
23. Наглазники и налобники . . • 80
24. Диафрагмы 82
Глава VII. Соединения оптических деталей с механическими
25. Крепление круглой оптики . . • 87
26. Крепление некруглой оптики 96
Глава VIII. Направляющие для прямолинейного и вращательного движений
27. Общие сведения 105
28. Направляющие для прямолинейного движения 108
29. Направляющие для вращательного движения 114
30. Выбор материала и смазки • ' • 123
Глава IX. Валики, муфты и шарниры
31. Оси и валы 125
32. Муфты —
218
Глава X. Винтовые механизмы
33. Общие сведения 137
34. Конструкции и применение винтовых механизмов . . . . . . 138
Глава XL Кулачковые и рычажные механизмы
35. Кулаки 141
36. Рычажные механизмы 153
Глава XII. Зубчатые передачи
37. Общие сведения . 158
38. Цилиндрические зубчатые колеса 160
39. Конические зубчатые колеса (с прямыми зубьями) 166
40 Винтовые зубчатые колеса • . • 167
41. Червячные передачи 171
42. Материалы и формы зубчатых колес 173
43. Конструкции зубчатых и винтовых передач 174
44. Точность зубчатых передач 180
Глава Х111. Передачи гибкой связью
45. Передача гибкой стальной лентой 189
46. Передача гибким канатиком (тросом) 193
Глава XIV. Отсчетные барабаны и шкалы
47. Общие сведения 195
48. Металлические отсчетные барабаны и лимбы —
Глава XV. Ограничители вращения
49. Винтовой ограничитель 199
50. Ограничитель с кулачковыми шайбами 201
51. Зубчатый ограничитель 202
Глава XVI. Детали электроосветительного оборудования
52. Общие сведения 204
53. Патроны 205
54. Реостаты —
Приложения 209
Использованная литература 217
Корректор М. П. Бушева
Подписано к печати 16/ѴШ 1948 г. М 16688 Печ. лист. 133/4 .
Уч.-изд. лист. 26,9 Тираж 4000 экз. Зак. № 2379
1-я типография Машгиза, Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ
ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МАШГИЗ
Москва, Третьяковский проезд, д. 1
В течение 1948 г. выйдет из печати „Каталог-справочник
лабораторных приборов и оборудования" в 39 выпусках
Вып. 1. Лабораторные химические при¬
боры и аппараты.
Вып.’ 2. Лабораторная стеклянная посуда.
Вып. 3. Лабораторная посуда из фарфо¬
ра и кварца.
Вып. 4. Лабораторное оборудование (мель¬
ницы, мешалки, центрифуги, на¬
сосы, автоклавы и пр.).
Вып. 5. Ареометры. Вискозиметры.
Вып. 6. Манометры.
Вып. 7. Термометры стеклянные.
Вып. 8. Лабораторные нагревательные
приборы.
Вып. 9. Приборы для измерения и регу¬
лирования температуры.
Вып. 10. Приборы для тепловых испытаний
твердых, жидких и газообразных
материалов.
Вып. И. Весоизмерительные приборы.
Вып. 12. Приборы для измерения времени.
Вып. 13. Приборы и инструменты для кон¬
троля и измерения геометрических
величин.
Вып. 14. Специализированные приборы и
инструменты для контроля и из¬
мерения геометрических величин.
Вып. 15. Приборы и инструменты для кон¬
троля и измерения микрогеоме¬
трии поверхности.
Вып. 16. Приборы и машины для испыта¬
ния механических свойств ме¬
таллов.
Вып. 17. Приборы и машины для испыта¬
ния свойств неметаллических ма¬
териалов.
Вып. 18. Приборы и оборудования для изу¬
чения макро- и микроструктуры.
Вып. 19. Приборы для испытания и кон¬
троля работы механизмов машин.
Вып. 20. Приборы специализированные для
испытания и контроля работы
механизмов и машин.
Вып. 21. Счетно-вычислительные приборы
и аппараты.
Вып, 22. Приборы для измерения тока, на¬
пряжения и мощности.
Вып. 23. Меры и приборы для измерения
сопротивления, емкости и индук¬
тивности.
Вып. 24. Электротехнические приборы и
принадлежности.
Вып. 25. Радиоизмерительная и радиотех¬
ническая аппаратура и электрон¬
ные приборы.
Вып. 26. Рентгеновская аппаратура: при¬
боры для радиоактивных измере¬
ний.
Вып. 27. Микроскопы общего назначения.
Вып. 28. Спектральная аппаратура.
Вып. 29. Рефрактометры и поляризацион¬
ная аппаратура.
Вып. 30. Фотометры, калориметры и нефе¬
лометры.
Вып. 31. Фото-киноаппаратура и проек¬
ционные устройства.
Вып* 32. Оптические приборы разные.
Вып. 33. Специализированные биологиче¬
ские приборы и аппараты.
Вып. 34. Геодезические приборы.
Вып. 35. Метеорологические приборы.
Вып. 36. Геологические и геофизические
приборы.
Вып. 37. Материалы, применяемые в при¬
боростроении.
Вып. 38. Узлы, детали и материалы, ис¬
пользуемые при сборке лабо¬
раторных установок.
Вып. 39. Предметный указатель.
Каталог-справочник охватывает свыше 2000 приборов и лабораторного оборудования
отечественного производства, применяемых во всех отраслях науки и техники. Мате¬
риалы каждого выпуска каталога содержат следующие сведения : описание, назначение
и область применения приборов, краткая техническая их * характеристика, таблицы
выпускаемых типоразмеров, комплектность поставки, отпускная цена, завод-изготовитель.
Каталог-справочник предназначен для научно-исследовательских институтов, заводских
лабораторий, учебных заведений и других потребителей лабораторных приборов и обо¬
рудования, а также для конструкторов, работающих в области приборостроения.
Каталог-справочник выпускается ограниченным тиражом, поэтому заинтересованным
учреждениям и лицам рекомендуется забронировать за "собой необходимое количество
экземпляров как каталога в целом, так и отдельных его выпусков.
Цена выпуска от 3 до 9 руб., в зависимости от объема.
Предварительные заказы принимают книжные магазины Когиза и других
книготорговых организаций, областные (краевые) отделения Когиза и
отдел „Книга—почтой44 Могиза: Москва, проезд Куйбышева, 8.
Заказы можно также направлять в адрес Издательства.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.
Строка
Напечатано
Должно быть
По чьей
вине
14
22-я сверху
... появление ошибок
в приборе
... появление ошибок
в приборе. Для умень¬
шения ошибок следует:
Ред.
22
23-я снизу
(помарками
марками
Тип.
23
3-я снизу
ÀG,
ÀC
Авт.
23
Табл. 2
(в головке)
ng-nc
ng~nF
Авт.
24
2-я снизу
(в тексте)
пт
nD
Авт.
25
Табл. 5
(в головке)
Разрешение показате¬
лей ....
Разность показате¬
лей ...
Авт.
25
17-я снизу
этого условия,
этого, условия
Авт.
27
2 и 4 снизу
тв
Авт.
27
Табл. 7
(в головке)
тх
Авт.
47
10-я сверху
скрываются
вскрываются
Авт.
56
Рис. 24
(подпись)
из пентапризмы
и пентапризмы
Авт.
168
Рил 206
ф; ?і; ?2
рис. 384 и 385
₽і; 32
Авт.
204
Табл. 55
рис. 265, а и 265, б
Авт.
Кругер и Кулижнов, Конструирование «птико-механических приборов. Зак. 2379.
18 р. 5П к£П
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТ ДЕ 1ГЦИЕ МАШГИЗА
Ленинград, Неве: ий пр., 53