RU2789016C1 - Device for inserting an optical component into an optical path - Google Patents
Device for inserting an optical component into an optical path Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789016C1 RU2789016C1 RU2022120574A RU2022120574A RU2789016C1 RU 2789016 C1 RU2789016 C1 RU 2789016C1 RU 2022120574 A RU2022120574 A RU 2022120574A RU 2022120574 A RU2022120574 A RU 2022120574A RU 2789016 C1 RU2789016 C1 RU 2789016C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inner ring
- roller bearing
- optical component
- cores
- stator
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 66
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Техническое решение относится к оптике, к средствам ввода оптических компонентов в оптический тракт и может быть использовано в объективах, в которых при их функционировании требуется смена оптических компонентов для изменения рабочих характеристик объективов.The technical solution relates to optics, to the means of introducing optical components into the optical path and can be used in lenses in which, during their operation, a change of optical components is required to change the performance of the lenses.
Известно устройство для ввода оптического компонента в оптический тракт (описание к авторскому свидетельству СССР №1840330 на изобретение, опубликовано 27.09.2006), содержащее корпус с направляющими ячейками, герметизированными от внешней среды, оправы оптических компонентов (светофильтров), которые установлены с возможностью призонного перемещения в них, пневмораспределители с входными и выходными отверстиями и сильфоны, сообщающиеся с входными отверстиями пневмораспределителей, выходные отверстия пневмораспределителей выполнены сообщающимися между собой и герметизированы от внешней среды, причем полость ячеек, сообщающаяся с выходными отверстиями, заполнена рабочей средой под давлением согласно соотношению G<P S<P1S, где: G - вес светофильтров с оправой; Р - давление в полости ячеек, сообщающихся с выходными отверстиями пневмораспределителей; Р1 - давление внутри каждого сильфона при максимальной его деформации; S - полезная площадь торцевой поверхности оправы.A device is known for introducing an optical component into the optical path (description of the USSR author's certificate No. 1840330 for the invention, published on September 27, 2006), containing a housing with guide cells sealed from the external environment, frames of optical components (light filters) that are installed with the possibility of near-zone movement in them, pneumatic distributors with inlets and outlets and bellows communicating with the inlets of the pneumatic distributors, the outlets of the pneumatic distributors are made communicating with each other and sealed from the external environment, and the cavity of the cells communicating with the outlets is filled with a working medium under pressure according to the ratio G<P S <P1S, where: G - weight of filters with frame; P - pressure in the cavity of the cells communicating with the outlet openings of the pneumatic distributors; P1 - pressure inside each bellows at its maximum deformation; S - useful area of the end surface of the frame.
В качестве ближайшего аналога принято устройство для ввода оптического компонента в оптический тракт (описание к патенту РФ №2047192 на изобретение, опубликовано 27.01.1995), содержащее корпус с направляющими ячейками и размещенными в них оправами с оптическими компонентами, полые элементы, сообщающиеся с полостями ячеек, распределительный вал и привод, подпружиненный шток с винтовой канавкой, выполненный с возможностью поступательного перемещения, осуществляемого через гибкую связь, снабженную кольцевым элементом и взаимодействующую с корпусом устройства через дополнительный полый цилиндрический упругий элемент, штифт для предохранения штока от разворота относительно корпуса, установленный с возможностью перемещения в пазу, причем шток сочленен с вращающимся полым распределительным валом с помощью пальца, жестко закрепленного в нем и установленного с возможностью перемещения в винтовом пазу штока.The closest analogue is a device for introducing an optical component into the optical path (description of the patent of the Russian Federation No. 2047192 for the invention, published on January 27, 1995), containing a housing with guide cells and frames with optical components placed in them, hollow elements communicating with the cell cavities , a camshaft and a drive, a spring-loaded rod with a helical groove, made with the possibility of translational movement, carried out through a flexible connection, equipped with an annular element and interacting with the device body through an additional hollow cylindrical elastic element, a pin to prevent the rod from turning relative to the body, installed with the possibility movement in the groove, and the rod is articulated with a rotating hollow camshaft using a pin rigidly fixed in it and mounted for movement in the screw groove of the rod.
Для приведенных аналогов существует необходимость приложения механического усилия для замены оптического компонента в тракте (его введении в оптический тракт), обусловливаемая конструктивным решением описанных устройств. В связи с этим конструкции приведенных устройств затрудняют возможность автоматизации ввода оптических компонентов. Относительно каждого из аналогов сложность конструкции, обуславливаемая большим количеством конструктивных элементов, приводит к снижению надежности, возможности выхода из строя и, как следствие, ограничению срока эксплуатации. Также для них характерны высокие затраты при их массовом производстве. Известные устройства отличаются большими габаритами, что делает их не универсальными. Кроме того, по конструктивным причинам устройства характеризуются инерционностью срабатывания - сниженным быстродействием.For the above analogues, there is a need to apply mechanical force to replace the optical component in the path (its introduction into the optical path), due to the design solution of the described devices. In this regard, the designs of the above devices make it difficult to automate the input of optical components. With respect to each of the analogues, the complexity of the design, due to a large number of structural elements, leads to a decrease in reliability, the possibility of failure and, as a result, a limitation of the service life. They are also characterized by high costs in their mass production. Known devices are large, which makes them not universal. In addition, for design reasons, the devices are characterized by response inertia - reduced speed.
Разработка предлагаемого устройства направлена на решение технической проблемы создания средства для ввода оптического компонента в оптический тракт, не требующего больших затрат при массовом производстве, отвечающего требованиям простоты сборки и универсальности использования, условию надежности и снижения инерционности замены оптического компонента в тракте за счет достигаемого технического результата.The development of the proposed device is aimed at solving the technical problem of creating a means for introducing an optical component into the optical path, which does not require large expenditures in mass production, meets the requirements of ease of assembly and versatility of use, the condition of reliability and reduction in the inertia of replacing the optical component in the path due to the achieved technical result.
Техническим результатом при использовании предлагаемого устройства является:The technical result when using the proposed device is:
- достижение повышения его надежности, снижение вероятности его выхода из строя и, как следствие, увеличения срока эксплуатации;- achieving an increase in its reliability, a decrease in the probability of its failure and, as a result, an increase in the service life;
- повышение быстродействия.- increase in speed.
Технический результат достигается устройством для ввода оптического компонента в оптический тракт, содержащим корпус, оправу с оптическим компонентом, с корпусом совмещен статор электродвигателя, при этом пакет статора выполнен с сердечниками, на которых установлены образующие фазы катушки, ротор выполнен на основе роликового подшипника с наружным кольцом, жестко связанным с корпусом, с внутренним кольцом, выполненным с возможностью совершения вращательного движения, снабженным постоянными магнитами на его внутренней цилиндрической поверхности, с реализацией возможности воздействия магнитного поля на проводник катушек, внутреннее кольцо жестко соединено своей внешней плоской кольцевой поверхностью с диском, в котором выполнены отверстия для установки в каждом оправы с оптическим компонентом.The technical result is achieved by a device for introducing an optical component into the optical path, containing a housing, a frame with an optical component, a stator of an electric motor is combined with the housing, while the stator package is made with cores on which the forming coil phases are installed, the rotor is made on the basis of a roller bearing with an outer ring , rigidly connected to the body, with an inner ring, made with the possibility of performing a rotational movement, equipped with permanent magnets on its inner cylindrical surface, with the implementation of the possibility of a magnetic field acting on the conductor of the coils, the inner ring is rigidly connected with its outer flat annular surface to the disk, in which holes are made for installation in each frame with an optical component.
В устройстве ротор выполнен на основе роликового подшипника, а именно, цилиндрического однорядного радиального роликового подшипника, внутреннее кольцо роликового подшипника реализовано однобортным внутренним кольцом с плоским упорным кольцом, при этом оно жестко соединено своей внешней плоской кольцевой поверхностью, которая снабжена бортом, с диском, а плоское упорное кольцо, выполненное с возможностью прижима, расположено со стороны другой плоской кольцевой поверхности внутреннего кольца, обращенной к статору, между внешним и внутренним кольцами роликового подшипника расположены ролики, каждый из роликов отделен от ближайшего соседнего ролика сепаратором из фторопласта, постоянные магниты на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца наклеены в количестве 24 штук, при этом между магнитами и катушками сформирован в радиальном направлении зазор.In the device, the rotor is made on the basis of a roller bearing, namely, a cylindrical single-row radial roller bearing, the inner ring of the roller bearing is implemented as a single-breasted inner ring with a flat thrust ring, while it is rigidly connected with its outer flat annular surface, which is equipped with a side, with a disk, and a flat thrust ring, made with the possibility of pressing, is located on the side of the other flat annular surface of the inner ring facing the stator, rollers are located between the outer and inner rings of the roller bearing, each of the rollers is separated from the nearest neighboring roller by a fluoroplastic separator, permanent magnets on the inner cylindrical the surfaces of the inner ring are glued in the amount of 24 pieces, while a gap is formed between the magnets and the coils in the radial direction.
В устройстве пакет статора, выполненный с сердечниками, на которых установлены катушки, образующие фазы, реализован в составе двух идентичных раздельных частей, в отношении каждой части реализовано по два сердечника, каждый из сердечников реализован в виде стержня, расположенного параллельно относительно поверхности пакета статора с зазором в радиальном направлении, величина которого достаточна для установки на сердечник катушки и для совершения вращательного движения внутренним кольцом роликового подшипника, на основе которого выполнен ротор, на сердечниках одной части пакета статора установлены две катушки, соединенные последовательно с образованием одной фазы, а на сердечниках второй части пакета статора установлены другие две катушки, соединенные последовательно с образованием второй фазы.In the device, a stator package made with cores on which coils forming phases are installed is implemented as part of two identical separate parts, two cores are implemented for each part, each of the cores is implemented in the form of a rod located parallel to the surface of the stator package with a gap in the radial direction, the value of which is sufficient for installation on the coil core and for rotational movement of the inner ring of the roller bearing, on the basis of which the rotor is made, two coils are installed on the cores of one part of the stator package, connected in series to form one phase, and on the cores of the second part the stator package has two other coils connected in series to form the second phase.
В устройстве в диске выполнены четыре отверстия для установки в каждом оправы с оптическим компонентом.In the device, the disk has four holes for mounting a frame with an optical component in each.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following description and the attached figures.
На Фиг. 1 показано устройство для ввода оптического компонента в оптический тракт с демонстрацией его внутреннего выполнения, где: 1 - корпус; 4 - наружное кольцо подшипника; 6 - внутреннее кольцо подшипника; 8 - постоянный магнит; 10 - катушка.On FIG. 1 shows a device for introducing an optical component into an optical path with a demonstration of its internal design, where: 1 - housing; 4 - the outer ring of the bearing; 6 - the inner ring of the bearing; 8 - permanent magnet; 10 - coil.
На Фиг. 2 показано устройство для ввода оптического компонента в оптический тракт сбоку и спереди, где: 1 - корпус; 3 - оправа; 4 - наружное кольцо подшипника; 6 -внутреннее кольцо подшипника; 9 - диск.On FIG. 2 shows a device for introducing an optical component into the optical path from the side and front, where: 1 - housing; 3 - frame; 4 - the outer ring of the bearing; 6 - the inner ring of the bearing; 9 - disk.
На Фиг. 3 показано устройство для ввода оптического компонента в оптический тракт спереди с поперечным разрезом, где: 2 - пакет статора; 3 - оправа; 5 - ролики; 6 -внутреннее кольцо подшипника; 7 - отверстие.On FIG. 3 shows a device for introducing an optical component into the optical path from the front with a cross section, where: 2 - stator package; 3 - frame; 5 - rollers; 6 - the inner ring of the bearing; 7 - hole.
На Фиг. 4 показана структурная схема, отражающая в устройстве, принятом за прототип, связи узлов элементов, в отношении которых выход из строя любого элемента приводит к отказу работы устройства, где: 11 - средство гибкой связи; 12 - коробка передач в составе вала с кулачками, со штоком с винтовой канавкой, расположенным в осевой полости вала, и с запрессованным пальцем в радиальном отверстии вала; 13 - пружина для возврата штока в нулевое положение; 14, 15 и 16 - сильфоны; 17 - соединение пневматическое для реализации соединения сильфонов с корпусом; 18 - цилиндр пневматический в составе корпуса с направляющими ячейками с расположенными в них оптическими компонентами в оправах и со светопроницаемыми пластинами, герметизирующими ячейки от внешней среды.On FIG. 4 shows a block diagram that reflects in the device, taken as a prototype, the connection of the nodes of the elements, in respect of which the failure of any element leads to the failure of the device, where: 11 - flexible connection means; 12 - gearbox consisting of a shaft with cams, with a rod with a helical groove located in the axial cavity of the shaft, and with a pin pressed into the radial hole of the shaft; 13 - spring for returning the stem to the zero position; 14, 15 and 16 - bellows; 17 - pneumatic connection for the implementation of the connection of the bellows with the body; 18 - pneumatic cylinder as part of a body with guide cells with optical components located in them in frames and with translucent plates sealing the cells from the external environment.
На Фиг. 5 представлена структурная схема, отражающая в предлагаемом устройстве связи узлов элементов, в отношении которых выход из строя любого элемента приводит к отказу работы устройства, где: 19 - статор с катушками; 20 - подшипник роликовый.On FIG. 5 shows a block diagram that reflects in the proposed communication device the nodes of elements in respect of which the failure of any element leads to the failure of the device, where: 19 - stator with coils; 20 - roller bearing.
На Фиг. 6 представлена фотография устройства для ввода оптического компонента в оптический тракт.On FIG. 6 shows a photograph of a device for introducing an optical component into an optical path.
К отличительным особенностям предлагаемого устройства по сравнению с прототипом относятся конструктивные особенности (см. Фиг. 1-3), которые позволяют перейти от введения оптического компонента в тракт за счет прилагаемого механического усилия к введению его путем использования вращательного движения, возникающего в результате действия электромагнитной силы - при взаимодействии проводника с током и магнитного поля. Так, устройство характеризуется отличиями, заключающимися в том, что его корпус 1 совмещен со статором электродвигателя, при этом пакет статора 2 снабжен сердечниками, на которых установлены катушки 10, образующие фазы, ротор выполнен на основе роликового подшипника, с наружным кольцом 4, жестко связанным с корпусом 1, с внутренним кольцом 6, выполненным с постоянными магнитами 8 на его внутренней цилиндрической поверхности с реализацией возможности воздействия магнитного поля на проводник катушек 10, внутреннее кольцо 6 жестко соединено своей внешней плоской кольцевой поверхностью с диском 9, в котором выполнены отверстия 7 для установки в каждом из них оптического компонента.The distinctive features of the proposed device in comparison with the prototype include design features (see Fig. 1-3), which allow you to move from the introduction of the optical component into the path due to the applied mechanical force to its introduction by using the rotational movement resulting from the action of electromagnetic force - in the interaction of a conductor with current and a magnetic field. Thus, the device is characterized by differences, consisting in the fact that its
Влияние указанных особенностей на достижение технического результата в части повышения надежности устройства, снижения вероятности его выхода из строя и, как следствие, увеличения срока эксплуатации подтверждается следующим.The influence of these features on the achievement of the technical result in terms of increasing the reliability of the device, reducing the likelihood of its failure and, as a result, increasing the service life is confirmed by the following.
Надежность устройств, безотказность их в работе, оценивается суммарной вероятностью безотказной работы всех элементов в их узлах n, составляющих устройство (Приводы машин: Справочник / В. В. Длоугий, Т. И. Муха, А. П. Цупиков, Б. В. Януш; Под общ. ред. В. В. Длоугого. - 2-е изд., перераб. и доп. - Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1982. - 383 с, ил., стр. 366), по формуле:The reliability of devices, their failure-free operation, is estimated by the total probability of failure-free operation of all elements in their nodes n that make up the device (Machine drives: Handbook / V.V. Dlougy, T.I. Mukha, A.P. Tsupikov, B.V. Yanush; Under the general editorship of V. V. Dlougoy - 2nd ed., revised and supplemented - Leningrad: Mashinostroenie, Leningrad branch, 1982. - 383 p., ill., p. 366), according to the formula:
При выполнении практических расчетов надежности механических систем используется хорошо согласующийся с опытными данными экспоненциальный закон распределения времени между отказами (Приводы машин: Справочник / В. В. Длоугий, Т. И. Муха, А. П. Цупиков, Б. В. Януш; Под общ. ред. В. В. Длоугого. - 2-е изд., перераб. и доп. - Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1982. - 383 с., ил., стр. 366). Вероятность безотказной работы определяется по формуле:When performing practical calculations of the reliability of mechanical systems, the exponential law of distribution of time between failures is used, which is well consistent with experimental data (Drives of machines: A Handbook / V. V. Dlougy, T. I. Mukha, A. P. Tsupikov, B. V. Yanush; Under General editor V. V. Dlougoy - 2nd ed., revised and additional - Leningrad: Mashinostroyeniye, Leningrad branch, 1982. - 383 p., ill., p. 366). The probability of failure-free operation is determined by the formula:
где - интенсивность отказов всей системы.where - failure rate of the entire system.
где - интенсивность отказов элемента i.where - failure rate of element i.
В выбранном прототипе ввод оптического компонента в оптический тракт осуществляется посредством сложной системы, включающей восемнадцать конструктивных элементов. В их числе элементы, образующие узлы 11-18, а именно: средство гибкой связи (узел 11), коробка передач в составе вала с кулачками, со штоком с винтовой канавкой, расположенным в осевой полости вала, и с запрессованным пальцем в радиальном отверстии вала (узел 12), пружина для возврата штока в нулевое положение (узел 13), сильфоны (узлы 14-16), соединение пневматическое для реализации соединения сильфонов с корпусом (узел 17), цилиндр пневматический в составе корпуса с направляющими ячейками с расположенными в них оптическими компонентами в оправах и со светопроницаемыми пластинами, герметизирующими ячейки от внешней среды (узел 18). Данные узлы механически связаны с образованием структурной схемы, отраженной на Фиг. 4. В представленной схеме элементы соединены последовательно. Отказ любого из них приводит к отказу работы устройства в целом.In the selected prototype, the input of the optical component into the optical path is carried out through a complex system that includes eighteen structural elements. Among them are the elements that form nodes 11-18, namely: a flexible connection means (node 11), a gearbox consisting of a shaft with cams, with a rod with a helical groove located in the axial cavity of the shaft, and with a pressed pin in the radial hole of the shaft (node 12), spring for returning the stem to zero position (node 13), bellows (nodes 14-16), pneumatic connection for connecting bellows to the body (node 17), pneumatic cylinder in the body with guide cells located in them optical components in frames and with translucent plates sealing the cells from the external environment (node 18). These nodes are mechanically connected to form the block diagram shown in Fig. 4. In the presented scheme, the elements are connected in series. Failure of any of them leads to the failure of the device as a whole.
В отношении узла 11 - средства гибкой связи интенсивность отказа составляет λ11=0,039⋅10-6 ч-1 (ГОСТ 12.1.004-91, стр. 31-32).With respect to node 11 - flexible communication means, the failure rate is λ 11 =0.039⋅10 -6 h -1 (GOST 12.1.004-91, pp. 31-32).
Для узла элементов 12 - коробка передач в составе вала с кулачками, со штоком с винтовой канавкой, расположенным в осевой полости вала, и с запрессованным пальцем в радиальном отверстии вала - согласно таблице 18.1, представленной в справочнике (Приводы машин: Справочник / В.В. Длоугий, Т.И. Муха, А.П. Цупиков, Б.В. Януш; Под общ. ред. В.В. Длоугого. - 2-е изд., перераб. и доп. - Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1982. - 383 с.), видно, что средняя интенсивность отказов данного узла (узел 12, Фиг. 4), составляет λ12=0,068⋅10-5 ч-1.For the assembly of elements 12 - a gearbox consisting of a shaft with cams, with a rod with a helical groove located in the axial cavity of the shaft, and with a pressed pin in the radial hole of the shaft - according to table 18.1 presented in the handbook (Machine drives: Handbook / V.V. Dlougy, T. I. Mukha, A. P. Tsupikov, B. V. Yanush, edited by V. V. Dlougoy, 2nd ed. Department, 1982. - 383 S.), it is clear that the average failure rate of this node (
Относительно пружины для возврата штока в нулевое положение, соответствующей узлу 13, интенсивность отказа составляет λ13=0,22⋅10-6 ч-1 (ГОСТ 12.1.004-91, стр. 31-32).With respect to the spring to return the rod to the zero position corresponding to node 13, the failure rate is λ 13 =0.22⋅10 -6 h -1 (GOST 12.1.004-91, pp. 31-32).
В то же время в отношении сильфонов - элементов узлов 14, 15 и 16 (см. Фиг. 4) -интенсивность отказа каждого из них равна λ14=λ15=λ16=2,287⋅10-6 ч-1 (ГОСТ 12.1.004-91, стр. 31-32).At the same time, with regard to bellows - elements of nodes 14, 15 and 16 (see Fig. 4) - the failure rate of each of them is equal to λ 14 =λ 15 =λ 16 = 2.287⋅10 -6 h -1 (GOST 12.1. 004-91, pp. 31-32).
В отношении соединения пневматического для реализации соединения сильфонов с корпусом, являющегося узлом элементов 17 (см. Фиг. 4), интенсивность отказа составляет λ17=0,04⋅10-6 ч-1 (ГОСТ 12.1.004-91, стр. 31-32).With regard to the pneumatic connection for the implementation of the connection of the bellows with the body, which is a node of elements 17 (see Fig. 4), the failure rate is λ 17 =0.04⋅10 -6 h -1 (GOST 12.1.004-91, p. 31 -32).
Наконец, для узла 18 из нескольких элементов - цилиндр пневматический в составе корпуса с направляющими ячейками с расположенными в них оптическими компонентами в оправах и со светопроницаемыми пластинами, герметизирующими ячейки от внешней среды (см. Фиг. 4) - интенсивность отказа составляет λ18=0,004⋅10-6 ч-1 (ГОСТ 12.1.004-91, стр. 31-32).Finally, for the assembly 18 of several elements - a pneumatic cylinder in the body with guide cells with optical components located in them in frames and with translucent plates sealing the cells from the external environment (see Fig. 4) - the failure rate is λ 18 \u003d 0.004 ⋅10 -6 h -1 (GOST 12.1.004-91, pp. 31-32).
Таким образом, используя формулу (3), получаем интенсивность отказов системы в целом:Thus, using formula (3), we obtain the failure rate of the system as a whole:
В соответствии с формулой (2) вероятность безотказной работы устройства-прототипа в течение 20000 часов составляет:In accordance with formula (2), the probability of failure-free operation of the prototype device for 20,000 hours is:
В предлагаемом устройстве реализовано введение оптического компонента в тракт за счет использования вращательного движения, обусловленного действием электромагнитной силы. В устройстве присутствуют ротор, статор с катушками, в отношении принципа работы устройство представляет собой шаговый двигатель, как вариант синхронного бесколлекторного электродвигателя. Диск 9 (см. Фиг. 2), в котором выполнены отверстия 7 (см. Фиг. 3) для установки оправ 3 (см. Фиг. 2 и 3) с оптическими компонентами совершает вращательное движение по роликам 5 (см. Фиг. 3) роликового подшипника, на базе которого выполнен ротор, снабженный постоянными магнитами 8, расположенными на внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца 6 роликового подшипника, которое жестко соединено с диском 9 (см. Фиг. 1-3). При этом наружное кольцо 4 роликового подшипника соединено жестко со статором с сердечниками, на которых установлены катушки 10, за счет совмещения его с корпусом 1 (см. Фиг. 1 и 2).The proposed device implements the introduction of an optical component into the path through the use of rotational motion due to the action of electromagnetic force. The device contains a rotor, a stator with coils, in relation to the principle of operation, the device is a stepper motor, as a variant of a synchronous brushless electric motor. The disk 9 (see Fig. 2), in which holes 7 (see Fig. 3) are made for installing frames 3 (see Fig. 2 and 3) with optical components, rotates along the rollers 5 (see Fig. 3 ) roller bearing, on the basis of which a rotor is made, equipped with
В этом случае совершение движения осуществляется только в отношении одного узла - подшипника роликового (см. Фиг. 5), а именно, движение совершает внутреннее кольцо 6. Система включает два узла элементов, задающих надежность в целом - статор с катушками 10 и подшипник роликовый, реализующий вращающееся соединение. Данные узлы элементов механически связаны с образованием структурной схемы, отраженной на Фиг. 5.In this case, the movement is carried out only in relation to one node - the roller bearing (see Fig. 5), namely, the
Принимая во внимание возможность отказов катушек статора, рассматривая их как индуктивности, средняя интенсивность отказов катушек статора (Прытков С.Ф., Горбачева В.М., Мартынова М.Н., Петров Г.А. Надежность электрорадиоизделий. Справочник -Издательство: МО РФ, 2004, 641 с.) оценивается как λ19=0,05⋅10-6 ч-1. Соединение ансамбля элементов, обеспечивающего ввод оптического компонента в тракт, со статором с катушками можно оценить, как надежность подшипника роликового (ГОСТ 12.1.004-91, стр. 31), характеризуя средней интенсивностью отказов λ20=0,05⋅10-6 ч-1.Taking into account the possibility of failures of the stator coils, considering them as inductances, the average failure rate of the stator coils (Prytkov S.F., Gorbacheva V.M., Martynova M.N., Petrov G.A. Reliability of electrical and radio products. Directory - Publisher: MO RF, 2004, 641 s.) is estimated as λ 19 =0.05⋅10 -6 h -1 . The connection of the ensemble of elements, which ensures the input of the optical component into the path, with the stator with coils can be assessed as the reliability of a roller bearing (GOST 12.1.004-91, p. 31), characterizing the average failure rate λ 20 =0.05⋅10 -6 h -1 .
В соответствии с формулой (3) получаем:In accordance with formula (3), we obtain:
Вероятность безотказной работы предлагаемого устройства в течение 20000 часов, вычисляемая по формуле (2), составляет:The probability of failure-free operation of the proposed device for 20,000 hours, calculated by formula (2), is:
Расчеты показывают, что вероятность безотказной работы в течение 20000 часов в отношении предлагаемого устройства увеличивается на 13% по сравнению с прототипом.Calculations show that the probability of failure-free operation for 20,000 hours in relation to the proposed device increases by 13% compared to the prototype.
Кроме того, известно [Приводы машин: Справочник / В. В. Длоугий, Т. И. Муха, А. П. Цупиков, Б.В. Януш; Под общ. ред. В.В. Длоугого. - 2-е изд., перераб. и доп. - Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1982. - 383 с.], что для восстанавливаемых изделий показателем надежности также является средняя наработка на отказ Т0, определяемая:In addition, it is known [Drives of machines: a Handbook / V.V. Dlougy, T.I. Mukha, A.P. Tsupikov, B.V. Janusz; Under total ed. V.V. Dlougogo. - 2nd ed., revised. and additional - Leningrad: Mashinostroyeniye, Leningrad branch, 1982. - 383 p.], that for remanufactured products, the reliability indicator is also the mean time between failures T 0 , determined by:
В отношении прототипа средняя наработка на отказ Т0 равна:With regard to the prototype, the mean time between failures T 0 is equal to:
В отношении предлагаемого устройства средняя наработка на отказ Т0 равна:With regard to the proposed device, the mean time between failures T 0 is equal to:
Таким образом, нетрудно видеть, что надежность предлагаемого устройства на 93% превосходит надежность прототипа, обеспечивая снижение вероятности его выхода из строя и, как следствие, увеличение срока эксплуатации.Thus, it is easy to see that the reliability of the proposed device exceeds the reliability of the prototype by 93%, reducing the probability of its failure and, as a result, increasing the service life.
Влияние отличительных особенностей на достижение технического результата в части повышения быстродействия обеспечивается тем, что в отличие от выбранных аналогов, являющихся механическими устройствами, предлагаемое устройство является электромеханическим, ввод в оптический тракт разных оптических компонентов осуществляется в течение 0,5 с за счет действия электромагнитной силы, приводящей во вращение ротор с диском 9, за счет которого происходит ввод в оптический тракт необходимого оптического компонента.The influence of distinctive features on the achievement of the technical result in terms of increasing the speed is ensured by the fact that, unlike the selected analogs, which are mechanical devices, the proposed device is electromechanical, the input of various optical components into the optical path is carried out within 0.5 s due to the action of electromagnetic force, driving the rotor with
В обобщенном варианте выполнения устройство для ввода оптического компонента в оптический тракт содержит (см. Фиг. 1-3): корпус 1, пакет статора 2 с сердечниками (позиция не показана), оправа 3 с оптическим компонентом (позиция не показана), роликовый подшипник (позиция не показана), постоянные магниты 8, диск 9, катушки 10. С корпусом 1 совмещен статор электродвигателя. При этом пакет статора 2 выполнен с сердечниками, на которых установлены образующие фазы катушки 10 с зазором относительно ротора в радиальном направлении. Ротор выполнен на основе роликового подшипника с наружным кольцом 4 с дорожкой качения под ролики 5 (см. Фиг. 3), расположенной на его внутренней цилиндрической поверхности, и с внутренним кольцом 6, выполненным с возможностью совершения вращательного движения. Наружное кольцо 4 роликового подшипника жестко связано с корпусом 1. Внутреннее кольцо 6 снабжено постоянными магнитами 8 на его внутренней цилиндрической поверхности с реализацией возможности воздействия магнитного поля на проводник катушек 10. Внутреннее кольцо 6 жестко соединено своей внешней плоской кольцевой поверхностью с диском 9. В диске 9 выполнены отверстия 7 для установки в каждом оправы 3 с оптическим компонентом.In a generalized embodiment, the device for introducing an optical component into the optical path contains (see Fig. 1-3): a
Реализация устройства базируется на элементах шагового электродвигателя как одного из вариантов синхронного бесколлекторного электродвигателя.The implementation of the device is based on the elements of a stepper motor as one of the options for a synchronous brushless motor.
Наружное кольцо 4 роликового подшипника выполнено из стали и соединено винтами с корпусом 1, выполненным из алюминия.The
Катушки 10 намотаны вручную медным проводом ПЭТВ-2 диаметром 0,25 мм. В каждой катушке выполнено 230 витков.
В корпусе 1 расположен пакет статора 2, который реализован в составе двух идентичных раздельных частей, не связанных друг с другом. В отношении каждой части пакета статора 2 реализовано по два сердечника. Каждый из сердечников реализован в виде стержня, расположенного параллельно относительно внутренней поверхности пакета статора 2 с зазором в радиальном направлении, величина которого согласована с размером в радиальном направлении устанавливаемой на сердечник катушки 10. С одной стороны, величина зазора не должна быть слишком малой, должна быть подходящей для реализации установки на сердечник катушки 10, с другой стороны, она не должна быть слишком большой и, таким образом, в частности, оказывать препятствие при установке на стержень катушки 10 совершению вращательного движения внутреннего кольца 6 роликового подшипника, на основе которого выполнен ротор. Сердечники в виде стержней жестко крепятся винтами к вспомогательному элементу (позиция не показана) статора, жестко связанному с корпусом 1 также посредством винтов (см. Фиг. 1 и 6). Данный вспомогательный элемент выполнен дугообразной формы с шириной, обеспечивающий крепление к нему сердечников, и жестко связан с корпусом 1. На сердечниках одной части пакета статора 2 установлены две катушки 10, соединенные последовательно с образованием одной фазы. На сердечниках второй части пакета статора 2 установлены другие две катушки 10, соединенные последовательно с образованием второй фазы. Таким образом, в предлагаемом устройстве используют четырехполюсный статор. Пары катушек 10 разных фаз разделены угловым расстоянием 90°. В диске 9 выполнены четыре отверстия для установки в каждом оправы 3 с оптическим компонентом. Соответственно угловое расстояние между центрами отверстий 7 диска 9 для установки в каждом оправы 3 с оптическим компонентом составляет также 90°.In the
Ротор на основе роликового подшипника реализован с использованием цилиндрического однорядного радиального роликового подшипника (см. Фиг. 1 и 2). Внутреннее кольцо 6 роликового подшипника реализовано однобортным внутренним кольцом с плоским упорным кольцом. Внутреннее кольцо 6 жестко соединено своей внешней плоской кольцевой поверхностью, которая снабжена бортом, с диском 9. Плоское упорное кольцо внутреннего кольца 6 выполнено с возможностью прижима и расположено со стороны другой плоской кольцевой поверхности внутреннего кольца 6, обращенной к статору. При этом между внешним кольцом 4 и внутренним кольцом 6 роликового подшипника расположены ролики 5 (см. Фиг. 3). Каждый из роликов 5 отделен от ближайшего соседнего ролика 5 сепаратором из фторопласта. На внутренней цилиндрической поверхности внутреннего кольца 6 расположены постоянные магниты 8 с реализацией возможности воздействия магнитного поля на проводник катушек 10 (см. Фиг. 1). Постоянные магниты 8 выполнены из неодима размером 8×4×1 мм3 в количестве 24 штук и наклеены на внутреннюю цилиндрическую поверхность внутреннего кольца 6. Между постоянными магнитами 8 и катушками 10 сформирован в радиальном направлении зазор (см. Фиг. 3). Катушки 10 выполнены подвешенными относительно постоянных магнитов 8 за счет реализации сердечников в виде стержней, расположенных относительно внутренней поверхности пакета статора 2 с зазором в радиальном направлении. При этом диск 9 и внутреннее кольцо 6 выполнены из немагнитного материала.The roller bearing rotor is implemented using a cylindrical single row radial roller bearing (see Figs. 1 and 2). The
Предлагаемое устройство (см. Фиг. 6) используют следующим образом.The proposed device (see Fig. 6) is used as follows.
В отверстия 7 диска 9 устанавливают оправы 3 с требуемыми оптическими компонентами. Фазные выводы соединенных последовательно друг с другом катушек 10 с образованием двух фаз подсоединяют к управляющей плате. Каждую фазу подключают к управляющему транзисторному ключу. Ключи коммутируют фазы двухфазного источника тока. Управление работой устройства осуществляет контроллер. Контроллер связан с датчиком положения внутреннего кольцо 6 роликового подшипника, на основе которого выполнен ротор, и блоком задания скорости вращения.
В зависимости от сигнала датчика положения и от заданной скорости вращения с помощью ключей происходит коммутация тока в необходимых обмотках, обеспечивая вращательное движение внутреннего кольца 6, жестко связанного с диском 9, в отверстиях 7 которого установлены оправы 3 с оптическими компонентами, с заданной скоростью и, соответственно, ввод оптического компонента в тракт. При подаче сигналов на катушки 10, установленные на стержнях, происходит их взаимодействие с постоянными магнитами 8, в результате чего осуществляется приведение во вращательное движение внутреннего кольца 6. По окончанию поступления заданного количества импульсов достигается требуемое положение внутреннего кольца бив оптический тракт вводится требуемый оптический компонент. Магнитное поле постоянных магнитов 8 внутреннего кольца 6 взаимодействует с формируемым катушками 10 вращающимся магнитным полем статора, в результате чего создается вращающий момент.Depending on the signal of the position sensor and on the set speed of rotation, the current is switched in the necessary windings with the help of keys, ensuring the rotational movement of the
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2789016C1 true RU2789016C1 (en) | 2023-01-27 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04222445A (en) * | 1990-12-25 | 1992-08-12 | Kyocera Corp | Rotary driver for ring body |
| US6017155A (en) * | 1998-12-08 | 2000-01-25 | Eastman Kodak Company | Imaging apparatus with a motor component |
| JP2014207799A (en) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 株式会社タムロン | Brushless dc motor, lens barrel, and imaging device |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04222445A (en) * | 1990-12-25 | 1992-08-12 | Kyocera Corp | Rotary driver for ring body |
| US6017155A (en) * | 1998-12-08 | 2000-01-25 | Eastman Kodak Company | Imaging apparatus with a motor component |
| JP2014207799A (en) * | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 株式会社タムロン | Brushless dc motor, lens barrel, and imaging device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10230292B2 (en) | Permanent magnet operating machine | |
| US3790834A (en) | Low speed synchronous motor | |
| US9184676B2 (en) | Varying capacitance rotating electrical machine | |
| US3153157A (en) | Electromotor | |
| US10523098B1 (en) | Progressive magnetic rotation motor | |
| CN108736675B (en) | Moving-coil type unipolar permanent magnet rotary linear motor | |
| US6105630A (en) | Electrical rotating actuator for forming a weaving loom shed | |
| US9787165B2 (en) | Motor with simplified winding and reduced brush wear | |
| RU2789016C1 (en) | Device for inserting an optical component into an optical path | |
| US4951514A (en) | Dual gyroscopic stabilizer | |
| CN105471212A (en) | Rotation linear permanent magnetism motor | |
| US20160156254A1 (en) | Progressive magnetic rotation motor | |
| CN110350685A (en) | Motor | |
| US1966897A (en) | Slow-running electric motor | |
| KR20130029659A (en) | Switched reluctance motor | |
| US20220037976A1 (en) | Electric stepper motor | |
| KR20160060387A (en) | Hollow brushless motor structure | |
| US8004133B2 (en) | Epitrochoidal electric motor | |
| CA3069326A1 (en) | Reduced noise and vibration switched reluctance machine | |
| WO2011130485A1 (en) | High force rotary actuator | |
| KR100353456B1 (en) | Piezoelectric Step Motor | |
| CN102946181A (en) | Novel motor | |
| US6242849B1 (en) | Piezoelectric step motor | |
| RU2340068C1 (en) | Electrical machine with disk rotor | |
| JP2008509335A (en) | Eccentric screw pump with integrated drive |