Плотников В.С. Геодезические приборы

Подождите немного. Документ загружается.

В зависимости от формы соприкасающихся поверхностей оси под-

разделяются на конические и цилиндрические.

В зависимости от типа конструкции - на оси нормального, полу-

кинематического и кинематического типа.

Системы горизонтальной оси различаются по форме цапф (цилинд-

рические, конические), форме лагер (плоскости, пересекающиеся под

углом около 90°; цилиндрические лагеры; круглые лагеры с опорными

выступами и поясками), а также по типу подшипника (скольжения

или качения).

Осевые системы должны обеспечивать: 1) точность совмещения

(центрировки) осей, их взаимное положение (перпендикулярность,

параллельность) в пределах заданного диапазона перемещений; 2) сохра-

нение точности перемещения и легкости вращения при влиянии внешних

воздействий (температура, влажность и т.п.); 3) сохранение формы

и размеров деталей при минимальном износе их поверхностей в процес-

се всего времени эксплуатации, заданного техническими условиями

(например, для теодолитов 6—8 лет).

В гл. 3 и 4 показано, что в части точности изготовления и сборки

к деталям осевых систем предъявляются весьма высокие требования.

В высокоточных приборах детали осевых систем изготавливают, как

правило, с допусками выше 5, 6 квалитетов (1-го класса) точности,

в большинстве случаев — селективным отбором и индивидуальной

притиркой осевых пар, что приводит к нарушению условия взаимо-

заменяемости, и с этим приходится мириться. Осевые системы, особенно

в высокоточных приборах, являются самыми важными узлами, конст-

руирование и изготовление которых должно быть произведено особенно

тщательно. Это следует из приведенных примеров расчета точности (см.

гл.

4) и рассмотрения влияния ошибок осевых систем (см. гл. 3).

§ 23. Конструкции вертикальных осей

Рассмотрим в соответствии с приведенной в § 22 классификацией при-

меры схем и конструкций вертикальных осей. На рис. 3 показаны

схемы вертикальных осей теодолитов. На схеме рис. 3, а - повторитель-

ная система осей. Ось лимба 2 вращается в неподвижной втулке под-

ставки 3 и одновременно является втулкой оси 1 алидады. Поверхности

подшипников скольжения лимба и алидады непосредственно соприкаса-

ются, что является недостатком, так как возможно увлечение лимба

Рис. 3. Схемы вертикальных осей

теодолитов

Рис. 4. Коническая осевая система повторительного теодолита

при вращении алидады. Этот недостаток привел к тому, что такая систе-

ма осей встречается лишь в теодолитах технической точности с металли-

ческими и стеклянными лимбами. В связи с простотой и более высоки-

ми технологическими возможностями оси первых повторительных тео-

долитов были коническими, например коническая ось теодолита ТТ-5

с металлическим лимбом. На рис. 4 показана коническая осевая систе-

ма повторительного теодолита ТОМ со стеклянным лимбом. Как и в тео-

долите ТТ-5, здесь ось алидады 1 вращается в подвижной втулке 2

алидады, которая является осью лимба 3 и вращается во втулке 4,

жестко скрепленной с подставкой 5. В этих осях ошибки из-за увлече-

ния лимба при вращении алидады достигают 10" для теодолитов 30-се-

кундной точности [34]. В целях предохранения от увлечения лимба

при вращении алидады в более современных повторительных теодоли-

тах применяют схему, показанную на рис. 3,5. Здесь втулка 3 алидады

жестко соединена с подставкой и неподвижна. Во внутренней поверх-

ности втулки 3 вращается ось алидады /, а наружная поверхность этой

втулки служит осью для втулки, несущей лимб 2. Поверхности оси али-

дады и лимба непосредственно не соприкасаются, увлечение лимба

исключено. Однако в этой схеме по сравнению с предыдущей (рис. 3, д)

сложнее обеспечить центрировку осей лимба и алидады, так как появля-

ется дополнительная поверхность, эксцентриситет которой надо вы-

держать с высокой точностью. На рис. 5 показана система оси повтори-

тельного оптического теодолита Т20. Цилиндрическая ось алидады 1

вращается в неподвижной втулке 2, внешняя полированная поверхность

которой является осью втулки 3 лимба 4. Поворотом рычажка 5 в вер-

тикальное положение втулка 3 скрепляется с алидадой и последняя

вращается вместе с лимбом. При другом (горизонтальном) положении

Рис. 5. Цилиндрическая осевая система повторительного теодолита

Рис. 6. Регулировочное приспособле-

ние с опорой внизу

Рис. 7. Подвесная система осей с ко-

нической втулкой алидады

рычажка вращается только алидада, а лимб остается неподвижным.

В точных теодолитах и теодолитах повышенной точности, которые

используются для измерения горизонтальных углов способом круговых

приемов, не требуются соединение и совместное вращение лимба и али-

дады. Вследствие этого схемы таких вертикальных конических или

цилиндрических осей просты и состоят из втулки, соединенной с под-

ставкой, в которой вращается ось алидады, несущая отсчетные приспо-

собления, а снаружи этой втулки вращается лимб (рис. 3,6).

В конических осях высокоточных приборов при значительной массе

вращающейся части для уменьшения трения применяются специальные

опоры, являющиеся разгрузочными приспособлениями. Иногда разгру-

зочные приспособления одновременно являются регулировочными для

регулирования зазора между втулкой и осью. На рис. 6 показано регу-

лировочное приспособление с опорой внизу. В верхнюю поверхность

гайки 4 упирается острие оси 7. Перемещая гайку 4 в нижней части

втулки 3 приподнимают или опускают ось 7. Гайка 2 замыкает ось и

удерживает ее от выпадания.

На рис. 7 показана подвесная система осей с конической втулкой

алидады. Поворотом головки 7 с винтом регулируется зазор между

осью 2 и втулкой 3.

На рис. 8 показана система вертикальной оси нормального типа опти-

ческого теодолита с поворотным лимбом. Ось алидады 7 вращается в

неподвижной втулке 2, на внешней поверхности которой вращается

ось

—

втулка 3 лимба 4. Втулка 2 соприкасается с осью 7 двумя пояска-

ми в верхней и нижней части, а средняя часть втулки имеет выборку

0,3

—

0,5 мм, что делается для уменьшения площади соприкосновения

трущихся поверхностей.

Разгрузка цилиндрических осей нормального типа осуществляется

опорами на заплечиках 1 (рис. 9, а) в верхней части оси 2, на шариковых

насыпных подшипниках, расположенных снизу (рис. 9, б) и сверху

(рис.

9, в). Подшипники разгрузки ось нормального типа в радиальном

направлении не центрируют.

Оси полукинематического типа имеют насыпные шарикоподшипни-

ки в верхней или нижней части оси, но в отличие от подшипников раз-

грузки они центрируют ось в радиальном направлении. На рис. 10 пред-

ставлена вертикальная осевая система полу кинематического типа высо-

коточного теодолита Т1. Ось 7 центрируется во втулке 3 подшипни-

ком 2 и пояском 4.

Для лучшей центрировки и уменьшения перекосов оси алидады

целесообразно опоры располагать на большем расстоянии от центра

вращения. На рис. 11 представлена вертикальная ось полукинематиче-

ского типа теодолита ТЕ-В1 (ВНР). Нижняя внутренняя часть 4 оси али-

дады 2 представляет собой сферическую поверхность и опирается на ша-

рики, соприкасающиеся с другой концентрической сферической поверх-

ностью, находящейся на основании неподвижной втулки 3 оси 7 лимба.

Эти сферические поверхности обрабатываются с предельной точностью

на специальных шлифовальных станках. На нижнем конце оси лимба

Рис. 8. Система вертикальной оси нормального типа

Рис. 9. Виды разгрузки цилиндрических осей нормального типа:

—

опора на заплечики; б

—

насыпной шариковый подшипник снизу; в

—

на

шариковый подшипник сверху

Рис. 10. Система вертикальной оси полукинематического типа

Рис.

J. Вертикальная ось иолукинематического типа с увеличенным диаметром

подшипника

Рис. 12. Система вертикальной оси кинематического типа с разнесенными шарико-

выми опорами

5 - B.C. Плотников

имеется шестерня 5, в зацепление с которой входит шестерня специаль-

ной передачи для перестановки лимба.

Еще лучшую центрировку и меньший перекос осей и их износ при

недостаточной уравновешенности алидады обеспечивают системы осей

кинематического типа с разнесенными на значительное расстояние опор-

ными поверхностями для шариков. Разнесенные шариковые опоры впер-

вые нашли применение в осевых системах фототеодолитов Цейсса,

в швейцарских теодолитах Керна, в теодолитах других фирм. Такие

опорные подшипники применяются и в крупных приборах типа кино-

теодолитов. Центрировка оси достигается короткой цапфой. На рис. 12

представлена вертикальная ось, применяемая в теодолитах

ТЕ-С1,

та-

хеометрах

TE-D2,TE-D3,TE-D4

завода MOM (ВНР).

Нагрузка от алидады 1 передается на основание 8 через шариковый

опорный подшипник с шариками 6, расположенными между двумя

плоскими опорными кольцами 5 и 7, принадлежащими алидаде и осно-

ванию. Плоскости колец, обращенные к шарикам, обработаны с оптиче-

ской точностью. Вокруг одной и той же внешней цилиндрической поверх-

ности неподвижной втулки 4, закрепленной в основании £, вращаются

оси - втулки алидады 1 и лимба 2 с втулкой З

чем достигается точная

центрировка. Перестановка лимба осуществляется винтом 9. Централь-

ная полая цилиндрическая втулка 11 несущей осью алидады не является,

а служит вертикальной частью оптического центрира. Деталь 10, навин-

ченная снизу на эту втулку, препятствует отделению алидадной части

от основания.

Применение разнесенных шариковых опор снижает точность изго-

товления по сравнению с осями нормального типа (см. далее), сущест-

венно снижает силы трения, позволяет осуществить более выгодную

компоновку прибора, уменьшить его высоту, а следовательно, повысить

устойчивость.

В системах вертикальной оси приборов применяют так называемые

проволочные подшипники (см. § 25), достоинством которых является

то,

что они фиксируют вертикальную ось как в осевом, так и в радиаль-

ном направлении и допускают большую внецентреннюю нагрузку по

сравнению с подшипниками кинематического типа с плоскими опорны-

ми кольцами, хотя и имеют ниже точность по наклону оси.

§ 24. Конструкции горизонтальных осей

Горизонтальная ось геодезического прибора служит для направления

вращения зрительной трубы и размещения на ней вертикального лимба

и других узлов и деталей. Направляющими вращения горизонтальной

оси являются цапфы, опирающиеся на подшипники (лагеры) в под-

ставках прибора.

Главное требование - геометрическая ось горизонтальной оси не

должна изменять своего положения при вращении трубы и перекладке

ее в лагерах. Отсюда основное конструктивное требование - равенство

диаметров цапф, их геометрическая точность и соосность и точность

Рис. 13. Конический подшипник горизонтальной оси

Рис. 14. Цилиндрический лагер ниве- Рис. 15. Лагер горизонтальной оси

лира с опорой иа внутреннюю поверхность

цапфы

направляющих поверхностей лагер. Конструктивно с целью уменьшения

массы, возможности разместить внутри горизонтальной оси оптические

детали отсчетной системы без ущерба для прочности и жесткости оси

горизонтальная ось, как правило, выполняется в виде полой трубки.

Форма лагер и сопряжение с ними цапф горизонтальной оси опреде-

ляются типом и точностью прибора, массой всей системы горизонтальной

оси, необходимостью перекладки трубы в лагерах.

В большинстве конструкций форма цапф цилиндрическая, однако

встречаются конструкции и с коническим подшипником благодаря

простоте его изготовления и ремонта.

Рис. 17. Закрытая конструкция лагера с установкой уровня на цапфы горизонталь-

ной оси:

—

сечение А—А

—

при закрытой шторке 4

На рис. 13 приведено соединение горизонтальной оси с подставкой

при помощи конического подшипника. Коническая ось / входит во втул-

ку 2, укрепленную на колонке. На оси расположена зрительная труба

с наводяще-закрепительным приспособлением, а также насажена втул-

ка 3, на которой крепится вертикальный круг.

На рис. 14 показан цилиндрический лагер нивелира. Цапфа / опира-

ется на выступы 4 в нижней части 5 лагера, а сверху прижимается пружи-

ной 2, укрепленной на застежке 3 лагера.

В большинстве конструкций цапфы опираются на лагеры внешней

поверхностью, однако встречаются конструкции, где внутренняя поверх-

ность цапфы 2 горизонтальной оси / охватывает лагер 3, имеющий на-

правляющий поясок, снаружи (рис. 15).

В простейших случаях высота лагер на подставках не регулируется.

В точных приборах для устранения неравенства подставок цапф такая

регулировка необходима. В цилиндрических лагерах такая регулировка

достигается эксцентриковыми втулками, несущими лагеры оси. Схема

такого устройства, примененного в теодолите Т1, и расчетные зависи-

мости приведены в § 25 (см. рис. 23).

В лагерах с плоскими опорными поверхностями V-образного вида

(рис.

16) предусматриваются регулировочные винты 4 для подъема или

опускания лагера 2 с цапфой / с целью устранения ошибки неперпен-

дикулярности горизонтальной и вертикальной осей. В случаях, когда

система горизонтальной оси имеет значительную массу, предусматривают

ложный лагер 3 (см. рис. 16) с роликами из малых шарикоподшипни-

ков с пружинным устройством, воспринимающий основную нагрузку.

Весьма важным является обеспечение современных требований уста-

новки на рабочие поверхности цапф точного накладного уровня при

условии закрытой конструкции прибора. Соблюдение условия закрытой

конструкции приводило обычно к необходимости устанавливать наклад-

ной уровень не на рабочие, а на ложные цапфы, что, естественно, сводило

на нет эффективность использования уровня.

При разработке теодолита Т1 было найдено оригинальное решение

[1].

На рис. 17 приведена схема устройства горизонтальной оси теодо-

лита Т1. Лагеры 2 оси имеют по два окна, через которые на цапфу 3

устанавливают ножки накладного уровня 1. Для обеспечения такой

возможности рабочие поверхности лагер-втулок вынесены в простран-

ство между колонками теодолита. Когда накладным уровнем не пользу-

ются, окна установки ножек уровня для зашиты рабочих поверхностей

оси от загрязнения закрывают специальными поворотными шторками 4.

В некоторых геодезических приборах, например в теодолитах Виль-

да Т4, горизонтальная ось имеет опоры в виде двух пар шарикоподшип-

ников. Шарикоподшипники применяют и в крупных приборах для

уменьшения трения при большой массе горизонтальной оси, например

в кинотеодолитах.

§ 25. Расчет и обоснование параметров конструкции и допусков

иа изготовление деталей осевых систем

В гл. 3 и 4 показано, что ошибки осевых систем существенно влияют на

конечную точность измерений.

Из рассмотренных ошибок при расчете и конструировании осевых

систем необходимо обеспечить: 1) точность центрировки; 2) сохране-

ние направления геометрических осей при вращении в пределах заданно-

го диапазона углов поворота; 3) отсутствие недопустимых деформаций

деталей по конструктивным причинам и из-за влияния внешних усло-

вий; 4) наименьший износ и коррозию, сохранение точностных парамет-

ров в процессе длительной эксплуатации; 5) необходимую точность ре-

гулировок, их удобство и сохранение в течение максимального времени.

Центрировка. Совпадение осей и соосность вращающихся элементов

и частей прибора называется центрировкой. Центрировка должна быть

обеспечена с необходимой точностью, Например, в системе вертикальной

оси угломерных приборов должны быть установлены допустимые откло-

нения от правильной центрировки (эксцентриситета): кольца делений

лимба относительно его посадочного отверстия; посадочного отверстия

лимба относительно сопряженного с ним диаметра оси вращения лимба;

оси вращения лимба относительно оси вращения алидады. Несовпаде-

ние центра вращения круга с центром делений лимба называется эксцент-

риситетом круга; несовпадение центров вращения алидады и круга —

эксцентриситетом осей. Два последних эксцентриситета приводят к

эксцентриситету алидады

—

несовпадению центра ее вращения с центром

делений лимба.

В геодезической литературе [6, 15, 26, 29] подробно рассмотрено

влияние эксцентриситета алидады на точность измерений при односто-

роннем и двустороннем отсчете. Опуская выводы и обоснования, при-