ES2329563T3 - Dispositivos de acoplamiento elementales y complejos, y su uso. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de acoplamiento complejo que comprende una pluralidad de dispositivos de acoplamiento elementales, cada uno de cuyos dispositivos de acoplamiento elementales comprende: - una caja para rigidizar (1) el dispositivo de acoplamiento elemental contra la torsión, - dos barras (2'', 2'''') para conectar la caja (1) a un segundo objeto a acoplar (4 o), - dos primeros medios (2/4'', 2/4'''') para abisagrar las dos barras (2'', 2'''') en el segundo objeto a acoplar (4o), en dos puntos separados, - dos segundos medios (1/2'', 1/2'''') para abisagrar la caja (1) en las barras en dos puntos separados, - dos terceros medios (1/3'', 1/3'''') para abisagrar la caja (1) en un primer objeto a acoplar (3o) en dos puntos separados. caracterizado porque comprende tres dispositivos de acoplamiento elementales, permitiendo todos los medios (2/4'', 2/4'''' , 1/2'', 1/2'''', 1/3'', 1/3'''') de abisagrado de los tres dispositivos e acoplamiento elementales la rotación en torno a cualquier eje geométrico.
Description
Dispositivos de acoplamiento elementales y
complejos, y su uso.
Este invento se refiere a un dispositivo de
acoplamiento complejo. En particular, un dispositivo de
acoplamiento de esta clase puede utilizarse para soportar equipos de
radar o antenas o sensores ópticos, en especial en
embarcaciones.
El primer objetivo de tales dispositivos de
acoplamiento es ajustar un objeto con relación a otro. Por tanto,
la técnica primitiva ha utilizado medios de ajuste directo sin
interconexión mutua.
Debido a esta relación directa, resulta
imposible ajustar un objeto con relación al otro proporcionando,
simultáneamente, movimiento de retracción, extensión, lateral y de
inclinación.
Los actuales dispositivos de acoplamiento están
diseñados para permitir un movimiento de traslación mutuo e impedir
la rotación mutua de los objetos, como en el caso propuesto por la
patente norteamericana 3.871.778, concedida el 18 de Marzo de
1975.
Este mecanismo de acoplamiento patentado acopla
los objetos a través de medios elásticos y por medio de, al menos,
tres dispositivos de acoplamiento. Cada uno de estos tres
dispositivos de acoplamiento consiste en dos sistemas. Cada sistema
comprende cuatro barras conectadas para formar un bucle cerrado
mediante uniones abisagradas. Los dos sistemas tienen una barra en
común.
Este mecanismo de dispositivo de acoplamiento
adolece, principalmente, de una limitación excesiva (es
excesivamente fijo, conteniendo restricciones redundantes), lo que
puede tener como consecuencia la generación de elevadas tensiones
internas e, incluso, roturas. Por tanto, en la práctica sólo
funciona apropiadamente siempre que la barra común del dispositivo
de acoplamiento esté fabricada de modo que, intencionalmente, sea
débil frente a la torsión.
La patente norteamericana 3.865.340 describe un
aparato de soporte. Además, en general, los dispositivos de
acoplamiento de acuerdo con la técnica anterior están fabricados
con, relativamente, muchas partes y bisagras y utilizan bisagras
simples que permiten la rotación en torno a un eje geométrico. Para
aplicaciones como los soportes de antenas, radares y sensores
ópticos, dichas bisagras simples no están disponibles como partes en
disponibilidad inmediata.
Este invento resuelve los inconvenientes antes
mencionados proporcionando dispositivos de acoplamiento que permiten
el movimiento de traslación relativo de los objetos acoplados pero
que impiden el movimiento de rotación relativo de estos objetos en
torno a un eje geométrico. Tal dispositivo de acoplamiento de este
invento contiene menos partes y puede tener, en particular, mejores
propiedades de rigidez, ya que contiene menos bisagras.
Un objeto de este invento es un dispositivo de
acoplamiento complejo que comprende tres dispositivos de
acoplamiento elementales, comprendiendo cada dispositivo de
acoplamiento elemental:
- -
- medios 1 para rigidizar contra torsión el dispositivo de acoplamiento elemental,
- -
- dos medios, 2' y 2'' de conexión para conectar los medios 1 de rigidización a un segundo objeto 4_{o} a acoplar,
- -
- dos primeros medios, 2/4' y 2/4'', para abisagrar los dos primeros medios de conexión 2' y 2'' en el segundo objeto a acoplar 4_{o} en dos puntos separados,
- -
- dos segundos medios, 1/2' y 1/2'', para abisagrar los medios de rigidización 1 en los medios de conexión 2' y 2'' en dos puntos separados,
- -
- dos terceros medios, 1/3' y 1/3'', para abisagrar los medios de rigidización 1 en un primer objeto 3_{o} a acoplar en dos puntos separados,
permitiendo todos los medios de
abisagrado (2/4', 2/4'',1/2', 1/2'', 1/3', 1/3'') de los tres
dispositivos de acoplamiento elementales, la rotación en torno a
cualquier
eje.
Otra realización de este invento consiste en un
dispositivo de acoplamiento complejo en el que los tres
dispositivos de acoplamiento elementales están montados, uno con
relación a otro, de modo que los ejes geométricos de todos los
dispositivos de acoplamiento elementales sean mutuamente
perpendiculares, siendo dichos ejes geométrico elementales los ejes
geométricos perpendiculares a los planos definidos por los dos
medios de conexión 2'_{1}-2''_{1,}
2'_{2}-2''_{2},
2'_{3}-2''_{3}) de cada dispositivo de
acoplamiento elemental.
Además, otro objeto de este invento es el uso de
un dispositivo de acoplamiento complejo de esta clase con medios de
soporte 3, 4 destinados especialmente a soportar equipos de radar,
antenas o sensores ópticos.
Otras características y ventajas del invento
resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de
ejemplos de realizaciones del invento, dada con referencia a los
dibujos, que muestran detalles esenciales para el invento y a partir
de las reivindicaciones. El alcance de la protección está definido
por las reivindicaciones.
- la figura 1 muestra un ejemplo de uno de los
dispositivos de acoplamiento elementales del dispositivo de
acoplamiento complejo de acuerdo con el invento,
- la figura 2a y la figura 2b ilustran vistas
esquemáticas parciales, desde arriba, de dos ejemplos alternativos y
la figura 2c, la figura 2d, la figura 2e, la figura 2f, la figura
2g, la figura 2h, la figura 2i y la figura 2j son vistas laterales
esquemáticas, parciales, de ocho ejemplos alternativos para integrar
el dispositivo de acoplamiento elemental con medios de conexión,
- la figura 3a, la figura 3b, la figura 3c y la
figura 3d son, respectivamente, una vista tridimensional desde
arriba, una vista frontal, una vista desde arriba y una vista
lateral de una primera realización del dispositivo de acoplamiento
complejo de acuerdo con el invento,
- la figura 4a, la figura 4b, la figura 4c y la
figura 4d son, respectivamente, una vista tridimensional desde
arriba, una vista frontal, una vista desde arriba y una vista
lateral de una segunda realización del dispositivo de acoplamiento
complejo de acuerdo con el invento,
- la figura 5a, la figura 5b, la figura 5c y la
figura 5d son, respectivamente, una vista desde arriba, una vista
lateral, una vista tridimensional y una vista frontal de una tercera
realización del dispositivo de acoplamiento complejo de acuerdo con
el invento,
- la figura 6a y la figura 6b son,
respectivamente, una vista en sección transversal y una vista
tridimensional de una extensión de la tercera realización, es decir,
la tercera realización del dispositivo de acoplamiento complejo en
combinación con medios de recubrimiento.
La figura 1 muestra un ejemplo de uno de los
dispositivos de acoplamiento elementales del dispositivo de
acoplamiento complejo de acuerdo con el invento. El dispositivo de
acoplamiento elemental comprende: medios 1 para rigidizar el
dispositivo de acoplamiento elemental frente a la torsión y dos
medios 2' y 2'' para conectar los medios de rigidización 1 con un
primer objeto a acoplar 3_{o}.
Dos primeros medios de abisagrado 2/4' y 2/4''
están situados en dos puntos separados, respectivamente, entre cada
uno de los medios de conexión 2' y 2'' y dos puntos separados del
segundo objeto a acoplar 4_{o} si están abisagrados directamente.
Si los medios de conexión 2' y 2'' y el segundo objeto a acoplar
4_{o} están abisagrados indirectamente, los dos primeros medios de
abisagrado 2/4' y 2/4'' pueden estar situados, por ejemplo, en dos
puntos separados; respectivamente entre cada uno de los medios de
conexión 2' y 2'' y dos puntos separados de segundos medios de
conexión 4 que están conectados rígidamente al segundo objeto a
acoplar 4_{o}; por ejemplo, unos medios de reposo. Así, los medios
de conexión 2' y 2'' están abisagrados a estos medios de reposo 4.
Estos citados medios de reposo 4 podrían fijarse al segundo objeto a
acoplar 4_{o}.
Dos segundos medios de abisagrado 1/2' y 1/2''
están situados entre los medios de rigidización 1 y cada uno de los
medios de conexión 2' y 2'', en dos puntos separados.
Dos terceros medios de abisagrado 1/3' y 1/3''
están situados en dos puntos separados: respectivamente entre dos
puntos separados de los medios de rigidización 1 y dos puntos
separados del primer objeto a acoplar 3_{o}, si están abisagrados
directamente. Si los medios de rigidización 1 y el primer objeto a
acoplar 3_{o} están abisagrados indirectamente, los dos terceros
medios de abisagrado 1/3' y 1/3'' están situados en dos puntos
separados: respectivamente entre dos puntos separados de los medios
de rigidización 1 y dos puntos separados de, por ejemplo, primeros
medios de conexión 3 que están conectados al primer objeto a acoplar
3_{o}: por ejemplo, unos medios de soporte.
Los medios de rigidización 1 están constituidos
por una caja, como se representa en la figura 1. En particular, los
medios de rigidización 1 pueden ser una caja en la que, por ejemplo,
pueden instalarse objetos. Además, los medios de conexión 2 son
barras.
Los primeros, los segundos y los terceros medios
de abisagrado 1/2', 1/2'', 1/3', 1/3'', 2/4' y 2/4'' son bisagras
que permiten la rotación en torno a cualquier eje. Así, los
primeros, los segundos y los terceros medios de abisagrado 1/2',
1/2'', 1/3', 1/3'', 2/4' y 2/4'' pueden ser bisagras universales o
juntas cárdan o juntas de rótula, como se representa en la figura 1.
Además, al menos uno de los dos terceros medios de abisagrado 1/3' y
1/3'' pueden permitir un movimiento de traslación relativo en la
dirección de la línea que pasa por los centros de los medios de
abisagrado 1/3' y 1/3''. Igualmente, uno de estos terceros medios de
abisagrado 1/3' y 1/3'' pueden estar constituidos por una bisagra
universal en combinación con un guiado lineal tal como, por ejemplo,
un juego axial.
Un dispositivo de acoplamiento elemental de esta
clase impide el movimiento de rotación alrededor de un eje
geométrico perpendicular al plano 1/2' - 1/2'' - 2/4' - 2/4'' sin
los inconvenientes de tensiones internas ni generación de fallos
como, por ejemplo, roturas. Además, los dispositivos de acoplamiento
elementales como en representado en la figura 1 contienen menos
partes y menos bisagras que los dispositivos de acoplamiento
elementales de la técnica anterior. Además, los dispositivos
elementales propuestos trabajan sin bisagras sencillas.
Un dispositivo de acoplamiento elemental de esta
clase proporciona una elevada rigidez rotacional en torno a un eje
geométrico, siendo dicho eje el perpendicular al plano definido por
los ejes geométricos de los medios de conexión 2' y 2'' o siendo
dicho eje, alternativamente, el perpendicular al plano definido por
cada tres de cuatro centros de los medios de abisagrado 1/2', 1/2'',
2/4' y 2/4''.
Las figuras 3a, 3b, 3c, 3d y las figuras 4a, 4b,
4c y 4d representan una primera y una segunda realizaciones de un
dispositivo de acoplamiento complejo de acuerdo con el invento. Los
dispositivos de acoplamiento complejos representados comprenden tres
dispositivos de acoplamiento elementales como el ilustrado en la
figura 1. En una situación más favorable, con el fin de tener un
dispositivo de acoplamiento complejo que impida la rotación en torno
a cualquier eje geométrico, los tres dispositivos de acoplamiento
elementales están montados, uno con relación a otro, de tal manera
que los ejes geométricos de los tres dispositivos de acoplamiento
elementales en torno a los que ofrecen una elevada rigidez
rotacional, no se encuentren en un plano.
Puede presentarse una situación particularmente
favorable cuando estos tres ejes geométrico elementales citados sean
mutuamente perpendiculares en el estado no perturbado del
dispositivo de acoplamiento complejo. Este estado no perturbado se
define como la condición en que todas las traslaciones relativas
entre los objetos primero y segundo que han de acoplarse, 3_{o} y
4_{o}, son cero. Si estos ejes geométricos elementales son
mutuamente perpendiculares, entonces la rigidez rotacional del
dispositivo de acoplamiento complejo en torno a cualquier eje
geométrico, orientado arbitrariamente, es la misma. Cada uno de
estos ejes geométricos elementales citados es el eje perpendicular
al plano definido por los dos medios de conexión 2' y 2'' de los
respectivos dispositivos de acoplamiento elementales.
Los medios de soporte 3 y/o los medios de reposo
4 pueden ser comunes a los tres dispositivos de acoplamiento
elementales.
En este caso, los medios de reposo 4 constituyen
la base del dispositivo de acoplamiento complejo. Esta base 4 puede
ser un anillo inferior, hexagonal, como se muestra en las figuras
3a, 3b, 3c, 3d y en las figuras 4a, 4b, 4c y 4d. La base podría
montarse en, por ejemplo, un buque.
Cada esquina de la base anular inferior
hexagonal 4 está conectada, a través de uno de los medios de
conexión 2'_{1}-2''_{1},
2'_{2}-2''_{2} y
2'_{3}-2''_{3} (dotados en cada extremo de
respectivos medios de abisagrado primeros o segundos
1/2'_{1}-1/2''_{1},
2/4'_{1}-2/4''_{1},
1/2'_{2}-1/2''_{2},
2/4'_{2}-2/4''_{2} o
1/2'_{3}-1/2''_{3},
2/4'_{3}-2/4''_{3}) a los respectivos medios de
rigidización 1_{1,} 1_{2} y 1_{3}.
Además, cada uno de los medios de rigidización
1_{1,} 1_{2} y 1_{3} pueden estar conectados, a través de dos
respectivos terceros medios de abisagrado
1/3'_{1}-1/3''_{1},
1/3'_{2}-1/3''_{2} y
1/3'_{3}-1/3''_{3}, a un anillo superior
hexagonal incluido en los medios de soporte 3 comunes. Uno de los
dos terceros medios de abisagrado 1/3'_{1}, 1/3'_{2} y
1/3'_{3} puede ser una bisagra universal. Los otros terceros
medios de abisagrado 1/3''_{1}, 1/3''_{2} y 1/3''_{3} pueden
ser una bisagra universal dotada, además, de la posibilidad de un
movimiento de traslación en la dirección del eje geométrico de
rotación entre los respectivos medios de rigidización 1_{1},
1_{2} y 1_{3} y los medios de soporte 3.
Además, el dispositivo de acoplamiento complejo
puede comprender, al menos, unos medios 5_{1}, 5_{2} y 5_{3}
para absorber las vibraciones y los choques. Cada uno de los medios
5_{1}, 5_{2} y 5_{3} para absorber las vibraciones y los
choques está montado, por su primer extremo, en los medios de
soporte 3 a través de respectivos medios de abisagrado
5/3_{1},5/3_{2} y 5/3_{3} y, por su segundo extremo, a los
medios de reposo 4 a través de respectivos medios de abisagrado
5/4_{1}, 5/4_{2} y 5/4_{3}. Estos medios de abisagrado
5/3_{1}, 5/3_{2} y 5/3_{3}, 5/4_{1}, 5/4_{2} y 5/4_{3}
pueden ser, también, bisagras universales o juntas cárdan o juntas
de rótula, como las representadas en las figuras 3a, 3b, 3c, 3d y en
las figuras 4a, 4b, 4c, 4d. Por ejemplo, el dispositivo de
acoplamiento complejo puede comprender unos medios 5_{1}, 5_{2}
y 5_{3} para absorber las vibraciones y los choques entre cada
grupo de dos dispositivos de acoplamiento elementales como se
muestra mediante las figuras 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 4c y 4d.
Tales medios 5_{1}, 5_{2} y 5_{3} para
absorber las vibraciones y los choques limitan los movimientos de
traslación. Estos tres medios 5_{1}, 5_{2} y 5_{3} para
absorber las vibraciones y los choques pueden garantizar frecuencias
de resonancia de los dispositivos de acoplamiento complejos
comprendidas en un intervalo de, aproximadamente, 2 a 10 Hz. Las
frecuencias de resonancia deben estar por debajo de las frecuencias
de choque principales (> 10 Hz), proporcionando así aislamiento
ante choques provocados, por ejemplo, por explosiones submarinas.
Pero, las frecuencias de resonancia deben ser superiores a las
frecuencias de los latigazos y los movimientos usuales de un buque
(< 2Hz), limitando así el desplazamiento máximo, en particular el
desplazamiento elástico. Así, el dispositivo de acoplamiento
complejo proporciona, también, aislamiento frente a choques y/o
vibraciones para los medios de soporte 3 y el primer objeto 3_{o}
a acoplar situado encima.
Se presenta una situación favorable si, en el
estado no perturbado del dispositivo de acoplamiento complejo, las
fuerzas ejercidas por los medios 5_{1}, 5_{2} y 5_{3} para
absorber las vibraciones y/o los choques pasan, aproximadamente, por
el centro de gravedad de la combinación de los medios de
rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3}, los medios de soporte 3 y
el primer objeto 3_{o} a acoplar. En tal situación, se reducen al
mínimo los perturbadores pares de torsión para inclinación
provocados por las aceleraciones lineales, debidas por ejemplo a los
movimientos del buque y, así, se incrementa la precisión
angular.
La relación entre frecuencias de resonancia de
los modos de traslación horizontal y vertical puede alterarse
cambiando el ángulo nominal entre el eje geométrico central de cada
uno de los medios 5_{1}, 5_{2} y 5_{3} para absorber
vibraciones y choques y la dirección vertical.
Pueden utilizarse amortiguadores de muelle como
los resortes helicoidales ilustrados en las figuras 3a, 3b, 3c, 3d,
4a, 4b, 4c y 4d como medios 5_{1}, 5_{2} y 5_{3} para absorber
las vibraciones y los choques para el dispositivo de acoplamiento
complejo. Los medios 5_{1}, 5_{2} y 5_{3} para absorber las
vibraciones y los choques también pueden materializarse como pilas
de resortes Belleville, aisladores para cables/monturas para cables
y/o cualquier otro tipo de resortes y/o contener amortiguadores
adicionales.
La construcción del dispositivo de acoplamiento
complejo puede determinarse estáticamente por cuanto contiene una
combinación apropiada de:
- -
- medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3}
- -
- objetos 3_{o} y 4_{o} a acoplar
- -
- medios de conexión 2'_{1}-2''_{1}, 2'_{2}-2''_{2} y 2'_{3}-2''_{3}
- -
- medios de abisagrado 1/2'_{1}-1/2''_{1}, 1/3'_{1}-1/3''_{1}, 2/4'_{1}-2/4''_{1}, 1/2'_{2}-1/2''_{2}, 1/3'_{2}-1/3''_{2}, 2/4'_{2}-2/4''_{2} y 1/2'_{3}-1/2''_{3}, 1/3'_{3} -1/3''_{3}, 2/4'_{3}-2/4''_{3}
que acoplan grados de libertad
específicos.
Esto significa que la geometría real de todas
las partes implicadas no tiene que ser la ideal para permitir el
montaje de todas las partes. Por ejemplo, la longitud de uno
cualquiera o de más de los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1},
2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3}, 2''_{3} puede alterarse sin que se
generen tensiones ni fuerzas internas. Sin embargo, sólo en caso de
una geometría ideal, el dispositivo de acoplamiento complejo
proporcionará movimientos de traslación relativos puros, sin que se
produzca ningún movimiento de rotación relativo.
Esta mencionada geometría ideal se obtiene
cuando, para cada uno de los dispositivos de acoplamiento
elementales, se satisfacen las dos condiciones siguientes:
- -
- los ejes geométricos de los medios de conexión 2' y 2'' son paralelos
- -
- la línea que pasa por los centros de los primeros medios de abisagrado 2/4' y 2/4'' y la línea que pasa por los segundos medios de abisagrado 1/2' y 1/2'' y la línea que pasa por los terceros medios de abisagrado 1/3' y 1/3'', son paralelas.
Estas dos condiciones implican, por ejemplo, que
las longitudes de los medios de conexión 2' y 2'' son iguales.
Pueden utilizarse longitudes diferentes para cada uno de los tres
dispositivos de acoplamiento elementales. Asimismo, pueden alterarse
todas las otras dimensiones y ángulos o pueden ser diferentes para
cada uno de los dispositivos de acoplamiento elementales, en tanto
se satisfagan las dos condiciones antes mencionadas para cada
dispositivo de acoplamiento elemental.
Como se ha mencionado anteriormente, puede
presentarse una situación particular favorable si los ejes
geométricos de los tres dispositivos de acoplamiento elementales en
torno a los que se impide la rotación, son mutuamente
perpendiculares. Esto se consigue, junto con un ajuste altamente
simétrico con respecto a la dirección vertical, si los tres
dispositivos de acoplamiento elementales tienen las mismas
dimensiones y si, en el estado no perturbado del dispositivo de
acoplamiento complejo, el ángulo \alpha_{1} entre los medios de
conexión 2'_{1}, 2''_{1} y la dirección vertical, el ángulo
\alpha_{2} entre los medios de conexión 2'_{2}, 2''_{2} y la
dirección vertical, y el ángulo \alpha_{3} entre los medios de
conexión 2'_{3}, 2''_{3} y la dirección vertical son iguales al
arccos(\sqrt{2/3}) que es de casi 35 grados.
Otra opción se refiere al ángulo \beta
comprendido entre el eje geométrico de los medios de conexión 2' y
el eje geométrico que pasa por los centros de los medios de
abisagrado 1/2' y 1/3' que, debido a las dos condiciones antes
mencionadas, es igual al ángulo comprendido entre el eje geométrico
de los medios de conexión 2'' y el eje geométrico que pasa por los
centros de los medios de abisagrado 1/2'' y 1/3'', que puede
seleccionarse arbitrariamente para que sea de 90 grados para todos
los dispositivos de acoplamiento elementales, en el estado no
perturbado del dispositivo de acoplamiento complejo.
Finalmente, por razones de simetría, el ángulo
\gamma comprendido entre el eje geométrico de los medios de
conexión 2' y el eje geométrico que pasa por los centros de los
medios de abisagrado 1/2' y 1/2'', así como el ángulo \gamma
comprendido entre el eje geométrico de los medios de conexión 2'' y
el eje geométrico que pasa por los centros de los medios de
abisagrado 1/2' y 1/2'', se eligen para que sean de 90 grados para
los tres dispositivos de acoplamiento elementales en el estado no
perturbado del dispositivo de acoplamiento complejo.
Así, para esta geometría, el estado no
perturbado -con todas las traslaciones de los medios de soporte 3
con relación a los medios de reposo 4 iguales a cero- se obtiene
para:
- -
- ángulos \alpha de, aproximadamente, 35º entre cada uno de los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} y la dirección vertical.
- -
- ángulos \beta de 90º entre cada uno de los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3}, 2''_{3} y el eje geométrico que pasa por los segundos medios de abisagrado respectivos 1/2'_{1}, 1/2''_{1}, 1/2'_{2}, 1/2''_{2}, 1/2'_{3} y 1/2''_{3} y los respectivos terceros medios de abisagrado 1/3'_{1}, 1/3''_{1}, 1/3'_{2}, 1/3''_{2}, 1/3'_{3} y 1/3''_{3}.
- -
- ejes geométricos de los resortes que pasan por los centros de gravedad de la combinación de medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3}, los medios de soporte 3 y el objeto 3_{o} a acoplar, y
- -
- ángulos comprendidos entre los resortes y la dirección vertical que dependen de la distribución de masas y de las frecuencias de resonancia buscadas.
\vskip1.000000\baselineskip
El uso de cajas vacías como medios de
rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3} en el dispositivo de
acoplamiento complejo proporciona alojamientos parcialmente aislados
frente a choques y vibraciones para otros objetos como, por ejemplo,
unidades electrónicas.
La figura 2a y la figura 2b muestran vistas
esquemáticas parciales, desde arriba, de dos ejemplos alternativos
para integrar el dispositivo de acoplamiento elemental en un
dispositivo de acoplamiento complejo. La figura 2c, la figura 2d, la
figura 2e, la figura 2f, la figura 2g, la figura 2h, la figura 2i y
la figura 2j muestran vistas laterales esquemáticas, parciales, de
ocho ejemplos alternativos para integrar el dispositivo de
acoplamiento elemental en un dispositivo de acoplamiento complejo.
La figura 2a es una vista desde arriba de la alternativa de la
figura 2c, mientras que la figura 2b es una vista desde arriba de la
alternativa de la figura 2d.
En las primeras cuatro alternativas ilustradas
por la figura 2a, la figura 2b, la figura 2c, la figura 2d, la
figura 2e y la figura 2f, el dispositivo de acoplamiento elemental
está integrado con los medios de conexión 2'-2'' en
el lado inferior. Los dispositivos de acoplamiento complejos
contienen dos o más dispositivos de acoplamiento elementales (no
mostrados) situados a continuación de las líneas de rotura onduladas
(en el lado derecho de las figuras).
En una primera alternativa ilustrada en la
figura 2a y en la figura 2c, los medios de conexión 2' y 2'' están
conectados a los extremos del borde inferior exterior E_{oI} de
los medios de rigidización 1. Además, primeros medios de conexión 3
que, en estos casos, son los medios de soporte 3, están conectados a
los medios de rigidización 1 en los extremos del borde superior
interior E_{iu} de los medios de rigidización 1.
En una segunda alternativa ilustrada en la
figura 2b y en la figura 2d, los medios de conexión 2' y 2'' están
conectados a los extremos del borde inferior interior E_{iI} de
los medios de rigidización 1. Además, primeros medios de conexión 3
que, en estos casos, son los medios de soporte 3, están conectados a
los medios de rigidización 1 en los extremos del borde superior
exterior E_{ou} de los medios de rigidización 1.
Son posibles otras variantes. Por ejemplo, en
dos de estas variantes, los medios de conexión 2' y 2'' están
conectados a los extremos de un borde superior de los medios de
rigidización 1, como se ilustra mediante las figuras 2e y 2f,
respectivamente, en los extremos del borde superior exterior
E_{ou} y los extremos del borde superior interior E_{iu}.
Todas las variantes descritas son posibles en
posición invertida, con los medios de conexión en el lado superior,
como se muestra en las figuras 2g, 2h, 2i y 2j. En las segundas
cuatro alternativas ilustradas por la figura 2g, la figura 2h, la
figura 2i y la figura 2j, el dispositivo de acoplamiento elemental
está integrado en el dispositivo de acoplamiento complejo con los
medios de conexión 2' y 2'' en el lado superior. Además, los
primeros medios de conexión 3 del primer objeto 3_{o} no son, en
estos casos, medios de soporte sino medios de reposo, y los segundos
medios de conexión 4 del segundo objeto 4_{o} son medios de
soporte. Los dispositivos de acoplamiento complejos contienen dos o
más dispositivos de acoplamiento elementales (no mostrados) situados
a continuación de las líneas de rotura onduladas (en el lado derecho
de las figuras).
En estas segundas cuatro alternativas, los
primeros medios de conexión 3 están en el lado inferior y estos
primeros medios de conexión 3 podrían montarse en, por ejemplo, un
buque. Los segundos medios de conexión 4 están en el lado superior
y, en el caso de una de estas alternativas, podrían soporta equipos
de radar, antenas o sensores ópti-
cos.
cos.
Las figuras 3a, 3b, 3c y 3d proponen una primera
realización del dispositivo de acoplamiento complejo de acuerdo con
el invento. En esta primera realización, los medios de conexión
2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3}, 2''_{3} están
conectados a los respectivos medios de rigidización 1_{1}, 1_{2}
y 1_{3} en los extremos de sus bordes inferiores exteriores
E_{oI}. Además, los medios de soporte 3 están conectados a los
medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3} en los extremos de
sus bordes superiores interiores E_{iu}.
Como se muestra claramente en la figura 3a, los
medios de soporte 3 pueden estar constituidos por un cono invertido
que comprende un anillo hexagonal superior, uno de cada dos lados
del cual está abisagrado en los medios de rigidización 1_{1},
1_{2} y 1_{3} de uno de los tres dispositivos de acoplamiento
elementales. El anillo circular inferior del cono invertido central
3 puede proporcionar una base para un sistema de antena de radar u
otro sensor que proporcione coordenadas angulares (precisas).
Utilizando un cono invertido en lugar de una posible base plana lisa
para los medios de soporte 3, se baja el centro de gravedad del
primer objeto soportado 3_{0} que ha de acoplarse.
Cada uno de los tres medios para absorber
vibraciones y choques, 5_{1}, 5_{2} y 5_{3} tiene su primera
extremidad conectada al anillo circular inferior del cono central
invertido 3 por medios de abisagrado, respectivamente 5/3_{1},
5/3_{2} y 5/3_{3}, como se representa en las figuras 3a, 3b, 3c
y 3d.
El diseño de la primera realización del
dispositivo de acoplamiento complejo incorpora ángulos \alpha
ideales del arccos(\sqrt{2/3}) \approx 35º entre los ejes
geométricos de los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2},
2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} de los tres dispositivos de
acoplamiento elementales y la dirección vertical como se muestra en
la figura 3d. Estos ángulos \alpha son externos, lo que quiere
decir que los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2},
2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} de los tres dispositivos de
acoplamiento elementales se encuentran fuera de un cilindro 10
imaginario, de longitud infinita, cuyo eje geométrico es paralelo a
la dirección vertical y los centros de los medios de abisagrado
2/4'_{1}, 2/4''_{1}, 2/4'_{2}, 2/4''_{2}, 2/4'_{3},
2/4''_{3} se encuentran en la superficie de este cilindro.
Las figuras 4a, 4b, 4c y 4d muestran una segunda
realización del dispositivo de acoplamiento complejo que ocupa más
espacio en el plano de montaje horizontal pero que requiero menos
medios de soporte 3 del primer objeto 3_{o} a acoplar.
En esta segunda realización, los medios de
conexión 2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3} y
2''_{3} están conectados a los respectivos medios de rigidización
1_{1}, 1_{2} y 1_{3} en los extremos de sus bordes superiores
exteriores E_{ou}. Además, los medios de soporte 3 están
conectados a los medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3}
en los extremos de sus bordes inferiores interiores E_{iI}.
El diseño de esta segunda realización del
dispositivo de acoplamiento complejo incorpora, también, ángulos
\alpha ideales del arccos(\sqrt{2/3}) \approx 35º entre
los ejes geométricos de los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1},
2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} de los tres dispositivos
de acoplamiento elementales y la dirección vertical, como se
representa en la figura 4d. Estos ángulos \alpha son internos, lo
que quiere decir que los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1},
2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} de los tres dispositivos
de acoplamiento elementales se encuentran en el interior de un
cilindro imaginario 10 de longitud infinita cuyo eje geométrico es
paralelo a la dirección vertical y los centros de los medios de
abisagrado 2/4'_{1}, 2/4''_{1}, 2/4'_{2}, 2/4''_{2},
2/4'_{3} y 2/4''_{3} se encuentran en la superficie de este
cilindro.
Son posibles otras variantes no representadas en
las que los medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3} estén
situados en el lado inferior del dispositivo de acoplamiento
complejo y los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2},
2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} estén situados en su lado superior.
Así, los medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3} están
conectados a los medios de reposo 3 a través de medios de
abisagrado. Además, los medios de conexión 2'_{1}, 2''_{1},
2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} están conectados a los
medios de soporte 4 a través de medios de abisagrado.
En estas variantes, si se colocan algunos
objetos en una o más cajas utilizadas como medios de rigidización
1_{1}, 1_{2} y 1_{3}, estos objetos no estarán protegidos
contra los choques ni las vibraciones, en la forma en que lo están
en las realizaciones primera y segunda del dispositivo de
acoplamiento complejo. Así, cuando se colocan dispositivos
electrónicos sensibles en las cajas 1_{1}, 1_{2} y 1_{3}, se
preferirá el dispositivo de acoplamiento complejo de las
realizaciones primera y segunda sobre estas variantes, debido a que
proporciona un mejor aislamiento de los choques y las
vibracio-
nes.
nes.
Estas variantes se preferirán sobre el
dispositivo de acoplamiento complejo de las realizaciones primera y
segunda cuando se utilicen medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y
1_{3} relativamente pesados en comparación con los medios de
conexión 2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3} y
2''_{3}. Debido a la posición más baja de los medios de
rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3}, la rigidez elástica y, por
ello, la masa elástica, pueden ser menores para conseguir las mismas
frecuencias de resonancia de los modos de traslación.
Las figuras 5a, 5b, 5c y 5d ofrecen una tercera
realización del dispositivo de acoplamiento complejo. Esta
realización comprende tres antenas 6_{1}, 6_{2} y 6_{3} en
forma de caja, no giratorias, que están conectadas rígidamente, en
forma altamente integrada, a los medios de soporte 3_{1}, 3_{2}
y 3_{3}.
La tercera realización del dispositivo de
acoplamiento complejo propone conectar los medios de conexión
2'_{1}, 2''_{1}, 2'_{2}, 2''_{2}, 2'_{3} y 2''_{3} a los
respectivos medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3} en los
extremos de sus bordes inferiores exteriores E_{oI}. Además los
medios de soporte 3_{1}, 3_{2} y 3_{3} están conectados a los
respectivos medios de rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3} en los
extremos de sus respectivos bordes superiores interiores
E_{iu}.
Como se muestra claramente en la figura 5a, la
figura 5b, la figura 5c y la figura 5d, la tercera realización del
dispositivo de acoplamiento complejo comprende seis medios para
absorber vibraciones y choques, 5'_{1}, 5''_{1}, 5'_{2},
5''_{2}, 5'_{3}, 5''_{3}, materializados como, por ejemplo,
aisladores de cables (monturas de cables).
Los medios 5'_{1}, 5'_{2} y 5'_{3} para
absorber las vibraciones y los choques están situados debajo y
conectados indirectamente pero de manera rígida con las respectivas
antenas 6_{1}, 6_{2} y 6_{3} en forma de caja. La conexión
rígida se consigue utilizando medios de montaje 5/6'_{1},
5/6'_{2}, 5/6'_{3} montados en los lados superiores internos de
los medios 5'_{1}, 5'_{2} y 5'_{3} para absorber vibraciones y
choques, respectivamente. Los lados inferiores exteriores de los
medios 5'_{1}, 5'_{2} y 5'_{3} para absorber las vibraciones y
los choques están conectados indirectamente, pero de forma rígida, a
un anillo inferior 4 hexagonal utilizando medios de montaje
5/4'_{1}, 5/4'_{2}, 5/4'_{3}.
Los medios 5''_{1}, 5''_{2} y 5''_{3} para
absorber las vibraciones y los choques están situados encima y están
conectados indirectamente, pero de forma rígida, a los respectivos
medios de interconexión (placas de rigidización, por ejemplo)
7''_{1}, 7''_{2} y 7''_{3}. La conexión indirecta pero rígida
se consigue utilizando medios de montaje 5/7''_{1}, 5/7''_{2},
5/7''_{3}, montados en los lados inferiores interiores de los
medios 5''_{1}, 5''_{2} y 5''_{3} para absorber las
vibraciones y los choques, respectivamente.
Los lados superiores exteriores de los medios
5''_{1}, 5''_{2} y 5''_{3} para absorber las vibraciones y los
choques pueden estar conectados indirectamente, pero de forma rígida
a, por ejemplo, medios de recubrimiento 8 materializados como un
mástil (mostrado en la figura 6a y en la figura 6b), utilizando
medios de montaje 5/8''_{1}, 5/8''_{2} y 5/8''_{3}.
La figura 5a aclara la definición, utilizada
generalmente, de "dirección de cizalladura" del tipo propuesto
de aislador para cable, indicándose que se trata del aislador
5''_{3} para cable. La figura 5b aclara las definiciones,
utilizadas generalmente, para "dirección de
compresión-tensión" y "dirección de
balanceo" indicándose, también, en relación con el aislador
5''_{3} para cable.
Las direcciones de
compresión-tensión de los aisladores 5'_{1},
5''_{1}, 5'_{2}, 5''_{2}, 5'_{3} y 5''_{3} para cable
forman ángulos de 45 grados con la dirección vertical. Además, todos
los aisladores 5'_{1}, 5''_{1}, 5'_{2}, 5''_{2}, 5'_{3} y
5''_{3} para cable están orientados de modo que sus direcciones de
compresión-tensión pasen, aproximadamente, por el
centro de gravedad de la combinación formada por los tres medios de
rigidización 1_{1}, 1_{2} y 1_{3}, las tres antenas 6_{1},
6_{2} y 6_{3}, los medios de soporte 3_{1}, 3_{2} y 3_{3},
y los medios de interconexión 7'_{1}, 7''_{1}, 7'_{2},
7''_{2}, 7'_{3} y 7''_{3}. Finalmente, los aisladores 5'_{1}
y 5''_{1} para cable están orientados con relación a la antena
6_{1} de manera similar a como lo están los aisladores 5'_{2} y
5''_{2} para cable con relación a la antena 6_{2} y en forma
similar a como lo están los aisladores 5'_{3} y 5''_{3} con
relación a la antena 6_{3}.
Estas medidas garantizan que, a pesar de los
valores de rigidez, en general fuertemente diferentes de los
aisladores para cable propuestos en sus direcciones, previamente
definidas, de balanceo, cizalladura y
compresión-tensión, se obtienen valores de rigidez
similares para todas las direcciones para el dispositivo de
acoplamiento complejo completo suspendido de los seis aisladores
5'_{1}, 5''_{1}, 5'_{2}, 5''_{2}, 5'_{3} y 5''_{3} para
cable. Así, también el comportamiento frente a los choques en todas
las direcciones y las frecuencias de resonancia de los tres modos de
traslación principales del dispositivo de acoplamiento complejo
completo, suspendido de los seis aisladores 5'_{1}, 5''_{1},
5'_{2}, 5''_{2}, 5'_{3} y 5''_{3} para cable, son más o
menos iguales.
Una extensión de la tercera realización del
dispositivo de acoplamiento complejo se ilustra en la figura 6a y en
la figura 6b. Esta tercera realización anteriormente descrita
comprende medios de recubrimiento 8.
Los medios de recubrimiento 8 pueden consistir
en un mástil que cubra el dispositivo de acoplamiento complejo por
sus lados y por su parte superior. Este mástil incrementa la
posibilidad de conectar el primer objeto a acoplar, 3_{o} -tal
como la combinación de las tres antenas 6_{1}, 6_{2} y 6_{3},
los medios de soporte 3_{1}, 3_{2} y 3_{3} y los medios de
interconexión 7'_{1}, 7''_{1}, 7'_{2}, 7''_{2}, 7'_{3} y
7''_{3}, por ejemplo- con el entorno no aislado utilizando
resortes situados en la parte inferior, así como en la parte
superior, de las antenas. Esta solución reduce al mínimo los
perturbadores pares de inclinación debidos a, por ejemplo, los
movimientos del buque.
Además, el lado frontal de cada antena 6_{1},
6_{2} y 6_{3} puede cubrirse con una cúpula que permita las
transmisiones de radar 9_{1}, 9_{2} y 9_{3}, respectivamente,
montada en el mástil 8, como se muestra en las figuras 6a y 6b.
En aplicaciones para antenas no giratorias, los
medios 5 (5'_{1}, 5''_{1}, 5'_{2}, 5''_{2}, 5'_{3} y
5''_{3}) de absorción de choques y vibraciones pueden situarse en
los lados inferiores y superiores de las antenas 6 (6_{1}, 6_{2}
y 6_{3}) y/o en las placas de rigidización que interconectan las
antenas 7 (7'_{1}, 7''_{1}, 7'_{2}, 7''_{2}, 7'_{3} y
7''_{3}) con el fin de reducir al mínimo los perturbadores pares
de inclinación e incrementar así la precisión del ángulo.
Con el fin de utilizar tal dispositivo de
acoplamiento complejo en una aplicación particular, los medios de
soporte 3, 4 pueden estar destinados, especialmente, a soportar
equipos de radar, antenas o perceptores ópticos. En particular, el
dispositivo de acoplamiento complejo puede utilizarse para equipos
de radar, antenas y/o perceptores ópticos situados a bordo de
cualquier vehículo en movimiento, tal como en buques, vehículos
terrestres, aeroplanos, cohetes, etc.
Otra aplicación de los dispositivos de
acoplamiento complejos de acuerdo con el invento puede consistir en
el aislamiento de armarios de electrónica respecto de vibraciones
y/o choques debidos al terreno tal como, por ejemplo, en entornos
sísmicamente activos o debido a choques de origen nuclear.
Más generalmente, tales dispositivos de
acoplamiento complejos pueden utilizarse para soportar cualquier
objeto para el cual deban bloquearse todos los ejes geométricos de
rotación y sean libres todas las traslaciones.
Claims (15)
1. Un dispositivo de acoplamiento complejo que
comprende una pluralidad de dispositivos de acoplamiento
elementales, cada uno de cuyos dispositivos de acoplamiento
elementales comprende:
- -
- una caja para rigidizar (1) el dispositivo de acoplamiento elemental contra la torsión,
- -
- dos barras (2', 2'') para conectar la caja (1) a un segundo objeto a acoplar (4_{o}),
- -
- dos primeros medios (2/4', 2/4'') para abisagrar las dos barras (2', 2'') en el segundo objeto a acoplar (4_{o}), en dos puntos separados,
- -
- dos segundos medios (1/2', 1/2'') para abisagrar la caja (1) en las barras en dos puntos separados,
- -
- dos terceros medios (1/3', 1/3'') para abisagrar la caja (1) en un primer objeto a acoplar (3_{o}) en dos puntos separados.
caracterizado porque
comprende tres dispositivos de acoplamiento elementales, permitiendo
todos los medios (2/4', 2/4'', 1/2', 1/2'', 1/3', 1/3'') de
abisagrado de los tres dispositivos e acoplamiento elementales la
rotación en torno a cualquier eje
geométrico.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado
porque la caja (1) es una caja vacía.
3. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque al menos uno de los dos terceros medios
de abisagrado (1/3', 1/3'') permite la rotación en torno a un eje
geométrico que pasa por los centros de ambos terceros medios de
abisagrado (1/3', 1/3'').
4. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque al menos uno de los dos terceros medios
de abisagrado (1/3', 1/3'') permite un movimiento de traslación.
5. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque comprende segundos medios de conexión
(4) en los que están conectadas las barras (2', 2''), estando
abisagrados estos segundos medios de conexión (4) citados a las dos
barras (2', 2'') merced a los dos primeros medios de abisagrado
(2/4', 2/4'') y estando fijados en el segundo objeto a acoplar
(4_{o}).
6. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque comprende primeros medios (3) para
conectar el primer objeto a acoplar (3_{o}), estando abisagrados
estos primeros medios de conexión (3) citados a la caja (1) mediante
los dos terceros medios de abisagrado (1/3', 1/3'') en dos puntos
separados.
7. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque las barras (2', 2'') descansan en los
primeros medios de conexión (3) o en los segundos medios de conexión
(4), denominados medios de reposo y, respectivamente, los segundos
medios de conexión (4) o los primeros medios de conexión (3) son
medios para soportar el segundo objeto (4_{o}) o el primer objeto
(3_{o}).
8. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los tres dispositivos de acoplamiento
elementales están montados uno con relación a otro de forma que los
ejes geométricos de todos los dispositivos de acoplamiento
elementales sean mutuamente perpendiculares, siendo estos ejes
geométricos elementales citados los ejes geométricos perpendiculares
a los planos definidos por las dos barras
(2'_{1}-2''_{1},
2'_{2}-2''_{2},
2'_{3}-2''_{3}) de cada dispositivo de
acoplamiento elemental.
9. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los medios de soporte (3, 4) son comunes
para los tres dispositivos de acoplamiento elementales.
10. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los medios de soporte (3, 4) consisten
en un cono invertido que comprende un anillo superior hexagonal uno
de dos de cuyos lados está abisagrado a la caja (1_{1}, 1_{2},
1_{3}) de uno de los tres dispositivos de acoplamiento
elementales.
11. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los ángulos (\alpha) comprendidos
entre los ejes geométricos de las barras
(2'_{1}-2''_{1},
2'_{2}-2''_{2},
2'_{3}-2''_{3}) de los tres dispositivos de
acoplamiento elementales y la dirección vertical, son iguales a
arccos(\sqrt{2/3}).
\newpage
12. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque comprende medios (5_{1}, 5_{2},
5_{3}) para absorber vibraciones y choques conectados a los medios
de soporte (3, 4) y los medios de reposo (4, 3).
13. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque comprende medios (5_{1}, 5_{2},
5_{3}) para absorber vibraciones y choques entre cada grupo de dos
dispositivos de acoplamiento elementales.
14. Un dispositivo de acoplamiento complejo de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque comprende medios (8) para recubrir el
dispositivo de acoplamiento complejo por sus lados y/o por su parte
superior.
15. Uso de un dispositivo de acoplamiento
complejo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque los medios de soporte (3,
4) están destinados especialmente a soportar equipos de radar o
antenas o sensores ópticos
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