CN102593608B - 大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器 - Google Patents

Abstract

一种大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，包括箱体、蜗轮、蜗杆、智能步进电机、丝杠螺母、滚珠丝杠、缸导套、上导套、支撑板、支撑杆、塑料轴承、限位器、零位传感器、屏蔽盒和航空插座，智能步进电机与蜗杆相连，蜗轮与丝杠螺母相紧固，滚珠丝杠与缸导套通过花键联接，缸导套固定于箱体上，上导套与滚珠丝杠的上端紧固连接，支撑板与上导套固定连接，支撑杆与支撑板固定连接，塑料轴承夹置于缸导套与上导套之间且与上导套形成过盈配合，限位器固定于滚珠丝杠的下端，零位传感器固定在箱体上且能够与限位器接触，屏蔽盒固定于箱体上，航空插座与屏蔽盒相连。本发明定位精度高、功率重量比大、能承受侧向力、防水防尘、防电磁辐射、可靠性高，并具有无电源自锁功能。

Description

大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器

技术领域

本发明涉及的是射电望远镜的机械操控装置，具体涉及一种大型射电望远镜主反射面主动调整系统中使用的专用电动执行器，属于机电工程技术领域。

背景技术

大型射电望远镜由于自身重量以及风载荷的影响，其主反射面会偏离标准的抛物面形状，这会严重降低射电望远镜的效率，其高频效率甚至会衰减5倍以上。为了提高其高频工作效率，主反射面被分割成1千多片小块，每一块反射面由一台电动执行器控制，利用电动执行器的主动运动来补偿修正整个主反射面的变形量，这种技术称之为射电望远镜的主反射面主动调整技术。该技术的核心部件就是主反射面主动调整用电动执行器，与其他电动执行器相比，主反射面主动调整用电动执行器必须满足以下要求：1.功率重量比大；2.定位精度高；3.能够承受侧向力；4.可靠性非常高；5.防水防尘性能好；6.防电磁辐射能力强；7.达到无电源自锁；8.能够通过现场总线控制。由于现有电动执行器无法全面满足上述各项要求，因此有必要开发新型的大型射电望远镜主反射面主动调整专用电动执行器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种定位精度高、功率重量比大、能承受侧向力、具有防水防尘、防电磁辐射和无电源自锁功能，并且可靠性非常高的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其包括有箱体、蜗轮、蜗杆、智能步进电机、丝杠螺母、滚珠丝杠、缸导套、上导套、支撑板、支撑杆、塑料轴承、限位器、零位传感器、屏蔽盒和航空插座，所述蜗轮与蜗杆构成一传动副且设置于所述箱体中，所述智能步进电机与该蜗杆相连，所述蜗轮与所述丝杠螺母紧固在一起，该丝杠螺母与滚珠丝杠构成另一传动副，该滚珠丝杠通过花键联接与缸导套相连，该缸导套固定于所述箱体上，所述上导套与该滚珠丝杠的上端紧固连接且套置于所述缸导套之外，所述支撑板与该上导套固定连接，所述支撑杆与该支撑板固定连接，所述塑料轴承夹置于所述缸导套与上导套之间且与该上导套形成过盈配合，所述限位器固定连接于所述滚珠丝杠的下端，所述零位传感器固定在箱体上且能够与该限位器接触，所述屏蔽盒固定连接于箱体上，所述航空插座与该屏蔽盒相连接。

本发明所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器的蜗杆的一端设置有经配磨的蜗杆垫片，其螺纹升角小于3度17分，所述蜗轮的上、下侧设有经配磨的丝杠螺母垫片；所述的上导套设置有密封槽，一密封圈安装挡板固定于该上导套上且将两Y密封圈压置于该密封槽内；所述的屏蔽盒与箱体之间设置有O型密封圈，所述航空插座的后部设置有O型密封圈，该航空插座的焊接部分采用704密封胶进行灌封；所述的零位传感器为一高精度微动开关，其触发精度达1um，所述的限位器具有30度角的锥部；所述的智能步进电机的后部设置有内部驻留程序的编码器，其采用RS485五线制全双工现场总线进行通讯，该智能步进电机的侧面贴有导热硅片，该导热硅片与所述箱体紧密贴合，所述的箱体上涂有热辐射油漆；所述的箱体、缸导套、上导套、支撑板、支撑杆、限位器和屏蔽盒由6061铝合金制成，并经过阳极氧化表面处理。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用精密蜗轮蜗杆及研磨级滚珠丝杠作为传动副，并通过蜗杆垫片及丝杠螺母垫片配磨，使得所述的电动执行器定位精度高达±0.015mm；

2、由于大部分元件采用高强度铝合金材料，使得其功率重量比很大；

3、采用塑料轴承使所述的电动执行器能够承受较大侧向力；

4、采用各种密封措施使得该电动执行器可达到IP65防护等级；

5、利用蜗轮蜗杆自锁实现了该电动执行器的无电源自锁功能；

6、采用RS485现场总线对该电动执行器进行控制，极大地简化了布线规模并易实现分布式控制。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是图1的A-A剖面图。

图中，

1锁紧螺母，2支撑杆，3塑料轴承，4支撑板，5铜编织带，6滚珠丝杠，7丝杠螺母，8丝杠螺母垫片，9向心推力球轴承，10限位器，11底盖，12箱体，13油封，14蜗轮，15缸导套，16密封圈安装挡板，17Y密封圈，18上导套，19航空插座，20屏蔽盒，21零位传感器，22蜗杆端盖，23蜗杆垫片，24向心推力球轴承，25蜗杆，26电机法兰，27联轴节，28智能步进电机，29导热硅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请结合参阅图1和图2，图示大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器包括有箱体12、蜗轮14、蜗杆25、智能步进电机28、丝杠螺母7、滚珠丝杠6、缸导套15、上导套18、支撑板4、支撑杆2、塑料轴承3、限位器10、零位传感器21、屏蔽盒20和航空插座19。

所述箱体12为所述大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器的基体构件，其外表涂有热辐射油漆，可将箱体12的热量通过热辐射方式传递给外界空气，所述的箱体12中设置有分别由蜗轮14与蜗杆25以及由滚珠丝杠6与丝杠螺母7构成的传动副。

所述蜗杆25与蜗轮14相互啮合，构成一传动副。所述蜗杆25的两端通过向心推力球轴承24安装于箱体12中，该蜗杆25的一端设置有蜗杆垫片23，并由固定于箱体12上的蜗杆端盖22压紧，该蜗杆垫片23与蜗杆25的轴阶梯面之间经过配磨，以控制蜗杆25的轴向窜动，所述蜗杆25的另一端用电机法兰26固定。该蜗杆25的螺纹升角小于3度17分，使得该传动副能够自锁，从而实现整个电动执行器的无电源自锁。

所述智能步进电机28采用螺钉与电机法兰26固定连接，其输出轴通过具有弹性的联轴节27与蜗杆25连接，从而驱动蜗杆25转动。该智能步进电机28的后部设置有1000线编码器，该编码器内部设有驻留程序，其采用RS485五线制全双工现场总线进行通讯。所述智能步进电机28的侧面贴有导热硅片29，该导热硅片29与所述箱体12紧密贴合，可以将智能步进电机28产生的热量通过热传导方式有效传递至外界。

所述丝杠螺母7与滚珠丝杠6构成另一传动副。所述蜗轮14通过螺钉与所述丝杠螺母7紧固在一起，从而带动该丝杠螺母7转动；该蜗轮14的上、下侧各设有一丝杠螺母垫片8及向心推力球轴承9，丝杠螺母7通过丝杠螺母垫片8与向心推力球轴承9相连，并且通过该向心推力球轴承9安装于箱体12中。该一对丝杠螺母垫片8与蜗轮14之间经过配磨，以调整蜗轮14与蜗杆25的中心高度以及整个电动执行器的轴向间隙。所述滚珠丝杠6旋置于所述丝杠螺母7中，其上加工有花键；所述缸导套15为一套筒式构件，其通过螺钉固定连接于所述箱体12上，该缸导套15的内孔中加工有花键槽，与滚珠丝杠6上的花键相配合，从而约束滚珠丝杠6的转动，使之只能进行上下直线运动。

所述限位器10具有30度角的锥部，其采用螺纹固定连接于所述滚珠丝杠6的下端。该限位器10下方的箱体12上固定盖置有底盖11，并且设置有油封13。所述零位传感器21为一高精度微动开关，其触发精度达到1um，该零位传感器21通过细长螺纹孔固定地旋入箱体12，其后部装有双螺母防松。当滚珠丝杠6向下运动时，该零位传感器21的头部能够与所述限位器10的锥部接触。

所述上导套18为一筒式构件，其套置于所述缸导套15之外，该上导套18通过锁紧螺母1与滚珠丝杠6的上端紧固连接在一起。所述上导套18内设置有密封槽，两Y密封圈17背对背地放置在该密封槽内，所述密封圈安装挡板16通过螺钉固定于该上导套18上，并且将两Y密封圈17压紧于上导套18的密封槽内。所述塑料轴承3夹置于所述缸导套15与上导套18之间，并且通过过盈配合装在上导套18中，以起到承受侧向力的作用。

所述支撑板4与所述上导套18采用螺纹固定连接，所述支撑杆2与该支撑板4也采用螺纹固定连接，该支撑杆2连接所述大型射电望远镜的主反射面。

所述屏蔽盒20采用螺纹固定连接于箱体12上，该屏蔽盒20上有一个凸台，与箱体12上的一凹槽配合，两者之间的槽内设置有O型密封圈，以保证密封并提高电磁屏蔽性能。

两个航空插座19采用螺钉与所述屏蔽盒20相连接，该航空插座19的后部设置有O型密封圈，以保证密封；该航空插座19的焊接部分采用704密封胶进行灌封，起到防潮及绝缘作用。

为了防止雷击时强电流烧毁滚动轴承，在所述电动执行器的可动部分与固定部分之间利用铜编织带5相连接，本实施例中，铜编织带5连接于支撑板4与箱体12之间。

为了提高所述电动执行器的功率重量比，除丝杠及蜗轮传动副及标准件外，所述的箱体12、缸导套15、上导套18、支撑板4、支撑杆2、限位器10和屏蔽盒20均由6061铝合金制成，并经过阳极氧化表面处理，以提高抗腐蚀性能。

本发明所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器的工作过程如下所述：

所述智能步进电机28旋转时会带动蜗杆25转动，由于蜗杆25与蜗轮14相互啮合，所以蜗轮14也随之转动，并带动丝杠螺母7旋转；由于滚珠丝杠6与缸导套15为花键联接，而缸导套15又固定于箱体12上，因此约束了滚珠丝杠6的转动，滚珠丝杠6只能进行上下直线运动；滚珠丝杠6向上运动至其上表面与丝杠螺母7的下表面接触，以及其向下运动至下表面触及底盖11时，智能步进电机28堵转30ms后自动停止，从而实现上下机械限位；当滚珠丝杠6向下运动时，限位器10的锥部将与零位传感器21的头部接触，从而产生高电平信号，确认该触发位置为电动执行器的零位位置，滚珠丝杠6继续下行，则零位传感器21始终处于导通状态，以此作为电动执行器当前位置在基准零位以上的判断依据；由于滚珠丝杠6通过锁紧螺母1依次与上套筒18、支撑板4和支撑杆2相连，因而滚珠丝杠6的上下运动就通过支撑杆2传递给所述大型射电望远镜的主反射面，以达到主动调整的目的。

与传统的电动执行器相比，本发明所述大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器的优点在于：定位精度高、功率重量比大、能承受侧向力、防水防尘、防电磁辐射、能够用RS485进行现场总线控制，并具有无电源自锁功能且可靠性高。

Claims (9)

1.一种大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，包括：箱体、蜗轮、蜗杆、智能步进电机、丝杠螺母、滚珠丝杠、上导套、支撑板、支撑杆、限位器、零位传感器和屏蔽盒，所述蜗轮与蜗杆构成一传动副且设置于所述箱体中，所述智能步进电机与该蜗杆相连，所述丝杠螺母与滚珠丝杠构成另一传动副，所述支撑板与所述上导套固定连接，所述支撑杆与该支撑板固定连接，其特征是，所述电动执行器还包括有缸导套、塑料轴承和航空插座，所述滚珠丝杠通过花键联接与所述缸导套相连，该缸导套固定于所述箱体上，所述上导套与该滚珠丝杠的上端紧固连接且套置于所述缸导套之外，所述塑料轴承夹置于所述缸导套与上导套之间且与该上导套形成过盈配合，所述蜗轮与所述丝杠螺母紧固在一起，所述限位器固定连接于所述滚珠丝杠的下端，所述零位传感器固定在箱体上且能够与该限位器接触，所述屏蔽盒固定连接于箱体上，所述航空插座与该屏蔽盒相连接。

2.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述蜗杆的一端设置有经配磨的蜗杆垫片，所述蜗轮的上、下侧设有经配磨的丝杠螺母垫片。

3.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述的蜗杆的螺纹升角小于3度17分。

4.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述的上导套设置有密封槽，一密封圈安装挡板固定于该上导套上且将两Y密封圈压置于该密封槽内。

5.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述的屏蔽盒与箱体之间设置有O型密封圈，所述航空插座的后部设置有O型密封圈，该航空插座的焊接部分采用704密封胶进行灌封。

6.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述的零位传感器为一高精度微动开关，其触发精度达1um，所述的限位器具有30度角的锥部。

7.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述的智能步进电机的侧面贴有导热硅片，该导热硅片与所述箱体紧密贴合，所述的箱体上涂有热辐射油漆。

8.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述的智能步进电机的后部设置有内部驻留程序的编码器，其采用RS485五线制全双工现场总线进行通讯。

9.根据权利要求1所述的大型射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器，其特征是，所述的箱体、缸导套、上导套、支撑板、支撑杆、限位器和屏蔽盒由6061铝合金制成，并经过阳极氧化表面处理。

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