CN103984087B - 主镜轴向支撑推拉力过载保护机构 - Google Patents

Abstract

主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，涉及光电仪器主镜支撑结构领域，解决了现有机械式力促动器存在的突发状况下的推拉力可能超出阈值造成精密测量元件力传感器的过载损坏甚至造成主镜断裂破坏的问题。该机构包括主轴和主轴连接件；从主轴上端依次装入的上弹簧、上导向座和上预紧螺母；调节上预紧螺母使弹簧压缩预紧，上导向座与上锁紧螺母贴合；固定在上、下导向座上的上、下连接件；从主轴下端依次装入的下导向座、下弹簧和下预紧螺母；调节下预紧螺母使下弹簧压缩预紧，下导向座与主轴连接件贴合。当推拉力超出阈值时弹簧参与作用力传递使轴向支撑刚度瞬间减小，主镜轴向位移增大，主镜与安全保护装置接触减震，保护主镜和力传感器。

Description

主镜轴向支撑推拉力过载保护机构

技术领域

本发明涉及光电仪器主镜支撑结构技术领域，具体涉及一种主镜轴向支撑推拉力过载保护机构。

背景技术

随着地基望远镜口径的增大，主动光学技术得以广泛应用。主动光学通常是利用分布在望远镜主镜背面的力促动器对主镜施加轴向主动校正力，使主镜产生微小的弹性变形来补偿望远镜的主镜和次镜的重力变形、温度梯度产生的变形以及加工、安装误差等引起的望远镜光学系统的波前误差。

轴向主动支撑力促动器主要有机械式和气压式两种，机械式力促动器通常采用电机丝杠驱动线性弹簧结构输出轴向推拉力，安装在力促动器输出端的力传感器Loadcell可实时监测力促动器对主镜施加的轴向力大小和方向。若发生电机控制故障、地震等冲击振动类似突发情况，轴向支撑力促动器输出的推拉力可能超出阈值，轻则造成精密测量元件力传感器Loadcell的过载损坏，重则造成主镜断裂破坏。

发明内容

为了解决现有采用电机丝杠驱动线性弹簧结构的机械式力促动器存在的突发状况下的推拉力可能超出阈值造成精密测量元件力传感器Loadcell的过载损坏甚至造成主镜断裂破坏的问题，本发明提供一种主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，保护突发情况下轴向推拉力过大时，精密测量元件力传感器Loadcell和主镜的安全。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，包括：

中间和两端均设置有螺纹段的主轴；

与主轴中间螺纹段固定的主轴连接件；

从主轴上端依次装入的上弹簧、上导向座和上预紧螺母，所述上预紧螺母与主轴的上端螺纹段固定，调节上预紧螺母使弹簧压缩后完成预紧，所述上导向座与上锁紧螺母之间因上弹簧挤压而贴合；

固定在上导向座上的上连接件，所述上连接件顶端与主镜轴向支撑垫相连，所述上预紧螺母位于上连接件中腔内，且中腔顶面与主轴上端面留有安全距离；

从主轴下端依次装入的下导向座、下弹簧和下预紧螺母，所述下预紧螺母与主轴下端螺纹段固定，调节下预紧螺母使下弹簧压缩后完成预紧，所述下导向座与主轴连接件之间因下弹簧挤压而贴合；

固定在下导向座上的下连接件，所述下连接件下端与力传感器相连，所述下弹簧和下预紧螺母装入下连接件中腔内，且中腔底面与主轴下端面留有安全距离。

所述主轴中间螺纹段直径大于两端螺纹段直径，且中间螺纹段的长度小于主轴连接件中心螺纹段的高度，保证上导向座和下导向座能够装入主轴并可导向滑动。

所述主轴连接件与上弹簧的接触端加工出上弹簧的定位孔，所述主轴连接件与下导向座的接触端研磨出接触平面。

所述上导向座与上弹簧的接触端加工出上弹簧的定位孔；所述上导向座的上端外圆周加工出安装上连接件的安装面和螺纹孔，并研磨出与上锁紧螺母接触的凸台面和与主轴配合导向滑动的中心孔，该中心孔与主轴上圆柱面配研。

所述下导向座上端研磨出与主轴连接件接触的凸台面，下端外圆周加工出安装下连接件的安装面和螺纹孔，并研磨出与主轴配合导向滑动的中心孔，该中心孔与主轴下圆柱面配研。

所述上弹簧为压簧，轴向刚度为K₁，调节上预紧螺母使弹簧压缩X₁后完成预紧，上导向座与上锁紧螺母贴合面之间的预紧力大小为K₁X₁，推力极限值即为K₁X₁，推力极限值K₁X₁小于力传感器和主镜允许的推力极限值中的最小值。

当轴向支撑输出推力超出K₁X₁后，上预紧螺母与上导向座之间的接触面会分离，上弹簧参与力的传递，主镜向下的位移迅速增大，并且在主轴的上端面接触到上连接件之前，主镜率先与安全防护装置下方的轴向安全防护垫接触并受保护，轴向支撑断开，通过推拉力过载保护机构保证力传感器和主镜的安全。

所述下弹簧为压簧，轴向刚度为K₂，调节下预紧螺母使下弹簧压缩X₂后完成预紧，下导向座与主轴连接件贴合面之间的预紧力大小为K₂X₂，拉力极限值即为K₂X₂，拉力极限值K₂X₂小于由力传感器和主镜允许的拉力极限值中的最小值。

当轴向支撑输出拉力超出K₂X₂后，主轴连接件与下导向座之间的接触面会分离，下弹簧参与力的传递，主镜向上的位移迅速增大，由安全防护装置上方的轴向安全防护垫保护，轴向支撑断开。

本发明的有益效果是：

1、当轴向支撑对主镜施加的推力或拉力在阈值范围内时，轴向作用力的传递路径依次为下连接件、下导向座、主轴连接件、主轴、上预紧螺母、上导向座、上连接件，与上弹簧和下弹簧无关，上弹簧和下弹簧长度不变。因此正常工作状态下此拉压力过载保护机构的轴向刚度与弹簧无关，即能实现较高的轴向刚度，串联在轴向支撑结构中不会降低轴向支撑刚度。

2、当轴向支撑输出拉力过载，超出下弹簧预载力大小后，主轴连接件与下导向座之间的接触面会分离，下弹簧参与力的传递，即推拉力过载保护机构的轴向刚度会因下弹簧的参与而迅速减小。当轴向支撑输出推力超出阈值后，上预紧螺母与上导向座之间的接触面会分离，上弹簧参与力的传递。

3、本发明中的推拉力预载分别通过压缩上弹簧和下弹簧来实现的，推力和拉力极限值可不同。

4、推拉过载保护机构采用两个弹簧预紧系统分别设定轴向推力和拉力极限大小。当主镜轴向支撑系统正常工作，输出轴向推拉力不超出阈值时，该过载保护机构为刚性连接结构，不影响轴向支撑和定位刚度。当发生意外情况、轴向支撑系统输出推拉力超出阈值时，过载保护机构中的弹簧参与作用力传递，使得轴向支撑刚度瞬间减小，主镜轴向位移瞬间增大，主镜与外圆周安全保护装置接触并减震，避免主镜因轴向作用力过大而破裂，同时也保护了轴向支撑系统中的精密测量元件力传感器的安全。

附图说明

图1为本发明的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构的结构示意图。

图2为本发明的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构的工作过程示意图。

图中：1、上连接件，2、上预紧螺母，3、上导向座，4、上弹簧，5、主轴，6、主轴连接件，7、下导向座，8、下弹簧，9、下预紧螺母，10、下连接件，11、主镜轴向支撑垫，12、力传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，包括推力预载机构和拉力预载机构两部分，使用两个预紧弹簧机构实现输出推拉力大小的限制。本发明的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构主要由上连接件1、上预紧螺母2、上导向座3、上弹簧4、主轴5、主轴连接件6、下导向座7、下弹簧8、下预紧螺母9和下连接件10组成。

推力预载机构包括上连接件1、上预紧螺母2、上导向座3、上弹簧4和主轴连接件6，上弹簧4为压簧，轴向刚度为K₁，主轴连接件6与主轴5中间位置通过螺纹连接固定后，从主轴5上端依次装入上弹簧4、上导向座3和上预紧螺母2，上预紧螺母2与主轴5上端通过螺纹连接固定，调节上预紧螺母2使弹簧4压缩X₁后完成预紧，上导向座3与上锁紧螺母2之间会因上弹簧4挤压而贴合，贴合面之间的预紧力大小为K₁X₁，再采用螺钉将上连接件1固定到上导向座3上即完成推力预载机构部分的装配，推力极限值即为K₁X₁，推力极限值K₁X₁应小于力传感器12和主镜5允许的推力极限值中的最小值。上连接件1的顶端与主镜轴向支撑垫11相连，上预紧螺母2装入上连接件1中腔内，且中腔顶面与主轴5上端面留有一定的安全距离。

拉力预载机构包括下导向座7、下弹簧8、下预紧螺母9和下连接件10，下弹簧8为压簧，轴向刚度为K₂，从主轴5下端依次装入下导向座7、下弹簧8和下预紧螺母9，下预紧螺母9与主轴5下端通过螺纹连接，调节下预紧螺母9使下弹簧8压缩X₂后完成预紧，下导向座7与主轴连接件6之间会因下弹簧8挤压而贴合，贴合面之间的预紧力大小为K₂X₂，再采用螺钉将下连接件10固定到下导向座7上即完成拉力预载机构的装配，拉力极限值即为K₂X₂，拉力极限值K₂X₂应小于由力传感器12和主镜5允许的拉力极限值中的最小值。下连接件10的下端与力传感器12相连，下弹簧8和下预紧螺母9装入下连接件10中腔内，且中腔底面与主轴5下端面留有一定的安全距离。

主轴5的中间和两端均设置有螺纹段，主轴5中间螺纹段直径大于两端螺纹段直径，且中间螺纹段的长度小于主轴连接件6中心螺纹段的高度，当主轴连接件6安装到主轴5中间螺纹段上后，两侧的上弹簧4和下导向座7与主轴连接件6端面接触，保证上导向座3和下导向座7能够装入主轴5并可导向滑动。

主轴连接件6与上弹簧4的接触端加工出上弹簧4的定位孔，与下导向座7的接触端研磨出接触平面。上导向座3与上弹簧4的接触端加工出上弹簧4的定位孔；上导向座3的上端外圆周加工出安装上连接件1的安装面和螺纹孔，并研磨出与上锁紧螺母2接触的凸台面和与主轴5配合导向滑动的中心孔，该中心孔与主轴5上圆柱面配研。下导向座7上端研磨出与主轴连接件6接触的凸台面，下端外圆周加工出安装下连接件10的安装面和螺纹孔，并研磨出与主轴5配合导向滑动的中心孔，该中心孔与主轴5下圆柱面配研。

上弹簧4和下弹簧8均为压簧，推拉力预载时上弹簧4和下弹簧8均处于被压缩状态，上弹簧4的侧向定位由上导向座3和主轴连接件6来完成，下弹簧8的定位由下连接件10的中腔来完成。

如图2所示，将主镜先通过安全防护装置固定，再将本发明的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构安装在主镜轴向支撑垫11和力传感器12之间。当轴向支撑输出拉力超出K₂X₂后，主轴连接件6与下导向座7之间的接触面会分离，下弹簧8参与力的传递，即推拉力过载保护机构的轴向刚度会因下弹簧8的参与而迅速减小，主镜向上的位移迅速增大，由安全防护装置上方的轴向安全防护垫保护，轴向支撑断开。当轴向支撑输出推力超出K₁X₁后，上预紧螺母2与上导向座1之间的接触面会分离，上弹簧4参与力的传递，主镜向下的位移迅速增大，并且在主轴5的上端面接触到上连接件1之前，主镜率先与安全防护装置下方的轴向安全防护垫接触并受保护，轴向支撑断开，通过推拉力过载保护机构保证了力传感器12和主镜的安全。

Claims (5)

1.主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，其特征在于，包括：

中间和两端均设置有螺纹段的主轴(5)；

与主轴(5)中间螺纹段固定的主轴连接件(6)；

从主轴(5)上端依次装入的上弹簧(4)、上导向座(3)和上预紧螺母(2)，所述上预紧螺母(2)与主轴(5)的上端螺纹段固定，调节上预紧螺母(2)使弹簧(4)压缩后完成预紧，所述上导向座(3)与上锁紧螺母(2)之间因上弹簧(4)挤压而贴合；

固定在上导向座(3)上的上连接件(1)，所述上连接件(1)顶端与主镜轴向支撑垫(11)相连，所述上预紧螺母(2)位于上连接件(1)中腔内，且中腔顶面与主轴(5)上端面留有安全距离；

从主轴(5)下端依次装入的下导向座(7)、下弹簧(8)和下预紧螺母(9)，所述下预紧螺母(9)与主轴(5)下端螺纹段固定，调节下预紧螺母(9)使下弹簧(8)压缩后完成预紧，所述下导向座(7)与主轴连接件(6)之间因下弹簧(8)挤压而贴合；

固定在下导向座(7)上的下连接件(10)，所述下连接件(10)下端与力传感器(12)相连，所述下弹簧(8)和下预紧螺母(9)装入下连接件(10)中腔内，且中腔底面与主轴(5)下端面留有安全距离；

所述上弹簧(4)为压簧，轴向刚度为K₁，调节上预紧螺母(2)使弹簧(4)压缩X₁后完成预紧，上导向座(3)与上锁紧螺母(2)贴合面之间的预紧力大小为K₁X₁，推力极限值即为K₁X₁，推力极限值K₁X₁小于力传感器(12)和主轴(5)允许的推力极限值中的最小值；

当轴向支撑输出推力超出K₁X₁后，上预紧螺母(2)与上导向座(3)之间的接触面会分离，上弹簧(4)参与力的传递，主镜向下的位移迅速增大，并且在主轴(5)的上端面接触到上连接件(1)之前，主镜率先与安全防护装置下方的轴向安全防护垫接触并受保护，轴向支撑断开，通过推拉力过载保护机构保证力传感器(12)和主镜的安全

所述下弹簧(8)为压簧，轴向刚度为K₂，调节下预紧螺母(9)使下弹簧(8)压缩X₂后完成预紧，下导向座(7)与主轴连接件(6)贴合面之间的预紧力大小为K₂X₂，拉力极限值即为K₂X₂，拉力极限值K₂X₂小于由力传感器(12)和主轴(5)允许的拉力极限值中的最小值；

当轴向支撑输出拉力超出K₂X₂后，主轴连接件(6)与下导向座(7)之间的接触面会分离，下弹簧(8)参与力的传递，主镜向上的位移迅速增大，由安全防护装置上方的轴向安全防护垫保护，轴向支撑断开。

2.根据权利要求1所述的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，其特征在于，所述主轴(5)中间螺纹段直径大于两端螺纹段直径，且中间螺纹段的长度小于主轴连接件(6)中心螺纹段的高度，保证上导向座(3)和下导向座(7)能够装入主轴(5)并可导向滑动。

3.根据权利要求1所述的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，其特征在于，所述主轴连接件(6)与上弹簧(4)的接触端加工出上弹簧(4)的定位孔，所述主轴连接件(6)与下导向座(7)的接触端研磨出接触平面。

4.根据权利要求1所述的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，其特征在于，所述上导向座(3)与上弹簧(4)的接触端加工出上弹簧(4)的定位孔；所述上导向座(3)的上端外圆周加工出安装上连接件(1)的安装面和螺纹孔，并研磨出与上锁紧螺母(2)接触的凸台面和与主轴(5)配合导向滑动的中心孔，该中心孔与主轴(5)上圆柱面配研。

5.根据权利要求1所述的主镜轴向支撑推拉力过载保护机构，其特征在于，所述下导向座(7)上端研磨出与主轴连接件(6)接触的凸台面，下端外圆周加工出安装下连接件(10)的安装面和螺纹孔，并研磨出与主轴(5)配合导向滑动的中心孔，该中心孔与主轴(5)下圆柱面配研。