CN104819259A - 适用于南极望远镜的低能耗高精度传动系统 - Google Patents

Abstract

适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，驱动电机的主轴上固定联接有蜗杆，其特征在于，该蜗杆上同时啮合有第一蜗轮和第二蜗轮，其中的第一蜗轮同轴地安装有第一小齿轮；第二蜗轮同轴地安装有第二小齿轮；所述的第一小齿轮与第二小齿轮同时与大齿轮啮合。本发明方案在传统的单级齿轮传动的基础上，加了一级大传动比的蜗杆传动，大大提高了整个系统的传动比，也就大大降低了本系统的驱动能耗。本发明不但实现了高精度的传动，也大大降低了控制系统的复杂性。对超低温的环境和能源紧张的南极具有非常重要的意义。尤其是南极大型望远镜实现低能耗、高精度的驱动提供了一种实用而有效的方法。

Description

适用于南极望远镜的低能耗高精度传动系统

技术领域

本发明涉及一种机械传动系统，具体涉及一种适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统。

背景技术

南极科考的数据表明：南极地区大气稀薄、寒冷、干燥、尘埃少，而且风速小、大气湍流少、视宁度好，更重要的是在南极地区能够进行长达数月的连续天文观测（极夜），且环境光污染少。这些特点使得南极的天文观察条件是地球上其他地方无法比拟的。所以，国际上天文界都在大力发展南极天文，我国也在南极的Dome A开始了相关的天文研究。先后在Dome A 安装了CSTAR、AST-3天文科考望远镜，CSTAR望远镜是定天区观测，不需要传动系统，AST-3望远镜口径50公分，采用了齿轮传动系统，为了消除齿轮传动间隙对传动精度的影响，采用了两套电机驱动小齿轮结构，用两套电机的组合运动来消除间隙，从而达到提高传动精度的目的。

1、上述的传动系统，虽然也能获得较高的精度，但对于南极而言，还是存在以下的问题：

用两套电机的组合运动来实现消隙目的，大大增加了控制系统的复杂性和难度，南极Dome A的低温达到-89℃的超低温，在这种超低温的工作环境下，复杂的电子设备和控制系统无疑大大增加了系统的不稳定性，进而影响望远镜的正常观测。况且南极遥远，每次都是通过中国南极科考中心的雪龙号到达现场的。所以，在一个观测季期间是无法到现场进行维修的。

2、南极除了超低温的问题外，还有就是能源供应紧张，每次都是通过雪龙号把能源运送到南极，能源成本非常昂贵。而采用上述的这种用两套电机组合驱动的方法，工作的时候反向电机相当于是正向电机的负载，无疑增加了工作能耗，所以，这种方法对南极而言，不是一种高性价比的驱动方法。

3、降低能源消耗的另一种方法是采用大传动比的系统，上述这种单级齿轮传动的传动比有限，随着南极望远镜越来越大，驱动负载越来越重，有必要寻求一种低能耗高精度的传动系统。

现有技术中尚未出现能够解决上述技术问题的方案。

发明内容

为了解决上述的南极望远镜，尤其是南极大型望远镜的传动问题，本发明的目的是提供一种适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，这是一种大传动比、单电机消隙驱动系统。该技术方案只需要一只驱动电机，不需要反向消隙电机，就能实现消除齿轮系统的回转间隙，不但实现了高精度的传动，也大大降低了控制系统的复杂性和能耗。另外，该发明方案能够实现很大的传动比，对能源紧张的南极具有非常重要的意义。该发明为南极望远镜，尤其是南极大型望远镜实现低能耗、高精度的驱动提供了一种方法。

完成上述发明任务的技术方案是：一种适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，驱动电机的主轴上固定联接有蜗杆，其特征在于，该蜗杆上同时啮合有第一蜗轮和第二蜗轮，其中的第一蜗轮同轴地安装有第一小齿轮；第二蜗轮同轴地安装有第二小齿轮；所述的第一小齿轮与第二小齿轮同时与大齿轮啮合。

大齿轮通过螺钉或热套的方法，连接于望远镜被驱动的方位轴或高度轴的轴颈，轴颈连接于支承轴承的转子，这样，通过驱动大齿轮就能够实现望远镜的运动。

本发明的优化方案有：

蜗杆与第一蜗轮和第二蜗轮啮合的方式是：安装时分别旋转第一蜗轮和第二蜗轮，实现蜗杆与第一蜗轮接触于蜗杆轮齿右侧，第二蜗轮与蜗杆接触于蜗杆轮齿左侧；第一蜗轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上，第二蜗轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上，当第一蜗轮和第二蜗轮旋转调整到位后，分别用轴向并紧螺母将该第一蜗轮和第二蜗轮固定于其旋转轴上。

第一小齿轮与第二小齿轮与大齿轮啮合的方式是：安装时分别旋转第一小齿轮和第二小齿轮，实现第一小齿轮啮合于大齿轮轮齿的右侧，第二小齿轮啮合于大齿轮轮齿的左侧；第一小齿轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上，第二小齿轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上；当第一小齿轮和第二小齿轮旋转调整到位后，用轴向并紧螺母分别将第一小齿轮和第二小齿轮固定于其旋转轴上。

本发明的工作原理是：

低能耗：望远镜的能耗与传动系统的传动比成反比，传动比越大，所需要的驱动能耗就越低。蜗杆蜗轮驱动是实现大传动比的一种传动方式。所以，如图1所示，本发明方案是在单级齿轮传动的基础上，增加了一级具有大传动比特点的蜗杆传动副。为了获得大传动比和实现自锁功能，蜗杆采用单头模式。若蜗杆蜗轮传动比为50，原来单级齿轮传动需要的能耗为1KW，则采用本发明方案的能源消耗只是0.02KW，大大降低了能源消耗，对南极望远镜，尤其是未来的南极大型望远镜非常有意义。

高精度：消除反向间隙是实现齿轮副和蜗杆蜗轮副高精度传动的前提，本发明方案采用蜗杆副和齿轮副的组合方式实现无间隙传动，所以，需要分别对蜗杆副和齿轮副进行消隙处理。

蜗杆蜗轮副消隙：本发明采用单根蜗杆与两个蜗轮组合的方法消除蜗杆蜗轮副间隙，通过图2中箭头所示的方向（图中蜗轮只画了一半），分别旋转第一蜗轮3和第二蜗轮5，实现蜗杆2与第一蜗轮3接触于蜗杆轮齿右侧的A点，第二蜗轮5与蜗杆2接触于蜗杆轮齿左侧的B点。如图3所示，第一蜗轮3通过莫氏锥度固定于旋转轴8上，第二蜗轮5通过莫氏锥度固定于旋转轴9上，当第一蜗轮3和第二蜗轮5旋转调整到位后，分别用轴向并紧螺母11，15将第一蜗轮3和第二蜗轮5固定于旋转轴上，通过这样的旋转调整就消除了蜗杆蜗轮副的旋转间隙。

齿轮副消隙：通过图2中箭头所示的方向（图中齿轮只画了一半），分别旋转第一小齿轮4和第二小齿轮6，实现第一小齿轮4啮合于大齿轮7轮齿的右侧D点，第二小齿轮6啮合于大齿轮7轮齿的左侧C点。如图3所示，第一小齿轮4通过莫氏锥度固定于旋转轴8上，第二小齿轮6通过莫氏锥度固定于旋转轴9上，当第一小齿轮4和第二小齿轮6旋转调整到位后，用轴向并紧螺母10，14分别将第一小齿轮4和第二小齿轮6固定于旋转轴上，通过这样的旋转调整就消除了齿轮副的旋转间隙。

如图3所示，第一蜗轮3与第一小齿轮4固定在同一根轴8上，第二蜗轮5与第二小齿轮6固定在同一根轴9上，因此，当驱动电机1按图1中逆时针方向驱动蜗杆2时，蜗杆2通过图2中的A点把运动传递给固定在旋转轴8上的第一蜗轮3，而第一小齿轮4与第一蜗轮3又是同轴安装，因此，运动又通过第一小齿轮4与大齿轮7的啮合点D点传给了大齿轮，从而实现了驱动大齿轮（负载）的目的。

当大齿轮（负载）需要反转时，即驱动电机1按图1中顺时针方向驱动蜗杆2时，蜗杆2通过图2中的B点把运动传递给固定在旋转轴9上的第二蜗轮5，而第二小齿轮6与第二蜗轮5又是同轴安装，因此，运动又通过第二小齿轮6与大齿轮7的啮合点C点传给了大齿轮，从而实现了反方向驱动大齿轮（负载）的目的。

因此，通过这套系统，可以完全消除大齿轮（负载）正反两个方向的运动间隙，从而实现了高精度的传动。

本发明不但实现了高精度的传动，也大大降低了控制系统的复杂性和能耗。本发明能够实现很大的传动比，对能源紧张的南极具有非常重要的意义。尤其是南极大型望远镜实现低能耗、高精度的驱动提供了一种实用而有效的方法。

附图说明

图1是传动系统示意图：其中，驱动电机1，蜗杆2，第一蜗轮3，第一小齿轮4，第二蜗轮5，第二小齿轮6，大齿轮7；

图2是间隙消除示意图：其中，蜗杆2，第一蜗轮3，第一小齿轮4，第二蜗轮5，第二小齿轮6，大齿轮7，旋转轴8，旋转轴9；

图3是蜗轮和小齿轮安装结构图：其中，第一蜗轮3，第一小齿轮4，旋转轴8，9，第一蜗轮的压紧螺母11，第一小齿轮的压紧螺母10，旋转轴支撑轴承12，13，第二蜗轮5，第二小齿轮6，第二蜗轮的压紧螺母15，第二小齿轮的压紧螺母14，旋转轴支撑轴承16，17。

具体实施方式

实施例1，适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，参照图1、图2和图3：驱动电机的主轴上固定联接有蜗杆2，该蜗杆2上同时啮合有第一蜗轮3和第二蜗轮5，其中的第一蜗轮3同轴地安装有第一小齿轮4；第二蜗轮5同轴地安装有第二小齿轮6；所述的第一小齿轮4与第二小齿轮6同时与大齿轮7啮合。通过图2中箭头所示的方向，分别旋转第一小齿轮4和第二小齿轮6，实现第一小齿轮4啮合于大齿轮7轮齿的右侧D点，第二小齿轮6啮合于大齿轮7轮齿的左侧C点。如图3所示，第一小齿轮4通过莫氏锥度固定于旋转轴8上，第二小齿轮6通过莫氏锥度固定于旋转轴9上，当第一小齿轮4和第二小齿轮6旋转调整到位后，用轴向并紧螺母10，14分别将第一小齿轮4和第二小齿轮6固定于旋转轴上，通过这样的旋转调整就消除了齿轮副的旋转间隙。

如图3所示，第一蜗轮3与第一小齿轮4固定在同一根轴8上，第二蜗轮5与第二小齿轮6固定在同一根轴9上，因此，当驱动电机1按图1中逆时针方向驱动蜗杆2时，蜗杆2通过图2中的A点把运动传递给固定在旋转轴8上的第一蜗轮3，而第一小齿轮4与第一蜗轮3又是同轴安装，因此，运动又通过第一小齿轮4与大齿轮7的啮合点D点传给了大齿轮，从而实现了驱动大齿轮（负载）的目的。

当大齿轮（负载）需要反转时，即驱动电机1按图1中顺时针方向驱动蜗杆2时，蜗杆2通过图2中的B点把运动传递给固定在旋转轴9上的第二蜗轮5，而第二小齿轮6与第二蜗轮5又是同轴安装，因此，运动又通过第二小齿轮6与大齿轮7的啮合点C点传给了大齿轮，从而实现了反方向驱动大齿轮（负载）的目的。

Claims (4)

1.一种适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，驱动电机的主轴上固定联接有蜗杆，其特征在于，该蜗杆上同时啮合有第一蜗轮和第二蜗轮，其中的第一蜗轮同轴地安装有第一小齿轮；第二蜗轮同轴地安装有第二小齿轮；所述的第一小齿轮与第二小齿轮同时与大齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，其特征在于，所述蜗杆与第一蜗轮和第二蜗轮啮合的方式是：安装时分别旋转第一蜗轮和第二蜗轮，实现蜗杆与第一蜗轮接触于蜗杆轮齿右侧，第二蜗轮与蜗杆接触于蜗杆轮齿左侧；第一蜗轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上，第二蜗轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上，当第一蜗轮和第二蜗轮旋转调整到位后，分别用轴向并紧螺母将该第一蜗轮和第二蜗轮固定于其旋转轴上。

3.根据权利要求1所述的适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，其特征在于，所述第一小齿轮与第二小齿轮与大齿轮啮合的方式是：安装时分别旋转第一小齿轮和第二小齿轮，实现第一小齿轮啮合于大齿轮轮齿的右侧，第二小齿轮啮合于大齿轮轮齿的左侧；第一小齿轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上，第二小齿轮通过莫氏锥度固定于其旋转轴上；当第一小齿轮和第二小齿轮旋转调整到位后，用轴向并紧螺母分别将第一小齿轮和第二小齿轮固定于其旋转轴上。

4.根据权利要求1-3之一所述的适用于南极天文望远镜的低能耗高精度的传动系统，其特征在于，所述蜗杆采用单头模式。