CN105068362A - 一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构 - Google Patents

一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，用于空间相机滤光片依次进入光路，由一体化轴承件、齿轮副及驱动控制组件三个部分组成；一体化轴承件包括一体化轴承外环、内轴环、嵌入环、滚珠、滚珠保持架及压块，齿轮副由滤光片安装盘及小齿轮组成，与一体化轴承件的内轴环连接，驱动部件包括电机、电机安装架、磁钢及霍尔传感器；电机在控制指令下，驱动小齿轮带动滤光片安装盘转动。本发明采用轴承在外，滤光片安装盘在内的构型，增加切换机构的刚度；对轴承一体化设计，转动精度高，轴向承力性能优良，且装配难度小；滤光片安装盘消应力设计，减小安装应力及低温工况下热变形。

Description

一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构
技术领域
本发明涉及一种用于空间相机成像期间将不同谱段滤光片切换进入光路，实现不同光学谱段探测。，特别是一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构。
背景技术
空间多光谱相机进行多个谱段循环成像，需要将能透过不同谱段的滤光片依次切换进入光路。现有的切换机构构型为轴承内置，滤光轮安装盘通过轴承组安装中心轴上，轴承组为一对角接触球轴承对称使用这种转盘为中心支撑，悬臂式构型，整体刚度较低，振动响应大。另外，现有技术中轴承不是一体化设计，由于加工精度限制，两个轴承同轴安装工艺难度大，且转动过程出现微小晃动，导致不同滤光片切换进入光路后的位置不一致，位置重复精度不高，影响成像质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，该空间相机滤光片切换机构的结构设计提高了滤光片切换装置刚度、装配简单且位置重复精度高。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，包括一体化轴承件、齿轮副和驱动控制部分；其中，一体化轴承件包括一体化外轴环、内轴环、嵌入环、滚珠、滚珠保持架和压块；齿轮副包括滤光片安装盘和小齿轮；驱动控制部分包括电机、电机安装盒、霍尔传感器和磁钢；滚珠、滚珠保持架被外轴环、内轴环、嵌入环包围在腔内，压块与内轴环连接，并压紧嵌入环；滤光片安装盘位于一体化轴承件内部，并固定在内轴环上，小齿轮位于一体化轴承件外部，并与滤光片安装盘啮合；电机固定在安装盒内，霍尔传感器安装在外轴环上，磁钢安装在滤光片安装盘上；电机驱动小齿轮带动滤光片安装盘转动。
在上述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，所述一体化轴承外轴环外环采用半圆形耳外接安装接口，安装耳均匀分布在一体化轴承外轴环的外环。
在上述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，所述外轴环内侧设置双排沟槽，内轴环的外环设置第一沟槽，嵌入环的外环设置第二沟槽，滚珠为双排滚珠，双排沟槽、第一沟槽及第二沟槽实现对滚珠的限位。
在上述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，所述一体化外轴环内侧设置双排沟槽内边缘倾斜面的倾斜角度4.7°-5.3°。
在上述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，所述一体化轴承件外轴环、内轴环、嵌入环、滚珠、压块的材料为440C不锈钢，外轴环、内轴环、嵌入环沟槽及滚珠外表面均喷涂二硫化钼，滚珠保持架为多孔聚酰亚胺材料，滚珠保持架缝隙中填充二硫化钼润滑剂；滤光片安装盘材料为钛合金，滤光片安装盘轮齿表面喷涂二硫化钼材料，小齿轮材料为聚酰亚胺。
在上述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，其特征在于：滤光片安装盘设置透光圆孔，圆孔沿滤光片安装盘中心均匀分布，每个圆孔外侧加强筋上有螺钉安装孔；滤光片安装盘上开有宽度0.7-1.3mm切槽，减小安装盘与轴承内圈之间的安装应力，防止滤光片在应力下产生变形。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用一体化轴承件在外滤光片安装盘在内的结构方案，采用同心安装方式，避免了现有转盘悬臂构型，提高了整个切换机构刚度，抗振性能好；
(2)本发明采用一体化轴承件，结构件减少，装配误差减少，且可以调整滚珠与内外轴环间隙，滤光片安装盘转动的晃动量减小，提高滤光片切入光路的位置重复精度；
(3)滤光轮安装盘柔性化设计，可减小结构安装应力，也可减小结构热变形带来的热应力。
附图说明
图1为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构组成示意图；
图2为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构一体化轴承构型示意图；
图3为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构外轴环构型示意图；
图4为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构内轴环构型示意图；
图5为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构嵌入环构型示意图；
图6为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构齿轮副构型示意图；
图7为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构滤光片安装盘构型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构组成示意图，如图所示包括一体化轴承件、齿轮副和驱动控制部分；一体化轴承外置，一体化轴承件在外，滤光片安装盘7同心安装在一体化轴承件内，驱动控制部分均安装在一体化轴承件上。一体化轴承件包括一体化外轴环1、内轴环2、嵌入环3、滚珠4、滚珠保持架5和压块6，种构型将切换机构与外部的安装接口、两个轴承一体化设计，减少结构件数量及结构件间的安装误差，提高滤光片位置重复精度；齿轮副包括滤光片安装盘7和小齿轮8；驱动控制部分包括电机9、电机安装盒10、霍尔传感器11和磁钢12；滚珠4、滚珠保持架5被外轴环1、内轴环2、嵌入环3包围在腔内，压块6与内轴环2采用三点安装方式，并压紧嵌入环3，采用三点安装方式，约束点增多，避免悬臂构型，增加结构刚度，提高抗振性能；滤光片安装盘7固定在内轴环2上，并与小齿轮8啮合；电机9固定在安装盒10内，霍尔传感器11安装在外轴环1上，磁钢12安装在滤光片安装盘7上；电机9驱动小齿轮8带动滤光片安装盘7转动，实现滤光片安装盘7转动。
一体化轴承件外轴环1、内轴环2、嵌入环3、滚珠4、压块6材料为440C不锈钢，外轴环1、内轴环2、嵌入环3沟槽及滚珠4外表面均喷涂二硫化钼，滚珠保持架5为多孔聚酰亚胺材料，滚珠保持架5缝隙中填充二硫化钼润滑剂；滤光片安装盘7材料为钛合金，轮齿表面喷涂二硫化钼材料，小齿轮8材料为聚酰亚胺。
如图2所示本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构一体化轴承构型示意图，如图所示，一体化轴承外轴环1是整个转动机构的承力件，外轴环1内侧设置双排沟槽1-1，内轴环2的外环加工第一沟槽2-1，嵌入环3的外环均加工第二沟槽3-1，滚珠4为双排滚珠，外轴环1的双排沟槽1-1、内轴环2的第一沟槽2-1及嵌入环3的第二沟槽3-1将滚珠4限位在沟槽内部，压块6与内轴环2螺钉连接，并压紧嵌入环3防止松动。
图3为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构外轴环构型示意图，如图所示，一体化外轴环1内侧设置双排沟槽1-1内边缘倾斜面1-2的倾斜角度4.7°-5.3°，本实施例中倾斜面1-2的倾斜角度为5°，方便实现内轴环2、嵌入环3、滚珠4、滚珠保持架5的安装与拆卸，一体化轴承外轴环外环1外接安装接口采用半圆形耳安装方式，安装耳1-3均匀分布在一体化轴承外轴环1的外环。
图4为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构内轴环构型示意图，如图所示内轴环2外侧的第一沟槽2-1为滚珠4配合槽，用于滚珠转动限位，螺钉孔2-2为压块6与内环轴2固定安装的安装孔。
图5为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构嵌入环构型示意图，如图所示，嵌入环3外侧的第二沟槽3-1为滚珠4滚动槽，滚珠4可在第三沟槽3-1内滚动。
图6为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构齿轮副构型示意图，如图所示，滤光片安装盘7与小齿轮8啮合，小齿轮8安装在电机9转轴上，电机9驱动小齿轮8，带动滤光片安装盘7转动。
图7为本发明高精度高刚度空间相机滤光片切换机构滤光片安装盘构型示意图，如图所示滤光片安装盘7设置透光圆孔7-1，圆孔7-1沿滤光片安装盘7中心均匀分布，每个圆孔外侧加强筋7-3上有螺钉安装孔7-4；滤光片安装盘7上开有宽度0.7-1.3mm切槽7-2，本实施例中切槽宽度为1mm，7-2为柔性切槽，使转盘保证足够刚度，且具有一定的柔性，可通过自身形变，减小螺钉拧紧带来的结构应力，减小低温环境下轴承材料与转盘材料热不匹配带来的热应力。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，其特征在于：包括一体化轴承件、齿轮副和驱动控制部分；其中，一体化轴承件包括一体化外轴环(1)、内轴环(2)、嵌入环(3)、滚珠(4)、滚珠保持架(5)和压块(6)；齿轮副包括滤光片安装盘(7)和小齿轮(8)；驱动控制部分包括电机(9)、电机安装盒(10)、霍尔传感器(11)和磁钢(12)；滚珠(4)、滚珠保持架(5)被外轴环(1)、内轴环(2)、嵌入环(3)包围在腔内，压块(6)与内轴环(2)连接，并压紧嵌入环(3)；滤光片安装盘(7)位于一体化轴承件内部，并固定在内轴环(2)上，小齿轮(8)位于一体化轴承件外部，并与滤光片安装盘(7)啮合；电机(9)固定在安装盒(10)内，霍尔传感器(11)安装在外轴环(1)上，磁钢(12)安装在滤光片安装盘(7)上；电机(9)驱动小齿轮(8)带动滤光片安装盘(7)转动。
2.根据权利要求1所述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，其特征在于：一体化轴承外轴环外环(1)采用半圆形耳外接安装接口，安装耳(1-3)均匀分布在一体化轴承外轴环(1)的外环。
3.根据权利要求1所述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，其特征在于：所述外轴环(1)内侧设置双排沟槽(1-1)，内轴环(2)的外环设置第一沟槽(2-1)，嵌入环(3)的外环设置第二沟槽(3-1)，滚珠(4)为双排滚珠，双排沟槽(1-1)、第一沟槽(2-1)及第二沟槽(3-1)实现对滚珠(4)的限位。
4.根据权利要求4所述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，其特征在于：一体化外轴环(1)内侧设置双排沟槽(1-1)内边缘倾斜面(1-2)的倾斜角度4.7°-5.3°。
5.根据权利要求1所述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，其特征在于：一体化轴承件外轴环(1)、内轴环(2)、嵌入环(3)、滚珠(4)、压块(6)材料为440C不锈钢，外轴环(1)、内轴环(2)、嵌入环(3)沟槽及滚珠(4)外表面均喷涂二硫化钼，滚珠保持架(5)为多孔聚酰亚胺材料，滚珠保持架(5)缝隙中填充二硫化钼润滑剂；滤光片安装盘(7)材料为钛合金，滤光片安装盘(7)轮齿表面喷涂二硫化钼材料，小齿轮(8)材料为聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的一种高精度高刚度空间相机滤光片切换机构，其特征在于：滤光片安装盘(7)设置透光圆孔(7-1)，圆孔(7-1)沿滤光片安装盘(7)中心均匀分布，每个圆孔外侧加强筋(7-3)上有螺钉安装孔(7-4)；滤光片安装盘(7)上开有宽度0.7-1.3mm切槽(7-2)，减小安装盘与轴承内圈之间的安装应力，防止滤光片在应力下产生变形。
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