CN105353496B - 一种高稳定性离轴反射镜支撑结构 - Google Patents
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Abstract
一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，包括境框、中心嵌套、钢衬套、中心球头支杆、侧面嵌套、侧面钢衬套、侧面球头支杆、偏心嵌套、偏心衬套、偏心球头支杆、偏心球头卡环、偏心球头支杆锁紧螺母、第一侧面胶柱、第二侧面胶柱，每个球头结构由嵌套、衬套、球头杆以及其它装配锁紧零部件组成。离轴反射镜利用四个球铰的自由度解耦，实现对其的完全静定支撑，这种静定结构不会将因热不匹配或装配失调产生的外应力传至离轴反射镜，从而保证反射镜的面形稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，有效的对离轴反射镜与支撑框之间的热和装配应力进行隔离、卸载。
背景技术
近年来，空间对地观测技术发展迅猛，大视场高分辨率的空间光学遥感器成为了这一领域的研究热点。离轴三反(TMA)光学系统以其无中心遮拦、能量利用率高、易于实现大视场、高分辨率等诸多优点受到各空间大国的普遍关注。特别是为了提高空间光学遥感器的观测能力，需要不断增大系统的焦距和相对孔径.而在长焦距离轴三反光学系统中，参与成像的主要光学元件通常为长条形离轴反射镜，属于非对称结构。为保证光学元件的结构位置精度，确保成像质量，空间光学遥感器的结构必须具有良好的稳定性，因此长条离轴反射镜支撑结构是此类空间光学遥感器结构设计的关键技术之一。
在设计长条离轴反射镜支撑结构时为保证镜面精度不因重力、温度变化和装配应力而被影响，需要反射镜支撑结构不但具有足够高的比刚度还具有较好的温度适应性和装配应力卸载能力，实现高稳定性离轴反射镜的静定支撑。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，对离轴反射镜与支撑框之间的热和装配应力进行隔离、卸载，实现对反射镜高稳定性支撑。
本发明的技术方案是：一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，包括镜框、中心嵌套、钢衬套、中心球头支杆、侧面嵌套、侧面钢衬套、侧面球头支杆、偏心嵌套、偏心衬套、偏心球头支杆、偏心球头卡环、偏心球头支杆锁紧螺母、第一侧面胶柱、第二侧面胶柱；中心嵌套通过硬胶与离轴反射镜中心的定位孔内壁粘接；侧面嵌套与两个偏心嵌套通过软胶与离轴反射镜侧边的定位孔内壁粘接；中心嵌套、侧面嵌套、偏心嵌套内壁过盈配合装入钢衬套、侧面钢衬套、偏心衬套；中心球头支杆、侧面球头支杆、偏心球头支杆的球头端分别与钢衬套、侧面钢衬套、偏心衬套的内壁通过软胶粘接；中心球头支杆、侧面球头支杆的另一端通过螺钉固定于镜框上，偏心球头支杆的另一端通过偏心球头卡环、偏心球头支杆锁紧螺母固定于镜框上；第一侧面胶柱、第二侧面胶柱通过法兰盘与镜框连接，再通过软胶与离轴反射镜粘接。
中心嵌套、侧面嵌套、偏心嵌套的材料采用殷钢。
钢衬套、侧面钢衬套、偏心衬套的材料采用不锈钢。
中心球头支杆、侧面球头支杆、偏心球头支杆的中心过同一平面且与离轴反射镜重心面重合。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)反射镜重心平面与球杆支撑平面重合，可以有效卸载反射镜自身重力，减小反射镜自重对镜面的影响；
(2)球头支杆支撑离轴反射镜，支杆间相互解耦实现对离轴反射镜与支撑框之间的热和装配应力进行隔离、卸载，降低了镜框变形对镜子面形的影响；
(3)通过合理设计尽可能增大侧面球头支杆、偏心球头支杆与离轴反射镜重心之间的跨距减弱支杆的受力，并在反射镜周围增加胶柱，用以对反射镜进行限幅，防止振动时振幅度过大对球头支撑结构造成破坏，提高离轴反射镜支撑结构的抗力学性能。
(4)结构件简单，成本低。
附图说明
图1为离轴反射镜组件轴向剖视图；
图2为离轴反射镜组件径向剖视图。
具体实施方式
如图1、2所示，在离轴反射镜1的底部与侧边的预留定位孔分别装入中心嵌套3、侧面嵌套8、偏心嵌套13，离轴反射镜1材料为微晶，中心嵌套3、侧面嵌套8、偏心嵌套13的材料为殷钢，两种材料热膨胀系数相匹配，以减小嵌套装入离轴反射镜后热应力。
如图1、2所示，在中心嵌套3、侧面嵌套8、偏心嵌套13内壁分别装入钢衬套4、侧面钢衬套9、偏心衬套14，衬套材料采用不锈钢，其材料的弹性模量、硬度以及强度相对于殷钢较高，用以提高球头支撑结构的抗力学性能。
如图1、2所示，安装嵌套和衬套后离轴反射镜1通过一个中心球头支杆5、一个侧面球头支杆10、两个偏心球头支杆15与外部承力件连接，实现对离轴反射镜1静定支撑。中心球头支杆5与衬套上的圆柱内壁配合，约束反射镜X和Y方向的位移自由度；侧面球头支杆10也是与衬套上的圆柱内壁配合，约束反射镜Y和Z方向的位移自由度；两个偏心球头支杆15与衬套上相应的矩形槽配合，球头与槽的上下表面接触，仅约束反射镜Z方向的位移自由度；侧面球头支杆10和两个偏心球头支杆15相互配合约束反射镜绕X轴和Y轴的旋转自由度；中心球头支杆5与侧面球头支杆10相互配合约束反射镜绕Z轴的旋转自由度；如此实现了对反射镜X、Y、Z的平动及转动的6个自由度的约束。当温度环境变化后由于镜框与镜子热膨胀系数的不同导致变形量不一样，依据公式：ΔL＝α2*L2*ΔT-α1*L1*ΔT(其中α1、α2分别为镜子与镜框材料的热膨胀系数，L1、L2分别为镜子的径向跨距与镜框的径向跨距，ΔT为环境温度变化量)可算出镜框与镜子的变形量差，这样会导致镜子的面形变差，此时侧面球头支杆10和两个偏心球头支杆15通过解耦抵消掉镜框与镜子的变形量差；当支撑框的过约束产生变形会传导到镜子上，但通过侧面球头支杆10和两个偏心球头支杆15可解耦抵消掉镜框变形产生的应力。
如图2所示，在安装完4个球头支杆后，在反射镜与镜框之间安装第一侧面胶柱18和第二侧面胶柱19用以对离轴反射镜1进行限幅。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (4)
1.一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，其特征在于：包括镜框(2)、中心嵌套(3)、钢衬套(4)、中心球头支杆(5)、侧面嵌套(8)、侧面钢衬套(9)、侧面球头支杆(10)、偏心嵌套(13)、偏心衬套(14)、偏心球头支杆(15)、偏心球头卡环(16)、偏心球头支杆锁紧螺母、第一侧面胶柱(18)、第二侧面胶柱(19)；中心嵌套(3)通过硬胶与离轴反射镜(1)中心的定位孔内壁粘接；侧面嵌套(8)与两个偏心嵌套(13)通过软胶与离轴反射镜(1)侧边的定位孔内壁粘接；中心嵌套(3)、侧面嵌套(8)、偏心嵌套(13)内壁过盈配合装入钢衬套(4)、侧面钢衬套(9)、偏心衬套(14)；中心球头支杆(5)、侧面球头支杆(10)、偏心球头支杆(15)的球头端分别与钢衬套(4)、侧面钢衬套(9)、偏心衬套(14)的内壁通过软胶粘接；中心球头支杆(5)、侧面球头支杆(10)的另一端通过螺钉固定于镜框(2)上，偏心球头支杆(15)的另一端通过偏心球头卡环(16)、偏心球头支杆锁紧螺母固定于镜框(2)上；第一侧面胶柱(18)、第二侧面胶柱(19)通过法兰盘与镜框(2)连接，再通过软胶与离轴反射镜(1)粘接。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，其特征在于：中心嵌套(3)、侧面嵌套(8)、偏心嵌套(13)的材料采用殷钢。
3.根据权利要求1所述的一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，其特征在于：钢衬套(4)、侧面钢衬套(9)、偏心衬套(14)的材料采用不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种高稳定性离轴反射镜支撑结构，其特征在于：中心球头支杆(5)、侧面球头支杆(10)、偏心球头支杆(15)的中心过同一平面且与离轴反射镜(1)重心面重合。
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