CN107504065B - 一种用于空间活动机构的消零频装置及其安装方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于空间活动机构的消零频装置，属于空间光学技术领域。该装置包括胶轮、滚轮、圆柱销、鞍形垫圈、滚轮座、第一连接螺钉、L型板、第二连接螺钉。空间活动机构中通常有齿轮传动、凸轮传动、丝杠传动、轴承支撑等结构，此类结构中传动环节均存在一定量的间隙；这就使得活动机构在低频振动时，活动组件与支撑组件之间会产生微小的相对位移。本发明所述的消零频装置能够消除此活动机构中的零频间隙，并具有结构简单、装配可操作性强、性能稳定、结构适应性强的特点。能满足空间高精度活动机构的消零频要求，有效提高空间光学系统性能稳定性及成像质量。

Description

一种用于空间活动机构的消零频装置及其安装方法和应用
技术领域
本发明涉及一种用于空间活动机构的消零频装置及其安装方法和应用，属于空间光学技术领域，涉及空间光学遥感相机调焦机构、位置切换机构等高精度活动机构的消零频功能，可直接于应用空间活动机构的消零频装置设计，所述的空间活动机构包括活动组件和支撑组件，机构中的活动组件相对于机构中的支撑组件直线运动。
背景技术
随着空间遥感相机技术的快速发展和需求的不断提高，对空间遥感相机分辨率的要求越来越高，而调焦机构对相机的成像质量起着至关重要的作用，是相机高分辨率的重要保证环节之一，因此要求调焦机构具有高精度和高稳定性。同样，在空间光学仪器中位置切换机构中，对机构的高定位精度和高位置稳定度的实现一直的设计的重点和难点。
传统的调焦机构、切换机构等活动机构通常包括齿轮传动、凸轮传动、丝杠传动、轴承支撑等环节，此类结构存在一个共同的问题，即活动副间均存在一定间隙，间隙量大小随结构尺寸及加工、装配精度不一而同。上述间隙使得活动机构难以达到较高的传动精度和定位精度，进而极大的影响了空间光学系统的光学性能精度。同时在火箭发射阶段，上述间隙使得活动副间发生碰撞，过程中将产生较大的接触应力，极易损坏活动机构或使其精度进一步降低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：解决现有技术的不足，提出一种用于空间活动机构的消零频装置及其安装方法和应用，该装置利用胶轮的弹性特征消除空间光学系统活动机构中活动组件与支撑组件间的零频间隙。
本发明的技术解决方案是：
一种用于空间活动机构的消零频装置，该装置包括L型板、第二连接螺钉和两套滚动组件，两套滚动组件相同，其中一套滚动组件包括两组胶轮、两个滚轮、两个圆柱销、两个鞍形垫圈、滚轮座和第一连接螺钉；每组胶轮有两个胶轮；
所述的滚轮为一中空的圆柱，圆柱外表面周向上加工有两个环形凹槽，所述的环形凹槽与所述的胶轮的外形是相匹配的，所述的一组胶轮安装到所述的环形凹槽内，且胶轮处于一次预压状态；
所述的滚轮座包括一体成型的底板和两个支架，底板上有两个销钉孔，支架上有两个销钉孔；
一个滚轮通过圆柱销和鞍形垫圈固定安装在其中一个支架和底板之间，且滚轮能够绕圆柱销滚动；另一个滚轮通过圆柱销和鞍形垫圈固定安装在其中另一个支架和底板之间，且滚轮能够绕圆柱销滚动；
所述的圆柱销与滚轮座上的销钉孔过盈配合，使得滚轮与滚轮座间无轴向窜动；鞍形垫圈处于预压状态，使得滚轮与滚轮座间无径向窜动；
所述的滚轮座底板通过第一连接螺钉固定安装到支撑组件上；
所述的L型板包括一体成型的横板和立板，横板位于两组胶轮之间，且L型板的厚度大于两组胶轮之间的间隙；
所述的L型板的立板通过第二连接螺钉固定安装到活动组件上。
所述的胶轮为一橡胶O型圈，采用注塑成型工艺制成。
滚轮的材料为钛合金或铝合金。
滚轮座的材料为钛合金或铝合金。
胶轮的一次预压的预压量L1，预压量L1为胶轮允许预压量的10％～20％。
所述的圆柱销与滚轮座上的销钉孔过盈配合的过盈量为L2，L2取单边0.002mm～0.004mm。
鞍形垫圈处于预压状态的预压量为L3，L3为鞍形垫圈允许预压量的30％～50％。
胶轮处于二次预压状态的预压量为L4，L4为胶轮允许预压量的10％～20％。
一种用于空间活动机构的消零频装置的安装方法，滚轮座底板通过第一连接螺钉固定安装到支撑组件上，L型板立板通过第二连接螺钉固定安装到活动组件上；L型板插入到两个滚动组件的胶轮之间。
一种用于空间活动机构的消零频装置的应用，将该消零频装置与活动机构进行连接，当活动机构做直线运动时，L型板由于与活动机构中的活动组件通过第二连接螺钉连接，所以L型板随活动组件平动，当L型板平动时带动胶轮和滚轮绕圆柱销滚动；
由于滚轮座与活动机构的支撑组件连接，且L型板使胶轮处于预压状态，即对活动机构在垂直于运动的方向上进行了弹性预紧，通过该弹性预紧消除活动组件与支撑组件之间的小量间隙，该弹性预紧在低频振动环境下进一步发挥作用，使活动组件与支撑组件依然处于压紧状态，进而提高了活动机构的基频。
本发明与现有技术相比的优点在于：
应用于空间活动机构的消零频装置，该装置由胶轮、滚轮、圆柱销、鞍形垫圈、滚轮座、第一连接螺钉、L型板、第二连接螺钉组成。胶轮通过盈配合安装在滚轮的凹槽内，胶轮处于预压状态。滚轮通过圆柱销和鞍形垫圈固定于滚轮座，圆柱销与滚轮座上的销钉孔过盈配合，使得滚轮与滚轮座两者间无轴向窜动；鞍形垫圈处于预压状态，使得滚轮与滚轮座两者间无径向窜动。滚轮座底板通过第一连接螺钉固定安装到支撑组件上，L型板立板通过第二连接螺钉固定安装到活动组件上；。L型板由轴向插入滚轮座的胶轮之间，此处胶轮处于二次预压状态。
活动机构运动时，滚轮可随活动机构的运动而绕圆柱销转动；同时通过所述的胶轮在垂直于运动方向的弹性预紧，有效的消除了活动机构在低频振动环境下的小量间隙。
所述的滚轮通过圆柱销安装于滚轮座，使得活动机构的活动组件与支撑组件间在运动方向保持约束放开的状态；同时通过所述的对胶轮进行的两次预压，对垂直于运动方向的进行了弹性预紧，有效的消除活动机构在低频振动环境下的小量间隙，提高活动机构的基频，提高活动机构的定位精度和位置稳定度。
本发明结构简单、装配可操作性强，且结构适应强，可根据各类活动机构的结构特点和运动轨迹，适当设计L型板的形状和滚轮座的安装位置，即可应用于不同类型不同运动方式的活动机构。
一种用于空间活动机构的消零频装置，由胶轮、滚轮、圆柱销、鞍形垫圈、滚轮座、第一连接螺钉、L型板、第二连接螺钉组成。空间活动机构中通常有齿轮传动、凸轮传动、丝杠传动、轴承支撑等结构，此类结构中传动环节均存在一定量的间隙；这就使得活动机构在低频振动时，活动组件与支撑组件之间会产生微小的相对位移。对于空间相机调焦机构、空间位置切换机构等光学系统中参与成像的光学元件，这个微小位移将对系统性能产生难以接受的影响。本发明所述的消零频装置能够消除此活动机构中的零频间隙，并具有结构简单、装配可操作性强、性能稳定、结构适应性强的特点。能满足空间高精度活动机构的消零频要求，有效提高空间光学系统性能稳定性及成像质量。
附图说明
图1为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置的示意图；
图2为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置中胶轮的结构示意图；
图3为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置中滚轮的结构示意图；
图4为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置中胶轮与滚轮的装配示意图；
图5为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置中滚轮座的结构示意图；
图6为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置中滚动组件的结构和装配示意图；
图7为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置中滚动组件与L型板的装配示意图；
图8为本发明一种用于空间活动机构的消零频装置与活动机构的连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于空间活动机构的消零频装置，该装置包括L型板7、第二连接螺钉8和两套滚动组件，两套滚动组件相同，其中一套滚动组件包括两组胶轮1、两个滚轮2、两个圆柱销3、两个鞍形垫圈4、滚轮座5和第一连接螺钉6；每组胶轮1有两个胶轮；
所述的胶轮1为一橡胶O型圈，其结构如图2所示，采用注塑成型工艺制成，为消零频装置的弹性环节；
所述的滚轮2为一中空的圆柱，其结构如图3所示，圆柱外表面周向上加工有两个环形凹槽，滚轮2的材料为钛合金或铝合金，所述的环形凹槽与所述的胶轮1的外形是相匹配的，所述的一组胶轮1安装到所述的环形凹槽内，如图4所示，且胶轮1处于一次预压状态，预压量L1，根据具体使用需求可取为胶轮1允许预压量的10％～20％；
所述的滚轮座5包括一体成型的底板和两个支架，其结构如图5所示，底板上有两个销钉孔，支架上有两个销钉孔，滚轮座5的材料为钛合金或铝合金；
所述的滚动组件，结构如图6所示，其中一个滚轮2通过圆柱销3和鞍形垫圈4固定安装在其中一个支架和底板之间，且滚轮2能够绕圆柱销3滚动；其中另一个滚轮2通过圆柱销3和鞍形垫圈4固定安装在其中另一个支架和底板之间，且滚轮2能够绕圆柱销3滚动；所述的圆柱销3与滚轮座5上的销钉孔过盈配合，过盈量为L2，根据使用条件可取单边0.002mm～0.004mm，使得滚轮2与滚轮座5间无轴向窜动；鞍形垫圈4处于预压状态，预压量为L3，根据具体情况可取为鞍形垫圈4允许预压量的30％～50％，使得滚轮2与滚轮座5间无径向窜动；
所述的滚轮座5底板通过第一连接螺钉6固定安装到支撑组件上；
所述的L型板7包括一体成型的横板和立板，横板位于两组胶轮1之间，且L型板7的厚度大于位于两组胶轮1之间的间隙，大于量是为了使胶轮1处于二次预压状态，预压量为L4，根据具体使用需求可取为胶轮1允许预压量的10％～20％；
所述的L型板7立板通过第二连接螺钉8固定安装到活动组件上。
如图7所示，本发明一种用于空间活动机构的消零频装置的具体安装方法为：滚轮座5底板通过第一连接螺钉6固定安装到支撑组件上，L型板7立板通过第二连接螺钉8固定安装到活动组件上；L型板7插入到两个滚动组件的胶轮1之间。
工作过程为：当活动机构做直线运动时，L型板7由于与活动机构中的活动组件通过第二连接螺钉8连接，所以L型板7随活动组件平动，当L型板7平动时带动胶轮1和滚轮2绕圆柱销3滚动。
由于滚轮座5与活动机构的支撑组件连接，且L型板7使胶轮1处于预压状态，即对活动机构在垂直于运动的方向上进行了弹性预紧，通过该弹性预紧消除活动组件与支撑组件之间的小量间隙，该弹性预紧在低频振动环境下进一步发挥作用，使活动组件与支撑组件依然处于压紧状态，进而提高了活动机构的基频。
实施例
一种用于空间活动机构的消零频装置，用于空间调焦机构的消零频装置，该装置包括L型板7、第二连接螺钉8和两套滚动组件，两套滚动组件相同，其中一套滚动组件包括两组胶轮1、两个滚轮2、两个圆柱销3、两个鞍形垫圈4、滚轮座5和第一连接螺钉6；每组胶轮1有两个胶轮；
胶轮1为一橡胶O型圈，为消零频装置的弹性环节；
滚轮2为一中空的圆柱，圆柱外表面周向上加工有两个环形凹槽，材料为钛合金，一组胶轮1安装到环形凹槽内，且胶轮1处于一次预压状态，预压量为胶轮1允许预压量的15％；
滚轮座5包括一体成型的底板和两个支架，底板上有两个销钉孔，支架上有两个销钉孔，材料为钛合金，两个滚轮2通过圆柱销3和鞍形垫圈4固定安装在支架和底板之间；圆柱销3与滚轮座5上的销钉孔过盈配合，过盈量为0.002mm；鞍形垫圈4处于预压状态，预压量为鞍形垫圈4允许预压量的30％。
如图8所示，该消零频装置200中的滚轮座5底板通过第一连接螺钉6固定安装到支撑组件300上；
L型板7包括一体成型的横板和立板，横板位于两组胶轮1之间，且L型板7的厚度大于位于两组胶轮1之间的间隙，大于量是为了使胶轮1处于二次预压状态，预压量为胶轮1允许预压量的15％；
该消零频装置200中的L型板7立板通过第二连接螺钉8固定安装到活动组件100上。
空间调焦机构消零频装置的具体安装方法为：滚轮座5与调焦机构的活动框通过第一连接螺钉6连接；L型板7插入滚轮座5的胶轮1之间。L型板7与调焦机构的支撑框通过第二连接螺钉8连接。
当调焦机构运动时，L型板7随活动框平动，带动胶轮1和滚轮2绕圆柱销3滚动。由于滚轮座5与支撑框连接，且L型板7使胶轮1处于预压状态，即对调焦机构在垂直于运动的方向上进行了弹性预紧，通过该弹性预紧消除活动框与支撑框之间的小量间隙，该弹性预紧在低频振动环境下进一步发挥作用，使活活动框与支撑框依然处于压紧状态，经试验验证，该调焦机构在消零频装置的作用方向上基频提高了8％。

Claims (10)

1.一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：该装置包括L型板(7)、第二连接螺钉(8)和两套滚动组件，两套滚动组件相同，其中一套滚动组件包括两组胶轮(1)、两个滚轮(2)、两个圆柱销(3)、两个鞍形垫圈(4)、滚轮座(5)和第一连接螺钉(6)；每组胶轮(1)有两个胶轮；
所述的滚轮(2)为一中空的圆柱，圆柱外表面周向上加工有两个环形凹槽，所述的环形凹槽与所述的胶轮(1)的外形是相匹配的，胶轮(1)安装到所述的环形凹槽内，且胶轮(1)处于一次预压状态；
所述的滚轮座(5)包括一体成型的底板和两个支架，底板上有两个销钉孔，支架上有两个销钉孔；
一个滚轮(2)通过圆柱销(3)和鞍形垫圈(4)固定安装在其中一个支架和底板之间，且滚轮(2)能够绕圆柱销(3)滚动；另一个滚轮(2)通过圆柱销(3)和鞍形垫圈(4)固定安装在其中另一个支架和底板之间，且滚轮(2)能够绕圆柱销(3)滚动；
所述的圆柱销(3)与滚轮座(5)上的销钉孔过盈配合，使得滚轮(2)与滚轮座(5)间无轴向窜动；鞍形垫圈(4)处于预压状态，使得滚轮(2)与滚轮座(5)间无径向窜动；
所述的滚轮座(5)底板通过第一连接螺钉(6)固定安装到支撑组件上；
所述的L型板(7)包括一体成型的横板和立板，横板位于两组胶轮(1)之间，且L型板(7)的厚度大于两组胶轮(1)之间的间隙；
所述的L型板(7)的立板通过第二连接螺钉(8)固定安装到活动组件上。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：所述的胶轮(1)为一橡胶O型圈，采用注塑成型工艺制成。
3.根据权利要求1所述的一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：滚轮(2)的材料为钛合金或铝合金。
4.根据权利要求1所述的一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：滚轮座(5)的材料为钛合金或铝合金。
5.根据权利要求1所述的一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：胶轮(1)的一次预压的预压量L1，预压量L1为胶轮(1)允许预压量的10％～20％。
6.根据权利要求1所述的一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：所述的圆柱销(3)与滚轮座(5)上的销钉孔过盈配合的过盈量为L2，L2取单边0.002mm～0.004mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：鞍形垫圈(4)处于预压状态的预压量为L3，L3为鞍形垫圈(4)允许预压量的30％～50％。
8.根据权利要求1所述的一种用于空间活动机构的消零频装置，其特征在于：胶轮(1)处于二次预压状态的预压量为L4，L4为胶轮(1)允许预压量的10％～20％。
9.一种权利要求1所述的用于空间活动机构的消零频装置的安装方法，其特征在于：滚轮座(5)底板通过第一连接螺钉(6)固定安装到支撑组件上，L型板(7)立板通过第二连接螺钉(8)固定安装到活动组件上；L型板(7)插入到两个滚动组件的胶轮(1)之间。
10.一种权利要求1所述的用于空间活动机构的消零频装置的应用，其特征在于：将该消零频装置与活动机构进行连接，当活动机构做直线运动时，L型板(7)由于与活动机构中的活动组件通过第二连接螺钉(8)连接，所以L型板(7)随活动组件平动，当L型板(7)平动时带动胶轮(1)和滚轮(2)绕圆柱销(3)滚动；
由于滚轮座(5)与活动机构的支撑组件连接，且L型板(7)使胶轮(1)处于预压状态，即对活动机构在垂直于运动的方向上进行了弹性预紧，通过该弹性预紧消除活动组件与支撑组件之间的小量间隙，该弹性预紧在低频振动环境下进一步发挥作用，使活动组件与支撑组件依然处于压紧状态，进而提高了活动机构的基频。
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