CN107628523B - 一种大口径主镜起吊机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径主镜起吊机构，将Whiffle‑tree结构引入到主镜起吊机构中，避免局部应力过大导致的应力集中对主镜产生的破坏，保证了起吊过程的安全性和可靠性。本发明利用两组定位结构分别实现了起吊机构相对于主镜和主镜室的径向定位，借助于起吊机构这个中间媒介传递了主镜和主镜室的同轴定位基准，可以实现主镜在装入主镜室过程有较高的径向定位精度，避免了安装过程的盲目性。本发明还通过调整两组机构的相对位置，可以实现不同口径的主镜的起吊过程，保证了本发明具备较高的适用性。本发明的操作简单可靠，通过旋转内外支撑，可以轻松的实现起吊机构对主镜的安装、定位和起吊过程，对主镜的保护也相应增加。

Description

一种大口径主镜起吊机构

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种大口径主镜起吊机构。

背景技术

在空间探测、天文观测等技术领域，为了提高分辨率需要增大光电探测设备的口径，导致其主镜的外形尺寸、重量急剧上升，并且造价十分昂贵。由于主镜的材料具有脆弱易碎的特性，导致其起吊、安装、搬运等操作过程均伴随着极大的风险。如果在上述过程中，局部应力过大可能导致主镜发生崩边、破碎、断裂等不可逆的破坏，这将给整个光电探测设备的研制和使用周期带来极大的延迟和造价成本的急剧增加。因此，有必要设计一种安全可靠、且可用于不同口径的主镜的起吊机构，用于主镜的吊装和搬运。

现有的主镜起吊机构具有以下特点：用大量的支撑结构分散每个支撑点对主镜的支撑力，但限于设计水平、加工精度和操作等不可控因素的干扰，导致每个支撑点的支撑力无法确定，无法排除对主镜局部产生过大应力的风险，存在安全隐患。针对不同口径、不同厚度的主镜都需要设计一套对应的起吊机构，一把钥匙只能开一把锁，带来成本的提高，不具备通用能力。为了提高起吊过程的安全性，人为增大其结构刚度，刚度和重量的增加带来的结果是操作过程难以实现简单，轻快，给操作者带来很多不便。

发明内容

针对现有的主镜起吊机构的特点及存在的问题，本发明设计了一种新型的主镜起吊机构，用于实现主镜的上述复杂操作，在保证其安全性的前提下，能满足不同口径的主镜的吊装要求，且能实现高精度的安装和定位要求，并且操作简单可靠。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大口径主镜起吊机构，包括起吊梁、上层框架组件、径向定位组件、轴向支撑组件和连接组件；

所述上层框架组件安装在所述起吊梁下部；

所述径向定位组件包括主镜定位组件；多个所述主镜定位组件围绕所述上层框架组件均匀分布安装；

多个所述轴向支撑组件通过所述连接组件围绕所述上层框架组件均匀分布安装。

优选的，所述主镜定位组件包括L形过渡框和安装在其上的轴承，所述轴承用于同主镜的外侧面紧贴。

优选的，所述L形过渡框沿所述上层框架组件径向可活动安装。

优选的，所述径向定位组件还包括主镜室定位组件；每个所述主镜室定位组件外侧到所述上层框架组件中心的距离相等；多个所述主镜室定位组件围绕所述上层框架组件中心均匀分布安装。

优选的，所述主镜定位组件和所述主镜室定位组件的数量均为三个，且交错设置。

优选的，所述主镜室定位组件包括直过渡框和安装在其上的轴承，所述轴承用于同主镜室的内侧面紧贴。

优选的，所述连接组件包括连接机构和球头机构；所述连接机构的顶部安装于所述上层框架组件，所述轴向支撑组件通过所述球头机构安装于所述连接机构的底部。

优选的，所述轴向支撑组件包括：中间基体、支撑机构和活动机构；

多个所述支撑机构均通过所述活动机构可活动安装于所述中间基体，且能够围绕所述中间基体均匀分布。

优选的，所述支撑机构包括：

靠近所述上层框架组件中心，位于所述中间基体的内侧边缘，用于穿过主镜内孔支撑其内边缘的内部支撑；

远离所述上层框架组件中心，位于所述中间基体的外侧边缘，用于支撑所述主镜外边缘的外部支撑。

优选的，所述活动机构包括一个所述内部支撑和两个所述外部支撑。

优选的，所述活动机构包括调整蜗轮、传递螺杆和调整螺头；

所述内部支撑通过调整蜗轮可旋转安装于所述中间基体，所述传递螺杆的内端与所述调整蜗轮配合，所述调整螺头与所述传递螺杆的外端配合。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的大口径主镜起吊机构，具有的优点如下：

1.本发明将Whiffle-tree结构引入到主镜起吊机构中，利用其运动学特征，实现了对于主镜起吊过程的力的均匀分散，保证了九个支撑点均匀的承担主镜的重量，避免局部应力过大导致的应力集中对主镜产生的破坏，保证了起吊过程的安全性和可靠性；

2.本发明利用两组定位结构分别实现了起吊机构相对于主镜和主镜室的径向定位，借助于起吊机构这个中间媒介传递了主镜和主镜室的同轴定位基准，可以实现主镜在装入主镜室过程有较高的径向定位精度，避免了安装过程的盲目性，对于较大口径的主镜安装，这个特点尤为重要；

3.本发明通过调整两组机构的相对位置，可以实现不同口径的主镜的起吊过程，保证了本发明具备较高的适用性，这就避免了每次针对不同形状不同口径的大型主镜都要分别设计它的起吊机构，避免了时间和金钱的浪费，有很高的应用价值；

4.本发明的操作简单可靠，通过旋转内外支撑，可以轻松的实现起吊机构对主镜的安装、定位和起吊过程，保证了操作过程的安全性，对主镜的保护也相应增加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的大口径主镜与起吊机构的装配结构示意图；

图2为本发明实施例提供的大口径主镜起吊机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的上层框架组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的径向定位组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的连接组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的轴向支撑组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的大口径主镜起吊机构使用前安装过程的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的大口径主镜起吊机构使用前安装过程的俯视结构示意图(拆去了上层框架组件)。

其中附图标记为：1、起吊梁，2、上层框架组件，3、径向定位组件，4、连接组件，5、轴向支撑组件，6、主镜，2-1、大三角板，2-2、中心圆柱，2-3、径向定位接口，2-4、中心圆环、2-5、过渡筋，2-6、大型定位方钢，2-7主体拉伸方钢；5-1、调整圆头，5-2、外部支撑，5-3、分体拉伸方钢，5-4、小型定位方钢，5-5、调整螺头，5-6、加强筋，5-7、圆环，5-8、小三角板，5-9、传递螺杆，5-10、蜗轮，5-11、内部支撑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的大口径主镜起吊机构，其核心改进点在于，包括起吊梁1、上层框架组件2、径向定位组件3、轴向支撑组件5和连接组件4，其结构可以参照图1和图2所示；

其中，上层框架组件2安装在起吊梁1下部，用于力的传递；吊梁1连接于上层框架组件2的中心，可以理解的是，上层框架组件2的中心与主镜6的中心相对应，上层框架组件2的径向、切向和轴向与主镜6的径向、切向和轴向相对应，下同；

径向定位组件3包括主镜定位组件；多个主镜定位组件围绕上层框架组件2均匀分布安装，用来实现起吊机构和主镜6的径向定位；

多个轴向支撑组件5通过连接组件4围绕上层框架组件2均匀分布安装。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的大口径主镜起吊机构，通过径向定位组件3和轴向支撑组件5的配合，每个支撑点的支撑力均匀分布，避免局部应力过大破坏主镜6，提高了操作的安全性。

作为优选，主镜定位组件包括L形过渡框3-3和安装在其上的轴承3-4，轴承3-4用于同主镜6的外侧面紧贴，其可旋转配合的结构，在保证定位效果的同时还能够起到保护作用。其结构可以参照图4所示，具体的，L形过渡框3-3沿主镜6的径向设置，包括相互垂直连接的水平部分和竖直部分，轴承3-4安装在竖直部分的径向内侧，且为沿主镜6切向可旋转，便于起吊机构下落过程中，与主镜6外侧周面的紧贴配合。

为了进一步优化上述的技术方案，L形过渡框3-3沿上层框架组件2径向(同时也是主镜6的径向)可活动安装。如此设计，就能够实现不同口径的主镜6的起吊过程，保证了本发明具备较高的适用性，这就避免了每次针对不同形状不同口径的大型主镜都要分别设计它的起吊机构，避免了时间和金钱的浪费，有很高的应用价值。

在本实施例中，径向定位组件3还包括主镜室定位组件；每个主镜室定位组件外侧(沿径向朝外的一那侧)到上层框架组件2中心的距离相等；多个主镜室定位组件围绕上层框架组件2中心均匀分布安装，优化受力情况。本发明利用两组定位结构分别实现了起吊机构相对于主镜6和主镜室的径向定位，借助于起吊机构这个中间媒介传递了主镜和主镜室的同轴定位基准，可以实现主镜在装入主镜室过程有较高的径向定位精度，避免了安装过程的盲目性，对于较大口径的主镜安装，这个特点尤为重要。

具体的，主镜定位组件和主镜室定位组件的数量均为三个，且交错设置，该结构稳定可靠，定位效果良好。进一步的，各定位组件之间的角度间隔相同，即都是均匀分布，便于其他组件机构的设置，其结构可以参照图4所示。

作为优选，主镜室定位组件包括直过渡框3-1和安装在其上的轴承3-2，轴承3-2用于同主镜室的内侧面紧贴，其可旋转配合的结构，在保证定位效果的同时还能够起到保护作用。其结构可以参照图4所示，具体的，直过渡框3-1沿主镜6的径向设置，轴承3-4安装在直过渡框3-1的外端，且为沿主镜6切向可旋转，便于起吊机构下落过程中，与主镜室的内侧周面的紧贴配合。

为了进一步优化上述的技术方案，连接组件4包括连接机构和球头机构；连接机构的顶部安装于上层框架组件2，轴向支撑组件5通过球头机构安装于连接机构的底部。连接组件4的数量为与轴向支撑组件5一一对应的多个。连接组件4的目的在于将轴向支撑组件5上承担的主镜重力传递到上层框架组件2上，且需要借助于球头球窝结构释放旋转自由度，保证多个支撑力是大小均等的。其结构可以参照图5所示，连接机构包括螺杆4-2和安装在其上部的螺母4-1，球头机构包括球形凹槽4-3以及安装在其下部的球头杆4-4。

在本实施例中，轴向支撑组件5包括：中间基体、支撑机构和活动机构；

其中，多个支撑机构均通过活动机构可活动安装于中间基体，且能够围绕中间基体均匀分布，以便于配合操作以及提供合理受力。

作为优选，如图6所示，支撑机构包括：

靠近上层框架组件2中心，位于中间基体的径向内侧边缘，用于穿过主镜6内孔支撑其内边缘的内部支撑5-11；

远离上层框架组件2中心，位于中间基体的径向外侧边缘，用于支撑主镜6外边缘的外部支撑5-2。这种结构便于和主镜6的竖直装配，以及在主镜6内外边缘均匀分布支撑点。

在本实施例中，活动机构包括一个内部支撑5-11和两个外部支撑5-2。轴向支撑组件5的作用在于通过连接组件4将上层框架组件2上传递过来的支撑力分散为三个均匀的支撑力，包含两个外部支撑和一个内部支撑。三组外部支撑的作用在于将支撑力均匀分布在主镜6的外边缘的六处，而三组内部支撑则将支撑力均匀分布在主镜的内边缘三处，加起来的总数为九个点，共同承担主镜的重量，保证了起吊过程的安全性。

具体的，活动机构包括调整蜗轮5-10、传递螺杆5-9和调整螺头5-5；

其中，内部支撑5-11通过调整蜗轮5-10可旋转安装于中间基体，传递螺杆5-9的内端与调整蜗轮5-10配合，调整螺头5-5与传递螺杆5-9的径向外端配合。其结构可以参照图6所示，将内部支撑5-11的调节部件设计在靠近主镜6边缘的位置，便于操作。

如图6所示，活动机构还包括安装在外部支撑5-11上的调整圆头5-1。中间基体包括：安装在中心的圆环5-7、装在圆环上部和下部的小三角板5-8、安装在圆环和小三角板之间的加强筋5-6、安装在圆环边缘成120度圆周对称的三组小型定位方钢5-4、安装在三组小型定位方钢边缘的成120度圆周对称的分体拉伸方钢5-3。外部支撑5-2安装在两个外侧分体拉伸方钢上，内部支撑5-11安装在一个内侧分体拉伸方钢上。

下面结合具体实施例对本方案做进一步介绍：

如图1、图2所示：一种大口径主镜起吊机构，包括起吊梁1、上层框架组件2、径向定位组件3、连接组件4和轴向支撑组件5。其中上层框架组件安装在起吊梁下部，作为整个起吊结构的骨架，将起吊梁的集中力均分为三个同等大小的分散力；而三组轴向支撑组件通过三组连接组件安装在上层框架组件下部，通过球头配合球窝的特殊结构，将三个分散力利用Whiffle-tree原理分散为九个离散力，保证起吊过程的力的均匀性。而径向定位组件安装在上层框架组件边缘；用来实现起吊机构和主镜以及和主镜室的径向定位。

如图3所示：上层框架组件2沿中心轴线圆周(120度旋转)对称，包括设置在中央的中心圆柱2-2、安装在中心圆柱下部的大三角板2-1、安装在大三角板下部中心的中心圆环2-4、安装在大三角板下部沿中心圆环圆周120度对称分布的三组大型定位方钢2-6、安装在大三角板下部连接大型定位方钢的过渡筋2-5、安装在过渡筋外侧的径向定位接口2-3以及安装在大型定位方钢外侧的主体拉伸方钢2-7。其中，所述主体拉伸方钢可进行径向拉伸调整控制它和大型定位方钢的位置；轴向支撑组件安装在主体拉伸方钢外侧的圆孔下侧，用来保证力的垂直传递。通过主体拉伸方钢沿径向的运动，可以同时调整轴向支撑组件和主镜定位组件的位置，高效合理。

如图4所示为径向定位组件，包括L形过渡框3-3和安装在L形过渡框上的轴承3-4用来实现主镜和起吊机构的定位；以及直过渡框3-1和安装在直过渡框上的轴承3-2，用来实现起吊机构和主镜室的径向定位。径向定位组件中的主镜定位组件安装在主体拉伸方钢的侧向，主镜室定位组件则安装在过渡筋外侧的径向定位接口上，分别用来实现主镜和起吊机构以及主镜室和起吊机构的径向定位。

如图6所示：所述轴向支撑组件5，包括：安装在中心的圆环5-7、装在圆环上部和下部的小三角板5-8、安装在圆环和小三角板之间的加强筋5-6、安装在圆环边缘成120度圆周对称的三组小型定位方钢5-4、安装在三组小型定位方钢边缘的成120度圆周对称的分体拉伸方钢5-3、安装在两个外侧分体拉伸方钢上的外部支撑5-2和安装在外部支撑上的调整圆头5-1以及安装在一个内侧分体拉伸方钢上的内部支撑5-11、调整蜗轮5-10和用于调整内部支撑的传递螺杆5-9和调整螺头5-5。轴向支撑组件的作用在于通过连接组件将上层框架组件上传递过来的支撑力分散为三个均匀的支撑力，包含两个外部支撑和一个内部支撑。三组外部支撑的作用在于将支撑力均匀分布在主镜的外边缘的六处，而三组内部支撑则将支撑力均匀分布在主镜的内边缘三处，加起来的总数为九个点，共同承担主镜的重量，保证了起吊过程的安全性。

如图5所示：连接组件4，包括：安装在中心圆柱2-2中心的螺杆4-2、安装在螺杆4-2上部的螺母4-1、安装在中心圆柱2-2下部的球形凹槽4-3以及安装在球形凹槽下部的球头杆4-4。连接组件的目的在于将轴向支撑组件上承担的主镜重力传递到上层框架组件上，且需要借助于球头球窝结构释放旋转自由度，保证三个支撑力是大小均等的。轴向支撑组件和连接组件有三组，沿圆周均布在上层框架组件下部，并且每组轴向支撑组件对应一组连接组件。

如图7、图8所示为本发明使用前安装过程的示意图。通过旋转调整圆头5-1，可以控制六个外部支撑5-2进行旋转，将支撑位置远离主镜；内部支撑5-11的旋转通过控制调整螺头5-5，进而带动传递螺杆5-9的旋转，最后通过调整蜗轮5-10实现其旋转，同样将支撑位置选入中心圆孔内。保持这种状态将整个起吊机构锁死，防止操作过程发生滑动。接下来通过精调主镜定位组件，保证起吊机构下落过程，用来控制位置的轴承3-2紧贴主镜的侧面，进而实现了主镜和起吊机构的径向位置控制，然后缓慢的将起吊机构落入主镜中，其中外部支撑落在主镜的外边缘处，内部支撑落在主镜的内孔处。当到达理想位置后，通过旋转调整圆头和调整螺头分别实现外部支撑和内部支撑的旋转，将其转入主镜的背部，实现了整个起吊机构和主镜的对接过程。

综上所述，本发明实施例公开了一种大口径主镜起吊机构，包括起吊梁、上层框架组件、轴向支撑组件、连接组件以及径向定位组件。其中上层框架组件包括：设置在中央的中心圆柱、安装在中心圆柱下部的大三角板、安装在大三角板下部中心的中心圆环、安装在大三角板下部沿中心圆环圆周120度对称分布的三组大型定位方钢、安装在大三角板下部连接大型定位方钢的过渡筋、安装在过渡筋外侧的径向定位接口以及安装在大型定位方钢外侧的主体拉伸方钢。主体拉伸方钢安装在大型定位方钢外部，可进行径向拉伸调整。轴向支撑组件包括：安装在中心的圆环、装在圆环上部和下部的小三角板、安装在圆环和小三角板之间的加强筋、安装在圆环边缘成120度圆周对称的三组小型定位方钢、安装在三组小型定位方钢边缘的成120度圆周对称的分体拉伸方钢、安装在两个外侧分体拉伸方钢上的外部支撑和安装在外部支撑上的调整圆头以及安装在一个内侧分体拉伸方钢上的内部支撑、调整蜗轮和用于调整内部支撑的传递螺杆和调整螺头。连接组件包括：安装在中心的螺杆、安装在螺杆上部的螺母、安装在中心下部的球形凹槽以及安装在球形凹槽下部的球头杆。连接组件安装在上层框架组件中的主体拉伸方钢上。径向定位组件包含三组圆周对称的主镜定位组件和三组圆周对称的主镜室定位组件，分别用于主镜起吊机构和主镜的径向定位以及主镜起吊机构和主镜室的径向定位。本发明适用于大口径主镜的起吊过程。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种大口径主镜起吊机构，其特征在于，包括起吊梁(1)、上层框架组件(2)、径向定位组件(3)、连接组件(4)和轴向支撑组件(5)；

所述上层框架组件(2)安装在所述起吊梁(1)下部，所述起吊梁(1)连接于所述上层框架组件(2)的中心；

所述径向定位组件(3)包括主镜定位组件；多个所述主镜定位组件围绕所述上层框架组件(2)均匀分布安装；所述主镜定位组件包括L形过渡框(3-3)和安装在其上的轴承(3-4)，所述轴承(3-4)用于同主镜(6)的外侧面紧贴；所述L形过渡框(3-3)沿所述上层框架组件(2)径向可活动安装；

多个所述轴向支撑组件(5)通过所述连接组件(4)围绕所述上层框架组件(2)均匀分布安装；所述轴向支撑组件(5)包括：中间基体、支撑机构和活动机构；多个所述支撑机构均通过所述活动机构可活动安装于所述中间基体，且能够围绕所述中间基体均匀分布；

所述支撑机构包括：靠近所述上层框架组件(2)中心，位于所述中间基体的内侧边缘，用于穿过主镜(6)内孔支撑其内边缘的内部支撑(5-11)；远离所述上层框架组件(2)中心，位于所述中间基体的外侧边缘，用于支撑所述主镜(6)外边缘的外部支撑(5-2)；

所述活动机构包括调整蜗轮(5-10)、传递螺杆(5-9)和调整螺头(5-5)；所述内部支撑(5-11)通过调整蜗轮(5-10)可旋转安装于所述中间基体，所述传递螺杆(5-9)的内端与所述调整蜗轮(5-10)配合，所述调整螺头(5-5)与所述传递螺杆(5-9)的外端配合。

2.根据权利要求1所述的大口径主镜起吊机构，其特征在于，所述径向定位组件(3)还包括主镜室定位组件；每个所述主镜室定位组件外侧到所述上层框架组件(2)中心的距离相等；多个所述主镜室定位组件围绕所述上层框架组件(2)中心均匀分布安装。

3.根据权利要求2所述的大口径主镜起吊机构，其特征在于，所述主镜定位组件和所述主镜室定位组件的数量均为三个，且交错设置。

4.根据权利要求2所述的大口径主镜起吊机构，其特征在于，所述主镜室定位组件包括直过渡框(3-1)和安装在其上的轴承(3-2)，所述轴承(3-2)用于同主镜室的内侧面紧贴。

5.根据权利要求1所述的大口径主镜起吊机构，其特征在于，所述连接组件(4)包括连接机构和球头机构；所述连接机构的顶部安装于所述上层框架组件(2)，所述轴向支撑组件(5)通过所述球头机构安装于所述连接机构的底部。

6.根据权利要求1所述的大口径主镜起吊机构，其特征在于，所述活动机构包括一个所述内部支撑(5-11)和两个所述外部支撑(5-2)。

7.根据权利要求1所述的大口径主镜起吊机构，其特征在于，所述活动机构还包括安装在所述外部支撑(5-2)上的调整圆头(5-1)。

8.根据权利要求1所述的大口径主镜起吊机构，其特征在于，所述中间基体包括：安装在中心的圆环(5-7)、装在所述圆环(5-7)上部和下部的小三角板(5-8)、安装在所述圆环(5-7)和所述小三角板(5-8)之间的加强筋(5-6)、安装在所述圆环(5-7)边缘成120度圆周对称的三组小型定位方钢(5-4)、安装在所述三组小型定位方钢(5-4)边缘的成120度圆周对称的分体拉伸方钢(5-3)。