CN110412714B - 一种大口径反射镜支撑机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径反射镜支撑机构，包括：反射镜、消热嵌套、减振支座、关节轴承、销轴、支撑底座和螺钉；其中，反射镜为ULE反射镜，消热嵌套与反射镜通过胶粘连接，减振支座与消热嵌套通过螺钉连接，关节轴承的外圈与减振支座的内圈连接，销轴与关节轴承内圈连接，销轴通过螺钉与支撑底座连接；关节轴承为活动机构，可提供三个转动自由度，用于卸载反射镜安装应力；消热嵌套为反射镜对外连接提供金属支撑面，同时具有消热作用；销轴与关节轴承可相对轴向滑动。本发明保证了在地面装调、测试过程中易于保持反射镜面形，并且能承受较大的振动载荷，具有较大的温度适应性。

Description

一种大口径反射镜支撑机构

技术领域

本发明属于航天光学遥感器技术领域，尤其涉及一种大口径反射镜支撑机构。

背景技术

对于空间光学遥感相机而言，主反射镜口径大小体现了光线收集的能力，是反映相机探测能力的重要标志。在地面装调、试验测试、在轨等全生命活动周期内，受重力、振动、温度环境等因素影响，在大口径反射镜支撑设计中如何保证主反射镜面形是难点。

传统反射镜支撑一般采用一维/二维柔节卸载，存在卸载能力不足，热匹配较差的缺点，且对装调工艺要求较高，抗过载能力相对有限。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大口径反射镜支撑机构，保证了在地面装调、测试过程中易于保持反射镜面形，并且能承受较大的振动载荷，具有较大的温度适应性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种大口径反射镜支撑机构，包括：反射镜、消热嵌套、减振支座、关节轴承、销轴、支撑底座和螺钉；其中，反射镜为ULE反射镜，消热嵌套与反射镜通过胶粘连接，减振支座与消热嵌套通过螺钉连接，关节轴承的外圈与减振支座的内圈连接，销轴与关节轴承内圈连接，销轴通过螺钉与支撑底座连接；关节轴承为活动机构，可提供三个转动自由度，用于卸载反射镜安装应力；消热嵌套为反射镜对外连接提供金属支撑面，同时具有消热作用；销轴与关节轴承可相对轴向滑动。

上述大口径反射镜支撑机构中，所述消热嵌套开设有若干个注胶孔、若干个注胶通道、若干个外圈通道和若干个内圈通道；其中，注胶孔、注胶通道、外圈通道和内圈通道的数量相等并一一对应；所述注胶通道与所述注胶孔相连通，所述注胶孔与反射镜贴合，通过所述注胶通道向注胶孔进行注胶，反射镜通过胶斑与所述消热嵌套连接；外圈通道通过局部凸台结构和内圈通道相连接；内圈通道与注胶通道相邻；消热嵌套通过N组均匀分布的双层柔性片组成；其中，N≥6，偶数。

上述大口径反射镜支撑机构中，所述消热嵌套开设有螺纹孔；其中，所述消热嵌套通过螺纹孔与减振支座螺纹连接。

上述大口径反射镜支撑机构中，所述减振支座包括柔性片、切割叠层结构和阻尼胶层；其中，所述切割叠层结构嵌设于所述柔性片；所述阻尼胶层设置于所述切割叠层结构与所述柔性片之间；减振支座通过柔性片提供柔性，通过切割叠层结构实现柔性，通过阻尼胶提供减振能力。

上述大口径反射镜支撑机构中，所述切割叠层结构开设有与螺纹孔相对应的安装孔，螺钉穿过螺纹孔、安装孔将所述消热嵌套与减振支座螺纹连接。

上述大口径反射镜支撑机构中，所述销轴的表面与关节轴承内圈间隙配合。

上述大口径反射镜支撑机构中，所述销轴的两端开设有第一螺纹孔和第二螺纹孔；所述螺钉包括第一螺钉和第二螺钉；所述第一螺钉依次穿过支撑底座的开孔、第一螺纹孔与螺帽螺纹连接；所述第二螺钉穿过支撑底座的开孔与第二螺纹孔螺纹连接。

上述大口径反射镜支撑机构中，若干个注胶孔沿所述消热嵌套的周向均匀分布。

上述大口径反射镜支撑机构中，所述胶斑为环氧胶。

上述大口径反射镜支撑机构中，注胶通道、外圈通道和内圈通道的轴向与消热嵌套的轴向平行。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1)本发明一种大口径反射镜支撑机构，通过采用关节轴承和销轴，实现单组支撑机构4自由度释放，通过三组支撑机构组合，可实现反射镜运动学定位支撑，有利于保持反射镜面形；

2)本发明通过采用双层消热嵌套，可有效的消除热环境变化对反射镜面形的影响；

3)本发明采用减振支座设计，通过切槽和阻尼胶实现柔性和阻尼，既能够减小外部强迫位移对反射镜面形的影响，又能为反射镜提供良好的结构阻尼，从而提高反射镜的抗力学过载能力；

4)本发明实施过程简单，有利于快速完成反射镜组件的装调，并对后续集成测试环境(重力，热，强迫位移等)不敏感。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明单个支撑机构与反射镜安装关系示意图；

图2为本发明消热嵌套与反射镜粘胶示意图；

图3为本发明消热嵌套结构示意图；

图4为本发明减振支座与阻尼胶示意图；

图5为本发明减振支座结构示意图；

图6为本发明销轴示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明单个支撑机构与反射镜安装关系示意图。如图1所示，该大口径反射镜支撑机构包括：反射镜1、消热嵌套2、减振支座3、关节轴承4、销轴5、支撑底座6和螺钉7；其中，

反射镜1为ULE反射镜，消热嵌套2与反射镜1通过胶粘连接，减振支座3与消热嵌套2通过螺钉连接，关节轴承4的外圈与减振支座3的内圈16连接，销轴5与关节轴承4内圈连接，销轴5通过螺钉7与支撑底座6连接，螺帽19用于固定销轴5一端，并允许螺钉7穿过固定销轴5与支撑底座6。关节轴承4为活动机构，可提供三个转动自由度，用于卸载反射镜安装应力；消热嵌套2为反射镜对外连接提供金属支撑面，同时具有消热作用；销轴5与关节轴承4可相对轴向滑动；通过上述设计，使得支撑底座6相对反射镜具有4个独立自由度，即3三个转动自由度，以及沿着销轴5轴向平移的1个自由度；通过在反射镜背部周向均布三组本发明支撑机构，可实现反射镜运动学定位支撑，从而获取良好的面形保持能力。

消热嵌套外圆与反射镜通过环氧胶斑粘接，其特殊之处在于采用了径向两层切槽结构形成组合柔性，以便更好的进行热卸载，两层切槽结构周向N等分，N为大于6的偶数。此外，相比于一层切槽结构，两层切槽结构在胶斑对应位置处局部厚度较厚，形成较好的局部刚度，从而有利于使胶斑均匀受力，提高反射镜组件的抗过载能力。

如图2所示，为本发明消热嵌套2与反射镜1粘胶示意图。如图3所示，为本发明消热嵌套结构示意图。如图2和图3所示，消热嵌套2开设有若干个注胶孔12、若干个注胶通道21、若干个外圈通道8和若干个内圈通道9；其中，

注胶孔12、注胶通道21、外圈通道8和内圈通道9的数量相等并一一对应；注胶通道21、外圈通道8和内圈通道9的轴向与消热嵌套2的轴向平行。

注胶通道21与所述注胶孔12相连通，所述注胶孔12与反射镜1贴合，通过所述注胶通道21向注胶孔12进行注胶，反射镜1通过胶斑24与所述消热嵌套2连接，胶斑24为环氧胶，胶层厚度要求不超过0.1mm。

外圈通道8通过局部凸台结构10和内圈通道9相连接；内圈通道9与注胶通道21相邻；消热嵌套2通过N组均匀分布的双层柔性片组成；其中，N≥6，偶数。

消热嵌套2的消热作用主要通过N组(N≥6，偶数)均匀分布的双层柔性片组成，其中8为外圈，9为内圈，10为局部凸台结构，主要用于维持胶斑面积范围内局部刚度，以便提高胶斑均匀承载能力。

如图3所示，消热嵌套2开设有螺纹孔11；其中，消热嵌套2通过螺纹孔11与减振支座3螺纹连接。

如图4所示，为本发明减振支座3与阻尼胶15示意图。如图5所示，为本发明减振支座3结构示意图。如图4和图5所示，减振支座3包括柔性片13、切割叠层结构14和阻尼胶层15；其中，所述切割叠层结构14嵌设于所述柔性片13；所述阻尼胶层15设置于所述切割叠层结构14与所述柔性片13之间；减振支座3通过柔性片13提供柔性，通过切割叠层结构14实现柔性，通过阻尼胶15提供减振能力，其原理是当反射镜组件在振动环境下，柔性片13发生变形，反复挤压阻尼胶15，阻尼胶15变形产生阻尼，从而使得外部负载传递到反射镜后衰减，实现减振效果；表面18为支撑底座6对外安装面。

通过线切割工艺可实现柔性片13，以及用于安置阻尼胶15的切割叠层结构14；减振支座3内圈用于与关节轴承4外圈配对，一般采用过盈配合。

如图5所示，切割叠层结构14开设有与螺纹孔11相对应的安装孔17，螺钉穿过安装孔17、螺纹孔11将所述减振支座3与消热嵌套2螺纹连接。

如图6所示，为本发明销轴5结构示意图。销轴5的表面20与关节轴承4内圈间隙配合。销轴5的两端开设有第一螺纹孔22和第二螺纹孔23；所述螺钉7包括第一螺钉71和第二螺钉72；所述第一螺钉71依次穿过支撑底座6的开孔、第一螺纹孔22与螺帽19螺纹连接；所述第二螺钉72穿过支撑底座6的开孔与第二螺纹孔23螺纹连接。

首先，根据反射镜设计的中性面，确定嵌套粘接位置。然而单独将嵌套与反射镜进行粘接，粘接材料为环氧胶，厚度控制在0.1mm以内，厚度可通过在反射镜1与消热嵌套2之间塞等厚的金属丝进行控制；反射镜1与嵌套2通过注胶孔12进行注胶，形成胶斑24，注胶量可通过反复试验确定。

如图1和图6所示，先根据关节轴承4的外圈直径，配车减振支座3内圈直径，形成过盈配合，过盈量以实现关节轴承径向间隙小于20μm为准；再根据关节轴承4的内圈直径，配车销轴5柱面20，形成柱面与关节轴承4内圈间隙配合，间隙控制量小于10μm；

如图6所示，销轴柱面20需要硬化处理，一般采用高强度钢；

如图4和图5所示，在减振支座沟槽内填充阻尼胶并固化，固化周期根据阻尼胶的特性确定；

如图1和图4所示，首先将关节轴承4嵌入减振支座3，然后插入销轴5，锁定螺帽19，然后通过螺钉7将支撑底座6与销轴固定；完成该步骤后，如图5所示，通过减振支座螺钉孔17将减振支座与嵌套进行螺接。从而完成一组支撑机构与反射镜的组装；

如图4所示，支座底座6的安装面18为反射镜组件的对外连接面；

其余两组支撑机构与反射镜组装的过程类似，区别在于与第一组支撑机构在反射镜周向成120°，形成3组支撑机构均布的状态。

本实施例通过采用关节轴承和销轴，实现单组支撑机构4自由度释放，通过三组支撑机构组合，可实现反射镜运动学定位支撑，有利于保持反射镜面形；本实施例通过采用双层消热嵌套，可有效的消除热环境变化对反射镜面形的影响；本实施例采用减振支座设计，通过切槽和阻尼胶实现柔性和阻尼，既能够减小外部强迫位移对反射镜面形的影响，又能为反射镜提供良好的结构阻尼，从而提高反射镜的抗力学过载能力；本发明实施过程简单，有利于快速完成反射镜组件的装调，并对后续集成测试环境(重力，热，强迫位移等)不敏感。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大口径反射镜支撑机构，其特征在于包括：反射镜(1)、消热嵌套(2)、减振支座(3)、关节轴承(4)、销轴(5)、支撑底座(6)和螺钉(7)；其中，

反射镜(1)为ULE反射镜，消热嵌套(2)与反射镜(1)通过胶粘连接，减振支座(3)与消热嵌套(2)通过螺钉连接，关节轴承(4)的外圈与减振支座(3)的内圈连接，销轴(5)与关节轴承(4)内圈连接，销轴(5)通过螺钉(7)与支撑底座(6)连接；

关节轴承(4)为活动机构，可提供三个转动自由度，用于卸载反射镜安装应力；

消热嵌套(2)为反射镜对外连接提供金属支撑面，同时具有消热作用；

销轴(5)与关节轴承(4)可相对轴向滑动；

所述消热嵌套(2)开设有若干个注胶孔(12)、若干个注胶通道(21)、若干个外圈通道(8)和若干个内圈通道(9)；其中，

注胶孔(12)、注胶通道(21)、外圈通道(8)和内圈通道(9)的数量相等并一一对应；

所述注胶通道(21)与所述注胶孔(12)相连通，所述注胶孔(12)与反射镜(1)贴合，通过所述注胶通道(21)向注胶孔(12)进行注胶，反射镜(1)通过胶斑(24)与所述消热嵌套(2)连接；

外圈通道(8)通过局部凸台结构(10)和内圈通道(9)相连接；内圈通道(9)与注胶通道(21)相邻；

消热嵌套(2)通过N组均匀分布的双层柔性片组成；其中，N≥6，偶数；

所述消热嵌套(2)开设有螺纹孔(11)；其中，所述消热嵌套(2)通过螺纹孔(11)与减振支座(3)螺纹连接；

所述减振支座(3)包括柔性片(13)、切割叠层结构(14)和阻尼胶层(15)；其中，

所述切割叠层结构(14)嵌设于所述柔性片(13)；

所述阻尼胶层(15)设置于所述切割叠层结构(14)与所述柔性片(13)之间；

减振支座(3)通过柔性片(13)提供柔性，通过切割叠层结构(14)实现柔性，通过阻尼胶层 (15)提供减振能力。

2.根据权利要求1所述的大口径反射镜支撑机构，其特征在于：所述切割叠层结构(14)开设有与螺纹孔(11)相对应的安装孔(17)，螺钉穿过螺纹孔(11)、安装孔(17)将所述消热嵌套(2)与减振支座(3)螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的大口径反射镜支撑机构，其特征在于：所述销轴(5)的表面(20)与关节轴承(4)内圈间隙配合。

4.根据权利要求3所述的大口径反射镜支撑机构，其特征在于：所述销轴(5)的两端开设有第一螺纹孔(22)和第二螺纹孔(23)；所述螺钉(7)包括第一螺钉(71)和第二螺钉(72)；所述第一螺钉(71)依次穿过支撑底座(6)的开孔、第一螺纹孔(22)与螺帽(19)螺纹连接；所述第二螺钉(72)穿过支撑底座(6)的开孔与第二螺纹孔(23)螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的大口径反射镜支撑机构，其特征在于：若干个注胶孔(12)沿所述消热嵌套(2)的周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的大口径反射镜支撑机构，其特征在于：所述胶斑(24)为环氧胶。

7.根据权利要求1所述的大口径反射镜支撑机构，其特征在于：注胶通道(21)、外圈通道(8)和内圈通道(9)的轴向与消热嵌套(2)的轴向平行。

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