CN113253415B - 主镜侧向支撑结构及装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主镜侧向支撑结构，包括：镜室、转轴、输入杠杆、输出杠杆、侧向支撑连接杆。该结构可满足主镜液压Whiffletree侧向支撑方式下各侧向支撑点处所需侧向支撑力的大小和方向各不相同的需求。本发明还提供一种主镜侧向支撑装调方法，包括以下步骤：S1、通过差动螺母调节侧向支撑连接杆的长度，以此微调侧向支撑力的方向；S2、调节输出杠杆与输入杠杆的垂直距离和空间夹角，以保证侧向支撑液压缸的输出力和输出杠杆的输出力垂直作用于输入杠杆与输出杠杆上。本发明可通过选择输入杠杆和输出杠杆两段杠杆的长度比实现不同大小侧向支撑力的输出，同时因本发明各结构的可调节性，所以降低了各结构加工和装配的精度要求。

Description

主镜侧向支撑结构及装调方法

技术领域

本发明涉及光电仪器主镜支撑领域，具体涉及一种主镜侧向支撑结构及装调方法。

背景技术

由于地基望远镜中主镜需指向不同的俯仰高度，主镜受到的重力方向不断变化，因此大口径主镜的支撑系统通常包括轴向支撑和侧向支撑两个部分，它们分别承担主镜重力的轴向和径向分量。为了保证大口径主镜的面形精度，轴向和侧向支撑点数都会增加，侧向支撑点数会由传统的3点，扩展为6点、8点、12点、16点、24点等等。根据侧向支撑力的方向和分布方式的不同，大口径主镜侧向支撑形式主要包括不等间距侧向均匀承重、等间距竖直推拉、等间距推-拉-剪切和不等间距推-拉-剪切。

常用的大口径主镜侧向支撑结构主要有6点切向柔性杆、杠杆平衡重、气压、液压Whiffletree等支撑结构，其中液压Whiffletree侧向支撑具有支撑刚度高、支撑点数可无限拓展等优点，已成为4米级以上大口径反射镜侧向支撑的最佳首选方案。当采用液压Whiffletree支撑且大口径主镜的侧向支撑点分布采用等间距分布方式时，因在同一液压管路上，所以所有侧向支撑液压缸的输出压力相同，若想侧向支撑效果最佳，则需获得大小和方向不同的侧向支撑力，则每个液压支撑缸活塞的截面积、支撑缸安装角度都各不相同。这无疑会增加结构复杂度，从而增加设计、加工周期和成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种主镜侧向支撑结构及装调方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的一种主镜侧向支撑结构，其特征在于，包括：镜室、安装在镜室上的转轴、套装在转轴上可抱紧锁死的输入杠杆、套装在转轴上可抱紧锁死的输出杠杆、与输出杠杆铰接的侧向支撑连接杆；侧向支撑连接杆还与主镜上的侧向支撑垫连接块固定连接；输入杠杆通过输入端万向球组件与安装在镜室上的侧向支撑液压缸的输出轴连接；在保证侧向支撑液压缸的输出力和输出杠杆的输出力垂直作用于输入杠杆与输出杠杆上后，再分别将输入杠杆与输出杠杆抱紧锁死在转轴上。

优选地，在主镜每个侧向支撑点处，输出杠杆和输入杠杆的实际长度根据各自的结构空间排布确定，同时输出杠杆和输入杠杆的长度比是根据在主镜上该侧向支撑点所需的侧向支撑力与侧向液压缸的输出力的比值来确定。

优选地，侧向支撑连接杆包括依次串联的输出端万向球头组件、左旋锁紧螺母、差动螺母、右旋锁紧螺母、支撑垫万向球头组件；侧向支撑连接杆通过侧向支撑垫连接块及侧向支撑垫连接主镜；侧向支撑垫粘接固定在主镜上。

优选地，输出端万向球头组件包括：输出杠杆固定轴、万向球铰、左旋螺杆；输出杠杆固定轴与输出杠杆连接；支撑垫万向球头组件包括：连接块固定轴、万向球铰、右旋螺杆；连接块固定轴与侧向支撑垫连接块连接；左旋螺杆和右旋螺杆通过差动螺母串联在一起。

优选地，在镜室的上下表面分别加工有同轴且孔径相同的安装孔，在两个安装孔中分别安装有轴承座，两个轴承座内均安装有用于定位转轴的轴承。

优选地，两个轴承座分别与各自对应的在镜室上的安装孔同轴配合定位，并通过螺钉固定。

优选地，两轴承为径向游隙不变的轴承。

优选地，在转轴上安装有防松螺母，防松螺母用于轴向定位两个轴承，并固定转轴的轴向位置；防松螺母为可重复拆卸的防松螺母。

本发明提供的一种主镜侧向支撑装调方法，包括以下步骤：

S1、调节侧向支撑连接杆的长度，以此调节侧向支撑力的方向，并保证输出杠杆的输出力垂直作用于输出杠杆，在完成方向调节后将侧向支撑连接杆锁紧固定；

S2、调节输出杠杆与输入杠杆的垂直距离和空间夹角，以保证侧向支撑液压缸的输出力垂直作用于输入杠杆上，再将输入杠杆与输出杠杆抱紧锁死在转轴上。

优选地，S1步骤是通过调节差动螺母，改变侧向支撑连接杆的长度，以此调整侧向支撑力的方向，在完成方向调节后将左旋锁紧螺母和右旋锁紧螺母锁紧，固定侧向支撑力的方向。

本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明可以满足主镜液压Whiffletree侧向支撑方式下各侧向支撑点处所需侧向支撑合力的大小和方向各不相同的需求。主镜每个侧向支撑点处输出杠杆和输入杠杆的实际长度根据各自的结构空间排布确定，仅需保证输出杠杆和输入杠杆的长度比等于侧向液压缸的输出力与主镜上该侧向支撑点所需的侧向支撑力的比值即可；

2、本发明可以通过调节输入杠杆和输出杠杆来保证侧向支撑液压缸的输出力和输出杠杆的输出力垂直作用于输入杠杆和输出杠杆上；同时因本发明各结构的可调节性，降低了各结构加工和装配的精度要求；

3、本发明通过差动螺纹调节侧向支撑连接杆长度的方法实现了侧向支撑力方向的微调。

附图说明

图1为根据本发明实施例的大口径主镜等间距液压Whiffletree侧向支撑原理图；

图2为根据本发明实施例的主镜侧向支撑结构的具体结构图；

图3为根据本发明实施例的侧向支撑连接杆结构放大图；

图4为根据本发明实施例的主镜侧向支撑结构工作原理图。

其中的附图标记包括：上轴承座1、上轴承2、输出杠杆3、转轴4、防松螺母5、下轴承座6、下轴承7、输入杠杆8、输入端万向球头组件9、输出端万向球头组件10、输出杠杆固定轴10-1、万向球铰10-2、左旋螺杆10-3、左旋锁紧螺母11、差动螺母12、右旋锁紧螺母13、支撑垫万向球头组件14、连接块固定轴14-1、万向球铰14-2、右旋螺杆14-3、侧向支撑液压缸101、镜室102、主镜103、侧向支撑垫连接块104、侧向支撑垫105。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面结合图对本发明的具体工作方式进行详细说明：

如图1所示，大口径主镜103的侧向支撑点的分布采用等间距分布方式时，优化侧向支撑力中的切向分量和径向分量比例，当侧向支撑效果最佳时各个侧向支撑点处的侧向支撑力的合力大小、方向各不相同。当采用液压Whiffletree支撑时，所有连通的侧向支撑液压缸101输出的压力相同，若需获得大小和方向不同的侧向支撑力，则每个侧向液压支撑缸的活塞面积、安装角度都各不相同。

如图2所示，本发明所提出的一种主镜侧向支撑结构，该主镜侧向支撑结构安装于每个侧向支撑液压缸101与主镜103之间；包括：镜室102、上轴承座1、上轴承2、输出杠杆3、转轴4、防松螺母5、下轴承座6、下轴承7、输入杠杆8、输入端万向球头组件9、输出端万向球头组件10、左旋锁紧螺母11、差动螺母12、右旋锁紧螺母13、支撑垫万向球头组件14。侧向支撑垫连接块104、侧向支撑垫105。

上轴承2安装在上轴承座1内，下轴承7安装在下轴承座6内；上轴承座1与镜室102上表面的安装孔同轴配合定位后，通过螺钉固定安装到镜室102上表面。下轴承座7与镜室102下表面的安装孔同轴配合定位后，通过螺钉固定安装到镜室102下表面。

在转轴4下端预先安装防松螺母5，转轴4从镜室102下方的下轴承座6的安装孔穿入，并将输出杠杆3套入转轴4后，转轴4顶端安装到上轴承2上。从镜室102下方装入下轴承7并通过螺钉将下轴承座6固定安装到镜室102的下表面上，调节防松螺母5实现轴承的轴向预紧，以完成转轴4的安装。

在转轴4下端装入输入杠杆8，采用输入端万向球头组件9连接侧向支撑液压缸101的输出轴和输入杠杆8。调节输入端万向球头组件9使得侧向支撑液压缸输出力垂直于输入杠杆8后锁紧输入杠杆8。

如图3所示，侧向支撑连接杆由输出端万向球头组件10、左旋锁紧螺母11、差动螺母12、右旋锁紧螺母13、支撑垫万向球头组件14组成。松开左旋锁紧螺母11和右旋锁紧螺母13，在输出杠杆3未抱紧锁死固定在转轴4上的前提下，旋转调节差动螺母12可实现侧向支撑连接杆长度L的改变。

输出端万向球头组件10由输出杠杆固定轴10-1、万向球铰10-2、左旋螺杆10-3组成。

支撑垫万向球头组件14由连接块固定轴14-1、万向球铰14-2、右旋螺杆14-3组成。

侧向支撑连接杆一端由输出端万向球头组件10中的输出杠杆固定轴10-1连接到输出杠杆3上，另一端由支撑垫万向球头组件14中的连接块固定轴14-1连接到侧向支撑垫连接块104上，侧向支撑垫连接块104通过螺钉固定在侧向支撑垫105上，侧向支撑垫105粘接在主镜103上。

左旋螺杆10-3和右旋螺杆14-3连接在差动螺母12上，调节差动螺母12可通过差动螺纹改变左旋螺杆10-3、右旋螺杆14-3与差动螺母12的配合长度，以此改变了侧向支撑连接杆长度，从而实现侧向支撑力方向的调整，确保输出的侧向支撑力方向垂直于输出杠杆3。

如图4所示，输出杠杆3的长度L_i ^out固定不变，且由转轴4确定的回转点O₃在图3所示的平面内位置固定不变。主镜103固定，即回转点O₁的位置也固定不变。调节差动螺母12，侧向支撑输出杆的长度由L+ΔL变化为L时，输出杠杆3绕回转点O₃转动，回转点O₂'位置移动至O₂，输出杠杆3和侧向支撑输出杆之间的夹角由∠O₃ O₂'O₁变化为∠O₃ O₂ O₁，即将夹角α调节为90°直角，输出杠杆3与输入杠杆8的空间夹角由θ+Δθ变化成θ。通过调节差动螺母12改变了侧向支撑连接杆的长度L，侧向支撑力F_i相对于主镜103的方向发生微调，确保了侧向支撑力F_i垂直于输出杠杆3。

左旋锁紧螺母11和右旋锁紧螺母13是通过螺纹连接在左旋螺杆10-3和右旋螺杆14-3上的，作用是锁紧差动螺母。在完成侧向支撑连接杆长度L的调节后锁紧左旋锁紧螺母11和右旋锁紧螺母13，固定侧向支撑连接杆的长度L。此时输出杠杆3与输入杠杆8的夹角θ确定。根据实际需求确定输出杠杆3在转轴4上的高度位置后即可通过抱紧锁死的方法将输出杠杆3固定在转轴4上。

综上所述，采用可抱紧锁死固定在转轴4不同高度位置上的输出杠杆3和输入杠杆8，两杠杆组成空间杠杆，锁紧前输出杠杆3和输入杠杆8均可绕转轴4转动和上下移动，保证输入力和输出力垂直作用于两杠杆上后再分别抱紧锁死。

如图4所示，在侧向支撑液压缸101和主镜侧向支撑作用点i之间安装本发明提出的主镜侧向支撑结构后，侧向支撑液压缸101输出的作用力为F_h，经过支撑点i处由输入杠杆8与输出杠杆3组成的长度分别为L_i ⁱⁿ和L_i ^out的空间杠杆后，在主镜103的侧向支撑点i上提供侧向支撑力F_i，由杠杆原理可知，F_i＝F_h·L_i ⁱⁿ/L_i ^out，通过改变各个支撑点i处的杠杆长度比值L_i ⁱⁿ/L_i ^out，以及改变侧向支撑连接杆的长度L，即可实现在相同的液压缸输出力F_h下，各侧向支撑点i处给主镜103以大小和方向各不相同的侧向支撑力F_i。

上述内容详细说明了本发明提供的主镜侧向支撑结构的具体结构及其工作原理。与上述主镜侧向支撑结构相对应，本发明还提供一种主镜侧向支撑装调方法。

本发明实施例提供的主镜侧向支撑装调方法，包括如下步骤：

S1、在安装好上述主镜侧向支撑结构后，调节侧向支撑连接杆的长度L(在图3中)，以此微调侧向支撑力的方向，在完成方向调节后将侧向支撑连接杆锁紧固定。调节差动螺母12，通过改变左旋螺杆10-3、右旋螺杆14-3与差动螺母12的配合长度，调节侧向支撑连接杆长度L，以此微调侧向支撑力F_i(在图4中)的方向，并确保侧向支撑力F_i垂直于输出杠杆3后，将左旋锁紧螺母11和右旋锁紧螺母13锁紧，固定侧向支撑力F_i的方向。

S2、调节输入端万向球头组件9使得侧向支撑液压缸输出力垂直于输入杠杆8。调节输出杠杆3与输入杠杆8的垂直距离d(在图2中)和空间夹角θ(在图4中)，以保证侧向支撑液压缸101的输出力F_h(在图4中)和输出杠杆3的输出力F_i(在图4中)垂直作用于输入杠杆8与输出杠杆3上，再分别将输出杠杆8与输出杠杆3抱紧锁死在转轴4上；输出杠杆3与输入杠杆8的垂直距离d，要根据实际结构排布的空间和整体结构刚度的需求来确定。

综上所述，本发明提供一种主镜侧向支撑结构及装调方法。首先本发明不但可以满足在主镜液压Whiffletree侧向支撑方式下，各侧向支撑点处所需侧向支撑合力的大小和方向各不相同的需求，还可根据实际使用需求来确定输出杠杆和输入杠杆长度，实现不同大小的侧向支撑力输出；其次本发明可以通过调节输入杠杆和输出杠杆来保证侧向支撑液压缸的输出力和输出杠杆的输出力垂直作用于输入杠杆和输出杠杆上；同时因本发明各结构的可调节性，降低了各结构加工和装配的精度要求；最后本发明通过差动螺纹调节侧向支撑连接杆的长度的方法实现了侧向支撑力方向的微调。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种主镜侧向支撑结构，在主镜的侧面等间距分布有侧向支撑点，每个侧向支撑点设有主镜侧向支撑结构，其特征在于，主镜侧向支撑结构包括：镜室、安装在所述镜室上的转轴、套装在所述转轴上可抱紧锁死的输入杠杆、套装在所述转轴上可抱紧锁死的输出杠杆、与所述输出杠杆铰接的侧向支撑连接杆；所述侧向支撑连接杆还与主镜上的侧向支撑垫连接块固定连接；所述输入杠杆通过输入端万向球组件与安装在所述镜室上的侧向支撑液压缸的输出轴连接；在保证所述侧向支撑液压缸的输出力和所述输出杠杆的输出力垂直作用于所述输入杠杆与所述输出杠杆上后，再分别将所述输入杠杆与所述输出杠杆抱紧锁死在所述转轴上；

所述侧向支撑连接杆包括依次串联的输出端万向球头组件、左旋锁紧螺母、差动螺母、右旋锁紧螺母、支撑垫万向球头组件；所述侧向支撑连接杆通过侧向支撑垫连接块及侧向支撑垫连接所述主镜；所述侧向支撑垫粘接固定在所述主镜上；所述输出端万向球头组件包括：输出杠杆固定轴、第一万向球铰、左旋螺杆；所述输出杠杆固定轴与所述输出杠杆连接；所述支撑垫万向球头组件包括：连接块固定轴、第二万向球铰、右旋螺杆；所述连接块固定轴与所述侧向支撑垫连接块连接；所述左旋螺杆和所述右旋螺杆通过所述差动螺母串联在一起；

侧向支撑连接杆一端由输出端万向球头组件中的输出杠杆固定轴连接到输出杠杆上，另一端由支撑垫万向球头组件中的连接块固定轴连接到侧向支撑垫连接块上，侧向支撑垫连接块通过螺钉固定在侧向支撑垫上，侧向支撑垫粘接在主镜上。

2.如权利要求1所述的主镜侧向支撑结构，其特征在于，在主镜每个侧向支撑点处，所述输出杠杆和所述输入杠杆的实际长度根据各自的结构空间排布确定，同时所述输出杠杆和所述输入杠杆的长度比是根据在所述主镜上该侧向支撑点所需的侧向支撑力与所述侧向液压缸的输出力的比值来确定。

3.如权利要求1所述的主镜侧向支撑结构，其特征在于，在所述镜室的上下表面分别加工有同轴且孔径相同的安装孔，在两个安装孔中分别安装有轴承座，两个轴承座内均安装有用于定位所述转轴的轴承。

4.如权利要求3所述的主镜侧向支撑结构，其特征在于，两个轴承座分别与各自对应的在所述镜室上的安装孔同轴配合定位，并通过螺钉固定。

5.如权利要求3所述的主镜侧向支撑结构，其特征在于，两个轴承为径向游隙不变的轴承。

6.如权利要求1或3所述的主镜侧向支撑结构，其特征在于，在所述转轴上安装有防松螺母，所述防松螺母用于轴向定位两个轴承，并固定所述转轴的轴向位置；所述防松螺母为可重复拆卸的防松螺母。

7.一种主镜侧向支撑装调方法，其应用如权利要求1-6中任一项所述的主镜侧向支撑结构，其特征在于，包括以下步骤：

S1、调节所述侧向支撑连接杆的长度，以此调节侧向支撑力的方向，并保证所述输出杠杆的输出力垂直作用于所述输出杠杆，在完成方向调节后将所述侧向支撑连接杆锁紧固定；

S2、调节所述输出杠杆与所述输入杠杆的垂直距离和空间夹角，以保证所述侧向支撑液压缸的输出力垂直作用于所述输入杠杆上，再将所述输入杠杆与所述输出杠杆抱紧锁死在所述转轴上。

8.如权利要求7所述的主镜侧向支撑装调方法，其特征在于，所述S1步骤是通过调节所述差动螺母，改变所述侧向支撑连接杆的长度，以此调整侧向支撑力的方向，在完成方向调节后将所述左旋锁紧螺母和所述右旋锁紧螺母锁紧，固定侧向支撑力的方向。

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