CN113864596B - 用于经纬仪的结构变形式调平机构及可调平经纬仪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于经纬仪的结构变形式调平机构及可调平经纬仪系统,解决现有调平机构存在结构体积较大、调节范围较小、调整连续性差、刚度低的问题。该调平机构基于柔性结构件变形原理,通过柔性支撑件和调平组件实现经纬仪垂直轴调整;柔性支撑件和调平组件使得该调平机构具有调整连续性好、具备自锁性、稳定可靠等优点,此外该调平机构还可用于光学载荷光轴的调整。
Description
技术领域
本发明属于经纬仪调平领域,具体涉及一种用于经纬仪的结构变形式调平机构及可调平经纬仪系统。
背景技术
经纬仪是一种根据测角原理设计的测量方位角和俯仰角的测量仪器,经纬仪底座下端往往采用三个调平机构支撑。为使经纬仪瞄准目标得到的方位角、俯仰角测量准确,在经纬仪设备工作前需利用调平机构对经纬仪的垂直轴进行调整,使其与地面铅垂线重合。
现有的经纬仪调平机构常采用楔块式或者螺旋千斤顶式。公开号为“CN106895830A”的中国专利公开了一种楔块式调平机构。该调平机构调节灵敏度高,满足重载荷承载要求,适用于大型经纬仪垂直轴调整。但是,该结构形式的调平机构体积大、刚度好、调节范围小,不适合小型经纬仪垂直轴调整。
公开号为“CN104656221A”和“CN112503351A”的中国专利公开了螺旋千斤顶式调平机构。该结构形式的调平机构采用螺杆支撑,具有调节范围大、结构紧凑等特点,适用于小型的经纬仪垂直轴调整。但是,该类调平机构的刚度相比于楔块式调平机构较差,且存在调整连续性差、操作不便、调整精度低等问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有调平机构存在结构体积较大、调节范围较小、调整连续性差、刚度低的问题,提供一种用于经纬仪的结构变形式调平机构及可调平经纬仪系统。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明用于经纬仪的结构变形式调平机构包括柔性支撑件和调平组件;所述柔性支撑件包括依次设置的支撑连接板、柔性球铰和柔性支撑环,所述柔性球铰为截面尺寸由中部向上下两端逐渐增大的柱状结构,其上端与支撑连接板的下底面连接,下端与柔性支撑环的顶端连接;所述柔性支撑环的对称四角处设置有豁口,其左侧壁和右侧壁上均设置有轴承孔;所述调平组件包括调平驱动螺杆、压力螺母、止推球轴承、深沟球轴承和角接触球轴承;所述调平驱动螺杆穿过柔性支撑环的左侧壁和右侧壁,其左端通过一对背靠背安装的角接触球轴承设置在左侧壁的轴承孔内,另一端通过止推球轴承和深沟球轴承设置在右侧壁的轴承孔内;所述压力螺母设置在柔性支撑环的轴承孔内,且通过T型螺纹套装在调平驱动螺杆上,并轴向压紧止推球轴承,所述调平驱动螺杆的旋转力矩转化为压力螺母的轴向正压力,并通过止推球轴承作用在柔性支撑件的右侧,而调平驱动螺杆上的反向正压力作用在柔性支撑件的左侧,轴向正压力和反向正压力使柔性支撑件上的豁口弹性变形,该豁口弹性变形与柔性球铰产生的变形配合实现位置调整。
进一步地,可将上述柔性支撑环的豁口设置为半圆形豁口,柔性球铰设置为圆弧形柔性球铰,半圆形豁口和圆弧形柔性球铰使得柔性支撑件调整连续性更加优异,且该种设置无应力集中点。
进一步地,所述半圆形豁口为四个,四个豁口与调平驱动螺杆的轴线均呈45度设置。所述柔性支撑环的截面为八边形,其上侧壁与柔性球铰连接,下侧壁与支撑平台连接,四个半圆形豁口设置在在八边形相对倾斜的四个侧壁上。
进一步地,所述调平驱动螺杆的左端设置有驱动手轮,所述驱动手轮上设置的四边形凹槽与调平驱动螺杆上设置的四边形凸头配合,使得调平驱动螺杆和驱动手轮同步转动。所述角接触球轴承的外圈通过角接触球轴承压盖和设置轴承孔内的台阶限位,内圈通过驱动手轮和设置在调平驱动螺杆的台阶限位。
进一步地,所述驱动手轮的外周面上设置有防滑凹槽。
进一步地,所述压力螺母的外轮廓设置为腰形,所述柔性支撑环与压力螺母配合的轴承孔设置为腰形孔,使得二者实现周向固定。
进一步地,所述柔性支撑件为Tc10钛合金制成的柔性支撑件构。
同时,本发明还提供一种可调平经纬仪系统,包括上述调平机构和经纬仪;调平机构为三组,采用三点均布支撑方式安装在经纬仪底座与支撑平台之间,用于经纬仪设备工作前的垂直轴铅垂调整。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1.本发明调平机构通过结构变形实现小型经纬仪的精密调平,该调平机构基于柔性结构件变形原理,实现经纬仪垂直轴调整。柔性支撑件和调平组件使得该调平机构具有调整连续性好、具备自锁性、稳定可靠等优点,此外该调平机构还可用于光学载荷光轴的调整。
2.以往用于小型经纬仪的螺旋千斤顶式调平机构,与底座、支撑平台之间具有多个零件的配合接口,拆装、更换较为复杂。本发明调平机构与底座、支撑平台之间的连接仅为单个柔性结构件与之螺钉连接,拆装、更换简易方便,且整体机构体积较小。
3.本发明调平机构三点均布支撑形式具有高刚性特点,可很好地克服外界风载作用于经纬仪产生的倾覆力矩所带来的经纬仪垂直轴倾斜角晃动。
附图说明
图1为搭载本发明调平机构的经纬仪示意图;
图2为本发明用于经纬仪的结构变形式调平机构剖视示意图;
图3a为本发明柔性支撑件的结构示意图;
图3b为本发明驱动手轮的结构示意图;
图3c为本发明压力螺母的结构示意图;
图3d为本发明调平驱动螺杆的结构示意图。
附图标记:1-经纬仪;2-调平机构;3-底座;4-支撑平台;5-柔性支撑件;6-驱动手轮;7-角接触球轴承压盖;8-调平驱动螺杆;9-压力螺母;10-深沟球轴承内圈压盖;11-深沟球轴承外圈压盖;12-深沟球轴承;13-止推球轴承;14-角接触球轴承;15-腰形孔;16-豁口;17-T型螺纹;18-防滑凹槽;19-四边形凹槽;20-轴承孔;21-四边形凸头;22-支撑连接板,23-柔性球铰,24-柔性支撑环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理,目的并不是用来限制本发明的保护范围。
图1所示为搭载本发明调平机构的经纬仪示意图,经纬仪落座于调平机构上方,三组调平机构采用三点均布支撑方式安装在经纬仪的底座与支撑平台之间,用于经纬仪设备工作前的垂直轴铅垂调整。
图2为本发明调平机构剖视示意图,该调平机构包括柔性支撑件5和调平组件,调平组件包括调平驱动螺杆8、驱动手轮6、压力螺母9、角接触球轴承压盖7、深沟球轴承内圈压盖10、深沟球轴承外圈压盖11、止推球轴承13、深沟球轴承12以及一对角接触球轴承14,且采用三组该调平机构在三点均布支撑于底座和支撑平台之间,进行经纬仪的垂直轴调整。
如图3a所示,柔性支撑件5为实现调整的基础支撑部件,其为一体结构,具体包括由上至下依次设置的支撑连接板22、柔性球铰23和柔性支撑环24,柔性球铰23为截面尺寸由中部向上下两端逐渐增大的柱状结构,其上端与支撑连接板22的下底面连接,下端与柔性支撑环24的顶端连接,该柔性支撑件5具体可采用Tc10钛合金材质制成。
上述调平组件安装时,将一对角接触球轴承14按照背靠背形式安装在调平驱动螺杆8左侧,并将调平驱动螺杆8穿过柔性支撑件5,同时一对角接触球轴承14装入柔性支撑件5左侧对应轴承孔20内,利用角接触球轴承压盖7压紧一对角接触球轴承14外环,将驱动手轮6与调平驱动螺杆8连接,并限制住一对角接触球轴承14内环,防止一对角接触球轴承14轴向窜动。将压力螺母9与止推球轴承13依次穿入调平驱动螺杆8,压力螺母9与调平驱动螺杆8通过T型螺纹17配合,止推球轴承13安装在柔性支撑件5的右侧对应轴承孔20内。将深沟球轴承12中心穿入调平驱动螺杆8,并安装在柔性支撑件5对应轴承孔20内。利用深沟球轴承内圈压盖10和深沟球轴承外圈压盖11将深沟球轴承12固定。利用螺钉将柔性支撑件5安装在经纬仪的底座与支撑平台之间。
本发明调平驱动螺杆8的左侧采用一对角接触球轴承14按照背靠背形式安装支撑,调平驱动螺杆8的右侧采用一个深沟球轴承12支撑,该轴承配置采用一端固定一端游动的支撑结构,可使调平驱动螺杆8不仅径向上支撑稳定可靠,且轴向上因深沟球轴承轴向游隙的存在而使轴系具有较好的温度适应性。同时,背靠背形式安装的角接触球轴承14可承受较大轴向负载,而止推球轴承13在径向上处于自由状态,但在轴向可承受较大轴向负载。
图3d为本发明手轮结构示意图,手轮花纹特征可在使用驱动手轮6时增大手部与驱动手轮6之间的摩擦力。
如图3b和图3d所示,上述调平驱动螺杆8左端设计有四边形凸头21,四边形凸头21与驱动手轮6的四边形凹槽19进行配合,可以保证驱动手轮6在旋转时调平驱动螺杆8跟随手动微调手轮同步旋转。
如图3c所示,可将上述压力螺母9外轮廓设计为带两条对称直边的半圆形特征,即设置为腰形结构,该腰形结构与设置在柔性支撑件5上的腰形孔15配合,使得二者实现周向固定。利用驱动手轮6带动调平驱动螺杆8旋转时,调平驱动螺杆8利用T型螺纹17的配合关系带动压力螺母9,并将调平驱动螺杆8旋转运动转换为压力螺母9直线运动,使压力螺母9压在止推球轴承13上。同时驱动手轮6的旋转力矩转化成压力螺母9轴向正压力,并通过止推球轴承13作用在柔性支撑件5上,而调平驱动螺杆8上的反向正压力通过背靠背角接触球轴承14作用在柔性支撑件5的另一侧。
本发明柔性支撑件5主体位置对称四角处具体可设置有半圆形豁口结构,相较于其他部位强度较低。同时,柔性支撑件5顶部与经纬仪的底座连接位置设计圆弧形柔性球铰。在轴向正压力和反向正压力作用在柔性支撑件5上时,柔性支撑件5四角处的半圆形豁口发生弹性变形,整个调平机构因柔性支撑件5的变形而整体降低,同时圆弧形柔性球铰也产生相应的变形以配合整体降低。利用三组该调平机构在三点位置的协同配合,使经纬仪垂直轴线调整。同时,因为T型螺纹17所具有的自锁特性,可使调平驱动螺杆8带动压力螺母9运动到所需位置后,该位置被锁定,进一步柔性支撑件5也被锁定不发生变化。
当经纬仪的垂直轴铅垂度需要调整时,首先转动驱动手轮6驱动调平驱动螺杆8,利用型螺纹配合关系带动压力螺母9。压力螺母9的带两条对称直边的半圆形轮廓与柔性支撑件5的带两条对称直边的半圆形配合槽配合,使调平驱动螺杆8的旋转运动转换成压力螺母9的直线运动,进一步止推球轴承13的轴向限制将T型螺纹17配合关系产生的轴向力通过止推球轴承13作用在柔性支撑件5上,而调平驱动螺杆8上的反向正压力作用在柔性支撑件5的另一侧,并使柔性支撑件5上对称四角半圆形豁口16弹性变形,整个调平机构因柔性支撑件5的变形而整体降低,同时柔性支撑件5的圆弧形柔性球铰23也产生相应的变形以配合整体降低,从而使经纬仪垂直轴线调整。
滑动螺旋传动中的驱动力矩T与螺旋轴向输出正压力Fa关系如下式所示。
式中,γ——导程角;
f——螺纹表面滑动摩擦系数;
α——螺纹牙型半角;
d2——螺纹中径;
以某一小型经纬仪为例,调平驱动螺杆8的梯形螺纹选择Tr12×1.75,对应螺纹中径d2=10.863mm,对应导程角γ=2.94°。因T型螺纹17配合为钢和钢之间,螺纹表面滑动摩擦系数f=0.11~0.17,螺纹牙型半角α=30°。手部旋转手轮施加驱动力矩T=1N·m,可知螺旋轴向输出正压力Fa=1025.5N。
Claims (9)
1.一种用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:包括柔性支撑件(5)和调平组件;
所述柔性支撑件(5)包括依次设置的支撑连接板(22)、柔性球铰(23)和柔性支撑环(24),所述柔性球铰(23)为截面尺寸由中部向上下两端逐渐增大的柱状结构,其上端与支撑连接板(22)的下底面连接,下端与柔性支撑环(24)的顶端连接;所述柔性支撑环(24)的对称四角处设置有豁口(16),其左侧壁和右侧壁上均设置有轴承孔(20);
所述调平组件包括调平驱动螺杆(8)、压力螺母(9)、止推球轴承(13)、深沟球轴承(12)和角接触球轴承(14);所述调平驱动螺杆(8)穿过柔性支撑环(24)的左侧壁和右侧壁,其左端通过一对背靠背安装的角接触球轴承(14)设置在左侧壁的轴承孔(20)内,另一端通过止推球轴承(13)和深沟球轴承(12)设置在右侧壁的轴承孔(20)内;
所述压力螺母(9)设置在柔性支撑环(24)的轴承孔(20)内,且通过T型螺纹(17)套装在调平驱动螺杆(8)上,并轴向压紧止推球轴承(13),所述调平驱动螺杆(8)的旋转力矩转化为压力螺母(9)的轴向正压力,并通过止推球轴承(13)作用在柔性支撑件(5)的右侧,而调平驱动螺杆(8)上的反向正压力作用在柔性支撑件(5)的左侧,轴向正压力和反向正压力使柔性支撑件(5)的豁口弹性变形,该豁口弹性变形与柔性球铰(23)产生的变形配合实现位置调整;
所述压力螺母(9)的外轮廓设置为腰形,所述柔性支撑环(24)与压力螺母(9)配合的轴承孔(20)设置为腰形孔(15),使得二者实现周向固定。
2.根据权利要求1所述的用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:所述柔性支撑环(24)的豁口(16)为半圆形豁口,所述柔性球铰(23)为圆弧形柔性球铰。
3.根据权利要求2所述的用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:所述半圆形豁口为四个,四个半圆形豁口与调平驱动螺杆(8)的轴线均呈45度设置。
4.根据权利要求3所述的用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:所述柔性支撑环(24)的截面为八边形结构,其上侧壁与柔性球铰(23)连接,下侧壁与支撑平台连接,四个半圆形豁口设置在八边形相对倾斜的四个侧壁上。
5.根据权利要求1至4任一所述的用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:所述调平驱动螺杆(8)的左端设置有驱动手轮(6),所述驱动手轮(6)上设置的四边形凹槽(19)与调平驱动螺杆(8)上设置的四边形凸头(21)配合,使得调平驱动螺杆(8)和驱动手轮(6)同步转动。
6.根据权利要求5所述的用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:所述角接触球轴承(14)的外圈通过角接触球轴承压盖(7)和设置轴承孔(20)内的台阶限位,内圈通过驱动手轮(6)和设置在调平驱动螺杆(8)的台阶限位。
7.根据权利要求6所述的用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:所述驱动手轮(6)的外周面上设置有防滑凹槽(18)。
8.根据权利要求1所述的用于经纬仪的结构变形式调平机构,其特征在于:所述柔性支撑件(5)为Tc10钛合金制成的柔性支撑件构。
9.一种可调平经纬仪系统,其特征在于:包括权利要求1至8任一所述的调平机构(2)和经纬仪(1);调平机构(2)为三组,采用三点均布支撑方式安装在经纬仪的底座(3)与支撑平台(4)之间,用于经纬仪(1)工作前的垂直轴铅垂调整。
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2021
- 2021-08-31 CN CN202111012286.1A patent/CN113864596B/zh active Active
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