CN115308874A - 一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地基大口径望远镜领域，具体提供了一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，包括卸载力施加单元、杠杆单元和配重调节单元；杠杆单元包括支撑法兰和杠杆轴，卸载力施加单元包括定位法兰和轴承组件二，定位法兰通过轴承组件二连接于杠杆轴上并与反射镜连接，杠杆轴承二与杠杆轴之间可相对滑动；配重调节单元包括配重块和调节组件，配重块可由调节组件调节在杠杆轴上的连接位置；配重块的配重力依次经杠杆轴和定位法兰传递给反射镜并对反射镜进行重力卸载。本发明中的卸载机构既能降低支撑难度又可以减少重力对大口径反射镜面形精度的影响。

Description

一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构

技术领域

本发明涉及地基大口径望远镜技术领域，尤其涉及一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构。

背景技术

随着社会技术的不断发展，人们对更大口径、具有更强集光能力和更高分辨率的望远镜的需求越来越高，因此需要更大口径、更长焦距的平行光管对其进行检测与像质评价，大口径反射镜作为望远镜和平行光管的核心部件，直接决定着光学系统成像质量的好坏。

而随着反射镜口径的增大，其重量大幅增加，刚度急剧下降，在地面加工、检测和装调时，因重力原因产生的结构变形将导致反射镜的面形和位置精度发生变化，进而影响反射镜的检测精度和装调。因此，如何减少重力对大口径反射镜面形精度的影响，是大口径反射镜研制过程中的重点和难点之一，现有技术中，有如下涉及如何减小重力影响大口径反射镜精度的专利方案：

1、专利号为“200920031802.3”，专利名称为“一种大口径反射镜的卸载支撑装置”的实用新型专利，包括多个用于将反射镜固定在支撑板上的支撑部件，支撑部件包括支座、杠杆、圆球形支点、圆筒形金属嵌件和球头室，该实用新型了解决现有大口径反射镜卸载支撑装置容易对反射镜产生变形、调整不方便的技术问题，具有反射镜不易产生变形、结构简单、装卸方便的优点。

但该专利具有如下缺点：1)杠杆与反射镜的连接端处，杠杆与球头之间是固定连接的，当杠杆受力变形时，杠杆的轴向力将通过球头向反射镜的镜面方向传递，从而给予了反射镜多余的干涉力，不利于反射镜重力的释放，同时可能会对镜面方向产生轴向拉力而影响反射镜的使用性能；2)该专利中的金属嵌件与反射镜之间是通过注胶固定的，胶体本身存在应力，且胶体容易粘连在反射镜上，同时金属嵌件和反射镜之间采用胶接方式将造成拆卸不便的问题。

2、专利号为“201510076357.2”，专利名称为“一种大型空间反射镜地面重力卸载支撑方法”的发明专利，通过分析确定并调整空间反射镜的主动支撑点数量、分布、支撑力的大小等，并设计支撑连接板、直线步进电机、弹簧单元、支撑结构等部件对反射镜进行支撑，可使空间反射镜组件的镜面面形精度结果满足光学设计要求，实现反射镜的重力卸载。

3、专利号为“202111630095.1”，专利名称为“一种大口径反射镜精密卸载结构”的发明专利，包括多个可沿着反射镜轴线方向移动的底板，底板上设置有多个支撑机构和能够控制支撑机构顶部进行升降的调节机构，可达到精确控制反射镜组件卸载力大小的效果。

由上可知，对比文件2和对比文件3虽然都可在一定程度上实现卸载反射镜重力、防止反射镜变形的技术效果，但其主要是通过增加或调整反射镜的支撑点数量以减小重力对反射镜的影响，但支撑点数量的增加既增加了支撑结构的复杂度和装配难度，又降低了反射镜的温度适应性，还极容易产生装配应力。

因此，如何设计一种在保持常用的三点支撑形式的基础上，仅在反射镜的加工、装调、检测时进行重力卸载且不会使反射镜加入多于干涉力的大口径反射镜重力卸载机构，是当下亟需解决的问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，可通过卸载力施加单元、杠杆单元和配重调节单元相配合卸载重力对大口径反射镜面形精度的影响，同时可降低支撑难度，且不会对反射镜产生多余的干涉力。

一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，包括卸载力施加单元、杠杆单元和配重调节单元；杠杆单元包括支撑法兰和杠杆轴，杠杆轴通过轴承组件一固定连接于支撑法兰内侧；卸载力施加单元包括定位法兰和轴承组件二，定位法兰通过轴承组件二连接于杠杆轴上并与反射镜连接，轴承组件二与杠杆轴相对滑动；配重调节单元包括配重块和调节组件，配重块通过调节组件固定连接于支撑法兰远离定位法兰一侧的杠杆轴上并可由调节组件调节在杠杆轴上的连接位置；配重块的配重力依次经杠杆轴和定位法兰传递给反射镜并对反射镜进行重力卸载。

优选的，轴承组件二包括套接于杠杆轴内端部的直线轴承，直线轴承与杠杆轴之间可沿杠杆轴的轴向相对滑动。

优选的，轴承组件二还包括位于直线轴承与定位法兰之间的球轴承一和轴承座，球轴承一设于轴承座与直线轴承之间，球轴承一与直线轴承之间还设有位于球轴承一轴向两侧的挡圈一挡圈二；轴承座与球轴承一之间设有轴承压圈一。

优选的，调节组件包括带有内螺纹的配重定位套，杠杆轴上与配重定位套匹配设有外螺纹，配重定位套的轴向端部还设有锁紧螺母；当配重定位套在杠杆轴上移动到指定位置时，将配重块置于配重定位套上，并通过锁紧螺母将配重块固定锁紧。

优选的，配重定位套上靠近杠杆轴内端部的一侧设有限位台；配重块的一端限位于限位台上，配重块的另一端通过锁紧螺母锁紧。

优选的，定位法兰的侧壁从杠杆轴内端部朝向外端部方向依次包括连接段、过渡段和卡紧段；连接段和过渡段位于反射镜内端面的连接孔内，定位法兰通过卡紧段卡紧于反射镜的内端面上。

优选的，连接段的壁厚大于过渡段的壁厚，连接段的外壁与反射镜连接孔的内孔壁抵接，过渡段的外壁与反射镜连接孔的内孔壁不接触。

优选的，定位法兰中位于杠杆轴内端部外侧的外端面上设有中部通孔，中部通孔的孔径大于杠杆轴内端部的孔径。

优选的，支撑法兰包括固定壁，固定壁位于定位法兰的侧壁与杠杆轴之间；轴承组件一包括位于固定壁与杠杆轴之间的球轴承二，球轴承二与定位法兰之间设有轴承压圈二，球轴承二与杠杆轴之间设有轴承压圈三。

优选的，固定壁朝向配重块方向延伸至定位法兰外侧，固定壁的端部上设有位于卡紧段外侧的安装台，支撑法兰通过安装台连接于反射镜的背板上；配重块位于安装台外侧。

本发明的有益效果是：

1、本发明中的直线轴承与杠杆轴滑动连接，当杠杆轴在力的作用下发生微小变形时，可通过直线轴承与杠杆轴的相对滑动卸载掉因杠杆轴的变形而产生的轴向应力，从而使卸载力施加单元仅提供大口径反射镜所需方向的卸载力，而不会对反射镜产生轴向拉力等多余的干涉力，既可降低支撑难度、卸载反射镜的重力，同时又能保证反射镜的使用性能。

2、本发明中的轴承组件二与反射镜之间是通过轴承座固定连接的，连接稳定性强，便于力的传递，且可避免橡胶粘连在反射镜上的问题和拆卸困难的问题。

3、本发明中定位法兰的材质为四氟乙烯，通过四氟乙烯材质的定位法兰与反射镜连接，可使得定位法兰与反射镜的连接处保持面连接方式，与传统的金属法兰结构相比，本发明中的定位法兰相对较软，与反射镜之间的连接更稳定。

4、本发明中的配重块可通过配重定位套根据需要调节在杠杆轴上的位置以调节杠杆轴的力臂，进而调节卸载力的大小；同时配重定位套上还可安装不同质量和大小的配重块。

5、本发明中的卸载机构结构简单，只需传统的三点支撑即可，降低了支撑结构的复杂度和装配难度，提高了反射镜的温度适应性，不会产生装配应力。

附图说明

图1为安装了卸载机构的反射镜示意图。

图2为卸载机构的结构示意图。

图3为卸载力施加单元的结构示意图。

图4为杠杆单元的结构示意图。

图5为配重调节单元的结构示意图。

图6为杠杆受力时的状态与变形示意图。

图7为定位法兰的结构示意图。

图8为轴承座的结构示意图。

图9为支撑法兰的结构示意图。

附图标记

1、定位法兰；1a、连接段；1b、过渡段；1c、卡紧段；1d、外端面；1e、中部通孔；2、轴承座；3、球轴承一；4、直线轴承；5、挡圈一；6、轴承压圈一；7、挡圈二；8、支撑法兰；8a、安装台；8b、固定壁；9、球轴承二；10、杠杆轴；11、轴承压圈二；12、轴承压圈三；13、配重定位套；13a、限位台；14、配重块；15、锁紧螺母；16、反射镜；17、背板；17a、减重孔；18、卸载力施加单元；19、杠杆单元；20、配重调节单元。

具体实施方式

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1-9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。

一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，如图1所示，反射镜16的内侧连接有背板17，背板17上设有多个减重孔17a，反射镜16的内端面上设有多个可与减重孔17a连通的连接孔，如图1中A处所示的卸载机构位于连接孔内并延伸至减重孔17a中；如图2所示，卸载机构包括卸载力施加单元18、杠杆单元19和配重调节单元20。

如图2-4所示，杠杆单元19包括支撑法兰8和杠杆轴10，杠杆轴10通过轴承组件一固定连接于支撑法兰8内侧；卸载力施加单元18包括定位法兰1和轴承组件二，定位法兰1通过轴承组件二连接于杠杆轴10上，定位法兰1与反射镜16的连接孔连接，具体为，定位法兰1与轴承组件二为接触配合，轴承组件二与杠杆轴10为滑动连接，定位法兰1与反射镜16的连接孔为接触配合；本实施例中定位法兰1的材质为四氟乙烯。

支撑法兰8包括固定壁8b，固定壁8b位于定位法兰1与杠杆轴10之间；轴承组件一包括位于固定壁8b与杠杆轴10之间的球轴承二9，球轴承二9为向心球轴承，球轴承二9与定位法兰1之间设有轴承压圈二11，球轴承二9与杠杆轴10之间设有轴承压圈三12，通过轴承压圈二11和轴承压圈三12分别限定球轴承二9内圈和外圈的轴向位移。

轴承组件二位于轴承组件一靠近杠杆轴10内端部的一侧，其中，杠杆轴10的内端部为与反射镜16的连接孔连接的一侧，杠杆轴10的外端部为位于减重孔17a处的一侧，轴承组件二处为杠杆轴10的支撑点处；轴承组件二包括套接于杠杆轴10内端部的直线轴承4，直线轴承4与杠杆轴10之间可沿杠杆轴10的轴向相对滑动；轴承组件二还包括位于直线轴承4与定位法兰1之间的球轴承一3和轴承座2，球轴承一3为向心球轴承，球轴承一3设于轴承座2与直线轴承4之间，球轴承一3与直线轴承4之间还设有位于球轴承一3轴向两侧的挡圈一5挡圈二7，通过挡圈一5和挡圈二7限定球轴承一3内圈的轴向位移；轴承座2与球轴承一3之间设有轴承压圈一6，通过轴承压圈一6限定球轴承一3外圈的轴向位移。

如图2和图3所示，定位法兰1的侧壁从杠杆轴10内端部朝向外端部方向依次包括连接段1a、过渡段1b和卡紧段1c，连接段1a和过渡段1b位于反射镜16内端面的连接孔内，定位法兰1通过卡紧段1c从连接孔内倒扣卡紧于反射镜16的内端面上；固定壁8b朝向配重块14方向延伸至定位法兰1外侧，固定壁8b的端部上设有位于卡紧段1c外侧的安装台8a，支撑法兰8通过安装台8a连接于反射镜16的背板17上，安装台8a与背板17可通过螺钉连接。

连接段1a的壁厚大于过渡段1b的壁厚，连接段1a的壁厚具体为20mm-40mm；连接段1a的外壁与反射镜16连接孔的内孔壁抵接，过渡段1b的外壁与反射镜16连接孔的内孔壁不接触；连接段1a的具体长度即定位法兰1的侧壁与反射镜16的连接孔内孔壁面连接部分的长度根据产品的具体需求决定，同时，只有连接段1a与连接孔接触，过渡段1b与连接孔不接触，可避免由于定位法兰1的侧壁与反射镜16的连接孔接触面积过大而影响对卸载力位置的判断。

如图3所示，定位法兰1中位于杠杆轴10内端部外侧的外端面1d上设有中部通孔1e，中部通孔1e的孔径大于杠杆轴10内端部的孔径，中部通孔1e便于卸载机构安装至反射镜16的连接孔内时、或直线轴承4与杠杆轴10之间相对滑动时的排气，便于卸载机构的安装和使用。

如图2和图5所示，配重调节单元20包括配重块14和调节组件，配重调节单元20整体位于杠杆轴10上靠近外端部的一侧；调节组件包括带有内螺纹的配重定位套13，杠杆轴10上与配重定位套13匹配设有外螺纹，配重定位套13可在杠杆轴10螺纹旋动并调整位置；配重定位套13的轴向端部还设有锁紧螺母15，重定位套13在杠杆轴10上移动到指定位置时，将配重块14置于配重定位套13上，并通过锁紧螺母15将配重块14固定锁紧；首先，可在配重定位套13的两端均设置锁紧螺母15，当配重块14放置好后，在配重块14的两端将锁紧螺母15锁紧在配重定位套13上并将配重块14锁紧；其次，如本实施例所示，还可在配重定位套13上靠近杠杆轴10内端部的一侧设有限位台13a，当配重块14放置好后，还需将配重块14的一端限位于限位台13a上，再将配重块14的另一端通过锁紧螺母15锁紧，操作更便捷；配重块14位于安装台8a外侧，配重块14可通过调节组件调节在杠杆轴10上的连接位置；配重块14的配重力依次经杠杆轴和定位法兰1传递给反射镜16并对反射镜16进行重力卸载。

使用时，如图6所示，配重块14的配重作用力如D处所示，杠杆的支撑点如C处所示，配重块14向下的配重作用力x会给杠杆轴10的内端部带来向上的作用力z，此时反射镜16由于重力的作用有向下的卸载反作用力B，通过作用力z来平衡掉卸载反作用力B，以卸载掉反射镜16的重力；同时，杠杆轴10与直线轴承4之间可相对滑动，可避免对反射镜16产生轴向拉力等多余的干涉力。

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 (10)

1.一种大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，包括卸载力施加单元(18)、杠杆单元(19)和配重调节单元(20)；所述杠杆单元(19)包括支撑法兰(8)和杠杆轴(10)，杠杆轴(10)通过轴承组件一固定连接于支撑法兰(8)内侧；所述卸载力施加单元(18)包括定位法兰(1)和轴承组件二，定位法兰(1)通过轴承组件二连接于杠杆轴(10)上并与反射镜(16)连接，轴承组件二可与杠杆轴(10)相对滑动；所述配重调节单元(20)包括配重块(14)和调节组件，所述配重块(14)通过调节组件固定连接于支撑法兰(8)远离定位法兰(1)一侧的杠杆轴(10)上并可由调节组件调节在杠杆轴(10)上的连接位置；所述配重块(14)的配重力依次经杠杆轴(10)和定位法兰(1)传递给反射镜(16)并对反射镜(16)进行重力卸载。

2.根据权利要求1所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述轴承组件二包括套接于杠杆轴(10)内端部的直线轴承(4)，所述直线轴承(4)与杠杆轴(10)之间可沿杠杆轴(10)的轴向相对滑动。

3.根据权利要求2所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述轴承组件二还包括位于直线轴承(4)与定位法兰(1)之间的球轴承一(3)和轴承座(2)，所述球轴承一(3)设于轴承座(2)与直线轴承(4)之间，球轴承一(3)与直线轴承(4)之间还设有位于球轴承一(3)轴向两侧的挡圈一(5)挡圈二(7)；所述轴承座(2)与球轴承一(3)之间设有轴承压圈一(6)。

4.根据权利要求3所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述调节组件包括带有内螺纹的配重定位套(13)，杠杆轴(10)上与配重定位套(13)匹配设有外螺纹，配重定位套(13)的轴向端部还设有锁紧螺母(15)；当配重定位套(13)在杠杆轴(10)上移动到指定位置时，将配重块(14)置于配重定位套(13)上，并通过锁紧螺母(15)将配重块(14)固定锁紧。

5.根据权利要求4所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述配重定位套(13)上靠近杠杆轴(10)内端部的一侧设有限位台(13a)；配重块(14)的一端限位于限位台(13a)上，配重块(14)的另一端通过锁紧螺母(15)锁紧。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述定位法兰(1)的侧壁从杠杆轴(10)内端部朝向外端部方向依次包括连接段(1a)、过渡段(1b)和卡紧段(1c)；所述连接段(1a)和过渡段(1b)位于反射镜(16)内端面的连接孔内，定位法兰(1)通过卡紧段(1c)卡紧于反射镜(16)的内端面上。

7.根据权利要求6所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述连接段(1a)的壁厚大于过渡段(1b)的壁厚，连接段(1a)的外壁与反射镜(16)连接孔的内孔壁抵接，过渡段(1b)的外壁与反射镜(16)连接孔的内孔壁不接触。

8.根据权利要求7所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述定位法兰(1)中位于杠杆轴(10)内端部外侧的外端面(1d)上设有中部通孔(1e)，所述中部通孔(1e)的孔径大于杠杆轴(10)内端部的孔径。

9.根据权利要求8所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述支撑法兰(8)包括固定壁(8b)，所述固定壁(8b)位于定位法兰(1)的侧壁与杠杆轴(10)之间；所述轴承组件一包括位于固定壁(8b)与杠杆轴(10)之间的球轴承二(9)，所述球轴承二(9)与定位法兰(1)之间设有轴承压圈二(11)，球轴承二(9)与杠杆轴(10)之间设有轴承压圈三(12)。

10.根据权利要求9所述的大口径反射镜的无干扰力重力卸载机构，其特征在于，所述固定壁(8b)朝向配重块(14)方向延伸至定位法兰(1)外侧，固定壁(8b)的端部上设有位于卡紧段(1c)外侧的安装台(8a)，所述支撑法兰(8)通过安装台(8a)连接于反射镜(16)的背板(17)上；所述配重块(14)位于安装台(8a)外侧。

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