CN117849984A - 一种星载反射镜支撑结构 - Google Patents

Abstract

一种星载反射镜支撑结构，属于空间光学遥感器光机结构设计领域。所述星载反射镜支撑结构包括反射镜、反射镜背板、中心嵌套、中心支杆、中心法兰、中心锁紧螺母、球窝垫、球头压块、球头顶杆。在反射镜的中心设置一个具有切槽板弹簧的中心嵌套，主要约束反射镜的2个平动自由度和1个扭转自由度；在反射镜圆周设置6组球头与球窝垫，约束反射镜的1个平动自由度和2个扭转自由度，从而实现高稳定的准静定支撑，同时保证反射镜的面型和位置精度的稳定性。本发明利用板弹簧的刚度特点和面接触运动副实现高稳定的准静定支撑，避免了球与平面、球与V形槽、球与圆柱面等点接触和线接触类的运动副，增加了反射镜支撑结构的稳定性和抗力学环境的能力。

Description

一种星载反射镜支撑结构

技术领域

本发明属于空间光学遥感器光机结构设计领域，涉及一种星载反射镜支撑结构。

背景技术

反射镜的面型精度和位置精度稳定性是影响光学系统性能的关键因素。对于空间光学遥感器，反射镜需要承受发射过程中的恶劣力学环境以及在轨的温度波动。因此，反射镜的支撑设计一直都是空间光学遥感器设计的核心工作之一。由于静定支撑可以消除反射镜的装配应力、减少不同材料温度膨胀变形不一致对反射镜面型的影响，是常用的反射镜支撑的形式。为了实现静定支撑往往需要采用球与平面、球与V形槽、球与圆柱面等运动副，而这些运动副都涉及到点接触或线接触，对加工精度要求高，并且接触应力大，在振动环境下容易发生磨损，造成间隙变大，从而影响反射镜的位置精度稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出了一种基于板弹簧中心支撑的准静定星载反射镜支撑结构，避免了点接触和线接触引起的接触应力集中，具有超高的稳定性和较强的环境适应能力。

本发明的技术解决方案是：一种星载反射镜支撑结构，包括反射镜、反射镜背板、中心嵌套、中心支杆、中心法兰、第一球窝垫、第二球窝垫、球头压块和球头顶杆；中心嵌套包括一个圆柱形套筒和一个具有切槽的板弹簧，板弹簧与圆柱形套筒内壁固定连接，板弹簧的中心应位于反射镜重心位置，板弹簧上具有一个中心孔及若干切槽，板弹簧切槽以中心嵌套的轴为中心，沿周向均匀布置，中心嵌套的圆柱外表面与反射镜中心的圆形孔内壁配合，并与反射镜胶结固定；

反射镜上表面为光学曲面或光学平面，底面为平面，侧面设有反射镜切槽，球头压块的球头悬臂伸入反射镜切槽内，通过第一球窝垫约束反射镜；反射镜底面中心具有一个圆形孔，圆形孔的内壁与中心嵌套的外表面配合，约束反射镜的个平动自由度和个扭转自由度；反射镜背板中心设有中心孔，中心支杆及中心法兰通过中心孔伸入并与中心嵌套联接，中心孔的周围具有若干螺纹孔用于中心法兰的固定；反射镜背板在第一球窝垫对应的位置分别设置用于安装球头顶杆的通孔，球头顶杆穿过此孔，通过第二球窝垫在反射镜底面施加约束；所述反射镜背板圆周设有凸起部分，所述凸起部分与球头压块固定连接；球头压块的球头悬臂和第一球窝垫安装在反射镜的反射镜切槽内；球头压块、第一球窝垫、球头顶杆与第二球窝垫共同约束反射镜的个平动自由度和个扭转自由度；所述反射镜背板在反射镜切槽对应的位置周向布置若干组安装脚，为所述星载反射镜支撑结构对外的安装接口。

进一步地，第一球窝垫、第二球窝垫、球头压块、球头顶杆和反射镜切槽各有个，沿反射镜周向均匀布置；球头顶杆上表面为凸起半球形，第二球窝垫下表面为凹陷半球形，第二球窝垫上表面为平面，球头顶杆与第二球窝垫一一配对加工；球头顶杆通过反射镜背板孔安装在反射镜底部与反射镜切槽对应的位置，将球头顶杆与球窝垫粘接固定；球头压块下表面为凸起半球形，第一球窝垫上表面为凹陷半球形，第一球窝垫下表面为平面，球头压块与第一球窝垫一一配对加工，分别安装在反射镜的个反射镜切槽内。

进一步地，中心嵌套的直径范围是反射镜直径的5％～15％。

进一步地，中心嵌套板弹簧切槽为沿轴向均匀布置的螺旋形，或者交错布置的圆弧形。

进一步地，反射镜背板孔的中心距离反射镜背板外边沿距离为反射镜背板直径的2％～10％。

进一步地，板弹簧的切槽的宽度为0.1mm～0.5mm。

进一步地，中心法兰为T字形，中心法兰包括空心圆柱，空心圆柱的端面设有台阶，台阶的端面与中心嵌套板弹簧底面配合，台阶的侧面与中心嵌套板弹簧的中心孔配合，中心嵌套板弹簧、中心法兰以及中心支杆固定连接。

进一步地，中心支杆一端为螺纹，且在此端面设有一字形开槽，另一端为圆柱形台阶，圆柱形台阶的端面压紧在中心嵌套板弹簧的上表面。

进一步地，星载反射镜支撑结构还包括若干中心锁紧螺母，中心嵌套板弹簧与中心法兰以及中心支杆使用锁紧螺母固定连接。

进一步地，中心支杆的圆柱形台阶的侧面与中心嵌套板弹簧的中心孔配合为过盈配合H7/g7或过渡配合H7/m7，其余配合为间隙配合H7/g6。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)在反射镜的中心设置一个具有切槽的板弹簧嵌套，约束反射镜的2个平动自由度和1个扭转自由度；利用板弹簧轴向刚度小，径向刚度高的特点，和面接触运动副实现高稳定的准静定支撑。

(2)在反射镜圆周设置3个第一球窝垫、3个第二球窝垫、3个球头压块和3个球头顶杆，约束反射镜的1个平动自由度和2个扭转自由度，避免了球与平面、球与V形槽、球与圆柱面等点接触和线接触类的运动副，增加了反射镜支撑结构的稳定性和抗力学环境的能力，保证反射镜的面型和位置稳定性。

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为本发明的超稳定星载反射镜支撑结构爆炸图；

图2为本发明的超稳定星载反射镜支撑结构剖面图；

图3为本发明的中心嵌套剖面图；

图4为本发明的中心支杆剖面图；

图5为本发明的中心法兰剖面图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种超稳定星载反射镜支撑结构做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括：

在本申请实施例所提供的方案中，包括反射镜1、反射镜背板2、中心嵌套3、中心支杆4、中心法兰5、第一球窝垫7、第二球窝垫8、球头压块9和球头顶杆10；所述中心嵌套3包括一个圆柱形套筒和一个具有切槽的板弹簧，板弹簧与圆柱形套筒内壁固定连接，板弹簧的中心位于反射镜1重心位置，板弹簧上具有一个中心孔及若干切槽，板弹簧切槽以中心嵌套3的轴为中心，沿周向均匀布置，中心嵌套3的圆柱外表面与反射镜1中心的圆形孔内壁配合，并与反射镜1胶结固定；球头压块9的球头悬臂伸入反射镜切槽内，通过第一球窝垫7约束反射镜1；反射镜1底面中心具有一个圆形孔，所述圆形孔的内壁与中心嵌套3的外表面配合，约束反射镜1的2个平动自由度和1个扭转自由度；所述反射镜背板2中心设有中心孔，中心支杆4及中心法兰5通过中心孔伸入并与中心嵌套3联接，中心孔的周围具有若干螺纹孔用于中心法兰5的固定；所述反射镜背板2在第一球窝垫7对应的位置分别设置用于安装球头顶杆10的通孔，球头顶杆10穿过此孔，通过第二球窝垫8在反射镜底面施加约束；反射镜背板2圆周有三个凸起部分，所述凸起部分与球头压块9固定连接，球头压块9的球头悬臂和第一球窝垫7安装在反射镜1的反射镜切槽内；球头压块9、第一球窝垫7、球头顶杆10与第二球窝垫8共同约束反射镜1的1个平动自由度和2个扭转自由度；所述反射镜背板2在反射镜切槽对应的位置周向布置若干组安装脚11，为所述星载反射镜支撑结构外接提供接口；

所述球头顶杆10和第二球窝垫8固定安装在反射镜1底部与反射镜切槽对应的位置，用于约束反射镜1的1个扭转自由度；所述球头压块9和第一球窝垫7固定安装在反射镜1的反射镜切槽内，用于约束反射镜1的1个平动自由度和1个扭转自由度；所述中心法兰5与反射镜背板2固定连接。

第一球窝垫7、第二球窝垫8、球头压块9、球头顶杆10和反射镜切槽各有3个，沿反射镜1周向均匀布置；所述球头顶杆10上表面为凸起半球形，所述第二球窝垫8下表面为凹陷半球形，所述第二球窝垫8上表面为平面，所述球头顶杆10与第二球窝垫8一一配对加工；所述球头顶杆10通过反射镜背板孔安装在反射镜1底部与反射镜切槽对应的位置，将球头顶杆10与球窝垫7粘接固定；所述球头压块9下表面为凸起半球形，所述第一球窝垫7上表面为凹陷半球形，所述第一球窝垫7下表面为平面，所述球头压块9与第一球窝垫7一一配对加工，分别安装在反射镜1的3个反射镜切槽内。

如图1和图2所示，反射镜1的中心设置一个具有切槽的板弹簧嵌套，主要约束反射镜的2个平动自由度和1个扭转自由度；在反射镜1圆周设置6组球头与球窝垫，约束反射镜的1个平动自由度和2个扭转自由度，实现高稳定的准静定支撑，同时保证反射镜的面型和位置精度的稳定性。

反射镜1上表面为曲面，是光学表面，底面为平面，侧面均匀分布三个半圆形切槽，中心具有一个圆形孔。

反射镜背板2是组件的主要承力零件，为各零件提供安装接口，并提供整个反射镜组件的对外机械安装接口。

3个球头顶杆10和3个第一球窝垫8，需要一一配对加工，保证球面贴合接触良好，分别安装在反射镜1底部与切槽对应的位置，安装完成后用结构胶将球头顶杆与球窝垫粘接固定。

3个球头压块9与3个第一球窝垫7，同样需要一一配对加工，保证球面贴合接触良好。分别安装在反射镜的3个切槽内，通过修研球窝垫的厚度保证反射镜与球窝垫的接触和压力。

优选地，所述反射镜背板孔的中心距离反射镜背板2外边沿距离为反射镜背板2直径的2％～10％。所述板弹簧切槽的宽度为0.1mm～0.5mm。

如图3所示，中心嵌套3的圆柱面与反射镜中心的圆形孔配合，采用胶结的方式与反射镜1进行固定，圆柱内有一层板弹簧，板弹簧的中心应尽可能靠近反射镜重心位置，板弹簧具有一个中心孔，并包括若干切槽，切槽可以为沿轴向均匀布置的螺旋形，或者交错布置的圆弧形。经过切槽之后的顶面可以看作一个板弹簧，其特点在于板弹簧面内两个方向的切向刚度以及面内的扭转刚度较高，其它三个方向自由度的刚度较低，可以通过调整板弹簧的直径、厚度，切槽的曲线参数以及切槽的数量进行刚度和强度优化。本实施例中，中心嵌套的直径范围是反射镜直径的5％～15％。中心嵌套的材料为热膨胀系数与反射镜接近的金属材料，优选为殷钢。

如图4所示，中心支杆4一端为螺纹，且在端面设有一字形开槽，另一端为圆柱形台阶，圆柱形台阶的端面压在板弹簧的上表面。所述中心支杆的圆柱形台阶的侧面与板弹簧的中心孔配合为过盈配合H7/g7或过渡配合H7/m7，其余配合为间隙配合H7/g6。

如图5所示，中心法兰5为T字法兰形状，法兰面安装在反射镜背板2上，中心具有空心圆柱，圆柱的端面设有台阶，台阶端面与板弹簧底面配合，台阶侧面与板弹簧中心孔配合。中心嵌套板弹簧与中心法兰5以及中心支杆4使用锁紧螺母6固定连接。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种星载反射镜支撑结构，其特征在于，包括反射镜(1)、反射镜背板(2)、中心嵌套(3)、中心支杆(4)、中心法兰(5)、第一球窝垫(7)、第二球窝垫(8)、球头压块(9)和球头顶杆(10)；

所述中心嵌套(3)包括一个圆柱形套筒和一个具有切槽的板弹簧，板弹簧与圆柱形套筒内壁固定连接，板弹簧的中心位于反射镜(1)重心位置，板弹簧上具有一个中心孔及若干切槽，板弹簧切槽以中心嵌套(3)的轴为中心，沿周向均匀布置，中心嵌套(3)的圆柱外表面与反射镜(1)中心的圆形孔内壁配合，并与反射镜(1)胶结固定；

所述反射镜(1)上表面为光学曲面或光学平面，底面为平面，侧面设有反射镜切槽，球头压块(9)的球头悬臂伸入反射镜切槽内，通过第一球窝垫(7)约束反射镜(1)；反射镜(1)底面中心具有一个圆形孔，所述圆形孔的内壁与中心嵌套(3)的外表面配合，约束反射镜(1)的2个平动自由度和1个扭转自由度；

所述反射镜背板(2)中心设有中心孔，中心支杆(4)及中心法兰(5)通过中心孔伸入并与中心嵌套(3)联接，中心孔的周围具有若干螺纹孔用于中心法兰(5)的固定；

所述反射镜背板(2)在第一球窝垫(7)对应的位置分别设置用于安装球头顶杆(10)的通孔，球头顶杆(10)穿过此孔，通过第二球窝垫(8)在反射镜底面施加约束；

所述反射镜背板(2)圆周设有凸起部分，所述凸起部分与球头压块(9)固定连接；球头压块(9)的球头悬臂和第一球窝垫(7)安装在反射镜(1)的反射镜切槽内；球头压块(9)、第一球窝垫(7)、球头顶杆(10)与第二球窝垫(8)共同约束反射镜(1)的1个平动自由度和2个扭转自由度；

所述反射镜背板(2)在反射镜切槽对应的位置周向布置若干组安装脚(11)，为所述星载反射镜支撑结构对外的安装接口。

2.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：第一球窝垫(7)、第二球窝垫(8)、球头压块(9)、球头顶杆(10)和反射镜切槽各有3个，沿反射镜(1)周向均匀布置；所述球头顶杆(10)上表面为球形凸起，所述第二球窝垫(8)下表面为球形凹陷，所述第二球窝垫(8)上表面为平面，所述球头顶杆(10)与第二球窝垫(8)的配合面一一配对加工；所述球头顶杆(10)通过反射镜(1)设置的通孔安装在反射镜背板(2)底部与第一球窝垫(7)对应的位置；所述球头压块(9)下表面为球形凸起，所述第一球窝垫(7)上表面为球形凹陷，所述第一球窝垫(7)下表面为平面，所述球头压块(9)与第一球窝垫(7)的配合面一一配对加工。

3.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：所述中心嵌套(3)的直径范围是反射镜(1)直径的5％～15％。

4.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：所述中心嵌套板弹簧切槽为沿周向均匀布置的螺旋形，或者交错布置的圆弧形。

5.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：所述反射镜背板(2)上用于安装球头顶杆(10)的通孔，其中心距离反射镜背板(2)外边沿距离为反射镜背板(2)直径的2％～10％。

6.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：所述板弹簧的切槽的宽度为0.1mm～0.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：所述中心法兰(5)为T字形，中心法兰(5)包括空心圆柱，空心圆柱的端面设有台阶，所述台阶的端面与中心嵌套板弹簧底面配合，所述台阶的侧面与中心嵌套板弹簧的中心孔配合，中心嵌套板弹簧、中心法兰(5)以及中心支杆(4)固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：中心支杆(4)一端为螺纹，且在此端面设有一字形开槽，另一端为圆柱形台阶，圆柱形台阶的端面压紧在中心嵌套板弹簧的上表面。

9.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：还包括若干中心锁紧螺母(6)，中心嵌套板弹簧与中心法兰(5)以及中心支杆(4)使用锁紧螺母(6)固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种星载反射镜支撑结构，其特征在于：所述中心支杆(4)的圆柱形台阶的侧面与中心嵌套板弹簧的中心孔配合为过盈配合H7/g7或过渡配合H7/m7，其余配合为间隙配合H7/g6。