專利名稱：極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角動態修正系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械傳動裝置，具體涉及一種極大天文望遠鏡滾動摩擦 傳動旋轉軸扭轉角動態修正系統。本發明受到中國國家自然科學基金資助。
背景技術：
外圓滾動摩擦傳動，由于結構簡單、沒有空回、安裝調試及維護相對
方便等原因在大型天文望遠鏡上得到了應用。如美國10米口徑Keck天文望 遠鏡和8米口徑Gemini天文望遠鏡等，中國目前在研的4米口徑LAMOST 天文望遠鏡也采用外圓滾動摩擦傳動。理想狀態下，外圓滾動摩擦傳動的主 動輪和從動輪旋轉軸線在空間應該是平行的。但由于安裝和長時間運行等原 因，主動輪和從動輪旋轉軸線的相對位置會發生變化，即它們在空間存在夾 角。夾角示意圖如圖1、圖2所示。主動輪和從動輪旋轉軸線在徑向的夾角
p稱之為傾斜角，在切向的夾角e稱之為扭轉角。摩g動是在正壓力作用
下工作的，所以，在正壓力作用下，傾斜角卩會消失或變得非常微小，對傳 動影響不大。
但是扭轉角的存在卻十分有害。存在扭轉角的摩擦傳動類似于扭輪摩
擦傳動。由于扭轉角e的存在，摩擦力Fd通過扭轉角e在從動輪回轉軸線上
產生一個軸向分力Ft。
F產Fdxsin6
Ft的作用是引起從動輪在軸向運動。但一般情況下，從動輪很重和剛性很高，而主動輪相對要差點，因此，會引起主動輪向相反方向運動。具體表 現為主動輪在某個方向上有彈性變形。特別是主動輪支撐桿件發生彈性變 形。隨著時間的推移，桿件彈性變形也在不斷增加。當桿件彈性變形的回復 力累積到一定程度，超過了主動輪和從動輪之間在軸向的摩擦力的時候，主 動輪將"突跳，，回平衡位置，即相互滑移。使得主動輪和從動輪之間運動不同步。天文光學望遠鏡的傳動精度通常在0.2角秒左右，發生"突跳"所引起的跟 蹤誤差大大高于0.2角秒。對于多目標光纖光譜天文望遠鏡而言，意味著原先 對準的目標天體將會部分甚至全部偏移光纖頭。大數量光纖光語的觀測在20 世紀90年代才興起，因此，對于這一問題的解決通常采用兩種方法解決一 是放棄這一組數據，二是對機械結構進行調整。天文望遠鏡獲得一組觀測數 據的時間不等，有時曝光時間達1.5小時。而一架望遠鏡在一個晚上的觀測時 間也只有6小時左右，因此，這一問題嚴重影響了天文望遠鏡的觀測效率。 例如。LAMOST—次工作對準4000個目標天體，并連續跟蹤1.5小時，這一"突 跳"將會導致這一系列工作的前功盡棄。對于可工作時間非常寶貴的天文望 遠鏡而言，這嚴重影響了望遠鏡的工作效率和成果的產出。如果對機械結構 進行重新調整，則所需時間長，工作量大。因此，迫切需要采用一種實時檢測和實時修正的動態系統，在發生"突 跳"前及時對主動輪和從動輪旋轉軸線的扭轉角進行在線檢測和調整，使得 傳動系統工作在穩定狀態。但是現有技術中尚沒有完成這一任務的技術方 案。發明內容針對現有技術的上述問題，本申請的目的是提供一種極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角動態修正系統。通過釆用這套動態修正系統，使得 摩擦傳動過程中主動輪旋轉軸線和從動輪旋轉軸線在切向始終保持平行，保 證主動輪和從動輪的運動同步，避免"突跳"現象的發生，保證望遠鏡能穩定 工作。
本發明采用的技術方案是 一種極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭 轉角動態修正系統，摩擦傳動的主動輪和從動輪的轉軸線平行設置，驅動電 機、主動輪和支撐軸承構成主動輪結構，其特征在于，設有一個連接杠桿， 該連接杠桿通過旋轉支撐點架在支柱上，連接杠桿相對于支柱能夠繞支撐點 轉動；所述的主動輪結構安裝于連接杠桿的左端(相對于支柱，以下同)， 在該連接杠桿的右端配有平衡重；在連接杠桿的右端設有實時檢測連接杠桿 上、下運動的長度計，該長度計的信號通過數據線輸入控制系統；在連接杠 桿的最右端裝有調整機構，該調整機構的結構是在連接杠桿最右端的上、 下各設置一個鋼球，該兩個鋼球以可自由旋轉的方式安裝在支架上，并與連 接杠桿最右端之間留有一間隙；同時，還設有驅動支架上、下移動的修正電 機，該修正電機由控制系統根據長度計反饋的信號控制。
如果主動輪旋轉軸線和從動輪旋轉軸線存在扭轉角，則摩擦力在軸向就 有分力，此力就會引起主動輪(摩擦輪)沿軸向運動。長度計可以實時檢測 到這種運動，并把信號反饋給控制系統，控制系統根據此信號驅動調整機構 的支架上、下移動，并通過鋼球對連接杠桿最右端進行調整。實現對扭轉角 的實時調整。
本發明中，在主動輪結構和平衡重的作用下，連接杠桿相對于旋轉支撐 點是平衡的。這一點非常重要。只有保證了連接杠桿的平衡，才能使得摩擦力在軸向的分力很容易被檢測，從而檢測出扭轉角的變化，進而進行相應的 調節。否則，摩擦力的軸向分力會被不平衡力干擾，無法檢測扭轉角和調整扭轉角。不平衡力矩控制在0.5N-m以內。如果主動輪結構的重量發生變化， 可通過調整平衡重在連接杠桿上的位置來調整平衡。為了降低摩擦轉矩的影響，旋轉支撐點處釆用摩擦系數很小的滾動軸承， 摩擦轉矩在(X2N-m左右。杠桿平衡結構中各種摩擦力矩要小，其值一般為軸向分力力矩的十分之長度計用來實時檢測連接杠桿的上下運動，長度計與旋轉支撐點的距離 盡量長，這樣可以把主動輪的上下運動放大，便于長度計的4全測，同時，也 可降低對長度計檢測分辨率的要求。所以長度計一般設置在平衡重的右側。 調整機構的鋼球平時與連接杠桿不接觸，兩者之間有一間隙h。 h值根據 連接杠桿的杠桿臂長確定， 一般在2毫米左右。連接杠桿相對于上下兩個鋼 球位置是對稱的。本發明解決了傳統方案中的技術難題。采用本發明的動態修正系統，能 夠在線實時檢測外圓滾動摩擦傳動中主動輪旋轉軸線和從動輪旋轉軸線扭 轉角的情況，并根據檢測情況能夠進行在線調整。避免了因扭轉角引起的"突 跳"，保證了望遠鏡的穩定運行和提高了望遠鏡的使用效率。
圖l表示主動4侖和從動輪旋轉軸線在徑向的夾角p,稱之為傾斜角； 圖2表示主動輪和從動輪旋轉軸線在切向的夾角e，稱之為扭轉角； 圖3為本發明結構示意圖。
具體實施方式
實施例1 ，極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角動態修正系統。參照圖3:驅動電機1通過聯軸節與主動輪2連接，連接杠桿5通過旋轉支撐點 4架在支柱11上，連接杠桿5相對于支柱11能夠繞支撐點轉動。主動輪結構(包 括驅動電機l、主動輪2和支撐軸承3)固連于連接杠桿5的左端(相對于支柱 11，以下同)，在連接杠桿5的右端配有平衡重6，使得連接杠桿5相對于旋轉 支撐點4，在主動輪結構和平衡重的作用下是平衡的。不平衡力矩控制在 0.5N-m以內。同時，為了降低摩擦轉矩的影響，旋轉支撐點處采用摩擦系數 很小的滾動軸承，摩擦轉矩在0.2N-m左右。如果主動輪結構的重量發生變化， 可通過調整平衡重6在連接杠桿5上的位置來調整平衡。長度計10用來實時檢 測連接杠桿的上下運動，長度計10與旋轉支撐點4的距離盡量長，如圖3所示， 這樣可以把主動輪的上下運動放大，便于長度計的檢測，同時，也可降低對 長度計檢測分辨率的要求。長度計的信號通過數據線輸入控制系統。在連接 杠桿的最右端裝有調整機構8 ，調整機構的鋼球7平時與連接杠桿5不接觸， 兩者之間有一間隙h。 h值根據連接杠桿5的杠桿臂長確定， 一般在2毫米左右， 連接杠桿5相對于上下兩個鋼球位置是對稱的。控制系統根據長度計反饋的 信號通過驅動電機9驅動調整機構8，實現對扭轉角的實時調整。
權利要求
1、一種極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角動態修正系統，摩擦傳動的主動輪和從動輪的轉軸線平行設置，驅動電機、主動輪和支撐軸承構成主動輪結構，其特征在于，設有一個連接杠桿，該連接杠桿通過旋轉支撐點架在支柱上，連接杠桿相對于支柱能夠繞支撐點轉動；所述的主動輪結構安裝于連接杠桿的左端，在該連接杠桿的右端配有平衡重；在連接杠桿的右端設有實時檢測連接杠桿上、下運動的長度計，該長度計的信號通過數據線輸入控制系統；在連接杠桿的最右端裝有調整機構，該調整機構的結構是在連接杠桿最右端的上、下各設置一個鋼球，該兩個鋼球以可自由旋轉的方式安裝在支架上，并與連接杠桿最右端之間留有一間隙；同時，還設有驅動支架上、下移動的修正電機，該修正電機由控制系統根據長度計反饋的信號控制。
2、 根據權利要求1所述的極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角 動態修正系統，其特征在于，所述的主動輪結構和平衡重的不平衡力矩控制 在0.5N-m以內。
3、 根據權利要求1所述的極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角 動態修正系統，其特征在于，旋轉支撐點處采用的滾動軸承，其摩擦轉矩在 0.2N-m左右。
4、 根據權利要求1所述的極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角 動態修正系統，其特征在于，杠桿平衡結構中各種摩擦力矩要小，其值為軸 向分力力矩的十分之一。
5、根據權利要求l所述的極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角動 態修正系統，其特征在于，所述的長度計是設置在平衡重的右側。
6、根據權利要求1 5之一所述的極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭 轉角動態修正系統，其特征在于，調整機構的鋼球平時與連接杠桿之間的間 隙值在2毫米左右。
全文摘要
極大天文望遠鏡滾動摩擦傳動旋轉軸扭轉角動態修正系統，主動輪和從動輪的轉軸線平行設置，驅動電機、主動輪和支撐軸承構成主動輪結構，特征是設有一個連接杠桿，連接杠桿通過旋轉支撐點架在支柱上；主動輪結構安裝于連接杠桿的左端，連接杠桿的右端配有平衡重；還設有實時檢測連接杠桿上、下運動的長度計，長度計的信號輸入控制系統；連接杠桿的最右端裝有調整機構連接杠桿最右端的上、下各以可自由旋轉的方式設置一鋼球，并與連接杠桿間留有間隙；同時還設有驅動支架上、下移動的修正電機，修正電機由控制系統控制。本發明能夠實時檢測主動輪和從動輪旋轉軸線的扭轉角并進行在線調整。避免了扭轉角引起的“突跳”，保證望遠鏡的穩定運行。
文檔編號G05D3/12GK101231386SQ20081002072
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月22日 優先權日2008年2月22日
發明者王國民 申請人:中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所