赤道式望远镜主镜侧支撑自平衡式装置

摘要

赤道式望远镜主镜侧支撑自平衡式装置涉及一种大口径望远镜主镜的侧支撑，该装置包括：平衡配重、主轴、关节轴承、对调螺母、粘接块；该装置包括：调心球轴承，平衡配重与主轴的一端连接，主轴的另一端与调心球轴承固连，主轴与关节轴承连接，关节轴承通过对调螺母与粘接块连接，粘接块固定在主镜上。本发明结构简单，无需额外增加望远镜主镜径向的结构空间，均能提供与主镜光轴方向相垂直的侧支撑力，以保证主镜的面形精度。多组侧支撑结构圆周均布粘接在主镜侧面，对主镜的自由度进行有效约束，增加主镜的位置稳定性。该装置在适合于复杂工况下的赤道式望远镜的同时，也适合于工况相对简单的地平式望远镜。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大口径望远镜主镜的侧支撑，特别涉及赤道式望远镜主 镜侧支撑自平衡式装置。

背景技术

赤道式望远镜结构的主要特点是其传动轴中的一根转轴与地球的自转轴 平行，这根轴称为赤经轴，或称为极轴。在赤道式望远镜的视场中星体位置 没有相对转动，同时赤道式望远镜在观察条件最好的天顶位置没有盲区。因 此在天文望远镜中，赤道式望远镜的结构被广泛采用。

主镜作为一台望远镜的关键部件，其口径大小决定了望远镜接收光波信 号的能力，其面形精度决定了望远镜对接收到的光波信号的准确反映程度。 因此人们在望远镜的研制过程中，对主镜的口径要求越来越大，对主镜的面 形精度要求也越来越苛刻。一般而言，大口径主镜的支撑结构包括底支撑、 侧支撑、定位机构、安全防护机构、姿态调整机构、清洁维护等方面，一个 优良的支撑结构应能充分保证在望远镜运转过程中主镜的面形精度和位置稳 定性。

在赤道式望远镜中，由于主镜既要绕赤经轴转动，又要绕赤纬轴转动， 而重力方向是一定的，因此在地基望远镜中，要求主镜各个姿态下受到重力 的影响时，其面形精度都能保持在光学设计要求的范围内。同时还需要对主 镜进行有效的定位，限制其六个方向的自由度，使主镜与其他光学元件的相 对位置关系保持稳定不变，以有效实现光学系统的功能。重力方向在侧支撑 作用方向的分力由侧支撑结构来承担，在底支撑作用方向的分力由底支撑结 构来承担，即主镜的重力载荷由底支撑和侧支撑共同承担。分担重力的大小， 与望远镜指向不同天区的角度成三角函数关系变化。而侧支撑对重力的卸荷 与望远镜绕赤经轴的角度成三角函数关系变化。

传统赤道式望远镜主镜的侧支撑形式主要有传统杠杆平衡重式、水银带 式、气压或液压式支撑等不同结构。传统杠杆平衡重式结构简单，可通过设 置相应的配重来对主镜重量进行卸荷，符合地平式望远镜只有俯仰运动的简 单工况，但是在赤道式望远镜中，当主镜绕赤经轴转动时，传统杠杆平衡重 式结构由于其单一方向的平衡配重而使其作用于主镜的支撑力方向不能随主 镜绕赤经轴的转动而转动。水银带支撑是利用水银的浮力自动平衡主镜的重 力，其缺点是水银随着时间的增加容易泄露，对望远镜主镜及其他光机系统 造成污染破坏，并且水银有毒，从安全性考虑，这种支撑的应用也受到限制， 目前已很少使用。气压(或液压)支撑是不错的选择，当望远镜指向不同的 俯仰角时可以合理的设置气压的大小，以平衡重力，因此在很多望远镜中都 得到了应用，其缺点是同样存在泄露问题，而且需要配置专门的气压泵提供 相应的压力，在望远镜工作时不能突然断电。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种赤道式望远镜主镜 侧支撑自平衡式装置，该装置采取稳定可靠的纯机械式浮动支撑，可满足赤 道式望远镜主镜同时绕赤经轴和赤纬轴转动的复杂工况。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

赤道式望远镜主镜侧支撑自平衡式装置，该装置包括：平衡配重、主轴、 关节轴承、对调螺母和粘接块；该装置包括：调心球轴承，平衡配重与主轴 的一端连接，主轴的另一端与调心球轴承固连，主轴与关节轴承连接，关节 轴承通过对调螺母与粘接块连接，粘接块固定在主镜上。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，无需额外增加望远镜主镜径向 的结构空间，通过调心球轴承能够自动切换平衡重产生的侧支撑力的方向， 能保证主镜在同时绕赤经轴和赤纬轴的复杂工况下，均能提供与主镜光轴方 向相垂直的侧支撑力，以保证主镜的面形精度。而且，多组侧支撑结构圆周 均布粘接在主镜侧面，对主镜的自由度进行有效约束，增加主镜的位置稳定 性。该装置在适合于复杂工况下的赤道式望远镜的同时，也适合于工况相对 简单的地平式望远镜。

附图说明

图1本发明赤道式望远镜主镜侧支撑自平衡式装置的结构示意图。

图2本发明赤道式望远镜主镜侧支撑自平衡式装置主镜底支撑与侧支撑 受力原理图。

图3本发明赤道式望远镜主镜侧支撑自平衡式装置主镜受力原理图。

图中：1、平衡配重，2、主轴，3、调心球轴承，4、连杆，5、关节轴承， 6、对调螺母，7、粘接块，8、主镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，赤道式望远镜主镜侧支撑自平衡式装置，该装置包括：平 衡配重1、主轴2、关节轴承5、对调螺母6和粘接块7；该装置包括：调心 球轴承3，所述平衡配重1与主轴2的一端连接，主轴2的另一端与调心球 轴承固连，所述主轴2与关节轴承5连接，关节轴承5通过对调螺母6与粘 接块7连接，粘接块7固定在主镜8上。

主轴2与关节轴承5通过连杆4连接，连杆4的一端与主轴2螺纹连接， 另一端与关节轴承5固连，使主镜8的光轴与主轴2的轴线平行。

关节轴承5使对调螺母6保持充足的自由度，对调螺母6的长短可调节 侧支撑力的角度。

粘接块7为粘接到主镜8侧面的金属块，其热膨胀系数与主镜材料的热 膨胀系数接近，通过光学结构胶将粘接块7粘接到主镜8侧面，将侧支撑力 传递到主镜8上。

主镜8侧支撑采用支撑点的数量N与主镜口径大小D有关，随着口径的 增大以及面形精度的提高，支撑点的数量需相应增加，具体数量可依据有限 元分析结果得到。侧支撑点应在主镜8圆周方向均匀布置，而且所有侧支撑 点应与主镜8的质心共面。如图2所示，每个侧支撑点产生的侧支撑力大小 Fr相等，为主镜径向重量的1/N，侧支撑力方向与主镜8光轴方向垂直，侧 支撑力的大小为其中M为主镜的质量，g为重力加速度，α为重 力方向与侧支撑力方向的夹角。

主镜8在该侧支撑装置的作用下，绕赤经轴和赤纬轴运转时，该装置能 够提供始终与主镜8光轴方向垂直的侧支撑力作用到主镜8侧面，并且支撑 力的总和等于主镜8重力在侧支撑点所形成的面上的分量。

如图3所示，当主镜8光轴与主镜的重力方向垂直时，侧支撑力的方向 与主镜8的重力方向相反，主镜8绕光轴旋转一定角度时，由于调心球轴承 3的作用，使侧支撑力的方向始终向上，与主镜8的重力方向相反。