[发明专利]极大天文望远镜滚动摩擦传动旋转轴扭转角动态修正系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械传动装置，具体涉及一种极大天文望远镜滚动摩擦传动旋转轴扭转角动态修正系统。本发明受到中国国家自然科学基金资助。

背景技术

外圆滚动摩擦传动，由于结构简单、没有空回、安装调试及维护相对方便等原因在大型天文望远镜上得到了应用。如美国10米口径Keck天文望远镜和8米口径Gemini天文望远镜等，中国目前在研的4米口径LAMOST天文望远镜也采用外圆滚动摩擦传动。理想状态下，外圆滚动摩擦传动的主动轮和从动轮旋转轴线在空间应该是平行的。但由于安装和长时间运行等原因，主动轮和从动轮旋转轴线的相对位置会发生变化，即它们在空间存在夹角。夹角示意图如图1、图2所示。主动轮和从动轮旋转轴线在径向的夹角β称之为倾斜角，在切向的夹角θ称之为扭转角。摩擦传动是在正压力作用下工作的，所以，在正压力作用下，倾斜角β会消失或变得非常微小，对传动影响不大。

但是扭转角的存在却十分有害。存在扭转角的摩擦传动类似于扭轮摩擦传动。由于扭转角θ的存在，摩擦力F_d通过扭转角θ在从动轮回转轴线上产生一个轴向分力F_t。

F_t＝F_d×sinθ

Ft的作用是引起从动轮在轴向运动。但一般情况下，从动轮很重和刚性很高，而主动轮相对要差点，因此，会引起主动轮向相反方向运动。具体表现为主动轮在某个方向上有弹性变形。特别是主动轮支撑杆件发生弹性变形。随着时间的推移，杆件弹性变形也在不断增加。当杆件弹性变形的回复力累积到一定程度，超过了主动轮和从动轮之间在轴向的摩擦力的时候，主动轮将“突跳”回平衡位置，即相互滑移。使得主动轮和从动轮之间运动不同步。天文光学望远镜的传动精度通常在0.2角秒左右，发生“突跳”所引起的跟踪误差大大高于0.2角秒。对于多目标光纤光谱天文望远镜而言，意味着原先对准的目标天体将会部分甚至全部偏移光纤头。大数量光纤光谱的观测在20世纪90年代才兴起，因此，对于这一问题的解决通常采用两种方法解决：一是放弃这一组数据，二是对机械结构进行调整。天文望远镜获得一组观测数据的时间不等，有时曝光时间达1.5小时。而一架望远镜在一个晚上的观测时间也只有6小时左右，因此，这一问题严重影响了天文望远镜的观测效率。例如。LAMOST一次工作对准4000个目标天体，并连续跟踪1.5小时，这一“突跳”将会导致这一系列工作的前功尽弃。对于可工作时间非常宝贵的天文望远镜而言，这严重影响了望远镜的工作效率和成果的产出。如果对机械结构进行重新调整，则所需时间长，工作量大。

因此，迫切需要采用一种实时检测和实时修正的动态系统，在发生“突跳”前及时对主动轮和从动轮旋转轴线的扭转角进行在线检测和调整，使得传动系统工作在稳定状态。但是现有技术中尚没有完成这一任务的技术方案。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本申请的目的是提供一种极大天文望远镜滚动摩擦传动旋转轴扭转角动态修正系统。通过采用这套动态修正系统，使得摩擦传动过程中主动轮旋转轴线和从动轮旋转轴线在切向始终保持平行，保证主动轮和从动轮的运动同步，避免“突跳”现象的发生，保证望远镜能稳定工作。

本发明采用的技术方案是：一种极大天文望远镜滚动摩擦传动旋转轴扭转角动态修正系统，摩擦传动的主动轮和从动轮的转轴线平行设置，驱动电机、主动轮和支撑轴承构成主动轮结构，其特征在于，设有一个连接杠杆，该连接杠杆通过旋转支撑点架在支柱上，连接杠杆相对于支柱能够绕支撑点转动；所述的主动轮结构安装于连接杠杆的左端(相对于支柱，以下同)，在该连接杠杆的右端配有平衡重；在连接杠杆的右端设有实时检测连接杠杆上、下运动的长度计，该长度计的信号通过数据线输入控制系统；在连接杠杆的最右端装有调整机构，该调整机构的结构是：在连接杠杆最右端的上、下各设置一个钢球，该两个钢球以可自由旋转的方式安装在支架上，并与连接杠杆最右端之间留有一间隙；同时，还设有驱动支架上、下移动的修正电机，该修正电机由控制系统根据长度计反馈的信号控制。

如果主动轮旋转轴线和从动轮旋转轴线存在扭转角，则摩擦力在轴向就有分力，此力就会引起主动轮(摩擦轮)沿轴向运动。长度计可以实时检测到这种运动，并把信号反馈给控制系统，控制系统根据此信号驱动调整机构的支架上、下移动，并通过钢球对连接杠杆最右端进行调整。实现对扭转角的实时调整。