本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)制造，具體涉及一種單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。

背景技術(shù)：

1、大型精密儀器對(duì)精度要求高、體積及質(zhì)量也相應(yīng)很大，相比小型儀器有顯著不同。大型精密儀器使用的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，需考慮高精度、高剛度、便于裝調(diào)及運(yùn)輸?shù)确矫?，一個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域在大型天文望遠(yuǎn)鏡上。

2、隨著新技術(shù)的不斷突破，國(guó)內(nèi)外相繼建成了一批大型天文望遠(yuǎn)鏡，大型天文望遠(yuǎn)鏡大多采用地平式結(jié)構(gòu)，對(duì)方位軸系要求越來(lái)越高，方位軸系是跟蹤機(jī)架的垂直回轉(zhuǎn)軸，不僅要有高精度回轉(zhuǎn)功能，更要有較大的承載能力，因此，研制承載能力強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)精度高的方位軸系越來(lái)越迫切。

3、地平式望遠(yuǎn)鏡在對(duì)天體實(shí)施跟蹤過(guò)程中，探測(cè)器會(huì)因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)產(chǎn)生像場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，視場(chǎng)中的恒星會(huì)隨著視場(chǎng)中心旋轉(zhuǎn)，使后期的目標(biāo)識(shí)別和圖像處理非常困難。為了準(zhǔn)確清晰地觀測(cè)星象，需要對(duì)視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。目前視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)姆绞街饕泻蠖藘x器平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)消旋、光學(xué)儀器消旋以及后期圖像處理消旋，而大中型太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡則因終端儀器比較重，主要考慮采用專門的平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)像場(chǎng)消旋裝置。

4、隨著天文學(xué)的發(fā)展，望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)要求越來(lái)越高，地平式太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡安裝在消旋平臺(tái)上的光譜儀、濾光器等終端儀器數(shù)量越來(lái)越多，體積相應(yīng)增大，因此對(duì)像場(chǎng)消旋裝置的要求也越來(lái)越高。為了滿足天文學(xué)觀測(cè)要求，像場(chǎng)消旋裝置不僅要有很大的裝配空間，同時(shí)還要有足夠結(jié)構(gòu)剛度和良好的跟蹤精度，但大的像場(chǎng)消旋裝置整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，給電控系統(tǒng)帶來(lái)了很大的困難，所以消旋裝置在滿足剛性需求的基礎(chǔ)上，還得實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)；消旋平臺(tái)性能優(yōu)劣直接影響到終端儀器的觀測(cè)精度，需要研制性能可靠的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。

5、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式主要有直接驅(qū)動(dòng)、通過(guò)齒輪、蝸輪蝸桿等機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)需要極大的電機(jī)、成本極高；齒輪嚙合、蝸輪蝸桿傳動(dòng)的成本較低，但是存在嚙合間隙等問題。齒隙是齒輪在嚙合過(guò)程中存在的間隙，是為了齒輪更好的嚙合、減少磨損正常存在的現(xiàn)象，但齒輪在正反轉(zhuǎn)以及加減速過(guò)程中齒隙易造成空回，在光學(xué)跟蹤過(guò)程中，影響跟蹤精度。

6、為滿足旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的安裝尺寸、承載能力等方面要求，需選取大直徑的旋轉(zhuǎn)軸承作為傳動(dòng)齒輪，例如直徑2.5米級(jí)的外圈帶齒輪的旋轉(zhuǎn)軸承，而直徑2.5米級(jí)傳動(dòng)齒輪因受加工工藝、加工精度等條件限制，存在齒形誤差，易形成齒輪突跳，對(duì)齒輪的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性造成影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決天文望遠(yuǎn)鏡大型旋轉(zhuǎn)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、裝配空間不足、跟蹤精度差、控制困難等問題，本發(fā)明提出一種單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，通過(guò)高彈性補(bǔ)償齒輪消隙機(jī)構(gòu)解決了齒隙空回和齒輪突跳的問題，通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)，降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使該系統(tǒng)具有良好的運(yùn)動(dòng)精度和控制穩(wěn)定性，為天文望遠(yuǎn)鏡大型旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的研制提供了方法和技術(shù)積累。

2、本發(fā)明的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，包括水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、齒輪消隙機(jī)構(gòu)、桁架機(jī)構(gòu)以及光學(xué)平臺(tái)；所述水平調(diào)整機(jī)構(gòu)包括固定于地基上的旋轉(zhuǎn)底座，所述旋轉(zhuǎn)底座的上端面同軸安裝外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承，所述外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承、桁架機(jī)構(gòu)及光學(xué)平臺(tái)依次固定連接；所述齒輪消隙機(jī)構(gòu)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)底座的側(cè)面；所述齒輪消隙機(jī)構(gòu)包括多級(jí)齒輪傳動(dòng)箱以及彈性壓力預(yù)緊裝置；所述多級(jí)齒輪傳動(dòng)箱包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、均與外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承嚙合的齒輪一和齒輪二、與所述齒輪一和齒輪二分別同軸安裝的齒輪三和齒輪四以及與齒輪三和齒輪四嚙合且與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸同軸安裝的小齒輪五；所述彈性壓力預(yù)緊裝置包括碟簧座、位于碟簧座內(nèi)的碟簧、與所述碟簧的兩端分別連接的預(yù)緊螺釘、頂針，所述頂針與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)外殼相抵；所述齒輪傳動(dòng)箱的齒輪箱蓋板上設(shè)有導(dǎo)軌，所述碟簧座、導(dǎo)軌均與齒輪箱蓋板固定連接；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)外殼上固定連接滑塊，所述滑塊與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。

3、可選地，所述齒輪一位于齒輪二的右側(cè)，所述齒輪一的左齒面、所述齒輪二的右齒面分別與外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承的右齒面、左齒面貼合。

4、可選地，所述水平調(diào)整機(jī)構(gòu)包括若干個(gè)調(diào)整墊鐵；所述調(diào)整墊鐵的高度可調(diào)節(jié)，底端固定于地基上，頂端固定于旋轉(zhuǎn)底座的下端面；所述旋轉(zhuǎn)底座為圓環(huán)形箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有若干條加強(qiáng)筋，圓心處設(shè)置中心定位筒。

5、可選地，所述加強(qiáng)筋在旋轉(zhuǎn)底座中的分布是以旋轉(zhuǎn)底座圓心為中心而呈射線狀；所述調(diào)整墊鐵在旋轉(zhuǎn)底座上的位置與所述加強(qiáng)筋和旋轉(zhuǎn)底座相交的位置相對(duì)應(yīng)。

6、可選地，所述桁架機(jī)構(gòu)為拼接式桁架機(jī)構(gòu)，包括正八邊形的中心桁架和與中心桁架外側(cè)邊一一連接的八個(gè)外翼桁架；所述中心桁架與外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承固定連接；在中心桁架、外翼桁架的框架連接處設(shè)有扇形盤片，中心桁架與外翼桁架之間、外翼桁架兩兩之間的連接處的各個(gè)扇形盤片能夠拼接構(gòu)成圓形盤片。

7、可選地，在拼接的圓形盤片上設(shè)置過(guò)渡圓板，所述拼接式桁架機(jī)構(gòu)通過(guò)所述過(guò)渡圓板與光學(xué)平臺(tái)固定連接。

8、可選地，所述光學(xué)平臺(tái)包括平鋪于桁架機(jī)構(gòu)上的多單元光學(xué)面包板，所述多單元光學(xué)面包板包括四個(gè)第一光學(xué)平臺(tái)和四個(gè)第二光學(xué)平臺(tái)；所述四個(gè)第一光學(xué)平臺(tái)拼接形成正方形，四個(gè)第二光學(xué)平臺(tái)能與拼接成的正方形拼接形成一個(gè)圓形的光學(xué)平臺(tái)。

9、可選地，所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括若干個(gè)頂升機(jī)構(gòu)，所述頂升機(jī)構(gòu)包括支撐底座、豎直設(shè)置于支撐底座中心處的連接螺桿以及與連接螺桿外側(cè)一圈固定連接的若干個(gè)橫臂；所述頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置于光學(xué)平臺(tái)和桁架機(jī)構(gòu)之間，所述底座位于桁架機(jī)構(gòu)上端面，所述螺桿與光學(xué)平臺(tái)的螺孔螺紋連接。

10、可選地，所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括電控系統(tǒng)，所述電控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)電氣連接；所述電控系統(tǒng)包括1個(gè)光柵鼓及若干個(gè)讀數(shù)頭；旋轉(zhuǎn)底座中心處設(shè)有中心定位筒，所述讀數(shù)頭和光柵鼓設(shè)置于中心定位筒上。

11、可選地，所述桁架機(jī)構(gòu)的水平端面外接圓直徑為8米，所述光學(xué)平臺(tái)平面為直徑8米的圓形，所述旋轉(zhuǎn)底座的直徑為2820毫米，所述外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承的直徑為2.5米。

12、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，通過(guò)高彈性補(bǔ)償?shù)凝X輪消隙機(jī)構(gòu)，包括壓力預(yù)緊裝置、雙齒輪嚙合外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，僅利用單電機(jī)控制，即解決了齒隙空回的問題，提高了齒輪傳動(dòng)精度；并且能夠?qū)崿F(xiàn)彈性補(bǔ)償吸收運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的嚙合突變力，解決了齒形誤差引起的齒輪磨損等問題；單個(gè)單電機(jī)控制簡(jiǎn)便、成本低。進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)拼接式桁架、多單元光學(xué)平臺(tái)及其頂升機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)，不僅能拼接出直徑可達(dá)8米的大型光學(xué)平臺(tái)，且光學(xué)平臺(tái)剛性好，平面度好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，控制難度低，組裝簡(jiǎn)單，吊運(yùn)方便，尤其適用于天文望遠(yuǎn)鏡大型旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的搭建及精密驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為大型天文望遠(yuǎn)鏡方位軸系研制提供了新的思路，為消旋平臺(tái)的研制提供了可靠的技術(shù)途徑。

技術(shù)特征：

1.一種單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，包括水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、齒輪消隙機(jī)構(gòu)、桁架機(jī)構(gòu)以及光學(xué)平臺(tái)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，齒輪一位于齒輪二的右側(cè)，所述齒輪一的左齒面、所述齒輪二的右齒面分別與外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承的右齒面、左齒面貼合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，所述水平調(diào)整機(jī)構(gòu)包括若干個(gè)調(diào)整墊鐵；所述調(diào)整墊鐵的高度可調(diào)節(jié)，底端固定于地基上，頂端固定于旋轉(zhuǎn)底座的下端面；所述旋轉(zhuǎn)底座為圓環(huán)形箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有若干條加強(qiáng)筋，圓心處設(shè)置中心定位筒。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，所述加強(qiáng)筋在旋轉(zhuǎn)底座中的分布是以旋轉(zhuǎn)底座圓心為中心而呈射線狀；所述調(diào)整墊鐵在旋轉(zhuǎn)底座上的位置與所述加強(qiáng)筋和旋轉(zhuǎn)底座相交的位置相對(duì)應(yīng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，所述桁架機(jī)構(gòu)為拼接式桁架機(jī)構(gòu)，包括正八邊形的中心桁架和與中心桁架外側(cè)邊一一連接的八個(gè)外翼桁架；所述中心桁架與外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承固定連接；在中心桁架、外翼桁架的框架連接處設(shè)有扇形盤片，中心桁架與外翼桁架之間、外翼桁架兩兩之間的連接處的各個(gè)扇形盤片能夠拼接構(gòu)成圓形盤片。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，在拼接的圓形盤片上設(shè)置過(guò)渡圓板，所述拼接式桁架機(jī)構(gòu)通過(guò)所述過(guò)渡圓板與光學(xué)平臺(tái)固定連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，所述光學(xué)平臺(tái)包括平鋪于桁架機(jī)構(gòu)上的多單元光學(xué)面包板，所述多單元光學(xué)面包板包括四個(gè)第一光學(xué)平臺(tái)和四個(gè)第二光學(xué)平臺(tái)；所述四個(gè)第一光學(xué)平臺(tái)拼接形成正方形，四個(gè)第二光學(xué)平臺(tái)能與拼接成的正方形拼接形成一個(gè)圓形的光學(xué)平臺(tái)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，包括若干個(gè)頂升機(jī)構(gòu)，所述頂升機(jī)構(gòu)包括支撐底座、豎直設(shè)置于支撐底座中心處的連接螺桿以及與連接螺桿外側(cè)一圈固定連接的若干個(gè)橫臂；所述頂升機(jī)構(gòu)設(shè)置于光學(xué)平臺(tái)和桁架機(jī)構(gòu)之間，所述底座位于桁架機(jī)構(gòu)上端面，所述螺桿與光學(xué)平臺(tái)的螺孔螺紋連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，包括電控系統(tǒng)，所述電控系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)電氣連接；所述電控系統(tǒng)包括1個(gè)光柵鼓和若干個(gè)讀數(shù)頭；旋轉(zhuǎn)底座中心處設(shè)有中心定位筒，所述讀數(shù)頭和光柵鼓設(shè)置于中心定位筒上。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，其特征在于，所述桁架機(jī)構(gòu)的水平端面外接圓直徑為8米，所述光學(xué)平臺(tái)平面為直徑8米的圓形，所述旋轉(zhuǎn)底座的直徑為2820毫米，所述外圈帶齒轉(zhuǎn)盤軸承的直徑為2.5米。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，提供一種單電機(jī)消隙機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)包括水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、齒輪消隙機(jī)構(gòu)、桁架機(jī)構(gòu)以及光學(xué)平臺(tái)；所述齒輪消隙機(jī)構(gòu)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)底座的側(cè)面。本發(fā)明的單電機(jī)高彈性補(bǔ)償齒輪消隙機(jī)構(gòu)控制簡(jiǎn)便，成本低，同時(shí)解決了齒隙空回的影響，實(shí)現(xiàn)光學(xué)平臺(tái)在正向和反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)減小齒隙誤差和突跳誤差，提高傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，減小齒輪磨損。通過(guò)輕量化設(shè)計(jì)的拼接式桁架機(jī)構(gòu)，以及多單元光學(xué)平臺(tái)及調(diào)整機(jī)構(gòu)，能拼接出剛性好、平面精度高、裝配空間大的機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，組裝簡(jiǎn)單、吊運(yùn)方便；尤其適用于大型望遠(yuǎn)鏡等大型精密儀器要求裝配空間大的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。

技術(shù)研發(fā)人員：姜翔,翟劉彬,葉宇,樂中宇,顧伯忠,何鑫,趙特
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30