大口径楔镜支撑结构分析

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随 着现代光 学工程技 术的进 步 ，尤其是空 间光学系统 向口径更大 重量更轻 方向发展的需要，进-步推进了大口径光学镜 技术的发展 。光学上把 口径大干 或等于500 mm的光学镜定 义为大 口径光学镜 。大口径光学镜在天文仪器及其 它用途的光学探测器 中的地位 无疑是十分重要 的 ，它的面形精度直接决定了仪器的精度。光学元件的面 型精 度除受到加工 因素的影响外 ，其装夹 方法对面型影 响也较 大。本文设计了应 用 吊带装夹大 口径光 学元件的镜框 ，并提供 了设计 的理论 依据 。

图 1 总体结构图麓i B-B图2 镜框应力云图04 科技资讯 SCIENCE ＆ TECHNOLOGY INFORMATION1 钢带支撑方式镜架结构设计1.1总体设计结构被支撑的透镜为光楔镜 ，要求支撑后可俯仰 ±5 ，调节的精度制在 l 以内 ，需要保证透镜 的面差 /10P，.MS( 0.6328m)，根据透镜的功能 和参数要 求 ，本文设计 了- 种钢 带支撑方式的镜架 结构。总体 结构如 图l所示。

1.2镜框组件结构设计镜框组件包括深沟球轴承、3个 点限位结构 、镜框 、前后两 个俯 仰调节 结 构和镜座 。镜框和俯 仰调节结构相 结合实现楔镜的俯仰调节 ，3点限位结构是保证楔镜俯 仰时位置 可靠。

1.3俯仰调节结构俯仰 结 构 主要 由调 节 螺 钉和 支座 组成 ，支座固定在镜座上 ；调节螺钉采 用的是螺距P1.25 miD.的细牙螺纹螺钉。螺钉前部加工成 圆头 ，可防止调节过 程中与镜框之间的干涉冲突 。

当螺距pO.5时，旋转中线距离螺钉中心线的距离为31 5 mm(见附录工程 图)，楔镜旋转l 时，旋转螺钉需伸缩的距离为：315×sin1 ：1.5278x10 mm ；即螺 钉需 要旋转 ： × - ：0.143600 ，所得 - 7- - U.) x 彻 结果满足本设计最小微动量为 1的技术指标 ，通过在 螺钉前部 的半 球体的 圆周表 面刻 画出刻度即可确 定旋 转角度的大小 ，满足精 度要求。

1.4支撑组件结构设计支撑组件直接影响着透镜的安装精度和面差 ，本设计中采用的是钢带式支撑 ，这种支撑方式使 反射镜接触 面积 大 ，受 力比较均匀 ，对 面差 影响较小 。

钢带支撑结 构 同时 具有上 下 、左 右位置调节功能，-方面可调整透镜 的位置 ，另- 方面可调节透镜与钢带的接触角n。

2 镜架结构工作性能分析2.1镜框有限元分析对于本文设计的镜框组件，关键是要能够模拟镜框缮 的实际力学特性。本文在不影响 主要因素 的前提 下 ，合并 了只为工 业 技 术 SCIENCE＆TECHNOLOOY满足节后或使用上的要求而设置的次要构件 ，将所有倒角和过度圆角简化成直角 ，把螺栓联 结近似 成刚性 联结 ；对 镜框把手 的质量合并 到镜 框，得到简化的分析模型 。

(1)有限元模型 ：采用ANsYS对透镜实体模型进 行网格 划分 ，得到透镜 的有限元模型 ，划分网格时分 析结果 比较 重要的部分尽量细化网格 ，以得到比较准确的结果 ，有 限元 模型 。

(2)边界条件 ：根据镜 框的实际 受力情况 ，其左右两端 圆柱的下弧面固定 ，上端两个二维调 节结构的 装配位置施加压 力 ，如图4-4所示 ，nq为反射镜的质量 ，参数为(材料：K9玻璃；口径 ：中600 mm；厚度：65 mm)。

图 3 镜框位移变形云图为 了充分证 明镜框 结构的安 全性 、可靠性 ，在 计算 压 力 时 反 射镜 的 质 量m按60 kg计算得 ：Fmg60kgX9.8N/堙 588N(3)查看结果：得到镜框的最大应力Fj为3.406 MPa，应力云图如 图2所示 ，最大变形位移Sj为0.006483 mm，位移变形云图如图3所示。完全满足材料的抗拉 强度。

3 结论该机械结构适合用于口径为50-600 mm的光学透镜的支撑 ，可以实现微量调整光心位置 ，机械结构相对简单 ，性能可靠且实用，提高 了大 口径支撑结构的技术水平。