基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构及注油方法与流程

本发明涉及一种精密机械装置，具体涉及一种基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构及注油方法，适用于望远镜主镜与轴向解耦的径向支撑机构的需求。

背景技术：

望远镜的主镜是望远镜系统最大的光学元件，主镜的支撑效果对望远镜的成像质量有很大的影响。而主镜的支撑一般由轴向支撑和径向(或侧向)支撑组成，好的支撑系统要求，轴向和径向支撑完全解耦，互不干涉。芯轴机构是一种常用的主镜径向支撑机构，常见的芯轴机构由芯轴外圈、芯轴内圈和芯轴支柱等组成。芯轴机构主要有两种：一种内圈和外圈采用硬性接触，此时外圈外形一般设计为鼓型，外圈和主镜中孔之间是线接触；另一种外圈和主镜中孔之间采用柱面接触，利用结构胶粘接在一起，而内圈和外圈采用弹性膜片连接，弹性膜片轴向刚度小而径向刚度大。但这两种方式都不能做到和轴向支撑完全解耦，第一种方式的鼓型外圈和主镜中孔之间存在摩擦力；第二种方式使用的弹性膜片刚度不是无限小。因此需要设计一种和轴向支撑完全解耦的径向支撑。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的望远镜主镜芯轴无法做到和轴向支撑完全解耦的问题，提供一种基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构及注油方法。

基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构，包括芯轴外圈、芯轴内圈和芯轴立柱，还包括芯轴压块、上薄膜内压盘、上薄膜外压盘、下薄膜外压盘、滚动薄膜和下薄膜内压盘；所述芯轴外圈和主镜中孔接触并通过胶粘结固定，所述芯轴内圈通过芯轴压块固定在芯轴立柱上，芯轴立柱安装在镜室上；所述芯轴内圈和芯轴外圈通过上下两片滚动薄膜连接，通过上薄膜内压盘和上薄膜外压盘固定在芯轴外圈上，通过下薄膜内压盘和下薄膜外压盘固定在芯轴内圈上；所述芯轴内圈、芯轴外圈和滚动薄膜构成密闭腔；液压油通过芯轴外圈上的两个注油口注入所述密闭腔中，注满后通过内六角塞柱密封。

基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构的注油方法，该方法由以下步骤实现：

首先将芯轴机构水平放置，将内六角柱塞卸掉，然后通过芯轴外圈上的注 油输入口注油，液压油通过注油输入口向上流动，最后从注油输出口流出；

当注满后，采用六角柱塞将注油输出口密封，再将芯轴机构旋转180度将注油输入口朝上放置，静置一段时间后，用内六角柱塞将注油输入口密封，完成注油。

本发明的有益效果：本发明利用静压原理设计的密闭油腔来作为主镜的径向支撑，可以做到径向刚度无限大而轴向刚度无限小，满足径向支撑和轴向支撑完全解耦的需求。可以保证主镜在两种状态下轴向支撑和芯轴机构可以完全解耦，互不干涉，主镜始终保持理想的支撑效果。

附图说明

图1为本发明所述的基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构的结构示意图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为本发明所述的基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构中密闭腔的注油原理示意图；

图4为本发明所述的基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构的径向受力原理图。

图中：1、芯轴压块，2、上薄膜内压盘，3、密闭腔，4、上薄膜外压盘，5、芯轴外圈，6、内六角柱塞，7、主镜，8、轴向支撑，9、芯轴内圈，10、下薄膜外压盘，11、滚动薄膜，12、下薄膜内压盘，13、芯轴立柱，14、镜室。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构，包括芯轴压块1、上薄膜内压盘2、上薄膜外压盘4、芯轴外圈5、内六角柱塞6、芯轴内圈9、下薄膜外压盘10、滚动薄膜11、下薄膜内压盘12和芯轴立柱13。芯轴组件主要由芯轴内圈9、芯轴外圈5和芯轴立柱13组成。其中芯轴外圈5和主镜1中孔接触，两者之间通过胶粘结在一起。芯轴立柱13通过螺钉安装在镜室14上，芯轴内圈9则通过芯轴压块1固定在芯轴立柱13上。芯轴内圈9和芯轴外圈5则通过上下两片滚动薄膜11连接在一起，滚动薄膜11通过上薄膜内压盘2、上薄膜外压盘4、下薄膜内压盘10和下薄膜外压盘12分别固定在芯轴外圈5和芯轴内圈9上。芯轴内圈9、芯轴外圈5和滚动薄膜11一起构成一个密闭腔3，密闭腔3中充满了低温液压油，液压油是 通过芯轴外圈9上的两个注油口注入，注满后通过内六角柱塞6密封。

本实施方式中，当主镜指向竖直时，由于本发明的芯轴机构使用的密闭腔充满液压油，而液体没有切向刚度，而滚动薄膜的切向刚度也很小，因此主镜的重量完全由轴向支撑负担。当主镜指向水平时，主镜的重力会引起密闭腔的体积改变，而液体不可压缩，即此时芯轴机构的油腔刚度无限大，因此主镜重量完全由芯轴机构承担。

具体实施方式二、结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的基于静压原理的望远镜主镜芯轴机构的注油方法，该方法通过以下过程实现：

首先将芯轴机构水平放置，将内六角柱塞6卸掉，然后通过图3中给出的注油输入口注油，低温液压油通过最低处逐步向上流动，最后从注油输出口流出。当注满后，首先将注油输出口的六角柱塞6旋进芯轴外圈5，将注油输出口密封。

然后将芯轴机构旋转将原来的注油输入口朝上放置，静置一段时间后(一般为七天左右)，在用内六角柱塞6将注油输入口也密封，完成芯轴机构的注油。

本实施方式所述的低温液压油的温度范围在-30℃至-50℃之间。

结合图4说明本实施方式，图4中给出了芯轴机构作为径向支撑时的密闭油腔受力原理图。从图中可以看到，当主镜7指向水平时主镜的重量完全由芯轴机构承担。假设密闭腔3受主镜重力作用向下有位移ΔZ，则密闭腔3截面的圆弧部分A和B，分别变形为椭圆弧A'和B'。圆弧A和椭圆弧A'的长度一致，圆弧B和椭圆弧B'的长度一致。由于同样材料构成的几何图形，圆形的面积最大，圆弧A和B的面积一定大于椭圆弧A'和B'。即密闭腔3在受到主镜重力作用时体积会缩小，密闭腔3中充满了低温液压油，液体的体积模量很大，液体的体积几乎不可压缩，密闭腔3产生的体积压缩很小，主镜7的重力方向位移ΔZ就很小，因此芯轴机构的径向支撑刚度非常大，主镜重量完全由芯轴机构支撑。而液体内部切向摩擦力很小，滚动薄膜11切向刚度也很低，当主镜指向竖直时，主镜重量完全由轴向支撑8。因此使用该芯轴机构可以保证主镜在不同的俯仰状态时，径向支撑和轴向支撑完全解耦，互不干涉。

本实施方式中设计的芯轴机构采用静压原理对主镜进行径向支撑，可以保 证径向刚度大而轴向刚度几乎为零，从而很好地和轴向支撑解耦，保证望远镜主镜不同俯仰状态下良好的支撑效果。