带预紧力的次镜支撑结构

1.本发明涉及空间遥感技术领域，特别涉及一种带预紧力的次镜支撑结构。


背景技术：

2.为了实现航天相机对地观测更高的分辨率，相机的口径和焦距逐渐增大。随着光学反射镜尺寸的增加，随之带来的困难是质量的急剧增加及组件和整机力学性能的下降。其中较敏感的组件包括次镜组件。对于同轴光学系统，由于次镜组件在光学系统的最前端，一般为悬臂最长的位置点，且次镜组件的支撑需通过周边延伸出较长的支撑结构实现。因此若次镜质量稍微有所增加，会产生较大的力学响应，同时特征频率会大幅衰减。一般会采用提高周边支撑的刚度的方法来弥补其带来的缺陷。提高次镜组件支撑结构刚度的方法一般包括增加支撑点数量、增加支撑结构材料厚度、选择更高比刚度的材料进行支撑结构设计等。
3.针对大口径同轴光学系统的航天相机的次镜支撑结构，采用三个、四个、六个及更多的支撑梁、支撑桁架或支撑板沿径向对次镜组件及整机框架进行连接，因此实现其较好的支撑。若要提高次镜组件的支撑刚度，现有技术会采用增加支撑结构横截面积的方法，即增加支撑结构材料。但该种方法同样会增加整体的重量，因此效率较低。同时横截面积加大也会增加系统的遮拦比，不利于光学系统性能的提升。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种带预紧力的次镜支撑结构，可以在不增加支撑结构质量的同时，获得较高的次镜组件支撑刚度。
5.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
6.本发明提供一种带预紧力的次镜支撑结构，包括：前框架、中心框架、辐板和预紧力调节组件。
7.前框架为圆环式结构，预紧力组件均匀分布在前框架上且与前框架进行固定连接；辐板的第一端与中心框架进行连接，第二端与预紧力调节组件进行连接；中心框架的一侧安装有次镜结构，通过对预紧力调节组件的调节实现对中心框架的位置约束，最终实现对次镜结构的支撑。
8.优选地，在前框架圆环式结构上均匀设置有凹槽，预紧力调节组件安装在凹槽的内部。
9.优选地，预紧力调节组件包括：预紧螺钉、轴承外端盖、调心滚子轴承、轴承固定座、内环锁紧螺母；
10.轴承固定座通过螺钉固定在前框架的凹槽内，调心滚子轴承和内环锁紧螺母安装在前框架的内部，用于对预紧螺钉的方向进行限定；轴承外端盖位于轴承固定座的外端，用于对调心滚子轴承的位置进行限定；预紧螺钉的一端与调心滚子轴承形成卡位配合，另一端穿过调心滚子轴承和内环锁紧螺母伸出前框架，预紧螺钉另一端与辐板的第二端进行连
接。
11.优选地，预紧螺钉为阶梯轴结构，依次包括限位段、轴承配合段、锁紧螺纹段、扳手卡合段、预紧螺纹段；
12.预紧螺钉的限位段卡在调心滚子轴承的底端，轴承配合段与调心滚子轴承的内圈相配合；锁紧螺纹段与内环锁紧螺母形成螺纹配合，扳手卡合段伸出前框架，预紧螺纹段与辐板的第二端进行连接。
13.优选地，辐板为板材状结构，辐板的横截面形状由第一端的长方形截面逐渐转变为第二端的正方形截面；
14.辐板的第二端设置有与锁紧螺钉中锁紧螺纹段形成螺纹配合的内螺纹。
15.优选地，在辐板的第二端与预紧力调节组件进行连接时，通过扳手卡住预紧螺钉的扳手卡合段进行预紧螺纹段的配合长度调节，实现带预紧力的次镜支撑结构。
16.优选地，在锁紧螺钉与辐板第二端的内螺纹进行连接之前，在锁紧螺钉的预紧螺纹段涂有结构胶。
17.优选地，中心框架为中心对称形状的中空结构，每个辐板的第一端与中心框架的一个直角端进行固定连接；
18.中心框架一侧设置有接口，用于与次镜结构进行连接。
19.优选地，次镜结构与中心框架连接后，次镜结构与中心框架整体的重心面与预紧螺钉中心线所构成的平面相重合。
20.优选地，中心框架和辐板为钛合金或碳纤维材料。
21.与现有的技术相比，本发明可以在不增加支撑结构质量的同时，获得较高的次镜组件支撑刚度。且支撑结构比较简单，成本低、容易实现。可根据实际结构进行预紧力的调整，满足不同工况的需求。带预紧力的次镜支撑结构具有拉紧力方向被动找正特点，使次镜组件获得稳定可靠的支撑。本发明提供的带预紧力的次镜支撑结构可用于大口径航天相机或平行光管等产品。
附图说明
22.图1是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构示意图。
23.图2是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的预紧力调节组件的结构示意图。
24.图3是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的预紧螺钉的结构示意图。
25.图4是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的辐板主视图。
26.图5是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的辐板俯视图。
27.图6是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的辐板右视图。
28.图7是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的中心框架结构示意图。
29.图8是根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构的应用实例示意图。
30.其中的附图标记包括：前框架1、中心框架2、辐板3、预紧力调节组件4、4-1预紧螺钉、4-2轴承外端盖、4-3调心滚子轴承、4-4轴承固定座、4-5内环锁紧螺母。
具体实施方式
31.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
33.图1示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构示意图。
34.如图1所示，本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构包括：前框架1、中心框架2、辐板3和预紧力调节组件4。
35.前框架1为圆环式结构，在圆环式结构的圆周上设置有若干个凹槽，在凹槽内安装有预紧力调节组件4，中心框架2通过辐板3与预紧力调节组件4之间进行固定连接。中心框架2为中心对称形状的中空结构，多边形或圆形均可以，且对角线方向由十字交叉加强筋连接。每个辐板3的第一端与中心框架2的一个直角端固定连接，辐板3的第二端与预紧力调节组件4进行固定连接。
36.辐板3的数量与预紧力调节组件4的数量相同。中心框架2和辐板3为钛合金或碳纤维等高比刚度材料。
37.在本发明的一个实施例中，辐板3的数量为4个，预紧力调节组件4的数量为4个。
38.图2示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的预紧力调节组件的结构示意图。
39.图3示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的预紧螺钉的结构示意图。
40.如图2和图3所示，预紧力调节组件4包括：预紧螺钉4-1、轴承外端盖4-2、调心滚子轴承4-3、轴承固定座4-4、内环锁紧螺母4-5。
41.轴承固定座4-4通过螺钉与前框架1进行固定连接。轴承固定座4-4的内部设置有调心滚子轴承4-3和内环锁紧螺母4-5。
42.调心滚子轴承4-3放置在轴承固定座4-4内，调心滚子轴承4-3用于对预紧螺钉4-1的方向进行限定。调心滚子轴承4-3还用于使预紧螺钉4-1对辐板3增加预紧力时自动找正，仅带给辐板3沿径向的预紧力，避免产生其余方向的装配应力，使次镜组件具有较好的稳定性。
43.轴承外端盖4-2位于轴承固定座4-4的端部，与轴承固定座4-4进行固定连接，通过轴承外端盖4-2对调心滚子轴承4-3的外圈进行限位。
44.预紧螺钉4-1为阶梯轴结构，包括限位段、轴承配合段、锁紧螺纹段、扳手卡合段、预紧螺纹段。
45.预紧螺钉4-1依次穿过调心滚子轴承4-3的内圈和内环锁紧螺母4-5。
46.预紧螺钉4-1的限位段卡在调心滚子轴承4-3的底端，轴承配合段与调心滚子轴承4-3的内圈相配合；锁紧螺纹段与内环锁紧螺母4-5形成螺纹配合，扳手卡合段伸出前框架1，预紧螺纹段与辐板3一端的内螺纹形成螺纹配合，对辐板3进行固定。
47.图4示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的辐板主视图。
48.图5示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的辐板俯视图。
49.图6示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的辐板右视图。
50.如图4-6所示，辐板3为板材状结构，第一端与中心框架2进行连接，第二端与预紧力调节组件4进行连接。
51.辐板3的横截面形状由第一端的长方形截面逐渐转变为第二端的正方形截面。辐板3与中心框架2的连接端的宽度较宽，但厚度较薄；辐板3与预紧力调节组件4的连接端宽度较窄，但厚度较厚。辐板3具有较高的内部张紧力的传递效率。
52.辐板3的第二端设置有与锁紧螺钉4-1中锁紧螺纹段相配合的内螺纹，辐板3的第二端与预紧力调节组件4进行连接时，可通过扳手卡住预紧螺钉4-1的扳手卡合段进行预紧螺纹段的配合长度调节，因此实现带预紧力的次镜支撑结构。在锁紧螺钉4-1与辐板3的内螺纹形成螺纹配合前，需在锁紧螺钉4-1的预紧螺纹段涂上结构胶，这样在调节完预紧力待胶干后，可保证螺纹连接的稳定性和可靠性。
53.图7示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构中的中心框架结构示意图。
54.如图7所示，中心框架2一端设有与次镜组件进行连接的接口。次镜组件与中心框架连接后，其整体重心面与四个预紧螺钉中心线所构成的平面重合。
55.图8示出了根据本发明实施例提供的带预紧力的次镜支撑结构的应用实例示意图。
56.如图8所示，前框架与相机的承力筒圆周方向固连。通过采用带预紧力的次镜支撑结构，次镜支撑结构和次镜组件的整体结构一阶模态明显提升，可以满足卫星发射时的抗振需求。
57.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
58.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。