CN106989078B - 一种电磁导向的光学主镜支承液压缸及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁导向的光学主镜支承液压缸及其方法，由电磁导向装置、无摩擦力隔膜液压缸及调高装置组成；电磁导向装置由电磁铁、永磁体等组成，用于约束和引导液压缸活塞直线运动；无摩擦力隔膜液压缸由上缸体、下缸体、活塞件等组成，用于提供光学主镜所需支承力；调高装置主要由底座、紧定螺钉、连接螺栓、升降台及套筒等组成，用于调节液压缸安装高度，光学主镜支承液压缸用于在大口径光学主镜加工过程中，采用多个支承装置分布式支承方式，为主镜提供多支承点的支承力，消除支承液压缸工作过程中因约束活塞而产生的附加阻力，具有精度高、活塞径向刚度可调、可控性强、高度调节范围大、操作方便、消除传统约束方法产生的误差等优点。
Description
技术领域
本发明属于支承液压缸技术领域，具体涉及一种电磁导向的光学主镜支承液压缸及其方法，尤其是一种在试验室环境中使用电磁导向装置有效约束活塞直线运动，能够为加工光学主镜提供高刚度、柔度可调、多点等力支承的光学主镜支承液压缸。
背景技术
随着天文学及航空航天技术的发展，相关技术领域对望远镜探测能力的要求不断提高。望远镜探测能力与光学主镜口径直接相关，为获得更好的探测效果，主镜口径越来越大，主镜加工过程中的支承难度也随之增加，研制高精度、高可靠性的支承设备，对提高大型光学元件加工精度具有重要意义。
液压支承作为一种光学主镜支承形式，目前在一些大型望远镜的主镜加工中有较多应用，多采用薄膜式双腔液压缸，因其特殊结构需要金属弹性膜片作为液压缸活塞的径向定位导向装置，仍会因弹性形变对液压缸支承力附加一定阻力，同时液压缸行程较小，对一些特殊加工条件难以适应。电磁导向装置具有非接触、无阻力、约束力可调等优点，能有效解决现有问题。机械调高装置结构紧凑，能根据需要进一步提高液压缸支承高度调节行程，固定简单可靠。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电磁导向的光学主镜支承液压缸及其方法，该发明结构紧凑，布局合理，支承精度高，调高范围大，对现有技术性能有较大提升。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，由电磁导向装置、无摩擦力隔膜液压缸、调高装置构成的光学主镜调高支承***，所述无摩擦力隔膜液压缸由缸体及位于缸体中的中心轴组成；所述电磁导向装置固定于所述缸体中并沿所述中心轴呈周向均匀对称设置，包括位于同一水平面上水平设置的电磁铁和永磁体，两者同心对应设置，其中，所述电磁铁固定在所述无摩擦力隔膜液压缸上缸体的连接孔上，所述永磁体固定在无摩擦力隔膜液压缸的外部活塞件上；
所述调高装置由下至上依次为固连的底座和套筒，两者均为中空结构，内部空腔中设升降平台并沿所述空腔垂直上下滑动，升降平台的螺杆上安装有锁紧螺母，位于套筒之上；所述升降平台与无摩擦力隔膜液压缸的缸体下部固连。
进一步的，所述电磁导向装置在所述无摩擦力隔膜液压缸的缸体内沿周向并在同一水平面上均匀布置四组电磁铁和永磁体；所述永磁体通过紧定螺钉连接在无摩擦力隔膜液压缸外部活塞件上，所述永磁体与所述四个电磁铁的铁芯分别同心对应。电磁铁所产生的磁场与永磁体之间产生相互排斥的磁场力，保持支承油缸中心轴在径向力平衡。
进一步的，所述缸体由上缸体、下缸体连接组成，以上、下缸体连接面为对称面，所述电磁导向装置所处平面在上、下缸体内上下对称布置。
四组电磁铁和永磁体采用对称布置方式，四组电磁铁和永磁体之间产生的磁场力大小相等，能够保证中心轴在径向的约束力足够大而又不冗余过多的约束力，并且使中心轴在径向力平衡；电磁铁和永磁体分别在上下缸体连接面为对称面各对称布置四组，使中心轴在径向有两个约束点，上下八组电磁铁和永磁体之间产生的磁场力大小相等，在无外界附加载荷情况下使中心轴位于缸体的中心位置。
进一步的，所述电磁铁从外至内依次由电磁铁外壳和线圈以及铁芯构成，所述电磁铁所产生磁场强度根据线圈工作电流大小进行调节。调节电磁铁与永磁体之间所产生的排斥力大小，从而改变无摩擦力隔膜液压缸活塞径向约束力大小，起到调节活塞径向柔度的作用。
进一步的，所述底座内侧水平固设有紧定螺钉，所述调高装置的升降平台的侧面开有导向槽，与所述紧定螺钉形成间隙配合关系。通过紧定螺钉约束升降台的圆周方向旋转运动，使升降台仅能垂直位移，仅有上升和下降的自由度。
进一步的，所述升降平台的顶部经连接螺栓与无摩擦力隔膜液压缸的缸体下部连接，所述升降平台的下部与套筒通过螺旋副连接，所述底座与套筒通过锁紧螺栓固定在一起。
一种电磁导向的光学主镜支承液压缸的方法，包括以下步骤：
1)在进行机械调高时，调节锁紧螺母的下表面不与套筒的上表面贴合，同时松开锁紧螺栓，使底座和套筒不固定；
2)上下调节升降平台至所需高度；
3)在调整完成进行位置锁死时，调节锁紧螺母的下表面与套筒上表面贴合，并在锁死时施加预紧力，同时拧紧锁紧螺栓，将底座和套筒固定在一起，确保升降台相对位置保持不变。
有益效果：本发明提供的一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，可实现大口径光学主镜加工过程中位置和姿态的调整，采用多个此装置并联方式支承，为主镜提供多支承点的支承力，可完全消除支承液压缸工作过程中因约束活塞而产生的附加阻力，使液压缸支承轴径向存在一定的刚度，具有精度高、可控性强、操作方便、可有效消除传统约束方法产生的误差等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电磁导向部分的结构示意图；
图3为本发明的机械调高部分的结构示意图。
具体实施方式
本发明为一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，特别涉及一种液压缸活塞电磁约束方式，可在约束液压缸活塞直线运动的同时不产生摩擦阻力。该光学主镜支承液压缸主要由电磁导向装置、无摩擦力隔膜液压缸及调高装置组成；电磁导向装置主要由电磁铁、永磁体、紧定螺钉、连接螺栓等组成，用于约束和引导液压缸活塞直线运动；无摩擦力隔膜液压缸主要由上缸体、下缸体、滚动薄膜、活塞件等组成，用于提供光学主镜所需支承力；调高装置主要由底座、紧定螺钉、锁紧螺母、连接螺栓、升降台及套筒等组成，用于调节液压缸安装高度，光学主镜支承液压缸用于在大口径光学主镜加工过程中，通过采用多个支承装置分布式支承方式，为主镜提供多支承点的支承力，并可完全消除支承液压缸工作过程中因约束活塞而产生的附加阻力，具有精度高、活塞径向刚度可调、可控性强、高度调节范围大、操作方便、可有效消除传统约束方法产生的误差等优点。
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，包括电磁导向装置1、无摩擦力隔膜液压缸2、调高装置3构成的光学主镜调高支承***，电磁导向装置中包括电磁铁外壳101和线圈102以及铁芯103构成的电磁铁、永磁体105、紧定螺钉104以及连接螺栓106，电磁铁通过连接螺栓106固定在无摩擦力隔膜液压缸2缸体的连接孔上，永磁体105通过紧定螺钉104连接在无摩擦力隔膜液压缸2外部活塞件上；电磁铁在无摩擦力隔膜液压缸2缸体圆周方向的同一水平面上对称布置，永磁体105同样在无摩擦力隔膜液压缸2外部活塞件圆周方向的同一水平面上对称布置，与电磁铁铁芯分别同心对应，电磁铁所产生的磁场与永磁体105之间产生相互排斥的磁场力，以保持支承油缸中心轴在径向力平衡。电磁铁所产生磁场强度可根据线圈102工作电流大小进行调节，以调节电磁铁与永磁体105之间所产生的排斥力，从而改变无摩擦力隔膜液压缸2活塞径向约束力大小，起到调节活塞径向刚度的作用。
调高装置2的升降台302经连接螺栓301与无摩擦力隔膜液压缸2的下缸体连接，升降台302与套筒304通过螺旋副连接，锁紧螺母303安装在升降台302的螺杆上，位于套筒304之上，套筒304与底座306连接，紧定螺钉305与底座306连接，锁紧螺栓307将底座306和套筒304固定在一起；调高装置2的升降台302侧面开有导向槽，与紧定螺钉305形成间隙配合关系，约束升降台的圆周方向运动，使升降台仅能垂直位移。
在进行机械调高时，下表面不与套筒304上表面贴合，同时松开锁紧螺栓307，在调整完成进行位置锁死时，锁紧螺母303下表面与套筒304上表面贴合，并在锁死时施加一定的预紧力，同时拧紧锁紧螺栓307，将底座306和套筒304固定在一起，确保升降台302相对位置保持不变。
实施例
如图1所示为一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，包括电磁导向装置1、无摩擦力隔膜液压缸2和调高装置3，电磁导向装置的电磁铁通过连接螺栓106连接在无摩擦力隔膜液压缸2上缸体上，永磁体105通过紧定螺钉104连接在无摩擦力隔膜液压缸2外部活塞件上，从而使电磁导向装置与无摩擦力隔膜液压缸2成为一体，电磁铁在缸体圆周上呈水平面均匀布置四个，永磁体105通过紧定螺钉104连接在无摩擦力隔膜液压缸2外部活塞件上，永磁体105同样在外部活塞件圆周上均布四个，与四个电磁铁一一对应，电磁铁所产生的磁场与永磁体105之间产生相互排斥的磁场力，无摩擦力隔膜液压缸2下缸体通过连接螺栓301连接在调高装置3的升降平台302上，从而使无摩擦力隔膜液压缸2与调高装置连接为一体。
图2具体阐述电磁导向装置1，电磁导向装置包括电磁铁外壳101、线圈102、铁芯103、紧定螺钉104、永磁体105和连接螺栓106，线圈102围绕铁芯103缠绕以加强电磁铁的磁性，电磁铁与永磁体105之间产生一定的排斥力，通过四对电磁铁和永磁体105在同一水平面上均匀分布，来保持无摩擦力隔膜液压缸2活塞径向力平衡，当无摩擦力隔膜液压缸2活塞受径向力产生径向位移时，电磁铁与永磁体105之间的排斥力会发生相应改变，在产生径向位移之后重新保持活塞径向力平衡，同时使无摩擦力隔膜液压缸2在径向存在一定的刚度，电磁铁磁场强度的大小可根据线圈102工作电流大小进行调节，从而调节支承装置的径向刚度。
图3具体阐述机械调高装置2，机械调高装置包括连接螺栓301、升降平台302、锁紧螺母303、套筒304、紧定螺钉305、底座306和锁紧螺栓307，机械调高装置2的升降平台302经连接螺栓301与无摩擦力隔膜液压缸2的下缸体连接，升降台302通过螺纹与套筒304连接，锁紧螺母303通过螺纹连接安装在升降台302的螺杆上，套筒304与底座306连接，紧定螺钉304与底座306连接，升降台302侧面开有导向槽与紧定螺钉305间隙配合，约束升降台的圆周运动，使升降台302仅有上升和下降的自由度，锁紧螺母303在进行机械调高时，下表面不与套筒304上表面贴合，并松开锁紧螺栓307，旋转套筒304进行高度调节，在调整完成进行位置锁死时，锁紧螺母303下表面与套筒303上表面贴合，并在锁死时施加一定的预紧力，同时拧紧锁紧螺栓307，确保升降台相对位置保持不变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，其特征在于：由电磁导向装置（1）、无摩擦力隔膜液压缸（2）、调高装置（3）构成的光学主镜调高支承***，所述无摩擦力隔膜液压缸（2）由缸体及位于缸体中的中心轴组成；所述电磁导向装置固定于所述缸体中并沿所述中心轴呈周向均匀对称设置，包括位于同一水平面上水平设置的电磁铁和永磁体（105），两者同心对应设置，其中，所述电磁铁固定在所述无摩擦力隔膜液压缸（2）上缸体的连接孔上，所述永磁体（105）固定在无摩擦力隔膜液压缸（2）的外部活塞件上；
所述调高装置（3）由下至上依次为固连的底座（306）和套筒（304），两者均为中空结构，内部空腔中设升降平台（302）并沿所述空腔垂直上下滑动，升降平台（302）的螺杆上安装有锁紧螺母（303），位于套筒（304）之上；所述升降平台（302）与无摩擦力隔膜液压缸（2）的缸体下部固连。
2.根据权利要求1所述一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，其特征在于：所述电磁导向装置在所述无摩擦力隔膜液压缸（2）的缸体内沿周向并在同一水平面上均匀布置四组电磁铁和永磁体（105）；所述永磁体（105）通过紧定螺钉（104）连接在无摩擦力隔膜液压缸（2）外部活塞件上，所述永磁体（105）与所述四个电磁铁的铁芯分别同心对应。
3.根据权利要求1所述一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，其特征在于：所述缸体由上缸体、下缸体连接组成，以上、下缸体连接面为对称面，所述电磁导向装置所处平面在上、下缸体内上下对称布置。
4.根据权利要求1所述一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，其特征在于，所述电磁铁从外至内依次由电磁铁外壳（101）和线圈（102）以及铁芯（103）构成，所述电磁铁所产生磁场强度根据线圈（102）工作电流大小进行调节。
5.根据权利要求1所述一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，其特征在于，所述底座（306）内侧水平固设有紧定螺钉（305），所述调高装置（3）的升降平台（302）的侧面开有导向槽，与所述紧定螺钉（305）形成间隙配合关系。
6.根据权利要求1所述一种电磁导向的光学主镜支承液压缸，其特征在于，所述升降平台（302）的顶部经连接螺栓（301）与无摩擦力隔膜液压缸（2）的缸体下部连接，所述升降平台（302）的下部与套筒（304）通过螺旋副连接，所述底座（306）与套筒（304）通过锁紧螺栓（307）固定在一起。
7.使用权利要求6所述的一种电磁导向的光学主镜支承液压缸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在进行机械调高时，调节锁紧螺母（303）的下表面不与套筒（304）的上表面贴合，同时松开锁紧螺栓（307），使底座（306）和套筒（304）不固定；
2）上下调节升降平台（302）至所需高度；
3）在调整完成进行位置锁死时，调节锁紧螺母（303）的下表面与套筒（304）上表面贴合，并在锁死时施加预紧力，同时拧紧锁紧螺栓（307），将底座（306）和套筒（304）固定在一起，确保升降台（302）相对位置保持不变。
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| 望远镜主镜支撑用液压缸设计研究;李剑锋;《长春理工大学学报（自然科学版）》;20130831;第36卷(第3-4期);第75-80页 * |
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