一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构制造技术

本发明专利技术一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构，包含承力结构、镜头安装法兰、轴向消应力压紧结构、压紧螺钉、径向定位柱、径向定位柱压盖。本发明专利技术的特点在于利用低温铝镜头常温装调、低温工作的特点，该结构能够在常温下采用大的预紧力实现对低温镜头的夹紧固定，满足低温镜头运输和发射时的动刚度要求；在低温工作时，利用镜头安装法兰和轴向消应力压紧结构低温收缩产生的变形差实现压紧力的释放，从而使低温铝镜头能够自由收缩，消除热应力。本发明专利技术采用常温下压紧、低温下释放的结构形式，在实现工作温度下消热应力的同时，能够兼顾支撑具有较大的动态刚度，能够应用于工作于深低温的低温镜头的消热应力支撑。

Low temperature lens pressing release type heat dissipation stress supporting structure

The invention relates to a low temperature lens pressing release type thermal stress supporting structure, which comprises a force bearing structure, a lens mounting flange, an axial stress relieving compacting structure, a pressing screw, a radial positioning column and a radial positioning column gland. The invention is characterized by low temperature characteristics at room temperature and low temperature aluminum lens assembly work, the structure can use preload large clamping lens fixed on the low temperature under normal temperature and low temperature to meet the lens transport and launch the dynamic stiffness requirements; in the low temperature, deformation by means of the lens mounting flange and axial stress relieving pressing structure low shrinkage resulting from the pressure release, so that the low temperature aluminum lens can eliminate free shrinkage, thermal stress. The invention adopts the structure under normal temperature and low temperature press release, in the realization of temperature stress and heat dissipation, can take into account the support has a large dynamic stiffness, low temperature can be applied to support the lens in the deep low temperature heat dissipation should be.

【技术实现步骤摘要】
一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构
本专利技术涉及一种低温镜头消热应力支撑结构形式，应用于光学遥感领域工作于深低温的低温铝镜头的支撑。
技术介绍
在光学遥感领域，当镜头支撑结构材料与镜头材料热膨胀系数不匹配时，温度变化产生的热应力会造成镜头成像质量的劣化。为了解决这个问题，镜头支撑通常需要采用消热应力结构。通常采用的解决方案是镜头支撑采用柔性铰链结构形式，柔性铰链依靠柔性元素的变形来传输运动和力，其具体结构由中间弹性变形单元连接两个刚体而成，通过中间单元弹性变形实现两刚体相对运动。当反射镜或镜头支撑由于温度变化产生膨胀或收缩时，柔性铰链受力作用而变形，当柔性铰链的刚度合适时，其变形会吸收大部分的变形能量，从而消除热应力。光学精密工程期刊收录的论文《空间光学遥感器反射镜柔性支撑的设计》，描述了上述一种柔性铰链结构形式。这种柔性铰链在设计时需要找到合理的结构形式，即满足消热应力要求，同时又能够满足动刚度要求，并且在大温差时，需要大幅增加柔性铰链柔度，这导致很难兼顾结构的动刚度要求，无法满足运输工具及发射时的基频要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，利用低温铝镜头常温装调、低温工作的特点，设计一种消热应力支撑结构，能够在常温下采用较大的压紧力实现镜头夹紧固定，在低温工作时，利用热膨胀产生的变形差实现压紧力的释放，从而使低温铝镜头能够自由收缩，消除热应力，在实现低温镜头工作温度下消热应力的同时，又能兼顾非工作时的动刚度要求。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构，包括：轴向消应力压紧结构(1)、压紧螺钉(2)、镜头安装法兰(3)、径向定位柱压盖(4)、径向定位柱(5)、承力结构(6)；轴向消应力压紧结构(1),为内侧有圆环形凸台的一段圆环，凸台位于圆环端面的一侧，在凸台侧面开有两组矩形通槽，每组矩形通槽包括一排多个矩形通槽，两组矩形通槽平行且交错排列；圆环上开有多个安装孔；径向定位柱(5)，为圆柱形且在圆柱的侧面上切相同的槽；承力结构(6)，为中空圆柱形结构，内壁有凸起，侧壁有多组安装径向定位柱(5)的通孔和径向定位柱压盖(4)的安装孔；镜头安装法兰(3)的一侧开有多个缺口，多个缺口均匀分布，镜头安装法兰(3)有缺口的一侧伸入承力结构(6)内，并与承力结构(6)的凸起配合；镜头安装法兰(3)的多个缺口和承力结构(6)侧壁的多组安装径向定位柱(5)的通孔和径向定位柱压盖(4)的安装孔相对；轴向消应力压紧结构(1)的圆环通过压紧螺钉(2)固定在承力结构(6)的一个端面上，轴向消应力压紧结构(1)的凸台与镜头安装法兰(3)的一侧贴合，镜头安装法兰(3)的另一侧与承力结构(6)的凸起配合；镜头安装法兰(3)的外径小于承力结构(6)的内径；压紧螺钉(2)，将轴向消应力压紧结构(1)以一定的预紧力固定在承力结构(6)上；同时压紧螺钉(2)产生的压紧力将镜头安装法兰(3)压紧在承力结构(6)上；镜头安装法兰(3)，为需要被支撑的镜筒外侧的圆环形法兰；多个径向定位柱(5)通过承力结构(6)侧壁的多组安装径向定位柱(5)的通孔伸入承力结构(6)内，并和镜头安装法兰(3)的多个缺口配合；径向定位柱压盖(4),通过螺钉将径向定位柱(5)压紧在承力结构(6)的侧壁上；径向定位柱(5)，被径向定位柱压盖(4)压紧在镜头安装法兰(3)的缺口中，径向定位柱(5)在镜头安装法兰(3)的圆周径向均布。当从常温降温到低温，镜头安装法兰(3)的径向尺寸减小时，径向定位柱(5)能始终顶在镜头安装法兰(3)上，并施加相同的力，起到径向定位的功能。承力结构(6)，用于提供轴向消应力压紧结构(1)和镜头安装法兰(3)的安装靠面，使低温铝镜头通过镜头安装法兰(3)能够被固定在承力结构(6)上。轴向消应力压紧结构(1)的凸台上的通槽使凸台具有一定的柔性，使凸台在压紧螺钉(2)施加的压紧力下产生的压缩变形量与轴向变形差相适应，该轴向变形差由不同热膨胀系数的轴向消应力压紧结构(1)与镜头安装法兰(3)从常温降温到低温工作温度时产生。镜头安装法兰(3)的材料为铝合金5A06。轴向消应力压紧结构(1)、径向定位柱压盖(4)、径向定位柱(5)、承力结构(6)的材料为钛合金TC4。径向定位柱(5)，为圆柱形且在圆柱的侧面上切相同的槽，通过在圆柱的侧面上切槽的方式使径向定位柱(5)在轴向具有一定的柔性。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术与现有的采用柔性铰链形式的消热应力结构形式相比，采用常温下压紧、低温下释放的结构形式，在实现工作温度下消热应力的同时，能够兼顾运输、发射等非工作时的动刚度要求。(2)本专利技术与现有的采用柔性铰链形式的消热应力结构形式相比，避免了在应用于大温差结构消热应力时，对柔性铰链要求柔度过大，很难设计出满足要求的柔性铰链或柔性铰链因柔度过大稳定度降低的问题，解决了具有大温差的工作于深低温的低温镜头结构消热应力支撑难题；(3)本专利技术与现有的采用柔性铰链形式的消热应力结构形式相比，本专利技术采用低温工作时结构的轴向变形差来消除常温压紧时压紧力的消热应力方式，而非采用降低支撑刚度的柔性铰链消热应力支撑方式，能够保证低温镜头从常温降温到低温时光轴的稳定性，有利于提高低温镜头在轨工作时的指向精度。(4)本专利技术与现有的采用柔性铰链形式的消热应力结构形式相比，设计结构形式简单、普适性强、优化变量少。附图说明图1为本专利技术消应力支撑结构示意图；图2为本专利技术轴向消应力压紧结构外形示意图；图3为本专利技术镜头安装法兰外形示意图；图4为本专利技术径向定位柱外形示意图；图5为本专利技术径向定位柱压盖外形示意图；图6为本专利技术主承力结构外形示意图。具体实施方式本专利技术涉及一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构形式，应用于光学遥感领域工作于深低温的低温铝镜头的支撑。该支撑结构包含承力结构、镜头安装法兰、轴向消应力压紧结构、压紧螺钉、径向定位柱、径向定位柱压盖。本专利技术的特点在于利用低温铝镜头常温装调、低温工作的特点，采用一种新型镜头支撑结构形式，该结构能够在常温下采用大的预紧力实现对低温镜头的夹紧固定，满足低温镜头运输和发射时的动刚度要求；在低温工作时，利用镜头安装法兰和轴向消应力压紧结构低温收缩产生的变形差实现压紧力的释放，从而使低温铝镜头能够自由收缩，消除热应力。本专利技术的有益效果在于相比于现有的采用柔性铰链形式的消热应力结构形式，采用常温下压紧、低温下释放的结构形式，在实现工作温度下消热应力的同时，能够兼顾支撑具有较大的动态刚度，能够应用于工作于深低温的低温镜头的消热应力支撑。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构，其特征在于包括：轴向消应力压紧结构(1)、压紧螺钉(2)、镜头安装法兰(3)、径向定位柱压盖(4)、径向定位柱(5)、承力结构(6)，如图1所示；轴向消应力压紧结构(1),材料为钛合金TC4，为内侧有圆环形凸台的一段圆环，圆环上开有多个安装孔；凸台位于圆环端面的一侧，在凸台侧面开有两组矩形通槽，每组矩形通槽包括一排多个矩形通槽，两组矩形通槽平行且交错排列,如图2所示；轴向消应力压紧结构(1)的凸台上的通槽使凸台具有一定的柔性，使凸台在压紧螺钉(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构，其特征在于包括：轴向消应力压紧结构(1)、压紧螺钉(2)、镜头安装法兰(3)、径向定位柱压盖(4)、径向定位柱(5)、承力结构(6)；轴向消应力压紧结构(1),为内侧有圆环形凸台的一段圆环，凸台位于圆环端面的一侧，在凸台侧面开有两组矩形通槽，每组矩形通槽包括一排多个矩形通槽，两组矩形通槽平行且交错排列；圆环上开有多个安装孔；径向定位柱(5)，为圆柱形且在圆柱的侧面上切相同的槽；承力结构(6)，为中空圆柱形结构，内壁有凸起，侧壁有多组安装径向定位柱(5)的通孔和径向定位柱压盖(4)的安装孔；镜头安装法兰(3)的一侧开有多个缺口，多个缺口均匀分布，镜头安装法兰(3)有缺口的一侧伸入承力结构(6)内，并与承力结构(6)的凸起配合；镜头安装法兰(3)的多个缺口和承力结构(6)侧壁的多组安装径向定位柱(5)的通孔和径向定位柱压盖(4)的安装孔相对；轴向消应力压紧结构(1)的圆环通过压紧螺钉(2)固定在承力结构(6)的一个端面上，轴向消应力压紧结构(1)的凸台与镜头安装法兰(3)的一侧贴合，镜头安装法兰(3)的另一侧与承力结构(6)的凸起配合；镜头安装法兰(3)的外径与承力结构(6)的内径配合；压紧螺钉(2)，将轴向消应力压紧结构(1)以一定的预紧力固定在承力结构(6)上；同时压紧螺钉(2)产生的压紧力将镜头安装法兰(3)压紧在承力结构(6)上；镜头安装法兰(3)，为需要被支撑的镜筒外侧的圆环形法兰；多个径向定位柱(5)通过承力结构(6)侧壁的多组安装径向定位柱(5)的通孔伸入承力结构(6)内，并和镜头安装法兰(3)的多个缺口配合；径向定位柱压盖(4),通过螺钉将径向定位柱(5)压紧在承力结构(6)的侧壁上。...

【技术特征摘要】
1.一种低温镜头压紧释放型消热应力支撑结构，其特征在于包括：轴向消应力压紧结构(1)、压紧螺钉(2)、镜头安装法兰(3)、径向定位柱压盖(4)、径向定位柱(5)、承力结构(6)；轴向消应力压紧结构(1),为内侧有圆环形凸台的一段圆环，凸台位于圆环端面的一侧，在凸台侧面开有两组矩形通槽，每组矩形通槽包括一排多个矩形通槽，两组矩形通槽平行且交错排列；圆环上开有多个安装孔；径向定位柱(5)，为圆柱形且在圆柱的侧面上切相同的槽；承力结构(6)，为中空圆柱形结构，内壁有凸起，侧壁有多组安装径向定位柱(5)的通孔和径向定位柱压盖(4)的安装孔；镜头安装法兰(3)的一侧开有多个缺口，多个缺口均匀分布，镜头安装法兰(3)有缺口的一侧伸入承力结构(6)内，并与承力结构(6)的凸起配合；镜头安装法兰(3)的多个缺口和承力结构(6)侧壁的多组安装径向定位柱(5)的通孔和径向定位柱压盖(4)的安装孔相对；轴向消应力压紧结构(1)的圆环通过压紧螺钉(2)固定在承力结构(6)的一个端面上，轴向消应力压紧结构(1)的凸台与镜头安装法兰(3)的一侧贴合，镜头安装法兰(3)的另一侧与承力结构(6)的凸起配合；镜头安装法兰(3)的外径与承力结构(6)的内径配合；压紧螺钉(2)，将轴向消应力压紧结构(1)以一定的预紧力固定在承力结构(6)上；同时压紧螺钉(2)产生的压紧力将镜头安装法兰(3)压紧在承力结构(6)上；镜头安装法兰(3)，为需要被支撑的镜筒外侧的圆环形法兰；多个径向定位柱(5)通过承力结构(6)侧壁的多组安装径向定位柱(5)的通孔伸入承力结构(6)内，并和镜头安装法兰(3)的多个缺口配合；径向定位柱压盖(4),通过螺钉将径向定位柱(5)压紧在承力结构(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志敏，谈婷，刘冰，徐圣亚，栗孟娟，阴刚华，徐先锋，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11