适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台，在风洞环境下使用，承载能力大，可以数吨的光学负载进行精密调节。包括从下而上叠层设置的底座、下台面及上台面；还包括平移调节机构、偏航调节机构及均布的至少两组高低俯仰调节机构；上台面用于固定调节台载荷；平移调节机构固定在上台面上，通过调节平移调节机构实现调节台载荷的水平调节；偏航调节机构固定在底座上，通过调节偏航调节机构实现调节台载荷的偏航调节；高低俯仰调节机构固定在下台面与上台面之间，通过调节高低俯仰调节机构实现调节台载荷的高度及俯仰调节。该实用新型专利技术成功解决了精密调节台在风洞环境下工作的问题，可在风洞类似环境推广应用。

Multi degree of freedom, high strength and high precision control table for wind tunnel environment

【技术实现步骤摘要】
适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台
本技术涉及光学精密调节与对准领域，特别是涉及风洞环境下的一种多自由度高强度高精度调节平台。
技术介绍
在光学调节与对准领域，多自由度精密调节台必不可少。经常会用到各种位姿调整机构，如平移台、升降台、旋调节台、角位移台，目前国内外市场上有许多致力于该类产品研发的企业，这些企业的产品种类多、但其多维调整平台大多数台面尺寸较小，难以满足大尺度大重量光学系统需求。传统调节台，一般无锁紧功能或采用电机自锁，该方式刚度差，在外界振动或冲击下很容易发生位置变动，稳定性较差。尤其在风洞环境中，调节调节台需要面临抽真空、±2kpa气流冲击和扰动、-10℃-50℃的环境温度变化，以及由于风洞试验引起的环境振动。传统调节台不宜在该类环境中使用。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种台面尺寸大且能够在风洞环境中使用的高精密、高稳定性调节调节台。该调节台承载能力大，可以在振动及冲击的风洞工况下保证调节平台的位置精度及稳定性。本技术的技术解决方案是提供一种适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台，其特殊之处在于：包括从下而上叠层设置的底座、下台面及上台面；还包括平移调节机构、偏航调节机构及均布的至少两组高低俯仰调节机构；所述上台面用于固定调节台载荷；所述平移调节机构固定在上台面上，通过调节平移调节机构实现调节台载荷的水平调节；所述偏航调节机构固定在底座上，通过调节偏航调节机构实现调节台载荷的偏航调节；所述高低俯仰调节机构固定在下台面与上台面之间，通过调节高低俯仰调节机构实现调节台载荷的高度及俯仰调节。进一步地，所述平移调节机构包括微调组件与导向限位组件；所述微调组件与导向限位组件固定安装在上台面相对的两个侧壁；所述微调组件包括第一安装板、微调螺杆及端盖；所述第一安装板固定在上台面的侧壁，所述微调螺杆穿过第一安装板与调节台载荷螺纹连接，所述端盖扣设在微调螺杆的头部并固定在第一安装板上，用于限定微调螺杆沿其轴向方向移动，所述端盖中心开有孔径小于微调螺杆头部外径的通孔；所述导向限位组件包括第二安装板及导向杆；所述第二安装板固定在与第一安装板正对上台面的侧壁，所述导向杆固定在第二安装板上并穿过第二安装板插入调节台载荷的导向孔内，导向杆与微调螺杆同轴。所述调节台通过平移导向机构调节水平位移，实现上台面和安装于其上的调节台载荷整体水平位移调节，平移导向机构中利用M20微调螺杆的一端与调节台载荷进行螺纹啮合，通过旋转螺杆即可带动载荷移动。导向机构利用导向杆与主镜框的导向孔间隙配合，保证平移过程中偏航角不发生变化。进一步地，所述高低俯仰调节机构包括第一电机、微调小齿轮、微调大齿轮、固定螺套、微调螺套、锁紧螺栓、锁紧螺母、锁紧大齿轮、锁紧小齿轮及第二电机；所述锁紧螺母位于固定螺套的内腔；且锁紧螺母的外壁紧靠固定螺套的内壁；使得锁紧螺母在固定螺套的内腔内只能沿轴向移动不能转动。所述第一电机的输出轴与微调小齿轮连接，所述微调小齿轮与微调大齿轮啮合；所述微调螺套固定在微调大齿轮上表面；其顶部与上台面的下表面接触；所述固定螺套固定在下台面的上表面上，其顶部穿过微调大齿轮的中心伸入微调螺套内腔，所述固定螺套的外壁与微调螺套的内壁螺纹连接；所述锁紧螺栓的一端从上至下依次穿过锁紧大齿轮、上台面、微调螺套及固定螺套后与锁紧螺母螺纹连接；所述锁紧螺栓与锁紧大齿轮固连，所述锁紧螺栓的外壁与上台面、微调螺套及固定螺套之间有间隙；所述锁紧大齿轮位于上台面的上表面，所述锁紧小齿轮与锁紧大齿轮啮合，所述第二电机的输出轴与锁紧小齿轮连接。通过高低俯仰调节机构即可以实现高低调节也可以实现俯仰调节，当需要实现俯仰调节时，只需调节部分高低俯仰调节机构即可。考虑到力矩较大而操作空间较小，直接驱动困难，本技术加装步进电机予以实现。进一步地，第一电机通过L型安装板固定在下台面的侧壁，第一电机位于L型安装板水平面板下表面，微调小齿轮固定在L型安装板的水平面板上表面；第二电机通过L型安装板固定在上台面的侧壁，第二电机位于L型安装板水平面板上表面，锁紧小齿轮固定在L型安装板水平面板下表面。进一步地，所述高低调节机构还包括设置在上台面的下表面与微调螺套上表面的大球形垫片、设置在锁紧螺母与固定螺套之间的小球形垫片、设置在第一电机与微调小齿轮之间的第一减速器及设置在第二电机与锁紧小齿轮之间的第二减速器；锁紧螺栓、锁紧大齿轮、微调螺套、固定螺套及微调大齿轮均同轴。进一步地，所述偏航调节机构包括第三电机、微调丝杠、螺母及偏航微调杆；所述第三电机固定在底座的侧壁，所述偏航微调杆与下台面的侧壁固连；所述螺母与偏航微调杆固连，所述第三电机驱动微调丝杠带动螺母沿微调丝杠的轴向移动，螺母带动偏航微调杆转动。进一步地，还包括偏航锁紧机构，所述偏航锁紧机构包括第四电机、偏航锁紧小齿轮、偏航锁紧大齿轮及偏航锁紧螺栓；所述第四电机固定在下台面的侧壁，所述偏航锁紧大齿轮固定在下台面的上表面，所述第四电机的输出轴与偏航锁紧小齿轮连接，所述偏航锁紧小齿轮与偏航锁紧大齿轮啮合，所述偏航锁紧螺栓从上至下依次穿过偏航锁紧大齿轮、下台面后与底座螺纹连接。下台面与底座之间通过偏航调节机构实现偏航调节，通过偏航锁紧机构实现偏航锁紧。采用步进电机驱动丝杠螺母的形式，依靠螺母的前后移动推动微调杆转动，从而带动台面转动，台面之间利用真空润滑剂予以润滑保护。进一步地，所述底座与下台面紧密贴合，还包括穿入底座与下台面中的偏转回转转轴，底座与下台面能够绕偏转回转转轴相对转动。进一步地，上台面、下台面与底座均为铸铁材料。上台面、下台面，底座为铸铁材料。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1、本技术调节台在风洞环境下使用，能够实现在真空、±2kpa环境压力，以及-10℃-50℃正常运行工作，承载能力大(5T以上)，满足五自由度调节，完成俯仰偏航电动调节以及高刚度锁紧相结合。所述系统能够在振动及风洞气流冲击的工况下保证调节平台的位置精度及稳定性；2、本技术的调节台各台面之间无轴承导轨等机构，各台面间直接面面接触，承载能力大，可以对数吨的光学负载进行精密调节；3、本技术高低俯仰及偏航调节机构均通过电机带动螺栓转动最终通过螺母锁紧，锁紧刚度大，在振动或冲击下使用，稳定性高；4、本技术高低俯仰、偏航调节机构及相应的锁紧机构均为电动控制，可以在密闭或恶劣条件下使用；5、本技术高低俯仰调节机构采用多级齿轮减速装置，提高力矩的同时具有较高的调节精度。附图说明图1为调节台组成示意图；图中：1-上台面、2-平移调节机构、4-高低俯仰调节机构、5-下台面、6-底座、7-偏航调节机构、8-偏航锁紧机构；图2为平移微调机构示意图；图中：9-转台载荷、10-第一安装板、11-微调螺杆、12-第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台，其特征在于：包括从下而上叠层设置的底座(6)、下台面(5)及上台面(1)；还包括平移调节机构(2)、偏航调节机构(7)及均布的至少两组高低俯仰调节机构(4)；/n所述上台面(1)用于固定调节台载荷(9)；/n所述平移调节机构(2)固定在上台面上，通过调节平移调节机构(2)实现调节台载荷(9)的水平调节；/n所述偏航调节机构(7)固定在底座(6)上，通过调节偏航调节机构(7)实现调节台载荷(9)的偏航调节；/n所述高低俯仰调节机构(4)固定在下台面(5)与上台面(1)之间，通过调节高低俯仰调节机构(4)实现调节台载荷(9)的高度及俯仰调节。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台，其特征在于：包括从下而上叠层设置的底座(6)、下台面(5)及上台面(1)；还包括平移调节机构(2)、偏航调节机构(7)及均布的至少两组高低俯仰调节机构(4)；
所述上台面(1)用于固定调节台载荷(9)；
所述平移调节机构(2)固定在上台面上，通过调节平移调节机构(2)实现调节台载荷(9)的水平调节；
所述偏航调节机构(7)固定在底座(6)上，通过调节偏航调节机构(7)实现调节台载荷(9)的偏航调节；
所述高低俯仰调节机构(4)固定在下台面(5)与上台面(1)之间，通过调节高低俯仰调节机构(4)实现调节台载荷(9)的高度及俯仰调节。


2.根据权利要求1所述的适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台，其特征在于：
所述平移调节机构(2)包括微调组件与导向限位组件；所述微调组件与导向限位组件固定安装在上台面(1)相对的两个侧壁；
所述微调组件包括第一安装板(10)、微调螺杆(11)及端盖(14)；所述第一安装板(10)固定在上台面(1)的侧壁，所述微调螺杆(11)穿过第一安装板(10)与调节台载荷(9)螺纹连接，所述端盖(14)扣设在微调螺杆(11)的头部并固定在第一安装板(10)上，用于限定微调螺杆(11)沿其轴向方向移动，所述端盖(14)中心开有孔径小于微调螺杆头部外径的通孔；
所述导向限位组件包括第二安装板(12)及导向杆(13)；所述第二安装板(12)固定在与第一安装板(10)正对上台面(1)的侧壁，所述导向杆(13)固定在第二安装板(12)上并穿过第二安装板(12)插入调节台载荷(9)的导向孔内，导向杆(13)与微调螺杆(11)同轴。


3.根据权利要求1所述的适用于风洞环境下使用的多自由度高强度高精度调节台，其特征在于：
所述高低俯仰调节机构(4)包括第一电机(40)、微调小齿轮(41)、微调大齿轮(42)、固定螺套(43)、微调螺套(44)、锁紧螺栓(45)、锁紧螺母(46)、锁紧大齿轮(47)、锁紧小齿轮(48)及第二电机(49)；所述锁紧螺母(46)位于固定螺套(43)的内腔；且锁紧螺母(46)的外壁紧靠固定螺套(43)的内壁；固定螺套(43)限定锁紧螺母(46)转动；
所述第一电机(40)的输出轴与微调小齿轮(41)连接，所述微调小齿轮(41)与微调大齿轮(42)啮合；
所述微调螺套(44)固定在微调大齿轮(42)上表面，其顶部与上台面(1)的下表面接触；
所述固定螺套(43)固定在下台面(5)的上表面上，其顶部穿过微调大齿轮(42)的中心伸入微调螺套(44)内腔，所述固定螺套(43)的外壁与微调螺套(44)的内壁螺纹连接；
所述锁紧螺栓(45)的一端从上至下依次穿过锁紧大齿轮(47)、上台面(1)、微调螺套(44)及固定螺套(43)后与锁紧螺母(46)螺纹连接；所述锁紧螺栓(45)与锁紧大齿轮(47)固连，所述锁紧螺栓(45)的外壁与上台面(1)、微调螺套(44...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，赵卫，许晓斌，常志远，谢永军，朱涛，李治国，章起华，孙启志，任尚杰，马晓宇，舒海峰，侯峰伟，彭龙辉，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51