适用于南极天文望远镜的永磁悬浮支承轴系结构，高度轴上设置有径向承重轴承与轴向定位轴承；方位轴的支承轴系结构设置在方位轴系的转子与望远镜机座之间，特征是高度轴的径向承重轴承采用永磁磁悬浮支承，轴承动圈与固定磁板间的永磁斥力平衡望远镜镜筒的重量；高度轴的轴向定位轴承采用氮化硅陶瓷轴承定位；方位轴的非承重定位轴承采用氮化硅陶瓷轴承支承；方位轴的承重定位轴承采用永磁轴向轴承支承，永磁轴向轴承动磁圈与定磁圈之间产生的永磁斥力平衡望远镜的重量。本发明专利技术解决了南极望远镜机械轴承润滑问题、热胀冷缩问题、重载下低速爬行问题及液体静压轴承无法使用的问题。为南极望远镜向高精度跟踪和大口径发展创造了条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于南极地平式天文望远镜主轴磁悬浮支承结构。地平式望远镜主轴通常指望远镜的方位轴和高度轴，如图1所示。方位轴5垂直指向天顶，整个望远镜绕方位轴5旋转。望远镜镜筒1通过高度轴2支承在叉臂3上，镜筒绕高度轴旋转。高度轴与方位轴垂直正交，通过方位轴和高度轴的旋转就能实现望远镜对天上星体的跟踪观测。天文望远镜上主轴常用的支承轴承有机械轴承和液体静压轴承，当被支承负载较大时，机械轴承的静摩擦力矩和动摩擦力矩相差较大，由此导致被支承轴的爬行临界速度变大。而天文望远镜的运行速度非常低。当临界爬行速度大于望远镜所需的跟踪运行速度时，被支承轴就会出现“爬行”现象，影响望远镜的跟踪精度和观测能力。而液体静压轴承的摩擦系数只有机械轴承的十分之一，可大大降低轴系的临界爬行速度，使得望远镜能够工作在低速、超低速状态。另一方面，机械轴承的直径受到加工机床的限制，而液体静压轴承的直径可以做的很大，所以，中、大型望远镜主轴常用液体静压轴承支承。南极科考的数据表明南极地区大气稀薄、寒冷、干燥、尘埃少，而且风速小、大气湍流少、视宁度好，更重要的是在南极地区能够进行长达数月的连续天文观测(极夜)，且环境光污染少。这些特点使得南极的天文观察条件是地球上其他地方无法比拟的。所以，国际上天文界都在大力发展南极天文，我国也在南极的Dome A开始了相关的天文研究。但南极的最低温度达到-89° C，在这样的超低温条件下，望远镜上常用的液体静压轴承无法工作，因为，目前还没有适用于这样低温的液压油。机械轴承的使用也有困难，因为南极的地理纬度较高，望远镜的跟踪速度非常低，有的观测天区跟踪速度只有0. 5 " /s,在这样极低运行速度下，再加上轴承和润滑油脂受到超低温的影响，使得轴承在望远镜重量作用下，极易出现“爬行”现象，影响了望远镜的跟踪性能和限制了望远镜跟踪精度的进一步提高。为了解决以上的问题，本专利技术专利提出了一种适用于南极望远镜的轴系支承结构。即承重的轴承(如图1中方位轴的轴向轴承和高度轴的径向轴承)采用永磁斥力悬浮支承，动圈和定圈之间不接触，有2毫米左右的间隙，这样就不会存在因动、静摩擦力矩引起的低速爬行现象，而且也不需要润滑，避免了因润滑脂带来的问题。不承重只起定位作用的轴承(如图1中方位轴的径向轴承和高度轴的轴向轴承)，因为负载很小，不会有低速“爬行” 问题，所以，选用低膨胀系数、耐低温、自润滑的氮化硅陶瓷轴承。
技术介绍
由于南极特殊的环境，使得它成为地球上公认的最佳天文观测场所。美国、欧洲、 澳大利亚、日本等国家先后在南极安装了天文观测设备，如意大利为主的0.8米口径的 IRAIT红外望远镜、日本0. 4米口径的AIRT40光学/红外望远镜等。我国也于2008年在南极Dome A成功安装了我国研制的首台南极光学望远镜CSTAR，CSTAR是由4台0. 145米口径的大视场望远镜装在同一个机架上构成的小望远镜阵，主要进行变星监测及统计分析，寻找系外行星、超新星等天文观察。为了避免超低温引起的问题和降低CSTAR项目的风险， CSTAR望远镜的轴系是静止不动的。其余现有的南极望远镜主轴都采用机械轴承支承。但为了能使望远镜转动，对主轴的支承轴承采取了以下的措施①.对支承轴承采用超低温润滑脂润滑，如意大利Solvay Solexis公司的!^mblinO zlht润滑脂，这种润滑脂价格昂贵，每公斤价格在4万元人民币左右。且在低速运转情况下，润滑效果不是很好。②.对所有的转动部件，如轴承、驱动齿轮、电机等，用20°C左右的热空气加温，热空气从控制室内用管道输送。以上两种方法是目前南极望远镜针对超低温的工作环境，对支承轴承所采用的主要措施。这些措施在望远镜成本、南极能源供应、大型望远镜发展上都受到制约。根据南极科考的数据，南极是地球上最佳的天文观测地点。目前世界上已有多个国家在南极安装了小型天文观测设备，如意大利为主的0. 8米口径的IRAIT红外望远镜、日本0.4米口径的AIRT40光学/红外望远镜等。我国也于2008年在南极Dome A安装了口径0. 145米的CSTAR望远镜阵。由于南极的环境温度极低，对传统天文望远镜主轴支承轴承(机械轴承、液体静压轴承)提出了严重的挑战。上述现有技术没有解决的技术问题有① 机械轴承在使用过程中，需要润滑脂润滑。而南极的温度最低达到零下89°， 目前只有少数润滑脂能够使用在如此低的温度环境，如意大利Solvay Solexis公司的 !^mblinfelht润滑脂。但这些特殊润滑脂价格都非常昂贵。而且，在低速运行和超低温双重要求时，润滑性能不是很好。② 机械轴承在南极超低温的环境下，润滑脂的润滑性能和机械轴承尺寸受到影响，且机械轴承的摩擦系数相对较大(与静压轴承相比)，使得轴承在望远镜自身重量的作用下，动摩擦力矩和静摩擦力矩的差值较大，致使望远镜能够平稳运行的临界速度变大，即不发生低速“爬行”的临界速度变大。而由于南极地理纬度较高(80° 22' S)，望远镜的运行速度非常低，有的观测天区跟踪速度只有0. 5" /s,当望远镜要求的运行速度接近或低于支承轴承不发生“爬行”现象的临界速度时，被支承轴在运行时，将会发生“爬行” 现象，从而影响了望远镜的跟踪精度。同时这一问题也限制了南极望远镜口径的进一步增大，因为望远镜口径越大，则轴承上承担的重量越重，重量越重，轴承的摩擦力矩就越大，进而动摩擦力矩和静摩擦力矩的差值就越大，低速“爬行”的临界速度就越高，不利于望远镜的低速运行。③为了解决以上低温引起的轴承问题，目前，南极现有望远镜上通常采用的方法是从控制房间内，通过隔热管道向望远镜的支承轴承输送20°c的热空气。在南极能源供应非常困难的情况下，这种方法不是一个好方法。而且，这种方法对于目前的小型望远镜可能还适用，但随着望远镜口径的增大，单纯靠这种方法根本无法解决问题。液体静压轴承的摩擦系数约为机械轴承的十分之一，可大大降低“爬行”的临界速度。但目前还没有能够工作在-89°的液压油。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种适用于南极天文望远镜的永磁悬浮支承轴系结构。该结构采用永磁斥力悬浮支承，动圈和定圈之间不接触，有2毫米左右的间隙，这样就不会存在因动、静摩擦力矩引起的低速“爬行”现象，而且也不需要润滑， 避免了因润滑脂带来的问题。不承重只起定位作用的轴承(如图1中方位轴的径向轴承和高度轴的轴向轴承)，因为负载很小，不会有低速“爬行”问题，所以，选用低膨胀系数、耐低温、自润滑的氮化硅陶瓷轴承。完成上述专利技术任务的技术方案是，一种适用于南极天文望远镜的永磁悬浮支承轴系结构，天文望远镜的高度轴支承望远镜的整个镜筒，该高度轴上设置有高度轴的径向承重轴承与高度轴的轴向定位轴承；天文望远镜的方位转盘通过弹性连接板固联于中心定位轴上，该方位转盘、弹性连接板与中心定位轴连成一整体，组成方位轴系的转子；方位转盘上通过叉臂安放望远镜的高度轴及其支承的镜筒；驱动电机驱动方位轴系转子，从而驱动整个望远镜实现方位旋转；方位轴的支承轴系结构设置在所述的方位轴系的转子与望远镜机座之间，其特征在于，所述高度轴的径向承重轴承采用永磁磁悬浮支承，该径向承重轴承的永磁磁悬浮支承由轴承动圈和固定磁板组成，轴承本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种适用于南极天文望远镜的永磁悬浮支承轴系结构，天文望远镜的高度轴支承望远镜的整个镜筒，该高度轴上设置有高度轴的径向承重轴承与高度轴的轴向定位轴承；天文望远镜的位转盘通过弹性连接板固联于中心定位轴上，该方位转盘、弹性连接板与中心定位轴连成一整体，组成方位轴系的转子；方位转盘上通过叉臂安放望远镜的高度轴及其支承的镜筒；驱动电机驱动方位轴系转子，从而驱动整个望远镜实现方位旋转；方位轴的支承轴系结构设置在所述的方位轴系的转子与望远镜机座之间，其特征在于，所述高度轴的径向承重轴承采用永磁磁悬浮支承，该径向承重轴承的永磁磁悬浮支承由轴承动圈和固定磁板组成，轴承动圈是由若干块法向充磁的磁瓦拼接而成，通过螺钉固定在高度轴颈的外圈，与高度轴颈一起形成转子；固定磁板通过螺钉固定在轴承座上；该轴承动圈与固定磁板间的永磁斥力平衡望远镜镜筒的重量；所述高度轴的轴向定位轴承采用氮化硅陶瓷轴承定位；所述方位轴的支承轴系结构由非承重定位轴承与承重的定位轴承组成，所述的非承重定位轴承采用低膨胀系数、耐低温、自润滑的氮化硅陶瓷轴承支承；所述承重的定位轴承采用永磁轴向轴承支承，该永磁轴向轴承由动磁圈与定磁圈组成，该动磁圈通过螺钉固定于方位转盘的底面；该定磁圈通过螺钉固定在底座的上表面；由所述动磁圈与定磁圈之间产生的永磁斥力平衡望远镜的重量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王国民，刘亮，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：84
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