[發(fā)明專利]適用于南極天文望遠(yuǎn)鏡的永磁懸浮支承軸系結(jié)構(gòu)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110097930.X
• 申請(qǐng)日: 2011-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN102162910A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王國(guó)民;劉亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B23/16
• 分類號(hào): G02B23/16;F16C32/04
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 栗仲平

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于南極地平式天文望遠(yuǎn)鏡主軸磁懸浮支承結(jié)構(gòu)。地平式望遠(yuǎn)鏡主軸通常指望遠(yuǎn)鏡的方位軸和高度軸，如圖1所示。方位軸5垂直指向天頂，整個(gè)望遠(yuǎn)鏡繞方位軸5旋轉(zhuǎn)。望遠(yuǎn)鏡鏡筒1通過高度軸2支承在叉臂3上，鏡筒繞高度軸旋轉(zhuǎn)。高度軸與方位軸垂直正交，通過方位軸和高度軸的旋轉(zhuǎn)就能實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡對(duì)天上星體的跟蹤觀測(cè)。

天文望遠(yuǎn)鏡上主軸常用的支承軸承有機(jī)械軸承和液體靜壓軸承，當(dāng)被支承負(fù)載較大時(shí)，機(jī)械軸承的靜摩擦力矩和動(dòng)摩擦力矩相差較大，由此導(dǎo)致被支承軸的爬行臨界速度變大。而天文望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)行速度非常低。當(dāng)臨界爬行速度大于望遠(yuǎn)鏡所需的跟蹤運(yùn)行速度時(shí)，被支承軸就會(huì)出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，影響望遠(yuǎn)鏡的跟蹤精度和觀測(cè)能力。而液體靜壓軸承的摩擦系數(shù)只有機(jī)械軸承的十分之一，可大大降低軸系的臨界爬行速度，使得望遠(yuǎn)鏡能夠工作在低速、超低速狀態(tài)。另一方面，機(jī)械軸承的直徑受到加工機(jī)床的限制，而液體靜壓軸承的直徑可以做的很大，所以，中、大型望遠(yuǎn)鏡主軸常用液體靜壓軸承支承。

南極科考的數(shù)據(jù)表明：南極地區(qū)大氣稀薄、寒冷、干燥、塵埃少，而且風(fēng)速小、大氣湍流少、視寧度好，更重要的是在南極地區(qū)能夠進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的連續(xù)天文觀測(cè)（極夜），且環(huán)境光污染少。這些特點(diǎn)使得南極的天文觀察條件是地球上其他地方無法比擬的。所以，國(guó)際上天文界都在大力發(fā)展南極天文，我國(guó)也在南極的Dome?A開始了相關(guān)的天文研究。但南極的最低溫度達(dá)到-89°C，在這樣的超低溫條件下，望遠(yuǎn)鏡上常用的液體靜壓軸承無法工作，因?yàn)椋壳斑€沒有適用于這樣低溫的液壓油。機(jī)械軸承的使用也有困難，因?yàn)槟蠘O的地理緯度較高，望遠(yuǎn)鏡的跟蹤速度非常低，有的觀測(cè)天區(qū)跟蹤速度只有0.5″/s，在這樣極低運(yùn)行速度下，再加上軸承和潤(rùn)滑油脂受到超低溫的影響，使得軸承在望遠(yuǎn)鏡重量作用下，極易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象，影響了望遠(yuǎn)鏡的跟蹤性能和限制了望遠(yuǎn)鏡跟蹤精度的進(jìn)一步提高。

為了解決以上的問題，本發(fā)明專利提出了一種適用于南極望遠(yuǎn)鏡的軸系支承結(jié)構(gòu)。即承重的軸承（如圖1中方位軸的軸向軸承和高度軸的徑向軸承）采用永磁斥力懸浮支承，動(dòng)圈和定圈之間不接觸，有2毫米左右的間隙，這樣就不會(huì)存在因動(dòng)、靜摩擦力矩引起的低速爬行現(xiàn)象，而且也不需要潤(rùn)滑，避免了因潤(rùn)滑脂帶來的問題。不承重只起定位作用的軸承（如圖1中方位軸的徑向軸承和高度軸的軸向軸承），因?yàn)樨?fù)載很小，不會(huì)有低速“爬行”問題，所以，選用低膨脹系數(shù)、耐低溫、自潤(rùn)滑的氮化硅陶瓷軸承。

背景技術(shù)

由于南極特殊的環(huán)境，使得它成為地球上公認(rèn)的最佳天文觀測(cè)場(chǎng)所。美國(guó)、歐洲、澳大利亞、日本等國(guó)家先后在南極安裝了天文觀測(cè)設(shè)備，如意大利為主的0.8米口徑的IRAIT紅外望遠(yuǎn)鏡、日本0.4米口徑的AIRT40光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡等。我國(guó)也于2008年在南極Dome?A成功安裝了我國(guó)研制的首臺(tái)南極光學(xué)望遠(yuǎn)鏡CSTAR，CSTAR是由4臺(tái)0.145米口徑的大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡裝在同一個(gè)機(jī)架上構(gòu)成的小望遠(yuǎn)鏡陣，主要進(jìn)行變星監(jiān)測(cè)及統(tǒng)計(jì)分析，尋找系外行星、超新星等天文觀察。為了避免超低溫引起的問題和降低CSTAR項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)，CSTAR望遠(yuǎn)鏡的軸系是靜止不動(dòng)的。其余現(xiàn)有的南極望遠(yuǎn)鏡主軸都采用機(jī)械軸承支承。但為了能使望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)主軸的支承軸承采取了以下的措施：

①.對(duì)支承軸承采用超低溫潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，如意大利Solvay?Solexis公司的Fomblin@zlht潤(rùn)滑脂，這種潤(rùn)滑脂價(jià)格昂貴，每公斤價(jià)格在4萬元人民幣左右。且在低速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，潤(rùn)滑效果不是很好。

②.對(duì)所有的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，如軸承、驅(qū)動(dòng)齒輪、電機(jī)等，用20℃左右的熱空氣加溫，熱空氣從控制室內(nèi)用管道輸送。

以上兩種方法是目前南極望遠(yuǎn)鏡針對(duì)超低溫的工作環(huán)境，對(duì)支承軸承所采用的主要措施。這些措施在望遠(yuǎn)鏡成本、南極能源供應(yīng)、大型望遠(yuǎn)鏡發(fā)展上都受到制約。

根據(jù)南極科考的數(shù)據(jù)，南極是地球上最佳的天文觀測(cè)地點(diǎn)。目前世界上已有多個(gè)國(guó)家在南極安裝了小型天文觀測(cè)設(shè)備，如意大利為主的0.8米口徑的IRAIT紅外望遠(yuǎn)鏡、日本0.4米口徑的AIRT40光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡等。我國(guó)也于2008年在南極Dome?A安裝了口徑0.145米的CSTAR望遠(yuǎn)鏡陣。由于南極的環(huán)境溫度極低，對(duì)傳統(tǒng)天文望遠(yuǎn)鏡主軸支承軸承（機(jī)械軸承、液體靜壓軸承）提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。上述現(xiàn)有技術(shù)沒有解決的技術(shù)問題有：