發(fā)明人涉及一種南極望遠鏡的低能耗冗余電機備份多級齒輪消隙傳動裝置。

背景技術(shù)：

天文望遠鏡為了精確跟蹤天體，需要具有兩套軸系的跟蹤機架，齒輪傳動機構(gòu)是跟蹤機架軸系驅(qū)動的常用機構(gòu)。由于齒輪加工中的齒厚減薄量與偏心誤差的存在，齒輪傳動機構(gòu)存在間隙，在加減速和反向轉(zhuǎn)動時，由于齒隙造成空回，在傳動中形成一個突跳誤差。嚴重影響傳動精度，齒隙問題一直是困擾齒輪傳動在望遠鏡跟蹤技術(shù)中應(yīng)用的技術(shù)難題。

對于齒隙問題，目前常用的消隙方法有以下兩種：

一是采用剖分齒輪。這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于多級齒輪傳動，每一級齒輪均需要采用剖分齒輪。由于摩擦力的可變性以及齒輪加工同心誤差，消隙力矩不易控制，難以做到完全消隙。在一定程度上降低傳動精度。

二是雙電機齒輪消隙傳動技術(shù)，即一個主齒輪，兩個小齒輪或兩套小傳動箱，控制兩個電機的正反向轉(zhuǎn)矩，達到雙向無間隙傳動。這種方式需要兩套電機、驅(qū)動器、控制器，成本高，控制系統(tǒng)復(fù)雜，控制難度高。同時需要雙倍的驅(qū)動力矩，功耗較大。

目前，天文望遠鏡的跟蹤精度要求越來越高，而齒輪傳動仍然是望遠鏡跟蹤機架的主要驅(qū)動形式之一，齒輪間隙帶來的影響更為突出。良好的消隙手段是提高傳動精度重要途徑。

在南極極端溫度環(huán)境下，由于能源、霜雪等條件的限制，不適合采用摩擦驅(qū)動和直接驅(qū)動，齒輪傳動是較為合適的傳動方式。為了減少能耗，在南極望遠鏡的設(shè)計中會加大傳動鏈，減小電機功率，目前技術(shù)較為合適的消隙方法使雙電機消隙。

雙電機消隙在南極極端環(huán)境下還是有較為明顯的缺陷：低溫下軸系摩擦轉(zhuǎn)矩大，造成所需的反力矩大，進一步增大能耗；一個電機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就無法維持高精度，可靠性較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于南極極端環(huán)境望遠鏡的低能耗冗余電機備份多級齒輪消隙傳動裝置，實現(xiàn)單電機消隙齒輪傳動，降低能耗，實現(xiàn)電機的冗余備份和驅(qū)動扭矩的冗余備份，大大提高系統(tǒng)在南極極端環(huán)境下的可靠性。

本發(fā)明用以解決上述技術(shù)問題的方案是：一種南極望遠鏡的低能耗冗余電機備份多級齒輪消隙傳動裝置，由末級大齒輪1、第一末級小齒輪2-1、第一初級大齒輪3-1、第一高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-1、第一初級小齒輪5-1、第一驅(qū)動電機6-1、第二驅(qū)動電機6-2、閉環(huán)過渡齒輪7、第二初級小齒輪5-2、第二高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-2、第二初級大齒輪3-2、第二末級小齒輪2-2組成。末級大齒輪1與第一末級小齒輪2-1嚙合，第一末級小齒輪2-1與第一初級大齒輪3-1同軸安裝，第一初級大齒輪3-1與第一初級小齒輪5-1嚙合，第一初級小齒輪5-1與閉環(huán)過渡齒輪7嚙合，閉環(huán)過渡齒輪7與第二初級小齒輪5-2嚙合，第二初級小齒輪5-2與第二初級大齒輪3-2嚙合，第二初級大齒輪3-2與第二末級小齒輪2-2同軸安裝，第二末級小齒輪2-2與末級大齒輪1嚙合，形成封閉傳動鏈。

所述第一末級小齒輪2-1與第一初級大齒輪3-1通過一組軸承與同軸安裝，兩者之間可繞同一軸線相互轉(zhuǎn)動，通過第一高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-1連接后，調(diào)節(jié)鎖定兩者之間相互轉(zhuǎn)角。

所述第二末級小齒輪2-2與第二初級大齒輪3-2通過一組軸承與同軸安裝，兩者之間可繞同一軸線相互轉(zhuǎn)動，通過第二高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-2連接后，調(diào)節(jié)鎖定兩者之間相互轉(zhuǎn)角。

所述第一高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-1和第二高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-2松開后，使第一末級小齒輪2-1與第一初級大齒輪3-1，第二末級小齒輪2-2與第二初級大齒輪3-2，可繞同一軸線相互轉(zhuǎn)動，方便實現(xiàn)封閉傳動鏈的嚙合裝配。

所述第一高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-1和第二高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-2經(jīng)過調(diào)節(jié)后，可以消除封閉傳動鏈內(nèi)齒隙，實現(xiàn)無間隙齒輪傳動。

所述第一高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-1和第二高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-2完成調(diào)整后，給彈性機構(gòu)加壓，使彈性力產(chǎn)生的扭矩大于電機最大扭矩作用在該處扭矩的兩倍，提高傳動剛度。

所述第一高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-1和第二高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-2設(shè)置了彈性機構(gòu)，其作用在于吸收傳動鏈中齒輪加工偏心誤差造成的齒隙變化，使傳動裝置消隙后不會因齒輪偏心誤差卡死，也不會因齒輪偏心誤差再次出現(xiàn)齒隙。

所述第一初級小齒輪5-1或第二初級小齒輪5-2或閉環(huán)過渡齒輪7同軸安裝一個驅(qū)動電機，實現(xiàn)單電機雙向消隙齒輪驅(qū)動。

所述第一初級小齒輪5-1、第二初級小齒輪5-2和閉環(huán)過渡齒輪7同軸安裝二個或三個驅(qū)動電機，實現(xiàn)極端環(huán)境下的電機冗余備份，在南極極端環(huán)境下出現(xiàn)軸系轉(zhuǎn)矩突增的意外情況下，可以幾個電機同時出力驅(qū)動，實現(xiàn)驅(qū)動力冗余備份。

其中，所述高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置的具體結(jié)構(gòu)是：高彈性系數(shù)的壓簧或蝶形彈簧和預(yù)壓機構(gòu)組成的裝置，彈簧預(yù)壓后產(chǎn)生的彈性力作用到末級小齒輪和初級大齒輪之間。

本發(fā)明的工作原理：

基于結(jié)構(gòu)力學原理， 本發(fā)明設(shè)置循環(huán)封閉齒輪鏈，利用其中兩個同軸按安裝的齒輪相對轉(zhuǎn)動消除齒隙，消隙力為齒輪鏈內(nèi)力，不增加驅(qū)動力。

基于彈力力學原理，本發(fā)明設(shè)置彈性預(yù)壓機構(gòu)，利用彈性變形吸收齒輪加工偏心誤差。

上述為二級齒輪傳動裝置，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與原理也可以推廣至更多級齒輪傳動裝置，達到同樣功能。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較所具備優(yōu)點：

1、以閉環(huán)傳動鏈內(nèi)力消間隙，不增加驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)單電機消隙驅(qū)動，控制簡單，低能耗，低成本。

2、可以安裝2-3個驅(qū)動電機，實現(xiàn)驅(qū)動電機冗余備份和驅(qū)動力矩冗余備份，提高南極極端環(huán)境下設(shè)備的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

天文望遠鏡為了精確跟蹤天體，需要具有兩套軸系的跟蹤機架，齒輪傳動機構(gòu)是跟蹤機架軸系驅(qū)動的常用機構(gòu)。由于齒輪加工中的齒厚減薄量與偏心誤差的存在，齒輪傳動機構(gòu)存在間隙，在加減速和反向轉(zhuǎn)動時，由于齒隙造成空回，在傳動中形成一個突跳誤差，嚴重影響傳動精度，用于望遠鏡跟蹤系統(tǒng)的齒輪傳動裝置需要做消隙設(shè)計。

實施例1，本發(fā)明提供一種適用于南極極端環(huán)境望遠鏡的低能耗冗余電機備份多級齒輪消隙傳動裝置，由末級大齒輪1、第一末級小齒輪2-1、第一初級大齒輪3-1、第一高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-1、第一初級小齒輪5-1、第一驅(qū)動電機6-1、第二驅(qū)動電機6-2、閉環(huán)過渡齒輪7、第二初級小齒輪5-2、第二高K值彈性消隙調(diào)節(jié)裝置4-2、第二初級大齒輪3-2、第二末級小齒輪2-2組成。末級大齒輪1與第一末級小齒輪2-1嚙合，第一末級小齒輪2-1與第一初級大齒輪3-1同軸安裝，第一初級大齒輪3-1與第一初級小齒輪5-1嚙合，第一初級小齒輪5-1與閉環(huán)過渡齒輪7嚙合，閉環(huán)過渡齒輪7與第二初級小齒輪5-2嚙合，第二初級小齒輪5-2與第二初級大齒輪3-2嚙合，第二初級大齒輪3-2與第二末級小齒輪2-2同軸安裝，第二末級小齒輪2-2與末級大齒輪1嚙合，形成封閉傳動鏈。

本發(fā)明通過調(diào)節(jié)同軸安裝的兩個齒輪相對轉(zhuǎn)角，以閉環(huán)內(nèi)力消除多級齒輪傳動鏈間隙，并通過調(diào)整機構(gòu)的預(yù)壓彈性機構(gòu)吸收齒輪偏心誤差。

本發(fā)明適用于天文望遠鏡跟蹤機架的傳動系統(tǒng)，針對各種具體應(yīng)用，可依據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書中所提出的各項特征，并結(jié)合各望遠鏡具體要求，對其齒輪傳動裝置進行詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計。