LAMOST并行可控式光纤定位单元设计说明书.docx

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LAMOST并行可控式光纤定位单元设计说明书

机械课程设计说明书LAMOST并行可控式光纤定位单元设计: PB09009 指导老师: 胡红专中国科学技术大学精密机械和精密仪器系目录课题背景及要求背景概述设计要求和目标设计任务设计方案的比较和选择极坐标运动方案双回转运动方案设计尺寸和设计精度的计算结构尺寸的计算结构参数选择和精度分配离焦量计算光纤重复定位误差计算整体结构刚度要求课题背景及要求1、背景概述LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜)光纤定位系统的目标是在直径1.75米曲率半径20米的球冠面上实现4000根光纤的准确快速定位。而国外现在采用较为成熟的光纤定位方案主要有打定位孔式、磁扣式等。由于LAMOST的焦面直径大(φ1.75米,国外一般尺度为0.5米×0.5米左右),光纤数多达4000根(国外最多为600根),且焦面为球冠形并几乎垂直。故现有的两种方案均难以采用。图1.4双回转单元原理图基于分区思想的并行可控式光纤定位方案,比较好地解决了这个难题,本实施方案基于固定分区的思想,提出了并行可控式光纤定位系统的解决方案,具体内容是:在望远镜的焦面位置安装一个直径1.75米曲率半径20米的球冠面板,其上加工有4000个均匀排列大小一致的圆孔,每个圆孔之中安装一个具有两个平面运动自由度的光纤定位单元,可以带动一根光纤在一定的范围内实现准确定位。它具有定位快,可实时补偿温度和其他因素引起的各种误差,制造费用和运行费用低等优点。 2、并行可控式光纤定位单元的设计要求性能参数:单元回转直径:>Ф35mm(Ф30mm)。光纤头的最大偏摆量:17.5mm(15mm)。精度要求:光纤头的重复定位精度:≤±0.04mm。光纤头的最大离焦量:≤±0.2mm。光纤头要求平行摆动。主要结构参数:单元间距:26mm。空心轴内孔:≮Ф8mm(Ф5mm)。弹性导轨的长度应保证光纤头的最大离焦量≤±0.2mm。步进电机步距角:设计时应努力探速较大步进电机在单元中使用的可能性,这一方面提高电机扭矩,另外可以降低成本。整个单元设计除光纤头外应限制在Ф26mm的圆柱内,以防单元间相互干涉。设计要求:⑴、传动部分要有自锁功能。⑵、传动部分要消除间隙。⑶、设计必须充分考虑零件的加工、装配、调整、测量、维修、操作的工艺性。⑷、设计时一方面应使单元本身体积尽量缩小,另一方面应使单元活动范围尽量增大,另外使用的小步进电机直径尽可能的大一些。⑸、单元应设计成易从焦面板上更换的整体结构,以利于维修。⑹、生产条件:小批量生产。3、设计任务光线定位单元设计:装配图1张。画出主要零件工作图。设计说明书1份,包括系统原理及结构介绍,设计技术要求,总体结构设计,传动结构及参数设计等,精度、刚度、离焦量等的计算。二.设计方案的选择。方案一:极坐标运动方案其示意图如下:极坐标运动光纤定位单元装置,是由步进电机通过两级涡轮蜗杆减速来驱动空心轴的回转,通过浮动支撑涡轮蜗杆做双面啮合来消除空回,同时涡轮蜗杆的自锁还能保证单元的正确回转位置。空心轴的端面位置平行四边形弹性导轨,步进电机2驱动涡轮蜗杆螺母副运动,从而使螺母通过弹性支承带动弹性导轨摆动,这样,平行四边形弹性导轨就带动光纤头平动。蜗杆涡轮通过浮动支承做双面啮合消除空回,螺杆螺母之间的间隙通过弹簧消除 这种方案的缺点也很明显,那就是会有较大的离焦量,同时光纤头产生偏斜的可能性比较大,再者平行四边形弹性导轨的运动范围小,只有做微位移时才能保证精度。方案二:双回转运动方案 1. 其示意图如下:双回转运动方案:总体结构如上图,光纤从单元左边空心轴的孔中穿过焦面板后,引向光谱仪。定位单元由绕通过圆心轴线回转的中心回转机构和绕距离圆心二分之一半径处轴线回转的偏心回转机构组成(单元原理图见上图)。每根光纤的有效覆盖面为Φ30mm的圆,而每个圆的中心距为26mm,这样观测区域互相重叠,不仅没有盲区,而且有利于提高观测效率,还可保证光纤不过度弯折,最主要的优点是保证了光纤头平行摆动。2.单元原理:双回转光纤定位单元由绕定位圆中心0°~360°的中心回转机构及绕定位圆中心二分之一半径处0°~180°的偏心回转机构组成。这种双回转定位原理的单元结构简单,在定位过程中光纤架一方面随偏心支架作中心回转运动,另一方面又在偏心支架上作偏心回转运动,运动过程中光纤的接收端面不产生偏斜,且光纤端面始终在望远镜焦面上运动,不会离焦。中心回转机构由一个自带1024:1减速器的步进电机,通过直齿圆柱齿轮带动一空心轴作0°~360°范围的中心回转。为便于装拆,该空心轴通过两个滚动轴承装配在套筒里,单元通过套筒插在焦面板上;偏心回转机构由一偏心支架、偏心回转轴、光纤架、减速装置及步进电机构成,偏心支架连接到前述空心轴端面上,在其偏离空心轴线1/2定位圆半径处安装有偏心回转轴(轴线与空心轴线平行),偏心回转轴上

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