一種空間相機主支撐結構的製作方法
2023-05-05 01:45:36
一種空間相機主支撐結構的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種空間相機主支撐結構，包括支撐筒、前法蘭、後法蘭及對稱設置在支撐筒筒身兩側的轉臺法蘭，支撐筒為碳纖維複合材料層壓板結構，轉臺法蘭安裝在支撐筒的後半部，安裝轉臺法蘭的部位設置有加厚層，支撐筒的筒身中間部位設置有環向加強筋，支撐筒的前端與加厚層之間設置有軸向加強筋。本發明能夠在較小重量的情況下能夠獲得較大的剛度和強度。
【專利說明】一種空間相機主支撐結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空間相機主支撐結構，尤其涉及一種高剛度、高強度的薄壁筒式主支撐結構。
【背景技術】
[0002]長焦距高解析度空間相機在工程應用中多採用同軸三反式光學系統結構，其主次鏡之間的距離較大，位置誤差要求嚴格，需要高剛度及高強度同時質量又較輕的連接結構。傳統相機連接主次鏡的主支撐結構多為殷鋼材料，質量過大；碳纖維材料由於其密度小、剛度高、熱膨脹係數可設計性在相機主支撐結構的設計中得到了廣泛應用。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種應用於轉臺上的空間相機主支撐結構，該結構具有高比剛度及高結構穩定性的特點。
[0004]本發明的技術解決方案如下:
[0005]一種空間相機主支撐結構，包括支撐筒、前法蘭和後法蘭，所述支撐筒為碳纖維複合材料層壓板結構，其特殊之處在於:
[0006]還包括對稱設置在支撐筒筒身兩側的轉臺法蘭，所述轉臺法蘭安裝在支撐筒的後半部，安裝轉臺法蘭的部位設置有加厚層，所述支撐筒的筒身中間部位設置有環向加強筋，所述支撐筒的前端與加厚層之間設置有軸向加強筋。
[0007]上述加厚層的外表面為以支撐筒中心軸為軸心的圓柱的圓柱面。
[0008]上述軸向加強筋有兩條，兩條加強筋之間的間隔約為一個轉臺法蘭的寬度，
[0009]所述主支撐結構還包括設置在兩條軸向加強筋之間的兩條短的局部加強筋，所述局部加強筋的端部與環向加強筋固定連接。
[0010]上述軸向加強筋、環向加強筋及局部加強筋的剖面均呈丄形，丄形的一部由I部沿整個長度方向劈開一定深度均分而成，所述I部的厚度為一部厚度的兩倍，所述軸向加強筋、環向加強筋及局部加強筋的材料也為碳纖維複合材料並與支撐筒一起固化成型。
[0011]上述支撐筒還包括設置在支撐筒內沿軸向設置的多個擋光環，所述擋光環的材料也為碳纖維複合材料並與支撐筒一起固化成型。
[0012]上述支撐筒還包括翻邊結構，所述翻邊結構為設置在支撐筒兩端沿筒身徑向向外設置的翻邊，所述前法蘭和後法蘭的橫截面均呈L形結構，所述支撐筒分別與前法蘭和後法蘭通過翻邊及L形結構形成止口配合結構。
[0013]上述支撐筒的前端面和後端面為噴砂處理面，所述前法蘭和後法蘭與支撐筒的配合面也為噴砂處理面，所述支撐筒分別與前法蘭和後法蘭進行膠結，膠結後再使用螺釘進行緊固。
[0014]上述支撐筒上安裝轉臺法蘭的部位為噴砂處理面，所述轉臺法蘭與支撐筒的接觸面為噴砂處理面，所述支撐筒與轉臺法蘭進行膠結，膠結後再使用螺釘進行緊固。
[0015]上述法蘭還包括設置在螺釘與支撐筒之間的異形墊片，所述異形墊片與加厚層的配合面為圓柱面，與螺釘的配合面為平面。
[0016]上述前法蘭、後法蘭及轉臺法蘭為鈦合金法蘭。
[0017]本發明與現有技術相比，優點是:
[0018]1、本發明主支撐筒採用高模量碳纖維材料製成，轉臺法蘭直接與筒身連接，為保證支撐結構的高比剛度和結構穩定性，本發明在在支撐筒的特定位置設置軸向、環向加強筋及局部加強筋，並在受力較大的地方局部增厚，大大減輕了重量；通過對碳纖維筒結構及鋪層順序的優化，在較小重量的情況下能夠獲得較大的剛度和強度。
[0019]2、本發明支撐筒與法蘭之間通過膠結和螺接兩種連接方式，簡單可靠，在主支撐結構與其他部件連接處採用鈦合金法蘭，與其他部件裝配時，對鈦合金法蘭進行精加工，提高了加工精度和裝配精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明結構與主鏡部件及次鏡部件的裝配關係圖；
[0021]圖2為相機與轉臺裝配關係圖；
[0022]圖3為主支撐結構的立體視圖；
[0023]圖4為主支撐結構的主視圖；
[0024]圖5為主支撐結構的側視圖；
[0025]圖6-1為前法蘭的結構圖、圖6-2為前法蘭的剖面圖；
[0026]圖7-1為後法蘭的結構圖；圖7-2為後法蘭的剖面圖；
[0027]圖8為支撐筒的剖視圖；
[0028]圖9為支撐筒的局部視圖；
[0029]圖10-1、圖10-2為轉臺法蘭的不同視圖；
[0030]圖11為異形墊片；
[0031]其中附圖標記為:1-空間相機主支撐結構、2-次鏡部件、3-主鏡部件、4-轉臺系統、11-前法蘭、12-支撐筒、13-後法蘭、14-轉臺法蘭、15-異形墊片、16-環向加強筋、17-軸向加強筋、18-局部加強筋、19-擋光環。
【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖對本發明做詳細說明。
[0033]如圖1所示，本發明所提供的空間相機薄壁筒式主支撐結構1，一端連接次鏡部件2，一端連接主鏡部件3，可以滿足主鏡部件及次鏡部件的高精度對準關係，同時又易於裝配且具有較輕的質量。
[0034]如圖2所示本發明與次鏡部件和主鏡部件裝配後安裝在轉臺上。
[0035]如圖3-5所示，本發明空間相機主支撐結構，包括前法蘭11、支撐筒12、後法蘭13及兩個轉臺法蘭14，其中支撐筒12由層壓板鋪設而成，層壓板由碳纖維複合材料單層板按一定鋪層數量、鋪層角度和鋪層順序鋪設而成，通過鋪層優化，使得整體結構可以對應不同的載荷設計不同的軸向剛度和環向剛度；同時通過鋪層優化可以做到軸向O膨脹，保證主次鏡間隔。
[0036]為了最大程度地提高主支撐結構的結構剛度；本發明對支撐筒12外圓柱面環向加強筋的軸向位置及轉臺法蘭4的大小進行綜合優化，轉臺法蘭安裝在筒身的後半部，安裝轉臺法蘭的部位設置有加厚層，支撐筒的筒身中間部位設置有環向加強筋16，支撐筒12的前端與加厚層之間設置有軸向加強筋17。
[0037]由於整個相機的重量由兩個轉臺法蘭承擔，為增加連接可靠性，本發明加厚層的表面是以支撐筒中心軸為軸心的圓柱面。
[0038]進一步的，本發明支撐筒每側轉臺法蘭的加厚層與支撐筒的前端之間的的軸向加強筋有兩條，兩條加強筋之間的間隔約為一個安裝法蘭的寬度，在兩條軸向加強筋之間設置有兩條短的軸向局部加強筋18，局部加強筋的一端與環向加強筋固定連接，增強局部剛度，減小應力集中，提高整體結構剛度。
[0039]進一步的，本發明的支撐筒2外圓柱面的環向加強筋和軸向加強筋剖面均為「I」形，是由一定厚度的加強筋在厚度方向均分成兩部分後再與支撐筒外壁連接，這種結構的優點是連接強度高，且支撐筒受力均勻。
[0040]進一步的本發明的支撐筒2的內圓面沿軸向設計有薄壁擋光環19，在消雜光的同時可以起到環向加強筋的作用，提高了結構剛度。
[0041]本發明的支撐筒、所有加強筋、擋光環及加厚層一起整體固化成型，結構一致性更好，整體剛度更好。
[0042]進一步的，本發明的支撐筒12在整體熱壓固化成型後與前法蘭11、後法蘭13及轉臺法蘭14通過膠結及螺接裝配在一起，保證了連接強度及連接均勻性；膠結前對前法蘭11及後法蘭13與支撐筒12的粘接面進行噴砂處理，提高粘接強度。
[0043]如圖6、圖7所示，為了進一步增大粘結面積，本發明前法蘭11及後法蘭13剖面為L形，與複合材料支撐筒12裝配時，與支撐筒12的前後端面及翻邊圓柱面粘接在一起。
[0044]為了提高連接可靠性，本發明轉臺法蘭14與支撐筒12通過環氧樹脂膠及22個連接螺釘連接，在連接前，對轉臺法蘭14與支撐筒12加厚層圓柱面的粘接面進行噴砂處理，提高粘接強度。為進一步保證螺釘連接的可靠性；轉臺法蘭14與支撐筒12連接螺釘與支撐筒12之間設置一個異形墊片15，異形墊片15 —側為與支撐筒12內壁相同的圓柱面，另一側為平面，提高了螺釘連接的可靠性。本發明的轉臺法蘭14和異形墊片15由鈦合金材料製成。
[0045]在上述前法蘭11及後法蘭13、轉臺法蘭14與複合材料支撐筒12全部連接完成後，對前法蘭11、後法蘭13的端面及與次鏡部件和主鏡部件配合的圓柱面進行精加工，獲得高配合精度，保證主次鏡之間的高精度對準關係；在相機安裝時，轉臺法蘭14與轉臺通過8個M8螺釘連接，為降低轉臺軸轉動時相機的不平衡力矩，兩個轉臺法蘭14上的各8個M8螺釘定位圓的圓心連線通過相機重心；在相機整體裝配完成後，測量出相機的重心位置，配打連接螺釘孔；通過對上述轉臺法蘭14的端面的精加工，保證相機與轉臺的裝配精度。
【權利要求】
1.一種空間相機主支撐結構，包括支撐筒、前法蘭和後法蘭，所述支撐筒為碳纖維複合材料層壓板結構，其特徵在於: 還包括對稱設置在支撐筒筒身兩側的轉臺法蘭，所述轉臺法蘭安裝在支撐筒的後半部，安裝轉臺法蘭的部位設置有加厚層，所述支撐筒的筒身中間部位設置有環向加強筋，所述支撐筒的前端與加厚層之間設置有軸向加強筋。
2.根據權利要求1所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述加厚層的外表面為以支撐筒中心軸為軸心的圓柱的圓柱面。
3.根據權利要求1或2所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述軸向加強筋有兩條，兩條加強筋之間的間隔約為一個轉臺法蘭的寬度， 所述主支撐結構還包括設置在兩條軸向加強筋之間的兩條短的局部加強筋，所述局部加強筋的端部與環向加強筋固定連接。
4.根據權利要求3所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述軸向加強筋、環向加強筋及局部加強筋的剖面均呈丄形，丄形的一部由I部沿整個長度方向劈開一定深度均分而成，所述I部的厚度為一部厚度的兩倍，所述軸向加強筋、環向加強筋及局部加強筋的材料也為碳纖維複合材料並與支撐筒一起固化成型。
5.根據權利要求4所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述支撐筒還包括設置在支撐筒內沿軸向設置的多個擋光環，所述擋光環的材料也為碳纖維複合材料並與支撐筒一起固化成型。
6.根據權利要求5所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述支撐筒還包括翻邊結構，所述翻邊結構為設置在支撐筒兩端沿筒身徑向向外設置的翻邊，所述前法蘭和後法蘭的橫截面均呈L形結構，所述支撐筒分別與前法蘭和後法蘭通過翻邊及L形結構形成止口配合結構。
7.根據權利要求6所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述支撐筒的前端面和後端面為噴砂處理面，所述前法蘭和後法蘭與支撐筒的配合面也為噴砂處理面，所述支撐筒分別與前法蘭和後法蘭進行膠結，膠結後再使用螺釘進行緊固。
8.根據權利要求6所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述支撐筒上安裝轉臺法蘭的部位為噴砂處理面，所述轉臺法蘭與支撐筒的接觸面為噴砂處理面，所述支撐筒與轉臺法蘭進行膠結，膠結後再使用螺釘進行緊固。
9.根據權利要求8所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述法蘭還包括設置在螺釘與支撐筒之間的異形墊片，所述異形墊片與加厚層的配合面為圓柱面，與螺釘的配合面為平面。
10.根據權利要求9所述的空間相機主支撐結構，其特徵在於:所述前法蘭、後法蘭及轉臺法蘭為鈦合金法蘭。
【文檔編號】G02B7/02GK104267560SQ201410487928
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】任國瑞, 王煒, 解永傑, 鳳良傑, 成鵬飛, 柴文義, 李創, 樊學武 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所