[发明专利]适用于极大天文望远镜的滚动摩擦传动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种极大天文望远镜的滚动摩擦传动系统。通过本发明的这 套滚动摩擦传动系统，能够解决滚动摩擦传动在极大天文望远镜上应用的两 大难题：一是超大直径摩擦盘的加工、安装、调试、以及日后更换维修问题； 二是随负载波动的超大正压力的动态补偿问题。与电机直接驱动相比，极大 望远镜上如能采用摩擦传动，将会大大降低造价。对我国未来极大天文望远 镜的研制有着重要的现实意义。

背景技术

30米左右的极大望远镜是下一代地基天文望远镜的研制目标。目前国际 上已有三个研究团组开展这方面的工作：美国的30米TMT项目；欧洲的42 米E-ELT项目；以及以美国为主的25米的GMT项目。这些极大天文望远镜项 目的传动系统考虑的主要是电机直接驱动方案。直接驱动方案在欧南台8米 VLT望远镜和日本8.2米Subaru天文望远镜上得到应用。与摩擦传动相比，直 接驱动没有中间传动环节，传动系统刚性好。但直接驱动方案成本较高，约 为摩擦传动方案的10倍(10米级系统)。8米VLT望远镜驱动电机系统的造价 约为300万欧元。可想而知，对于30米左右的极大望远镜，如用直接驱动系 统，其造价将是非常的高。另外，直接驱动传动比只是1∶1，而且属于超大 惯量系统，控制系统要比摩擦传动困难。

摩擦传动与直接驱动相比，除了在成本上有绝对的优势外，其实天文望 远镜非常适合采用摩擦传动。国际上也有多架大型望远镜成功应用了摩擦传 动，如美国10米Keck望远镜、8米Gemini望远镜、中国4米LAMOST望远镜等。 摩擦传动与齿轮传动、蜗轮蜗杆传动相比，最大的弱点就是摩擦副表面容易 打滑，为了避免这一问题，摩擦传动最理想的工作模式是：低速超低速、匀 速或加速度很小、具有大尺度的摩擦盘能够实现足够大的传动比、驱动摩擦 力矩和负载保持实时平衡。在这些要求中，前三项正是极大天文望远镜的工 作特点。天文望远镜跟踪天上目标星的速度和加速度都很低，极大望远镜如 果采用摩擦传动，其摩擦盘直径在30米左右，小摩擦轮直径取200毫米，则 传动比高达150，而直接驱动的传动比只是1∶1，这对控制系统的设计非常 有好处。但天文望远镜在工作时，圆顶天窗是打开的，而极大望远镜的体积 非常庞大，如30米TMT初步方案中，机架直径55.2米，总体高度50.56米，这 么大的结构，在随机风载的作用下，引起的负载力矩波动也非常大。前面提 及的Keck、Gemini、LAMOST等望远镜，摩擦传动系统中采用压缩弹簧施加 正压力，这种方法对于极大望远镜而言，显然不再适用。因此，在极大天文 望远镜中使用外圆滚动摩擦传动，存在两个关键问题需要解决：一是如何解 决30米超大直径摩擦盘的加工、运输、安装调试以及更换维修？二是如何保 证驱动摩擦力矩与波动负载的实时平衡，即如何施加随负载波动的超大正压 力？都是现有技术没有解决的课题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的两个问题，提供一种适用于极大 天文望远镜的滚动摩擦传动系统，该系统使得摩擦传动能够在极大天文望远 镜上得到应用，进而大大降低望远镜的造价，对极大天文望远镜的研制非常 有意义。

本发明专利要解决的技术问题主要有两个：

一、超大直径摩擦盘的加工、安装调试以及更换维修问题

以30米口径的极大天文望远镜为例，如果采用摩擦传动，望远镜方位摩 擦盘的直径一般在30米左右。这么大的摩擦盘，如果采用整体结构，在加工、 运输、安装以及现场调整方面都存在比较大的困难。更为重要的是，如果摩 擦盘表面由于磨损等缺陷需要更换和维修，除了摩擦盘整体更换比较困难 外，整个望远镜将不能继续工作，这对观测时间非常宝贵的天文望远镜而言， 是一个非常大的问题。

二、随负载波动实时补偿的超大正压力的施加问题