[发明专利]挤压式磁流变弹性体力促动器

说明书

技术领域

本发明涉及精密机械装置技术领域，具体涉及一种适用于天文望远镜主动光学镜面面形控制对支撑力控制需求的挤压式磁流变弹性体力促动器。

背景技术

精密力促动器在很多领域有广泛的应用，特别是在光学领域。大型天文望远镜的主镜几何尺寸特别大，当主镜随着望远镜的观测倾角发生变化时，其重力变形会导致主镜面形发生变化，从而导致望远镜的成像质量降低。针对这一问题，现代的大型望远镜，例如欧洲南方天文台的甚大望远镜VLT、美国的双子星GEMINI望远镜、日本SUBARU望远镜等都采用主动光学技术，利用力促动器对主镜进行支撑，实时调整支撑力的大小，来抵消由于主镜重力变形导致的面形误差，从而始终保证主镜的面形处于较好的状态，保证望远镜功能的成像质量，因此在主动光学望远镜中力促动器是其核心元件之一。目前的力促动器主要是机械式和气压式两种类型，其中机械式如公开号为101276051A的中国专利所述，一般利用滚珠丝杠产生微小位移然后利用弹簧单元将位移转化为力，机械式力促动器成本低，控制简单，但存在着间隙、传动误差、摩擦损耗及爬行等现象，很难做到高分辨率要求，且其相应速度受机械结构限制，一般较低。而气压式如专利号为97236305.X的中国专利和公开号为102809801A的中国专利所述，利用气缸上下腔的压强差使活塞轴输出不同支撑力，其影响速度可以做到很高，但气缸式促动器需要稳定气源，受温度影响较大。

发明内容

为了解决现有力促动器存在的行程不可调、结构复杂、响应速度低、力分辨率低的问题，本发明提出一种采用智能材料磁流变弹性体作为变刚度元件来实现力输出范围和输出模式可调、高力分辨率和高影响速度的挤压式磁流变弹性体力促动器。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

挤压式磁流变弹性体力促动器，包括：外壳；

固定在外壳上下两端的顶盖和预紧底盖；

外壳内部设置有紧压在预紧底盖上的预紧弹簧、预紧弹簧上端的挤压盘、固定在挤压盘上的下电磁线圈、固定在顶盖上的上电磁线圈、位于上电磁线圈和下电磁线圈之间的磁流变弹性体，所述上电磁线圈、磁流变弹性体和下电磁线圈构成可控磁路，所述磁流变弹性体处于可控磁路中；

力输出杆，所述力输出杆依次穿过顶盖、上电磁线圈、磁流变弹性体和下电磁线圈的中孔固定在挤压盘中心位置，所述力输出杆上端通过顶盖中孔伸出外壳；

套装在力输出杆上并固定在顶盖的中孔处的直线导向构件，用于保证力输出杆的输出力方向；

安装在力输出杆顶端的测力元件；

安装在测力元件顶端用于与支撑镜面相连的支撑球头。

所述智能材料磁流变弹性体作为力促动器的变刚度元件，且磁流变弹性体处于挤压受力状态。

所述上电磁线圈、磁流变弹性体和下电磁线圈构成力促动器可变刚度单元。

所述预紧底盖上留有扳手孔，当预紧时可以使用扳手旋动预紧底盖对预紧弹簧施加预紧力。

所述直线导向构件采用直线轴承或无油衬套。

所述力输出杆采用不导磁材料制成。

所述磁流变弹性体与上电磁线圈和下电磁线圈之间留有缝隙，为磁流变弹性体受挤压时留出一定的横向变形空间，所述磁流变弹性体的受力状态为挤压形式。

所述上电磁线圈和下电磁线圈均为市售产品，能产生高磁场。

本发明的有益效果是：

本发明的挤压式磁流变弹性体力促动器，力输出范围可调，通过调整预紧力即可调整力促动器的力输出范围；力输出方式可调，通过调整初始状态电磁线圈产生的磁场大小，即可实现力促动器输出压力、拉力或拉压力三种输出模式的调整；响应速度快，由于使用电流调节磁场来调整输出力的大小，而磁流变弹性体对磁场变化响应速度可以达到ms级，因此力促动器的相应速度很高；力输出精度高，由于通过调整电流来调整输出力，而电流的调整精度可以做到很高，因此力输出精度可以很高；结构简单，省去传统机械式力促动器的滚珠丝杠螺母机构，因此力促动器的几何尺寸可以做的很小，结构非常紧凑。