大口径望远镜主镜保护盖设计

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Design of primary mirror cover for large aperture telescopeChen Baogang，W ang Shuai，Yang Fei，Zhang Jingxu(Changchun Institute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China)Abstract：In order to protect the primary mirror of a meter-class telescope，the petal-type cover wasdesigned.The main structure form of lager aperture telescope which have completed at home and aboardwere introduced briefly.On the basis of offset slider-crank mechanism which was evolved from four-barlinkage mechanism，a four bar structure which did not need brace existing was proposed.In addition，thekinematic model was created and the force analysis was carried out.The driving torque of motor，displacement of slider and operation time of cover were calculated.Practical application shows that thecover is reliable and effective to prevent the dust and dropped objects from polluting or damaging theprimary mirror.The time to open or close the cover is about 62.5 S.The life of no fault is more thanone year using in Changchun area.The operation number of no maintenance are more than 500.So thedesign satisfies system requirement and provides reference for the coming researchers。

Key words：primary miror cover； large aperture telescope； crank -slider mechanism； kinematic model收稿日期：2012-08-15； 修订 日期 ：2012-09-i0基金项 目：中国科学院三期创新重大研究项 目作者简介：陈宝刚(1982-)，男 ，助理研究员 ，硕士，主要从事大型光学仪器结构设计方面的研究。Email：cbg)8l3###l63.com第 4期 陈 宝刚等 ：大 口径 望 远 镜 主镜 保 护盖 设 计 99l由 与 F的系数变化 曲线得出：T/F187.5 N时 ，才能够保证镜盖在任何位置都能打开与关闭。

3.3 滑块移动位移计算根据 图4中的几何关系得出： cos8-日cos图 4中所示位移d为正。图6为滑块的运动位移随角度 /3的变化曲线，最大为 0.037m，最小为-0.078 m。

可以得出 ：完全打开镜盖滑块所需移动的距离最小为 0.037 m0.078 m0.115 m。

g吕图 6滑块的运动位移曲线Fig.6 Displacement curve of slider3.4 电机驱动所需力矩计算文 中采用步进 电机通过联轴器驱动丝杆旋转 ，把 电机的扭矩转换为滑块 的驱动拉力。丝杆参数为 ：螺纹 中径 D，螺距 Z，丝杆和螺母间的滑动摩擦 系数， 则可以推导出要得到拉力 F所需 的驱动丝杆力矩为 ：M (sin 。s /cos式 中： 为丝杆的升角 ，由于丝杆的升角较小 ，上1T式可以简化为 ：等(丝杆直径 12mm，螺距 l rnnl，由于丝杆材料为 40Cr，丝母为锡青铜 ，痊动摩擦系数 0.1，由 3.2节分析得出F为 187.5N，计算得驱动丝杆所需的力矩为： 盟 1 mm 0l 1425Nm取保险系数 3，则所需的驱动力矩约为 0.43Nm。

由于主镜保护盖安装在 四通上，电机应旧能小巧 ，但为了实现电控系统 出现故 障后能够手动操作，故不采用减速器。文中最终选用57BYG250C两相混合式步进电机 ，保持转矩 lNm，相电流 1.5A。

3.5 镜盖 开 关时 间根据该 电机的特性 ，设定其转速 v为 120 rpm。

由3.3节计算得滑块最大移动距离为 115mln，丝杆螺距为 1ITUTI，故单独打开每个镜盖所需时间为：f d - ll- 5m- m- 57.5mm120rps s 。 1 。 -但是为了保证镜盖关闭后的密封，其中相对的两组镜盖边缘安装了密封胶条，故操作时应该提前打开带有胶条的两组镜盖 ，大约 5 S后再打开另外两组镜盖 ，关闭时正好相反操作，否则镜盖之间发生干涉㈣。

4 结 论图7镜盖开关时间调试Fig.7 Debugging cover主镜保护盖是光学望远镜 的重要组成部分 ，保护主镜少受空气 中悬浮的细幸尘及颗粒污染 ，保护人为误操作对主镜 的损坏 ，延长主镜重新镀膜 的间隔时间 ，维持望远镜具有较好的观测能力 ，使望远镜获得更多更好 的科学产出等方面具有重要意义。

针对某米级望远镜 ，设计 了四门对开花瓣式主镜保护盖 ，采用拈化设计 ，互换性强 ，拆装维护简单方便，可靠性好。实际工程应用表明，该主镜保护盖对主镜的防尘和防护效果明显 ，能够较好维持主镜 的反射率。外场应用经历长春地区夏天30℃冬天-30℃的温度变化，无故障使用时间大于-年 ，免维护开关次数大于 500次。国内已建成大 口径望远镜多采用双门对开式结构 ，文中是国内首次采用 四门对开花瓣式结构的主镜保护盖，为后续研究者 的相关设计提供了重要的参考价值。