1.3m主镜的支承设计

　　1　引　言

　　随着现代光学工程的发展,望远镜通光口径不断增大,支承设计不得不作为一个非常重要的技术环节加以考虑。这是因为主镜在自身重量的作用下,光学镜面必定产生不同程度的变形,若这种变形超过一定的范围,将极为有害地影响光学系统的成像质量。因此,只有采用合理而有效的支承方案,才能尽量减小镜面在自重影响下的变形,满足在不同工况和环境条件下,主镜镜面的面形精度要求。

　　2　1.3 m主镜支承选型

　　1.3 m主镜是轻质镜,材料为熔石英,总重194.5 kg,重心距主镜底面为103.3 mm。对于1.3 m主镜支承的技术要求为:

　　(1)主镜支承后的重力变形<λ/8;

　　(2)在温度-10℃~+40℃之间,镜筒俯仰0~85°时,主镜中心位移<0.02 mm,倾斜变化<5″;

　　(3)主镜能轴向调节±10 mm,主镜可微调倾斜±20′,有中心定位。

　　依据对1.3 m主镜支承的位置准确、支承稳定和主镜镜面变形要求并参考文献[123],确定选择的主镜支承型式是:有中心定位的底面18点和侧面水银带支承。从运动学角度看,该支承结构约束了主镜除绕光轴旋转外的5个自由度,确定了主镜位置。

　　3　1.3 m主镜底支承设计

　　1.3 m主镜的底支承采用了杠杆托盘式的18点支承方式。该支承方式是在通常三点支承的基础上,在每一个静定的支承点上,通过两层刚性浮动支架,把支承点数扩大为18,再作用于镜子。由于浮动支架本身是静定的,因此作用于镜子支承力的大小并不彼此独立,而是服从静力平衡规律。因此,对支承力来讲,它是一个静定系统,但对镜子弹性变形来讲它是超静定的。这样,由于作用于镜子支承点数的增加,镜子的重力变形得到了改善。

　　3.1　18点支承位置的确定

　　目前,对主镜3点、9点或18点浮动支承结构支承位置的确定,一般采用John H. Hindle于1945年给出的主镜多点浮动支承位置的计算方法。但该方法是基于实心薄平面镜得到的,存在着一定的局限性,对于1.3 m主镜,不仅中心部分有孔,而且是抛物面主镜,特别是对于轻质镜而言,结构更为复杂,因此已不宜采用Hindle理论计算支撑位置。

　　本设计是依据均衡原理,利用结构分析软件I2deas并结合插值算法,得到1.3 m主镜的最佳支承位置,外圆12点所在位置直径是1 091 mm,内圆6点所在位置直径是573 mm。其变形分析结果如图1, PV值为26.9×m,RMS值为6.81×m。

　　3.2　底支承的结构设计

　　底支承的具体结构如图2所示,主要由底座、大支承球头、横臂、小支承球头、三角支承架、球面垫和尼龙垫组成。该结构是在底座的同一半径上均匀分布3个轴向可调大支撑球头,在大支撑球头上安装横臂,其可以绕球头在垂直于纸面的轴线摇摆,在横臂的两端通过小支承球头安装三角支承架,在三角支承架的3个支承点上通过球面垫和尼龙垫保证3个支承点自由地定位在主镜背面。这样,该底支承就变成了3层3×2×3=18点的支承方式,而且该支承通过对大支承球头的轴向调节实现对主镜的装配调整。该支承机械结构简单,而且性能也比较稳定。