CN102734376A - 一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器 - Google Patents

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一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，主要由球头芯轴、球座、外壳及波纹管组件、密封圈等组成。通过球头与球座及外壳之间的相对运动，使粘弹性材料产生剪切变形，从而耗散机械振动能量，达到阻尼减振的目的。波纹管组件及密封圈可将粘弹性材料密闭在阻尼器的内部腔体内，防止粘弹性材料在真空中质损或放气，避免由此导致的阻尼性能的明显下降及对其他光学设备可能产生的污染。

Description

一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器
技术领域
本发明涉及一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器。
背景技术
航天器在轨运行阶段存在着多种扰动源，这些扰动源会引起航天器平台的振动。而随着航天技术的发展，航天器携带的精密有效载荷越来越多，这些有效载荷通常具有严格的高精度指向要求，往往对振动环境非常敏感，航天器的振动会影响这些有效载荷的正常工作。为满足有效载荷的力学环境要求，需要采用相应的振动控制措施，把振源通过航天器结构传递到有效载荷的振动能量吸收耗散。常见的阻尼器往往仅具有单向的阻尼减振能力，当受到其它方向载荷作用时，需要组成平台，才能满足多方向的阻尼减振需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，可以实现三个方向的阻尼减振，具有密封性能良好，结构组成简单，使用寿命长，安装操作方便等优点。
本发明的技术解决方案是：
一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，包括：上阻尼层、下阻尼层、球头芯轴、外壳、球座、橡胶密封圈、波纹管、波纹管上盖板、波纹管下盖板、径向密封圈、金属密封圈和螺母；
球头芯轴的一端为外螺纹，另一端为球头；外壳为一个空心旋转体，内部为球面和圆柱面，球面一端的顶部开有通孔，圆柱面一端为内螺纹；
上阻尼层为半球壳状且顶部开有中心孔，上阻尼层的外表面与外壳的内部球面粘接，上阻尼层的内表面与球头芯轴的球头粘接；
下阻尼层为半球壳状且其外表面与球座的内表面粘接，下阻尼层的内表面与球头芯轴的球头粘接；
上阻尼层和下阻尼层将球头芯轴的球头包裹在内，且上阻尼层与下阻尼层之间留有一定间隙；
球头芯轴的外螺纹的一端穿过上阻尼层顶部的中心孔以及外壳球面一端顶部的通孔，且球头芯轴的外螺纹的一端与上阻尼层顶部的中心孔以及外壳球面一端顶部的通孔之间均留有间隙；
球座与外壳内部的圆柱面一端螺纹连接，球座与外壳之间通过螺纹上涂覆的密封胶和橡胶密封圈实现密封；
波纹管两端分别与波纹管上盖板及波纹管下盖板焊接；波纹管上盖板位于球头芯轴的轴肩上，并由径向密封圈实现波纹管上盖板与球头芯轴之间的径向密封；波纹管下盖板通过螺纹与外壳连接，螺纹上涂有密封胶，波纹管下盖板与外壳之间放有金属密封圈用于实现波纹管下盖板与外壳之间的密封；
螺母置于波纹管上盖板的上方，将波纹管上盖板固定在球头芯轴上；
下阻尼层的外表面与球座的内表面，还可通过球座与外壳的螺纹连接将球座的内表面与下阻尼层的外表面压紧连接。
包括：上阻尼层、下阻尼层、外壳、球座、橡胶密封圈、波纹管、波纹管下盖板、金属密封圈、连接轴和球头杆；
球头杆的一端为球头，另一端为开有螺纹孔的圆杆；外壳为一个空心旋转体，内部为球面和圆柱面，球面一端的顶部开有通孔，圆柱面一端为内螺纹；
上阻尼层为半球壳状且顶部开有中心孔，上阻尼层的外表面与外壳的内部球面粘接，上阻尼层的内表面与球头杆的球头粘接；
下阻尼层为半球壳状且其外表面与球座的内表面粘接，下阻尼层的内表面与球头杆的球头粘接；
上阻尼层和下阻尼层将球头杆的球头包裹在内，且上阻尼层与下阻尼层之间留有一定间隙；
球头杆的圆杆端穿过上阻尼层顶部的中心孔以及外壳球面一端顶部的通孔，且球头杆的圆杆端与上阻尼层顶部的中心孔以及外壳球面一端顶部的通孔之间均留有间隙；
球座与外壳内部的圆柱面一端螺纹连接，球座与外壳之间通过螺纹上涂覆的密封胶和橡胶密封圈实现密封；
连接轴为带有安装法兰面的轴且连接轴的两端均有螺纹，将波纹管下盖板和波纹管套在球头杆的圆杆上，波纹管下盖板位于波纹管的下方，连接轴的一端与球头杆的螺纹孔连接，连接轴的安装法兰面位于波纹管的上方，波纹管与连接轴的安装法兰面和波纹管下盖板均为焊接连接；
波纹管下盖板通过螺纹与外壳连接，螺纹上涂有密封胶，波纹管下盖板与外壳之间放有金属密封圈用于实现波纹管下盖板与外壳之间的密封；
上阻尼层和下阻尼层均采用粘弹性材料。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的阻尼器，球头与球座及外壳间可旋转，同时，球头芯轴可沿轴向产生运动，使阻尼层产生相应的拉压变形和剪切变形，具有三向阻尼减振能力(轴向、两个方向的旋转)。
(2)本发明阻尼器，为密封型结构，粘弹性材料被封闭在密封腔中，既避免了粘弹性材料因为放气而污染有效载荷，又避免了因阳光直接辐照粘弹性材料而导致其阻尼性能快速下降，具有无污染，寿命长的优点。
(3)本发明阻尼器，在球头芯轴相对外壳、球座运动时，阻尼层与外壳、球座、球头芯轴分别形成相应的剪切面，具有阻尼效率高的特点。
(4)本发明阻尼器，结构组成简单，粘弹性材料事先加工成型，装配过程中无需灌注，易于装配。
附图说明
图1为本发明阻尼器结构示意图；
图2为本发明阻尼器应用示意图；
图3为本发明阻尼器的另一种形式。
具体实施方式
粘弹性材料在真空环境下会发生出气现象，可能会对有效载荷造成影响。本发明提供了一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，将阻尼层完全密封在阻尼器内部腔体内，形成密封型三向阻尼器，如图1所示，包括：上阻尼层1、下阻尼层2、球头芯轴3、外壳4、球座5、橡胶密封圈6、波纹管7、波纹管上盖板8、波纹管下盖板9、径向密封圈10、金属密封圈11和螺母12；
球头芯轴3的一端为外螺纹，另一端为球头；外壳4为一个空心旋转体，内部为球面和圆柱面，球面一端的顶部开有通孔，圆柱面一端为内螺纹；
上阻尼层1为半球壳状且顶部开有中心孔，上阻尼层1的外表面与外壳4的内部球面粘接，上阻尼层1的内表面与球头芯轴3的球头粘接；
下阻尼层2为半球壳状且其外表面与球座5的内表面粘接，下阻尼层2的内表面与球头芯轴3的球头粘接；下阻尼层2的外表面与球座5的内表面，还可通过球座5与外壳4的螺纹连接将球座5的内表面与下阻尼层2的外表面压紧连接。
上阻尼层1和下阻尼层2将球头芯轴3的球头包裹在内，且上阻尼层1与下阻尼层2之间留有一定间隙；上阻尼层1和下阻尼层2均采用粘弹性材料。
球头芯轴3的外螺纹的一端穿过上阻尼层1顶部的中心孔以及外壳4球面一端顶部的通孔，且球头芯轴3的外螺纹的一端与上阻尼层1顶部的中心孔以及外壳4球面一端顶部的通孔之间均留有间隙；
球座5与外壳4内部的圆柱面一端螺纹连接，球座5与外壳4之间通过螺纹上涂覆的密封胶和橡胶密封圈6实现密封；
波纹管7两端分别与波纹管上盖板8及波纹管下盖板9焊接；波纹管上盖板8位于球头芯轴3的轴肩上，并由径向密封圈10实现波纹管上盖板8与球头芯轴3之间的径向密封；波纹管下盖板9通过螺纹与外壳4连接，螺纹上涂有密封胶，波纹管下盖板9与外壳4之间放有金属密封圈11用于实现波纹管下盖板9与外壳4之间的密封；
螺母12置于波纹管上盖板8的上方，将波纹管上盖板8固定在球头芯轴3上；
球头芯轴3、外壳4、球座5、橡胶密封圈6、波纹管7、波纹管上盖板8、波纹管下盖板9、径向密封圈10、金属密封圈11之间形成了密封的腔体。
波纹管7与波纹管上盖板8及波纹管下盖板9焊接后，再与外壳4进行装配。外壳4上设计封严槽，采用金属密封圈11，在波纹管下盖板9的装配过程中，可有效提高密封圈的抗磨损性能，保证密封效果。
在阻尼器工作过程中，波纹管7产生相应的轴向或弯曲弹性变形。一般情况下，波纹管7的弹性变形力相对阻尼力而言可以忽略。波纹管7的波数根据阻尼器的行程确定，一般情况下，2个到4个波即可。
如图2所示，为本发明的应用示意图，有效载荷通过螺母固定在球头芯轴3的外螺纹的一端，起到对有效载荷的三向减振作用。有效载荷与结构通过本发明的阻尼器连接。
当结构产生轴向振动时，球头芯轴与外壳发生轴向相对运动，使上阻尼层及下阻尼层内部产生剪切变形及拉压变形，从而消耗振动能量。
当结构产生横向振动垂直于轴向的两个方向时，球头芯轴的球头与外壳及球座间产生相对的旋转运动，使上阻尼层及下阻尼层内部产生剪切变形，从而消耗振动能量。
如图3所示，为另一种形式的密封型三向阻尼器，上阻尼层1、下阻尼层2、外壳4、球座5、橡胶密封圈6、波纹管7、波纹管下盖板9、金属密封圈11、连接轴13和球头杆14；
球头杆14的一端为球头，另一端为开有螺纹孔的圆杆；外壳4为一个空心旋转体，内部为球面和圆柱面，球面一端的顶部开有通孔，圆柱面一端为内螺纹；
上阻尼层1为半球壳状且顶部开有中心孔，上阻尼层1的外表面与外壳4的内部球面粘接，上阻尼层1的内表面与球头杆14的球头粘接；
下阻尼层2为半球壳状且其外表面与球座5的内表面粘接，下阻尼层2的内表面与球头杆14的球头粘接；
上阻尼层1和下阻尼层2将球头杆14的球头包裹在内，且上阻尼层1与下阻尼层2之间留有一定间隙；上阻尼层1和下阻尼层2均采用粘弹性材料。
球头杆14的圆杆端穿过上阻尼层1顶部的中心孔以及外壳4球面一端顶部的通孔，且球头杆14的圆杆端与上阻尼层1顶部的中心孔以及外壳4球面一端顶部的通孔之间均留有间隙；
球座5与外壳4内部的圆柱面一端螺纹连接，球座5与外壳4之间通过螺纹上涂覆的密封胶和橡胶密封圈6实现密封；
连接轴13为带有安装法兰面的轴且连接轴13的两端均有螺纹，将波纹管下盖板9和波纹管7套在球头杆14的圆杆上，波纹管下盖板9位于波纹管7的下方，连接轴13的一端与球头杆14的螺纹孔连接，连接轴13的安装法兰面位于波纹管7的上方，波纹管7与连接轴13的安装法兰面和波纹管下盖板9均为焊接连接；
波纹管下盖板9通过螺纹与外壳4连接，螺纹上涂有密封胶，波纹管下盖板9与外壳4之间放有金属密封圈11用于实现波纹管下盖板9与外壳4之间的密封。
连接轴13、外壳4、球座5、橡胶密封圈6、波纹管7、波纹管下盖板9、金属密封圈11之间形成了密封的腔体，装配过程中，波纹管7与波纹管下盖板9焊接后，与外壳4进行装配，在连接轴13与球头杆14装配后，再将波纹管7与连接轴13的法兰焊接，进一步提高了密封的可靠性，同时，连接轴13的法兰面，可增大有效载荷的支撑面。
与第一种密封型阻尼器相比，第二种实现形式减少了径向密封圈，使得密封性更可靠。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，其特征在于包括：上阻尼层(1)、下阻尼层(2)、球头芯轴(3)、外壳(4)、球座(5)、橡胶密封圈(6)、波纹管(7)、波纹管上盖板(8)、波纹管下盖板(9)、径向密封圈(10)、金属密封圈(11)和螺母(12)；
球头芯轴(3)的一端为外螺纹，另一端为球头；外壳(4)为一个空心旋转体，内部为球面和圆柱面，球面一端的顶部开有通孔，圆柱面一端为内螺纹；
上阻尼层(1)为半球壳状且顶部开有中心孔，上阻尼层(1)的外表面与外壳(4)的内部球面粘接，上阻尼层(1)的内表面与球头芯轴(3)的球头粘接；
下阻尼层(2)为半球壳状且其外表面与球座(5)的内表面粘接，下阻尼层(2)的内表面与球头芯轴(3)的球头粘接；
上阻尼层(1)和下阻尼层(2)将球头芯轴(3)的球头包裹在内，且上阻尼层(1)与下阻尼层(2)之间留有一定间隙；
球头芯轴(3)的外螺纹的一端穿过上阻尼层(1)顶部的中心孔以及外壳(4)球面一端顶部的通孔，且球头芯轴(3)的外螺纹的一端与上阻尼层(1)顶部的中心孔以及外壳(4)球面一端顶部的通孔之间均留有间隙；
球座(5)与外壳(4)内部的圆柱面一端螺纹连接，球座(5)与外壳(4)之间通过螺纹上涂覆的密封胶和橡胶密封圈(6)实现密封；
波纹管(7)两端分别与波纹管上盖板(8)及波纹管下盖板(9)焊接；波纹管上盖板(8)位于球头芯轴(3)的轴肩上，并由径向密封圈(10)实现波纹管上盖板(8)与球头芯轴(3)之间的径向密封；波纹管下盖板(9)通过螺纹与外壳(4)连接，螺纹上涂有密封胶，波纹管下盖板(9)与外壳(4)之间放有金属密封圈(11)用于实现波纹管下盖板(9)与外壳(4)之间的密封； 
螺母(12)置于波纹管上盖板(8)的上方，将波纹管上盖板(8)固定在球头芯轴(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，其特征在于：下阻尼层(2)的外表面与球座(5)的内表面，还可通过球座(5)与外壳(4)的螺纹连接将球座(5)的内表面与下阻尼层(2)的外表面压紧连接。
3.一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，其特征在于包括：上阻尼层(1)、下阻尼层(2)、外壳(4)、球座(5)、橡胶密封圈(6)、波纹管(7)、波纹管下盖板(9)、金属密封圈(11)、连接轴(13)和球头杆(14)；
球头杆(14)的一端为球头，另一端为开有螺纹孔的圆杆；外壳(4)为一个空心旋转体，内部为球面和圆柱面，球面一端的顶部开有通孔，圆柱面一端为内螺纹；
上阻尼层(1)为半球壳状且顶部开有中心孔，上阻尼层(1)的外表面与外壳(4)的内部球面粘接，上阻尼层(1)的内表面与球头杆(14)的球头粘接；
下阻尼层(2)为半球壳状且其外表面与球座(5)的内表面粘接，下阻尼层(2)的内表面与球头杆(14)的球头粘接；
上阻尼层(1)和下阻尼层(2)将球头杆(14)的球头包裹在内，且上阻尼层(1)与下阻尼层(2)之间留有一定间隙；
球头杆(14)的圆杆端穿过上阻尼层(1)顶部的中心孔以及外壳(4)球面一端顶部的通孔，且球头杆(14)的圆杆端与上阻尼层(1)顶部的中心孔以及外壳(4)球面一端顶部的通孔之间均留有间隙；
球座(5)与外壳(4)内部的圆柱面一端螺纹连接，球座(5)与外壳(4)之间通过螺纹上涂覆的密封胶和橡胶密封圈(6)实现密封；
连接轴(13)为带有安装法兰面的轴且连接轴(13)的两端均有螺纹，将波纹管下盖板(9)和波纹管(7)套在球头杆(14)的圆杆上，波纹管下盖板 (9)位于波纹管(7)的下方，连接轴(13)的一端与球头杆(14)的螺纹孔连接，连接轴(13)的安装法兰面位于波纹管(7)的上方，波纹管(7)与连接轴(13)的安装法兰面和波纹管下盖板(9)均为焊接连接；
波纹管下盖板(9)通过螺纹与外壳(4)连接，螺纹上涂有密封胶，波纹管下盖板(9)与外壳(4)之间放有金属密封圈(11)用于实现波纹管下盖板(9)与外壳(4)之间的密封。
4.根据权利要求1或3所述的一种适合航天器在轨应用的密封型三向粘弹性阻尼器，其特征在于：上阻尼层(1)和下阻尼层(2)均采用粘弹性材料。 
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