CN103603916A - 控制力矩陀螺隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制力矩陀螺隔振装置，其包括：至少一上平台、至少一隔振组件、至少一下平台，其中隔振组件固定在所述上平台和下平台之间。所述隔振组件包括：一收容元件，一隔振弹簧，一第一限位套筒，一第二限位套筒，一第一底座，一第二底座，四套阻尼元件。所述隔振弹簧设置于所述收容元件，所述第一限位套筒，第一底座以及收容元件形成第一收容部以及第二收容部，所述第二限位套筒，第二底座以及收容元件形成第三收容部和第四收容部，所述四套阻尼元件分别设置于该第一收容部、第二收容部、第三收容部以及第四收容部。

Description

控制力矩陀螺隔振装置

技术领域

本发明涉及一种隔振装置，尤其涉及一种轻小型组合式控制力矩陀螺隔振装置。

背景技术

控制力矩陀螺（英文缩写CMG）是一种广泛用于高分辨率观测卫星的执行机构，它通过改变高速转子动量矩矢量方向来产生反作用力矩。但在产生大力矩的同时，由于CMG内部不平衡量或噪声等原因会引起卫星结构振动，使CMG成为星上较主要的扰振源。因此如何对CMG进行隔振成为高分辨率观测卫星研制中考虑的重要问题。在星上使用时CMG有正装和斜装两种安装方式，相应的隔振装置也分为正装和斜装两种。

当前遥感卫星相机隔振中普遍采用的方式为利用压紧释放装置，在主动段将隔振器锁定在刚性支撑上，或在高阻尼隔振器上，入轨后释放，重点保证对扰振的隔振效果，此类方法也可用于CMG隔振装置，但压紧释放装置的重量和可靠性是必须考虑的问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种控制力矩陀螺隔振装置，以实现控制力矩陀螺隔振装置具有较优的隔振效果。

一种控制力矩陀螺隔振装置，其包括：至少一上平台、至少一隔振组件、至少一下平台，其中隔振组件固定在所述上平台和下平台之间。所述隔振组件包括：一收容元件，该收容元件具有一收容腔，该收容元件在所述收容腔两侧分别设置有第一收容基座和第二收容基座，该第一收容基座分别具有上下相对的两个凹槽，该两个凹槽通过第一连通部连通，该第二收容基座分别具有上下相对的两个凹槽，该两个凹槽通过第二连通部连通；一隔振弹簧，该隔振弹簧设置于所述收容元件的收容腔；一第一限位套筒，该第一限位套筒穿设于所述收容元件的第一连通部；一第二限位套筒，该第二限位套筒穿设于所述收容元件的第二连通部；一第一底座，该第一底座与所述第一收容基座以及所述第一限位套筒形成上下相对的第一收容部和第二收容部；一第二底座，该第二底座与所述第二收容基座以及所述第二限位套筒形成上下相对的第三收容部和第四收容部；四套阻尼元件，该每套阻尼元件分别设置于所述第一收容部、第二收容部、第三收容部以及第四收容部。

与现有技术相比较，本发明提供的控制力矩陀螺隔振装置可以在卫星在轨段隔离CMG产生的扰振，并且在发射段利用阻尼元件隔离从卫星传递至CMG的大载荷，同时起到保护控制力矩陀螺隔振装置的作用。本发明实施例采用被动隔振的形式，结构简单，利用少量的元件满足了CMG隔振装置实际使用过程中在轨段CMG六向隔振和发射段防护的目的。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的控制力矩陀螺隔振装置的俯视图。

图2是本发明实施例1提供的控制力矩陀螺隔振装置的主视图。

图3是本发明实施例1提供的控制力矩陀螺隔振装置的分解图。

图4是本发明实施例1提供的控制力矩陀螺隔振装置中隔振组件的剖面图。

图5是本发明实施例2提供的控制力矩陀螺隔振装置的俯视图。

主要元件符号说明

控制力矩陀螺隔振装置	10
		上平台	20
隔振组件	30
		收容元件	31
第一支撑板	32
		第二支撑板	33
隔振弹簧	34
		第一限位套筒	35
第二限位套筒	36
		第一底座	37
第二底座	38
		第一阻尼元件	39
第二阻尼元件	40
		第三阻尼元件	41
下平台	50
		控制力矩陀螺隔振装置	60
收容腔	310
		第一收容基座	311
第二收容基座	312
		第一凹槽	313
第二凹槽	314
		第一连通部	315
第三凹槽	316
		第四凹槽	317
第二连通部	318
		光孔	351、361
第一收容部	3130
		第二收容部	3140
第三收容部	3160
		第四收容部	3170

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的控制力矩陀螺隔振装置作进一步的详细说明。

请参阅图1、图2、图3以及图4，本发明实施例1提供一种控制力矩陀螺隔振装置10，该控制力矩陀螺隔振装置10为分立式结构，适用于正装控制力矩陀螺（简称CMG）。所述控制力矩陀螺隔振装置10由三个上平台20、三个相同的隔振组件30、三个下平台50组成。其中上平台20与下平台50起连接作用，上平台20的上端有控制力矩陀螺安装接口（图未示），该安装接口用于安装CMG，使CMG固定连接到本控制力矩陀螺隔振装置10。下平台50设置有卫星安装接口（图未示），该卫星安装接口用于安装卫星，使CMG与控制力矩陀螺隔振装置10固连到卫星平台。隔振组件30则倾斜安装至上平台20与下平台50之间起隔振作用。安装角度由控制力矩陀螺隔振装置10的隔振性能以及技术要求中给出的隔振装置包络所决定。上平台20的CMG安装接口由CMG本身的安装孔位所决定，下平台50的卫星安装位置由卫星本身安装孔位所决定。为了使隔振组件30倾斜固连至上平台20与下平台50之间，上平台20与下平台50需带有相同倾斜度的翻边，此角度与隔振组件30的安装角相同。若用隔振组件30的轴线与铅垂线间夹角定义隔振组件30的安装角，则此安装角适宜取锐角。

所述隔振组件30包括一个收容元件31、一个第一支撑板32、一个第二支撑板33、一个隔振弹簧34、一个第一限位套筒35、一个第二限位套筒36、一个第一底座37，一个第二底座38，四套阻尼元件，且每套阻尼元件分别包括一个第一阻尼元件39、一个第二阻尼元件40、一个第三阻尼元件41。

所述收容元件31具有一收容腔310，该收容腔310一端开口，相对的另一端具有一底部，该收容元件31在所述收容腔310的两侧分别设置有第一收容基座311和第二收容基座312，该第一收容基座311和该第二收容基座312沿所述收容腔310的中心轴线对称设置。所述第一收容基座311分别具有上下相对的第一凹槽313和第二凹槽314，该第一凹槽313和第二凹槽314通过第一连通部315连通，该第一凹槽313和第二凹槽314相对于所述第一连通部315对称设置。该第二收容基座312分别具有上下相对的第三凹槽316和第四凹槽317，该第三凹槽316和第四凹槽317通过第二连通部318连通，该第三凹槽316和第四凹槽317相对于所述第二连通部318对称设置。所述收容元件31具有收容腔310的底部的一端固定至所述上平台20，该收容腔的高度大于第一收容基座311和第二收容基座312的高度。

所述第一支撑板32设置于所述收容腔310的底部，所述隔振弹簧34的一端固定连接至所述第一支撑板32。所述第二支撑板33相对于所述第一支撑板32设置，所述隔振弹簧34的另一端固定连接至所述第二支撑板33，所述第二支撑板33固定连接至所述下平台50。所述隔振弹簧34倾斜安装在上平台20和下平台50之间，起到隔振作用。隔振弹簧34轴线与铅垂线之间夹角为锐角，此角度由给定控制力矩陀螺隔振装置10的外包络尺寸以及控制力矩陀螺隔振装置10的固有频率等因素决定。其中，隔振弹簧34轴线与铅垂线之间夹角优选为40度至60度。

所述第一底座37设置于所述第一收容基座311靠近所述下平台50的一侧，且该第一底座37设置有孔，所述第一限位套筒35穿设于所述收容元件31的第一连通部315和所述第一底座37的孔，且所述第一限位套筒35设置有光孔351，螺栓通过该光孔351可以将所述第一限位套筒35和第一底座37固定于所述下平台50。所述第一限位套筒35与所述第一收容基座311的第一凹槽313形成第一收容部3130，该第一收容部3130并不是封闭的，也就是说所述第一限位套筒35的端部与所述第一收容基座311不接触而是间隔设置。所述第一底座37与所述第一收容基座311的第二凹槽314以及所述第一限位套筒35形成第二收容部3140，该第二收容部3140并不是封闭的，也就是说所述第一底座37的端部与所述第一收容基座311不接触而是间隔设置。

所述第二底座38设置于所述第二收容基座312靠近所述下平台50的一侧，且该第二底座38设置有孔，所述第二限位套筒36穿设于所述收容元件31的第二连通部318和所述第二底座38的孔。且所述第二限位套筒36设置有光孔361，螺栓通过该光孔361可以将所述第二限位套筒36和所述第二底座38固定于所述下平台50。所述第二限位套筒36与所述第二收容基座312的第三凹槽316形成第三收容部3160，该第三收容部3160并不是封闭的，也就是说所述第二限位套筒36的端部与所述第二收容基座312不接触而是间隔设置。所述第二底座38与所述第二收容基座312的第四凹槽317以及所述第二限位套筒36形成第四收容部3170，该第四收容部3170并不是封闭的，也就是说所述第二底座38的端部与所述第二收容基座312不接触而是间隔设置。

所述每套阻尼元件均分别包括第一阻尼元件39，第二阻尼元件40以及第三阻尼元件41。且每套阻尼元件分别设置于所述第一收容部3130、第二收容部3140、第三收容部3160以及第四收容部3170。各套阻尼元件分别实现第一限位套筒35与所述第一收容基座311的间隔，第一收容基座311与所述第一底座37的间隔，第二限位套筒36与所述第二收容基座312的间隔，第二收容基座312与所述第二底座38的间隔。所述第一阻尼元件39，第二阻尼元件40以及第三阻尼元件41分别为金属/橡胶阻尼垫，各个金属/橡胶阻尼垫的阻尼特性、直径、高度均不相同，此参数由控制力矩陀螺隔振装置10的阻尼需求与限位需求所决定。下面详细说明一套阻尼元件设置于第一收容部3130的位置关系，所述第一阻尼元件39设置于所述第一凹槽313，且其底部与所述第一收容基座311接触，所述第二阻尼元件40层叠设置于所述第一阻尼元件39，且其顶部与所述第一限位套筒35接触，所述第一限位套筒35穿设于所述第一阻尼元件39和第二阻尼元件40的中心孔。所述第三阻尼元件41套设于所述第二阻尼元件40，其底部与所述第一收容基座311接触，顶部与所述第一限位套筒35接触，外侧部的部分与所述第一限位套筒35接触，部分与所述第一收容基座311接触，内侧部与所述第一阻尼元件39之间具有一间隙，调整间隙量与间隙的位置以满足所需要的金属/橡胶刚度要求。

下面详细说明一套阻尼元件设置于第二收容部3140的位置关系，所述第一阻尼元件39设置于所述第二凹槽314，且其顶部与所述第一收容基座311接触，所述第二阻尼元件40层叠设置于所述第一阻尼元件39，且其底部与所述第一底座37接触，所述第一限位套筒35穿设于所述第一阻尼元件39和第二阻尼元件40的中心孔。所述第三阻尼元件41套设于所述第二阻尼元件40，其顶部与所述第一收容基座311接触，底部与所述第一底座37接触，外侧部的部分与所述第一底座37接触，部分与所述第一收容基座311接触，内侧部与所述第一阻尼元件39之间具有一间隙，调整间隙量与间隙的位置以满足所需要的金属/橡胶刚度要求。

下面详细说明一套阻尼元件设置于第三收容部3160的位置关系，所述第一阻尼元件39设置于所述第三凹槽316，且其底部与所述第二收容基座312接触，所述第二阻尼元件40层叠设置于所述第一阻尼元件39，且其顶部与所述第二限位套筒36接触，所述第二限位套筒36穿设于所述第一阻尼元件39和第二阻尼元件40的中心孔。所述第三阻尼元件41套设于所述第二阻尼元件40，其底部与所述第二收容基座312接触，顶部与所述第二限位套筒36接触，外侧部的部分与所述第二限位套筒36接触，部分与所述第二收容基座312接触，内侧部与所述第一阻尼元件39之间具有一间隙，调整间隙量与间隙的位置以满足所需要的金属/橡胶刚度要求。

下面详细说明一套阻尼元件设置于第四收容部3170的位置关系，所述第一阻尼元件39设置于所述第四凹槽317，且其底部与所述第二收容基座312接触，所述第二阻尼元件40层叠设置于所述第一阻尼元件39，且其底部与所述第二底座38接触，所述第二限位套筒36穿设于所述第一阻尼元件39和第二阻尼元件40的中心孔。所述第三阻尼元件41套设于所述第二阻尼元件40，其顶部与所述第二收容基座312接触，底部与所述第二底座38接触，外侧部的部分与所述第二底座38接触，部分与所述第二收容基座312接触，内侧部与所述第一阻尼元件39之间具有一间隙，调整间隙量与间隙的位置以满足所需要的金属/橡胶刚度要求。

另外，所述第一限位套筒35和所述第一底座37，以及所述第二限位套筒36和所述第二底座38也可以设置有螺纹孔，通过螺钉固定于所述下平台50。当然，所述第一限位套筒35和所述第一底座37，以及所述第二限位套筒36和所述第二底座38也可以采用其他方式固定于所述下平台50。所述控制力矩陀螺隔振装置10也可以没有第一支撑板32以及第二支撑板33，所述隔振弹簧34的一端固定在所述收容元件31的收容腔310的底部，另一端固定在所述下平台50。其中，所述上平台20、隔振组件30、下平台50的数量不限于3个，也可以为根据需要自行设计。所述每套阻尼元件中阻尼元件的数量不限，也可以为一个，两个，四个或其以上。

在卫星发射阶段，本实施例1提供的控制力矩陀螺隔振装置10由于具有隔振弹簧34，所以可以隔离CMG产生的扰振传递至所述卫星，并且在发射段，利用阻尼元件可以隔离从卫星传递至CMG的大载荷，同时起到保护控制力矩陀螺隔振装置10的作用。

本实施例1提供的控制力矩陀螺隔振装置10由三个上平台20、三个相同的隔振组件30、三个下平台50组成，构成分立式结构，具有体积小、质量轻等优点。

本实施例1提供的控制力矩陀螺隔振装置10也适用于斜装式CMG，只是三个隔振组件30与CMG的安装角度以及隔振组件30中隔振弹簧34、第一阻尼元件39、第二阻尼元件40以及第三阻尼元件41的隔振参数与阻尼参数有所变化。参数调整幅度取决于任务需求中的隔振要求。倾斜安装CMG隔振装置对于金字塔型CMG组、五棱锥型CMG组等多种构型有着广泛的应用。

请参阅图5，本发明实施例2提供一种控制力矩陀螺隔振装置60，该控制力矩陀螺隔振装置60为整体式结构，适用于正装CMG和斜装CMG。本实施例2与实施例1的不同在于三个上平台20与三个下平台50分别构成整体式上平台和下平台，其中各个隔振组件30等间隔固定在所述上平台和下平台之间。所述上平台和下平台围成的圆环内均设置有加强板，使所述控制力矩陀螺隔振装置60更加结实、稳固。此实施方式方具有安装方便，安装精度容易保证等优点。

本发明实施例提供的控制力矩陀螺隔振装置可以在卫星发射阶段隔离CMG产生的扰振，并且在发射段利用阻尼元件隔离从卫星传递至CMG的大载荷，同时起到保护控制力矩陀螺隔振装置的作用。本发明实施例采用被动隔振的形式，结构简单，利用少量的元件满足了CMG隔振装置实际使用过程中在轨段CMG六向隔振和发射段防护的目的。

更进一步，本发明实施例提供的控制力矩陀螺隔振装置全部采用金属材料，可以避免传统隔振装置中阻尼元件带来的老化等问题；本隔振装置采用隔振弹簧与金属/橡胶阻尼垫并联设计，保证在轨段提供阻尼的同时发射段提供非线性高刚度；本隔振装置采用刚性连接，有效解决了已有CMG隔振装置中柔性角在刚度设计与疲劳寿命方面存在的问题。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种控制力矩陀螺隔振装置，其包括：

至少一上平台、至少一隔振组件、至少一下平台，其中隔振组件固定在所述上平台和下平台之间，

所述隔振组件包括：

一收容元件，该收容元件具有一收容腔，该收容元件在所述收容腔两侧分别设置有第一收容基座和第二收容基座，该第一收容基座分别具有上下相对的两个凹槽，该两个凹槽通过第一连通部连通，该第二收容基座分别具有上下相对的两个凹槽，该两个凹槽通过第二连通部连通；

一隔振弹簧，该隔振弹簧设置于所述收容元件的收容腔；

一第一限位套筒，该第一限位套筒穿设于所述收容元件的第一连通部；

一第二限位套筒，该第二限位套筒穿设于所述收容元件的第二连通部；

一第一底座，该第一底座与所述第一收容基座以及所述第一限位套筒形成上下相对的第一收容部和第二收容部；

一第二底座，该第二底座与所述第二收容基座以及所述第二限位套筒形成上下相对的第三收容部和第四收容部；

四套阻尼元件，该每套阻尼元件分别设置于所述第一收容部、第二收容部、第三收容部以及第四收容部。

2.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，所述每套阻尼元件至少包括一个阻尼元件。

3.如权利要求2所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，所述每套阻尼元件分别包括第一阻尼元件、第二阻尼元件以及第三阻尼元件，该第一阻尼元件和第二阻尼元件分别层叠设置于所述第一收容部、第二收容部、第三收容部以及第四收容部，所述第三阻尼元件套设于所述第二阻尼元件，且该第三阻尼元件的两端分别抵靠在所述第一套筒和第一收容基座、或抵靠在第一收容基座和第一底座、或抵靠在所述第二套筒和第二收容基座、或抵靠在第二收容基座和第二底座。

4.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，所述阻尼元件为金属/橡胶阻尼垫。

5.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，所述隔振弹簧的轴线与铅垂线之间夹角为锐角。

6.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，所述隔振弹簧的轴线与铅垂线之间夹角为40度至60度。

7.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，进一步包括第一支撑板以及第二支撑板，所述第一支撑板设置于所述收容元件的收容腔的底部，所述第二支撑板与所述第一支撑板相对设置且固定于所述下平台，所述隔振弹簧的两端分别固定于所述第一支撑板和第二支撑板。

8.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，所述第一限位套筒和第一底座设置有光孔，通过螺栓固定于所述下平台，所述第二限位套筒和第二底座设置有光孔，通过螺栓固定于所述下平台。

9.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，该控制力矩陀螺隔振装置为分立式结构，其包括三个上平台、三个隔振组件、三个下平台，其中各个隔振组件分别固定在所述各个上平台和下平台之间。

10.如权利要求1所述的控制力矩陀螺隔振装置，其特征在于，该控制力矩陀螺隔振装置为整体式结构，其包括一个上平台、三个隔振组件、一个下平台，其中各个隔振组件等间隔固定在所述上平台和下平台之间。

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