CN104061278A - 一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，包括金属橡胶压板、外壳、芯轴、波纹管、波纹管法兰、螺钉和金属橡胶元件。通过金属橡胶材料内部相互咬合钩连的金属丝之间摩擦，耗散由结构输入的振动能量，从而达到阻尼减振的目的。本发明阻尼器的金属橡胶压板与外壳通过螺纹连接，给水平芯轴上下两侧的金属橡胶元件施加预载荷，保证金属橡胶元件保持压缩状态，从而保证其阻尼减振性能的稳定性。本发明阻尼器具有结构简单、安装方便、适用于空间极端环境条件等优点。

Description

一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器

技术领域

本发明涉及一种金属橡胶阻尼器，尤其涉及一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器。

背景技术

随着航天器有效载荷精度的不断提高，对在轨航天器力学环境越来越敏感。为满足有效载荷的在轨工作环境要求，需要采用相应的振动抑制措施，如采用阻尼器把振源通过航天器结构传递至有效载荷的振动能量吸收或耗散掉。金属橡胶阻尼器具备刚度非线性；良好的阻尼减振性能；质量小、不挥发、耐辐照、耐冷热交变、抗疲劳、长寿命和高可靠性等特点，非常适用于空间环境下的航天器振动控制。一般金属橡胶元件在受较大量级交变载荷作用时，材料内部相互咬合钩连的金属丝会发生断裂现象，进而产生碎屑，在微重力真空环境下碎屑可能会对相机等精密设备产生污染，因此难以直接应用于航天器在轨振动抑制。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，具有结构组成简单，制造加工方便，使用寿命长，适用于空间极端环境条件，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防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，包括金属橡胶压板、外壳、芯轴、波纹管、波纹管法兰、螺钉和金属橡胶元件；

外壳为台阶型的空心圆柱体；芯轴位于外壳的大圆柱段内，包括水平芯轴和垂直芯轴，水平芯轴和垂直芯轴一体化加工而成，水平芯轴为实心体，垂直芯轴为实心圆柱体；金属橡胶元件包括两个空腔圆柱体，分别位于水平芯轴的上下两侧，并套在垂直芯轴的外圆周上，金属橡胶元件和外壳内表面之间留有间隙；金属橡胶压板为台阶型的实心圆柱体，大圆柱段用于连接航天器结构，小圆柱段与外壳的大圆柱段螺纹连接实现阻尼器下端密闭；垂直芯轴插入到金属橡胶压板的小圆柱段内部；波纹管法兰通过螺钉与垂直芯轴连接，外壳小圆柱段的上表面与波纹管一侧焊接，波纹管另一侧与波纹管法兰焊接，实现阻尼器上端密闭。

一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，包括金属橡胶压板、外壳、芯轴、波纹管、波纹管法兰、螺钉、金属橡胶元件和弹簧；

外壳为台阶型的空心圆柱体；芯轴位于外壳的大圆柱段内，包括水平芯轴和垂直芯轴，水平芯轴和垂直芯轴一体化加工而成，水平芯轴为实心体，垂直芯轴为实心圆柱体；金属橡胶元件包括两个空腔圆柱体，分别位于水平芯轴的上下两侧，并套在垂直芯轴的外圆周上；弹簧套在金属橡胶元件的外圆周上；金属橡胶压板为台阶型的实心圆柱体，大圆柱段用于连接航天器结构，小圆柱段与外壳的大圆柱段螺纹连接实现阻尼器下端密闭；垂直芯轴插入到金属橡胶压板的小圆柱段内部；波纹管法兰通过螺钉与垂直芯轴连接，外壳小圆柱段的上表面与波纹管一侧焊接，波纹管另一侧与波纹管法兰焊接，实现阻尼器上端密闭。

所述水平芯轴为实心圆柱体或中间加工成凸弧形状的实心体。

所述金属橡胶元件的材料为钢丝。

所述波纹管法兰为“阶梯”型结构的空心圆柱体，顶部还设计有接口，用于与有效载荷连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的阻尼器使用金属橡胶压板、外壳、波纹管和波纹管法兰组成的腔体实现金属橡胶元件的密闭，防止由于碎屑泄漏对其他设备造成污染；

(2)本发明阻尼器芯轴两侧的金属橡胶元件可通过调整设计参数实现双向振动阻尼可调节的目的；

(3)本发明阻尼器可通过在金属橡胶元件外侧并联金属弹簧实现对其隔振性能的调节和动态特性的优化；

(4)本发明阻尼器可将水平芯轴中间台面加工成凸弧形状，金属橡胶元件与芯轴凸弧面接触一侧压缩成型为凹弧形状，可以实现三向隔振。

附图说明

图1是本发明阻尼器的结构示意图；

图2是本发明阻尼器的应用示意图；

图3是在金属橡胶元件外侧并联金属弹簧的阻尼器示意图；

图4是水平芯轴中间台面加工成凸弧形状的阻尼器示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，如图1所示，包括金属橡胶压板1、外壳2、芯轴3、波纹管4、波纹管法兰5、螺钉6和金属橡胶元件7。

外壳2为台阶型的空心圆柱体；芯轴3位于外壳2的大圆柱段内，包括水平芯轴301和垂直芯轴302，水平芯轴301和垂直芯轴302采用一体化加工成型，水平芯轴301和垂直芯轴302均为实心圆柱体，金属橡胶元件7位于外壳2的大圆柱段内，金属橡胶元件7为两个空腔圆柱体，分别位于水平芯轴301的上下两侧，并套在垂直芯轴302的外圆周上；垂直芯轴302插入到金属橡胶压板1的小圆柱段内。金属橡胶元件7和外壳2大圆柱段的内表面之间留有间隙。金属橡胶压板1为台阶型的实心圆柱体，有两个直径不同的圆柱，大圆柱上对称开4个通孔，便于与航天器结构连接，小圆柱外表面与外壳大圆柱段内表面实现螺纹连接，并实现阻尼器下端密闭。波纹管法兰5为“阶梯”型结构的空心圆柱体，使用螺钉6将波纹管法兰5与芯轴3的垂直芯轴连接，外壳2小圆柱段的上端面与波纹管4一侧焊接，波纹管4另一侧与波纹管法兰5焊接，实现阻尼器上端密闭。波纹管法兰5留有接口便于与有效载荷连接。

图2所示为图1所示阻尼器的应用示意图，金属橡胶压板1和波纹管法兰5分别与航天器结构和有效载荷连接。当航天器结构产生振动时，金属橡胶压板1与外壳2之间发生轴向相对运动，交替压缩水平芯轴两侧的金属橡胶元件7，使金属橡胶材料内部相互咬合钩连的金属丝之间摩擦，耗散由航天器结构输入的振动能量，从而达到对有效载荷阻尼减振的目的。

图3所示为本发明的第二种形式，在金属橡胶元件7外圆周上(即金属橡胶元件7和外壳2之间)并联安装金属弹簧8，可以有效调节阻尼器的隔振性能。具体形式为：

外壳2为台阶型的空心圆柱体；芯轴3位于外壳2的大圆柱段内，包括水平芯轴301和垂直芯轴302，水平芯轴301和垂直芯轴302采用一体化加工成型，水平芯轴301和垂直芯轴302均为实心圆柱体，金属橡胶元件7位于外壳2的大圆柱段内，包括两个空腔圆柱体，分别位于水平芯轴301的上下两侧，并套在垂直芯轴302的外部；弹簧8套在金属橡胶元件7的外圆周上；金属橡胶压板1为台阶型的实心圆柱体，大圆柱段上对称开有四个通孔，用于连接航天器结构，小圆柱段与外壳2的大圆柱段螺纹连接实现阻尼器下端密闭，同时小圆柱段上开有凹槽；垂直芯轴302插入到金属橡胶压板1的小圆柱段内部；弹簧8的一端位于金属橡胶压板1小圆柱段的凹槽内，弹簧8的另一端与外壳2的内壁接触；波纹管法兰5为“阶梯”型结构的空心圆柱体，波纹管法兰5通过螺钉6与垂直芯轴302连接，外壳2小圆柱段的上表面与波纹管4一侧焊接，波纹管4另一侧与波纹管法兰5焊接，实现阻尼器上端密闭。波纹管法兰5留有接口便于与有效载荷连接。

本发明的两种金属橡胶阻尼器形式中，金属橡胶元件7使用耐高温、耐腐蚀性好的钢丝，通过螺旋机等加工压缩成形，提高阻尼器的振动抑制性能，可通过调整设计参数实现双向振动阻尼可调节的目的。

如图4所示，本发明的两种金属橡胶阻尼器形式中，芯轴3的水平芯轴301的中间台面均可以加工成凸弧形状，金属橡胶元件7与水平芯轴301凸弧面接触一侧压缩成型为凹弧形状，可以实现三向隔振。

工作过程中，当振动方向向下时，位于水平芯轴下侧的金属橡胶元件7起主要作用，振动方向向上时位于水平芯轴上侧的金属橡胶元件7起主要作用。当双向振动量级相同时，这两部分的金属橡胶可以设计为相同的特性，当双向振动量级不同时，这两部分的金属橡胶可以设计为不同的特性。

在阻尼器两侧的密闭实现空间环境下，金属橡胶元件7在轨工作过程中产生的碎屑不向外泄漏，避免由于碎屑泄漏而污染相机等设备。该密闭腔体可实现防止金属碎屑泄漏的目的，但是对空气不密封。

本发明阻尼器的金属橡胶压板1与外壳2通过螺纹连接给水平芯轴301上下两侧的金属橡胶元件施加预载荷，保证金属橡胶元件7保持压缩状态，从而保证其阻尼减振性能的稳定性。本发明阻尼器具有结构简单、安装方便、适用于空间极端环境条件等优点。

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 (5)

1.一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，其特征在于：包括金属橡胶压板(1)、外壳(2)、芯轴(3)、波纹管(4)、波纹管法兰(5)、螺钉(6)和金属橡胶元件(7)；

外壳(2)为台阶型的空心圆柱体；芯轴(3)位于外壳(2)的大圆柱段内，包括水平芯轴(301)和垂直芯轴(302)，水平芯轴(301)和垂直芯轴(302)一体化加工而成，水平芯轴(301)为实心体，垂直芯轴(302)为实心圆柱体；金属橡胶元件(7)包括两个空腔圆柱体，分别位于水平芯轴(301)的上下两侧，并套在垂直芯轴(302)的外圆周上，金属橡胶元件(7)和外壳(2)内表面之间留有间隙；金属橡胶压板(1)为台阶型的实心圆柱体，大圆柱段用于连接航天器结构，小圆柱段与外壳(2)的大圆柱段螺纹连接实现阻尼器下端密闭；垂直芯轴(302)插入到金属橡胶压板(1)的小圆柱段内部；波纹管法兰(5)通过螺钉(6)与垂直芯轴(302)连接，外壳(2)小圆柱段的上表面与波纹管(4)一侧焊接，波纹管(4)另一侧与波纹管法兰(5)焊接，实现阻尼器上端密闭。

2.一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，其特征在于：包括金属橡胶压板(1)、外壳(2)、芯轴(3)、波纹管(4)、波纹管法兰(5)、螺钉(6)、金属橡胶元件(7)和弹簧(8)；

外壳(2)为台阶型的空心圆柱体；芯轴(3)位于外壳(2)的大圆柱段内，包括水平芯轴(301)和垂直芯轴(302)，水平芯轴(301)和垂直芯轴(302)一体化加工而成，水平芯轴(301)为实心体，垂直芯轴(302)为实心圆柱体；金属橡胶元件(7)包括两个空腔圆柱体，分别位于水平芯轴(301)的上下两侧，并套在垂直芯轴(302)的外圆周上；弹簧(8)套在金属橡胶元件(7)的外圆周上；金属橡胶压板(1)为台阶型的实心圆柱体，大圆柱段用于连接航天器结构，小圆柱段与外壳(2)的大圆柱段螺纹连接实现阻尼器下端密闭；垂直芯轴(302)插入到金属橡胶压板(1)的小圆柱段内部；波纹管法兰(5)通过螺钉(6)与垂直芯轴(302)连接，外壳(2)小圆柱段的上表面与波纹管(4)一侧焊接，波纹管(4)另一侧与波纹管法兰(5)焊接，实现阻尼器上端密闭。

3.根据权利要求1或2所述的一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，其特征在于：所述水平芯轴(301)为实心圆柱体或中间加工成凸弧形状的实心体。

4.根据权利要求1或2所述的一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，其特征在于：所述金属橡胶元件(7)的材料为钢丝。

5.根据权利要求1所述的一种适合航天器在轨应用的防碎屑泄漏金属橡胶阻尼器，其特征在于：所述波纹管法兰(5)为“阶梯”型结构的空心圆柱体，顶部还设计有接口，用于与有效载荷连接。