CN104455144A - 卫星飞轮用机械调频式动力吸振器 - Google Patents

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黄俊杰
周徐斌
申军烽
虞自飞
钟鸣
石新宇
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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Abstract

本发明公开了一种卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，导杆垂直固定于底板的中心处，吸振质量块通过直线轴承沿导杆轴向做平移运动；直线模组对称设置于导杆的两侧，包括导轨、滚珠丝杠、滚珠螺母滑块、片弹簧组件以及电机连接座，导轨固定于底板上，滚珠丝杠设置于导轨上，滚珠螺母滑块设置于滚珠丝杠上，片弹簧组件连接于吸振质量块和滚珠螺母滑块之间，电机连接座固定于导轨的端部。本发明采用对称式结构设计，利用机械调频原理，根据飞轮转速的变化调节结构固有频率，将飞轮振动控制抑制在较低量级上，保证星上高精度敏感载荷在轨运行的稳定性和可靠性，具有频率跟踪速度快，减振性能优异，结构简单，可靠性高，装配方便，制造成本低的优点。

Description

卫星飞轮用机械调频式动力吸振器
技术领域
本发明涉及一种动力吸振器，具体地，涉及一种卫星飞轮用机械调频式动力吸振器。
背景技术
随着我国卫星向着高精度、高稳定性、长寿命方向发展，其搭载的敏感载荷对卫星平台的微振动环境要求越来越高。飞轮振动是影响卫星有效载荷性能指标的主要因素，因此抑制飞轮振动显得十分迫切。常用的飞轮振动控制方法有阻尼减振、结构刚化、隔振等等。阻尼减振只有在共振时效果明显；结构刚化会增加卫星质量；被动隔振降低载荷与平台的连接刚度，降低载荷指向精度；主动隔振能耗高，稳定性差。
经过对现有技术的文献检索发现，目前还没有用于卫星飞轮的机械调频式动力吸振器，机械调频式动力吸振器的设计约束主要包括三个方面：一是要拓展动力吸振器的频率调节范围；二是要降低在轨运行时飞轮安装板的振动响应幅值；三是实现吸振质量块和弹簧包络尺寸的优化设计，增加结构工作性能的稳定性、可靠性和安全性。
为此，如何提供一种频率调节范围宽、装配简单、成本较低、性能优异的调频式动力吸振器，成为业内亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，该吸振器具有频率调节范围宽、减振效果好、质量轻、尺寸小、装配简单、制造成本低等特点，同时解决了卫星在轨运行时敏感载荷对平台微振动响应幅值大的技术问题。
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，包括底板、导杆、吸振质量块以及直线模组单元，其中，所述导杆垂直固定于底板的中心处，所述吸振质量块套装在导杆上，并通过直线轴承沿导杆轴向做平移运动；所述直线模组单元包括两组直线模组，两组直线模组固定于底板上，且对称设置于导杆的两侧。
优选地，每一组直线模组均包括导轨、滚珠丝杠、滚珠螺母滑块、片弹簧组件、电机连接座以及电机，所述导轨固定于底板上，所述滚珠丝杠设置于导轨上，所述滚珠螺母滑块设置于滚珠丝杠上，所述片弹簧组件连接于吸振质量块和滚珠螺母滑块之间，所述电机连接座固定于导轨的端部。
优选地，还包括电机，所述电机设置于一侧直线模组的端部或两侧直线模组的端部；其中，所述电机连接座通过转接块与电机的定子连接，所述滚珠丝杠通过联轴器与电机的伸出轴连接，进而实现电机输出轴的旋转运动转换为滚珠螺母滑块的平移运动。
优选地，所述片弹簧组件包括片弹簧以及设置于片弹簧两端的滚动轴承，所述片弹簧两端的滚动轴承通过轴承座分别与吸振质量块和滚珠螺母滑块固接。
优选地，所述片弹簧为半圆形结构，片弹簧的两端分别水平伸出耳片，其中，任一端的耳片上设有至少一个连接孔，所述连接孔与滚动轴承的转轴固接，滚动轴承的转轴两端与滚动轴承的内圈配合，滚动轴承的外圈与轴承座配合，所述轴承座固接在吸振质量块或滚珠螺母滑块上。
优选地，所述片弹簧材料为M65。
优选地，所述吸振质量块为空心长方体结构，吸振质量块上设有至少一个连接孔，所述直线轴承通过连接孔固接在吸振质量块的内部，并受导杆约束。
本发明提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，采用机械调频的原理，可根据飞轮转速的变化进行频率调节，进而达到最佳的飞轮减振效果；具体为：电机带动滚珠丝杠转动，调整滚珠螺母滑块的位置，进而改变片弹簧端点连线和导杆轴线的夹角，即可调节吸振质量块片弹簧结构的垂向等效刚度，进而调节该结构的固有频率。
由于采用了以上技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：
首先，本发明所提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器采用了机械调频技术，通过电机调节结构垂向等效刚度，具有调节精度高，响应速度快，调谐范围大，结构简单，稳定性高，容易控制的特点。
其次，本发明所提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器采用了数值优化和结构优化设计理念，减振性能优异，装配方便，所需安装空间小。
再次，本发明的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，充分考虑不同型号飞轮的减振需求，只要对底板、片弹簧和吸振质量块的相关尺寸进行适应性修改，就可以满足不同型号飞轮的减振需求，具有较高的通用性，应用前景广阔。
本发明提供的飞轮用机械调频式动力吸振器，是一种通过能量转移减弱系统微振动响应的装置，当吸振器固有频率调谐至飞轮振动频率附近时，片弹簧吸振质量块结构将吸收大部分飞轮振动能量，从而达到降低飞轮安装板振动量级的目的。经过模态、振动等试验证明，本发明提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，达到了减振性能优异、质量轻、尺寸小、结构简单、装配方便、制造成本低的目的，只要对部分尺寸进行适应性修改，就能够满足不同敏感载荷的减振需求，从而提高了该型动力吸振器的适应性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器的正面结构示意图；
图2为本发明所提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器的斜测结构示意图；
图3为本发明所提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器的安装示意图。
图中：1为导杆，2为吸振质量块，3为轴承座，4为滚动轴承，5为片弹簧，6为滚珠螺母滑块，7为滚珠丝杠，8为连接座，9为联轴器，10为转接块，11为电机，12为直线轴承，13为转轴，14为导轨，15为底板，16为飞轮，17为飞轮支架，18为蜂窝板。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1至图3。
本实施例提供了一种卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，包括底板、导杆、吸振质量块以及直线模组单元，其中，所述导杆垂直固定于底板的中心处，所述吸振质量块套装在导杆上，并通过直线轴承沿导杆轴向做平移运动；所述直线模组单元包括两组直线模组，两组直线模组固定于底板上，且对称设置于导杆的两侧。
进一步地，每一组直线模组均包括导轨、滚珠丝杠、滚珠螺母滑块、片弹簧组件、电机连接座以及电机，所述导轨固定于底板上，所述滚珠丝杠设置于导轨上，所述滚珠螺母滑块设置于滚珠丝杠上，所述片弹簧组件连接于吸振质量块和滚珠螺母滑块之间，所述电机连接座固定于导轨的端部。
进一步地，还包括电机，所述电机连接座通过转接块与电机的定子连接，所述滚珠丝杠通过联轴器与电机的伸出轴连接，进而实现电机输出轴的旋转运动转换为滚珠螺母滑块的平移运动。
进一步地，所述片弹簧组件包括片弹簧以及设置于片弹簧两端的滚动轴承，所述片弹簧两端的滚动轴承通过轴承座分别与吸振质量块和滚珠螺母滑块固接。
进一步地，所述片弹簧为半圆形结构，片弹簧的两端分别水平伸出耳片，其中，任一端的耳片上设有至少一个连接孔，所述连接孔与滚动轴承的转轴固接，滚动轴承的转轴两端与滚动轴承的内圈配合，滚动轴承的外圈与轴承座配合，所述轴承座固接在吸振质量块或滚珠螺母滑块上。
进一步地，所述片弹簧材料为M65。
进一步地，所述吸振质量块为空心长方体结构，吸振质量块上设有至少一个连接孔，所述直线轴承通过连接孔固接在吸振质量块的内部，并受导杆约束。
下面结合附图对本实施例做进一步地描述。
如图1和图2所示，本实施例提供的一种卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，包括：导杆1，吸振质量块2，轴承座3，滚动轴承4，片弹簧5，滚珠螺母滑块6，滚珠丝杠7，电机连接座8，联轴器9，转接块10，电机11，直线轴承12，转轴13，导轨14，底板15以及若干紧固件。
进一步地，滚珠丝杠、滚珠螺母滑块、导轨、电机连接座以及片弹簧组件组成直线模组单元，直线模组单元将电机的输出轴的旋转运动转换为滚珠螺母滑块的平移运动。电机连接座设有若干用于连接的安装孔，连接座通过转接块与电机定子连接；滚珠丝杠通过联轴器和电机伸出轴连接。
进一步地，整体采用对称式结构设计，导杆固接在底板中间，直线模组对称地固接在左右两边，滚珠螺母滑块的位置也是左右对称的。
具体地，片弹簧为半圆形，两端水平伸出耳片，耳片上设有若干连接孔，材料为M65。片弹簧两端分别与吸振质量块和滚珠螺母滑块铰接，其铰接方式如下所述：用螺钉将片弹簧耳片和转轴固接，转轴两端和滚动轴承内圈配合，滚动轴承外圈和轴承座配合，轴承座固接在吸振质量块或者滚珠螺母滑块上。
具体地，吸振质量块的形状为空心长方体，其上设有若干连接孔，直线轴承固接在其内部，受导杆约束，只沿导杆轴向做平移运动。
本实施例提供的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，采用机械调频的原理，可根据飞轮转速的变化进行频率调节，进而达到最佳的飞轮减振效果；其具体调频原理如下所述：电机带动滚珠丝杠转动，调整滚珠螺母滑块的位置，进而改变片弹簧端点连线和导杆轴线的夹角，即可调节吸振质量块片弹簧结构的垂向等效刚度，进而调节该结构的固有频率。
如图3所示，本实施例提供的卫星飞轮用机械变频式动力吸振器，通过底板上的安装孔安装在蜂窝板上，与飞轮支架的安装位置相对。飞轮运转时，飞轮振动通过飞轮支架传递到蜂窝板上。本发明的卫星飞轮用机械变频式动力吸振器首先调节片弹簧-吸振质量结构的固有频率至飞轮振动频率，飞轮振动能量将转移给该结构，从而降低蜂窝板的振动响应幅值，达到降低飞轮微振动响应的目的。
本实施例提供的的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，具有频率调节范围宽、减振效果好、质量轻、尺寸小、装配简单、制造成本低、适用性强、通用性高的特点。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，其特征在于，包括底板、导杆、吸振质量块以及直线模组单元，其中，所述导杆垂直固定于底板的中心处，所述吸振质量块套装在导杆上，并通过直线轴承沿导杆轴向做平移运动；所述直线模组单元包括两组直线模组，两组直线模组固定于底板上，且对称设置于导杆的两侧；
每一组直线模组均包括导轨、滚珠丝杠、滚珠螺母滑块、片弹簧组件以及电机连接座，所述导轨固定于底板上，所述滚珠丝杠设置于导轨上，所述滚珠螺母滑块设置于滚珠丝杠上，所述片弹簧组件连接于吸振质量块和滚珠螺母滑块之间，所述电机连接座固定于导轨的端部。
2.根据权利要求1所述的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，其特征在于，还包括电机，所述电机设置于一侧直线模组的端部或两侧直线模组的端部；其中，所述电机连接座通过转接块与电机的定子连接，所述滚珠丝杠通过联轴器与电机的伸出轴连接，进而实现电机输出轴的旋转运动转换为滚珠螺母滑块的平移运动。
3.根据权利要求1或2所述的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，其特征在于，所述片弹簧组件包括片弹簧以及设置于片弹簧两端的滚动轴承，所述片弹簧两端的滚动轴承通过轴承座分别与吸振质量块和滚珠螺母滑块固接。
4.根据权利要求3所述的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，其特征在于，所述片弹簧为半圆形结构，片弹簧的两端分别水平伸出耳片，其中，任一端的耳片上设有至少一个连接孔，所述连接孔与滚动轴承的转轴固接，滚动轴承的转轴两端与滚动轴承的内圈配合，滚动轴承的外圈与轴承座配合，所述轴承座固接在吸振质量块或滚珠螺母滑块上。
5.根据权利要求4所述的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，其特征在于，所述片弹簧材料为M65。
6.根据权利要求1或2所述的卫星飞轮用机械调频式动力吸振器，其特征在于，所述吸振质量块为空心长方体结构，吸振质量块上设有至少一个连接孔，所述直线轴承通过连接孔固接在吸振质量块的内部，并受导杆约束。
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