CN104455146B - 卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，包括上平台等，上平台沿圆周方向有三个均匀分布的矩形凸台用于和吸振器转接件连接；上平台沿圆周方向有三个均匀分布的梯形角，且梯形角位于相邻两个矩形凸台的对称面上，梯形角上有若干直径为3.3mm的第一光孔用于和上转接件连接；下平台沿圆周方向有三个均匀分布的凹槽用于和下转接件连接；上转接件、隔振器、动片、阻尼层、定片和衬套组合成为隔振器组件，上平台和下平台通过下转接件、隔振器组件连接；调谐质量块和吸振器弹性单元连接成为吸振器组件。本发明能够显著降低飞轮在轨运行时引发的微振动响应，保证星上高精度敏感载荷在轨运行时的稳定性、可靠性和安全性。

Description

卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置
技术领域
本发明涉及一种减振装置，具体地，涉及一种卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置。
背景技术
随着我国卫星朝着高精度、高稳定性、长寿命方向发展，其搭载的敏感载荷对平台微振动环境要求越来越苛刻。研究发现，飞轮振动是影响卫星有效载荷性能指标的主要因素，飞轮振动主要由于其转子质量分布不均、结构挠性、电机控制器误差和轴承噪声等因素产生。常用的飞轮振动控制方法有阻尼减振、吸振、结构刚化、隔振等等。阻尼吸振只有在共振时效果明显；吸振的减振频带较窄；结构刚化会增加卫星质量；被动隔振的抑振频带窄，而主动隔振相对复杂，可靠性不高。
对于上述缺陷，若能够提供一种卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置即可有效解决上述问题，联合减振装置充分综合了隔振和吸振方法的优点，对飞轮的振动响应进行控制。经现有技术的文献检索发现，目前还没有用于卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，该联合减振装置的设计约束主要包括三个方面：一是要降低卫星在轨运行时飞轮安装板的振动响应；二是要实现结构的轻量化设计和包络尺寸的优化设计，节省整星资源；三是要用联合减振装置代替原有的飞轮支架，减低成本。为此，提供一种质量轻、尺寸小、制造容易、成本较低、性能优异的隔振与吸振联合减振装置，成为业内亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，通过隔振器和吸振器弹性单元能够显著降低飞轮在轨运行时引发的微振动响应，保证星上高精度敏感载荷在轨运行时的稳定性、可靠性和安全性。
根据本发明的一个方面，提供一种卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，包括上平台、吸振器转接件、吸振器弹性单元、调谐质量块、衬套、下转接件、下平台、定片、阻尼层、动片、隔振器和上转接件，上平台沿圆周方向有三个均匀分布的矩形凸台用于和吸振器转接件连接；上平台沿圆周方向有三个均匀分布的梯形角，且梯形角位于相邻两个矩形凸台的对称面上，梯形角上有若干直径为3.3mm的第一光孔用于和上转接件连接；下平台沿圆周方向有三个均匀分布的凹槽用于和下转接件连接；上转接件、隔振器、动片、阻尼层、定片和衬套组合成为隔振器组件，隔振器组件共有三个，三个隔振器组件的三根轴线汇交于一点，汇交点位于上平台的上方，上平台和下平台通过下转接件、隔振器组件连接；调谐质量块和吸振器弹性单元连接成为吸振器组件，吸振器组件共有三个，且三个吸振器组件沿上平台圆周切线方向均匀分布。
优选地，所述上平台的上表面有六个直径为8.5mm的第二光孔用于和一个卫星飞轮连接。
优选地，所述下平台有十个直径为6.5mm阶梯孔用于和卫星蜂窝板连接。
优选地，所述隔振器组件在上平台上的分布半径为25mm～125mm。
优选地，所述三个隔振器组件的轴线与上平台的夹角为30°～150°。
优选地，所述吸振器组件通过吸振器转接件连在上平台上。
优选地，所述吸振器组件在上平台上的分布半径为30mm～130mm。
优选地，所述隔振器和吸振器弹性单元都采用多槽型空心金属圆柱的构型。
优选地，所述阻尼层采用阻尼材料，阻尼层夹在定片和动片之间。
优选地，所述衬套和下转接件之间通过第一螺钉进行固定。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的联合减振装置采用数值优化和仿真优化理念设计而成，在保证及提升设计性能的前提下实现了联合减振装置一轻量化和高性能化。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
首先，本发明的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置采用优化设计理念，减振效率在80％以上，具有减振性能优异、质量轻、尺寸小、结构简单、制造成本低等优点。
其次，本发明的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置可以代替飞轮支架，飞轮通过联合减振装置安装在蜂窝板上，该联合减振装置与蜂窝板的配合简单，所需安装空间小。
最后，本发明的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，只要对隔振器或吸振器弹性单元的尺寸进行适应性修改，就可以满足卫星飞轮转速不同时的减振需求，具有较高的通用性，应用前景广阔。
经过模态、振动等试验证明，本发明的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置达到了减振性能优异、质量轻、尺寸小、结构简单、制造成本低的目的，只要对各尺寸进行适应性修改，就能实现对卫星飞轮不同转速下的减振目的，从而提高了该联合减振装置的适应性，解决卫星在轨运行时飞轮振动响应大的技术问题。
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为本发明卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置的结构示意图；
图2为本发明卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置的左视图；
图3为本发明卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置与卫星飞轮的安装示意图。
图中：1为上平台，2为吸振器转接件，3为吸振器弹性单元，4为调谐质量块，5为衬套，6为下转接件，7为下平台，8为第一螺钉，9为第二螺钉，10为定片，11为阻尼层，12为动片，13为隔振器，14为上转接件，15为卫星飞轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。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。
请参阅图1至图3，本发明卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置包括上平台1、吸振器转接件2、吸振器弹性单元3、调谐质量块4、衬套5、下转接件6、下平台7、定片10、阻尼层11、动片12、隔振器13和上转接件14，上平台1沿圆周方向有三个均匀分布的矩形凸台16用于和吸振器转接件2连接；上平台1沿圆周方向有三个均匀分布的梯形角21，且梯形角位于相邻两个矩形凸台的对称面上，梯形角上有若干直径为3.3mm的第一光孔17用于和上转接件14连接；下平台7沿圆周方向有三个均匀分布的凹槽18用于和下转接件6连接；上转接件14、隔振器13、动片12、阻尼层11、定片10和衬套5组合成为隔振器组件，隔振器组件共有三个，三个隔振器组件的三根轴线汇交于一点，汇交点位于上平台1的上方，上平台1和下平台7通过下转接件6、隔振器组件连接；调谐质量块4和吸振器弹性单元3连接成为吸振器组件，吸振器组件共有三个，且三个吸振器组件沿上平台1圆周切线方向均匀分布。
进一步地，上平台1的上表面有六个直径为8.5mm的第二光孔19用于和一个卫星飞轮15连接，如此飞轮与联合减振装置连接可靠。
进一步地，下平台7有十个直径为6.5mm阶梯孔20用于和卫星蜂窝板连接。如此联合减振装置与蜂窝板连接可靠。
其中，上转接件14、隔振器13、动片12、阻尼层11、定片10和衬套5组合成为隔振器组件，隔振器组件共有三个，三个隔振器组件的三根轴线汇交于一点，汇交点位于上平台1的上方，具体地，三根汇交的轴线是指三个衬套5的轴线。上平台1和下平台7通过下转接件6、隔振器组件连接，对飞轮六个方向的振动进行抑制。
进一步地，上转接件14通过第一螺钉8和上平台1连接，隔振器13通过第一螺钉8和上转接件14连接，衬套5通过第一螺钉8和隔振器13连接，衬套5和下转接件6之间通过第一螺钉8进行固定，动片12、定片10通过第二螺钉9和隔振器10连接，阻尼层8夹在动片12、定片10中间。
进一步地，调谐质量块4通过第二螺钉9和吸振器弹性单元3连接，吸振器转接件2通过第一螺钉8与吸振器弹性单元3、上平台1连接。
进一步地，隔振器组件在上平台1上的分布半径为78mm。如此可以降低联合减振装置的频带宽度。
进一步地，三个隔振器组件的轴线与上平台1的夹角为θ，且θ的取值为30°～150°。如此可以降低联合减振装置的频带宽度。
进一步地，吸振器组件通过吸振器转接件2连在上平台1上，进一步降低飞轮的振动响应。为了防止吸振器组件与飞轮干涉，吸振器组件安装后的高度应该低于上平台1的上表面。
进一步地，吸振器组件在上平台1上的分布半径为30mm～130mm(优选地为80mm)如此可以降低联合减振装置的重量和结构复杂程度。
进一步地，隔振器13和吸振器弹性单元3都采用多槽型空心金属圆柱的构型，隔振器用于隔离卫星飞轮的振动响应，阻止飞轮向卫星蜂窝板传递振动。
进一步地，阻尼层11采用阻尼材料，阻尼层11夹在定片10和动片12之间，动片12在运动过程中使阻尼层11起到阻尼作用，用于抑制隔振系统共振峰附近的响应，以及衰减系统的高频能量。
具体地，本发明的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置中调谐质量块4、下转接件6、定片10和动片12都采用1Cr18Ni9Ti型不锈钢材料；上平台1、吸振器转接件2、吸振器弹性单元3、衬套5、下平台7、隔振器13和上转接件14都采用2A14T6型铝合金材料制成；阻尼层11采用阻尼材料，如丁基橡胶。
本发明用来降低卫星在轨运行时飞轮转动时引发的微振动响应，具体工作原理如下：本发明卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置是一种结合隔振和吸振两者优点的减振装置，三个隔振组件用于降低飞轮六个方向的振动响应，三个吸振组件用于进一步降低飞轮的振动响应，从而达到大幅衰减飞轮微振动响应的目的。
本发明卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置用于降低飞轮等振源在轨运行时引发的微振动响应，保证星上高精度敏感载荷在轨运行时的稳定性、可靠性和安全性，具有质量轻、尺寸小、结构简单、装配方便、制造成本低、适用性强等优点，具有较高的通用性。
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 (9)

1.一种卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，包括上平台、吸振器转接件、吸振器弹性单元、调谐质量块、衬套、下转接件、下平台、定片、阻尼层、动片、隔振器和上转接件，上平台沿圆周方向有三个均匀分布的矩形凸台用于和吸振器转接件连接；上平台沿圆周方向有三个均匀分布的梯形角，且梯形角位于相邻两个矩形凸台的对称面上，梯形角上有若干直径为3.3mm的第一光孔用于和上转接件连接；下平台沿圆周方向有三个均匀分布的凹槽用于和下转接件连接；上转接件、隔振器、动片、阻尼层、定片和衬套组合成为隔振器组件，隔振器组件共有三个，三个隔振器组件的三根轴线汇交于一点，汇交点位于上平台的上方，上平台和下平台通过下转接件、隔振器组件连接；调谐质量块和吸振器弹性单元连接成为吸振器组件，吸振器组件共有三个，且三个吸振器组件沿上平台圆周切线方向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述上平台的上表面有六个直径为8.5mm的第二光孔用于和一个卫星飞轮连接。
3.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述隔振器组件在上平台上的分布半径为25mm～125mm。
4.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述三个隔振器组件的轴线与上平台的夹角为30°～150°。
5.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述吸振器组件通过吸振器转接件连在上平台上。
6.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述吸振器组件在上平台上的分布半径为30mm～130mm。
7.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述隔振器和吸振器弹性单元都采用多槽型空心金属圆柱的构型。
8.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述阻尼层采用阻尼材料，阻尼层夹在定片和动片之间。
9.根据权利要求1所述的卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置，其特征在于，所述衬套和下转接件之间通过第一螺钉进行固定。
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