CN104455182A - 卫星用液体阻尼隔振器 - Google Patents

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刘兴天
申军烽
周徐斌
钟鸣
蒋国伟
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F13/00—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs
    • F16F13/002—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs comprising at least one fluid spring

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Abstract

本发明提供了一种卫星用液体阻尼隔振器，包括依次连接的左连接盖板1、压紧弹簧3、左端盖4、左辅助波纹管6、左连接盘8、左主波纹管10、阻尼盘12、右主波纹管11、右连接盘9、右辅助波纹管7、右端盖5、右连接盖板2；左连接盖板1、右连接盖板2的外端分别设置有外部接口；主要由左辅助波纹管6、右辅助波纹管7、左主波纹管10、右主波纹管11构成的波纹管的管腔中充满流体；左连接盘8、右连接盘9安装于左连接盖板1；阻尼盘12安装于右连接盖板2。本发明可以用于隔离卫星上敏感载荷元件使其免受星体上振动的干扰而导致性能降低，也可以用于隔离星体上振动源(如飞轮等)的振动，控制整星的微振动水平。

Description

卫星用液体阻尼隔振器
技术领域
本发明涉及阻尼隔振器，具体涉及一种液体阻尼隔振器。
背景技术
卫星用液体阻尼隔振装置，体现出适应卫星的较小的设计空间、较低的重量和成熟上天材料等特点，可有效实现卫星上微振动隔离的功能，对于影响卫星性能振动环境的改善具有极大的应用价值和发展前景。随着高分辨率卫星的发展，对星体上的振动要求也越来越苛刻，为进一步提高卫星对地观测性能，改善卫星微振动环境，振动隔离技术的应用已经刻不容缓。但是，传统的隔振器在星上使用时难免会遇到温度、体积、重量、辐射的影响，而液体阻尼隔振器具有体积小、重量轻、性能高的特点，此外，所研制的液体阻尼隔振器具有传统隔振器所无法比拟的共振抑制和高频振动衰减效果。一种卫星用液体阻尼隔振的研制，对有效改善卫星振动环境，保证星上敏感部件的可靠、正常工作，具有极其重要的意义。
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用液体阻尼隔振器。
根据本发明提供的一种卫星用液体阻尼隔振器，包括依次连接的左连接盖板1、压紧弹簧3、左端盖4、左辅助波纹管6、左连接盘8、左主波纹管10、阻尼盘12、右主波纹管11、右连接盘9、右辅助波纹管7、右端盖5、右连接盖板2；
左连接盖板1、右连接盖板2的外端分别设置有外部接口；
主要由左辅助波纹管6、右辅助波纹管7、左主波纹管10、右主波纹管11构成的波纹管的管腔中充满流体；
左连接盘8、右连接盘9安装于左连接盖板1；
阻尼盘12安装于右连接盖板2。
优选地，左主波纹管10和右主波纹管11为设备和星体之间提供连接刚度；
振动时，左连接盖板1、右连接盖板2之间发生相对位移，迫使流体通过阻尼盘12在左主波纹管10、右主波纹管11、左辅助波纹管6以及右辅助波纹管7之间所形成的腔体中的小孔流动而产生合适的阻尼，从而耗散振动产生的能量；
压紧弹簧3、左辅助波纹管6以及右辅助波纹管7共同提供辅助刚度，同时，压紧弹簧3为所述卫星用液体阻尼隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲，若因为温度升高液体膨胀，则压紧弹簧3会释放部分压紧左辅助波纹管6的力，从而使得波纹管的腔体增大，反之，若液体因温度降低而收缩，压紧弹簧3会继续压紧左辅助波纹管6，使波纹管的管腔体积减小。
优选地，压紧弹簧3在初始状态下处于压紧状态，对左辅助波纹管6施加压力，此时，左辅助波纹管6对流动液体的缓冲刚度是压紧弹簧3和左辅助波纹管6刚度串联；同时，压紧弹簧3在隔振器所处环境温度变化时，可以释放由此带来的流体收缩或膨胀，避免波纹管内部出现空腔。
优选地，连接左主波纹管10的左连接盘8和连接右主波纹管11的右连接盘9，分别通过螺纹孔与左连接盖板1上的安装孔A100配合螺栓进行固定连接，左连接盘8与右连接盘9之间的间距固定。
优选地，右连接盖板2通过其上的安装孔B200和右连接盘9上的孔配合螺栓使用进行固定连接，连接后，右连接盖板2的运动将直接传递到阻尼盘12上。
优选地，左辅助波纹管6、右辅助波纹管7的外端分别使用左端盖4、右端盖5封口，同时，左端盖4、右端盖5留有螺纹孔，螺纹孔用于向波纹管中填充液体，使用密封垫圈和螺钉进行密封。
优选地，阻尼的产生通过阻尼盘12上的细长小孔或者环形孔产生。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明可以用于隔离卫星上敏感载荷元件(光学相机等)使其免受星体上振动的干扰而导致性能降低，也可以用于隔离星体上振动源(如飞轮等)的振动，控制整星的微振动水平。所涉及的隔振器在能可靠安全地保证星上设备安装刚度、强度和精度的同时，达到较高的振动隔离效率。
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、图2为卫星用流体阻尼隔振器装置及其截面A-A的设计图；
图3、图4为卫星用流体阻尼隔振器装置及其截面B-B的设计图。
图中：
1-左连接盖板；
2-右连接盖板；
3-压紧弹簧；
4-左端盖；
5-右端盖；
6-左辅助波纹管；
7-右辅助波纹管；
8-左连接盘；
9-右连接盘；
10-左主波纹管；
11-右主波纹管；
12-阻尼盘；
100-安装孔A；
200-安装孔B
300-螺纹孔。
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。
所述液体阻尼隔振器装置由三个主要部分组成，一是刚度提供装置，主要包括左主波纹管10、右主波纹管11、左辅助波纹管6、右辅助波纹管7、压紧弹簧3；二是阻尼提供装置，主要包括阻尼盘12以及充在波纹管中的液体，三是连接及固定装置，包括左连接盖板1、右连接盖板2、左连接盘8、右连接盘9、左端盖4、右端盖5。
隔振器两端均设计有外部接口，使用时一端连接至被隔振对象上，另一端固定于星体上。左主波纹管10为设备和星体之间提供连接刚度，右主波纹管11为设备和星体之间提供连接刚度。
振动时，左连接盖板1、右连接盖板2之间发生相对位移，迫使流体通过阻尼盘12在左主波纹管10，右主波纹管11以及左辅助波纹管6和右辅助波纹管7之间所形成的腔体中的小孔流动而产生合适的阻尼，从而耗散振动产生的能量；
压紧弹簧3、左辅助波纹管6以及右辅助波纹管7共同提供辅助刚度，同时，压紧弹簧为隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲，若因为温度升高液体膨胀，则压紧弹簧会释放部分压紧左辅助波纹管的力，从而使得波纹管腔体增大，反之，若液体因温度降低而收缩，压紧弹簧会继续压紧左辅助波纹管，使波纹管腔体体积减小。
左连接盘8和右连接盘9均连接到主波纹管上，主波纹管提供连接刚度。液体流经阻尼小孔提供阻尼力，辅助波纹管对进入辅助波纹管或者离开辅助波纹管的液体提供缓冲作用。
左主波纹管和右主波纹管之间的位移变化使波纹管中液体流经阻尼盘上的阻尼小孔而产生阻尼力，同时，辅助波纹管为流动的液体提供缓冲作用，这样在频率较低时阻尼比保持在较高水平，而当频率增大后，由于辅助波纹管的缓冲作用，液体来不及流过阻尼小孔，此时阻尼力会下降。
参见附图1、图2所示，具体实施步骤如下：
第一步，连接在左连接盘8的一端与阻尼盘12之间的左主波纹管10、连接在右连接盘9的一端与阻尼盘12之间的右主波纹管11通过焊接或粘结连接，应保证连接后的密封性，无缝隙或泄露；
第二步，左辅助波纹管6、右辅助波纹管7分别焊接或粘结至左连接盘8的另一端、右连接盘9的另一端。然后，分别使用左端盖4、右端盖5对左辅助波纹管6、右辅助波纹管7进行封转，应保证连接后的密封性，无缝隙或泄露；
第三步，将液体(硅油或其它材料)通过螺纹孔300灌入到波纹管腔体中，并使用密封垫圈结合螺钉将螺纹孔300密封。
第四步，分别通过螺纹孔300及安装孔A100连接左连接盖板1、左连接盘8、右连接盘9，并安装压紧弹簧；通过安装孔B200和螺栓连接右连接盖板2和阻尼盘12。
本实施实例中，左主波纹管10、右主波纹管11的最大外径为36mm，最小直径为24mm，长度为26.5mm，左主波纹管10、右主波纹管11中单个波纹管的实际刚度约为4kg/mm。阻尼盘12以及左连接盘8、右连接盘9中间部分有突起的环形槽供波纹管定位连接，左连接盘8、右连接盘9通过其上的安装孔A100使用12个M2螺钉固定到左连接盖板1上，左连接盖板1长度为100mm。阻尼盘12通过6个M2螺钉固定到右连接盖板2上，阻尼盘12上的孔直径为1mm，长度为30mm，左连接盖板1、右连接盖板2端部均有M5的连接螺纹用于连接到外部结构。
主要由左辅助波纹管6、右辅助波纹管7、左主波纹管10、右主波纹管11构成的波纹管的空腔中充满硅油，其粘度CST为1000。压紧弹簧的刚度为1kg/mm，初始状态下压紧弹簧的压紧变形量为5mm。隔振器组装完毕后，其一端连接至质量为20kg的质量块，一端连接至基座后，该液体阻尼隔振器的固有频率约为10Hz，此时的阻尼比约为0.3。
综上，本发明具有设计构型简单，有良好的设计适应性、实现经济性和装配工艺性，其主刚度以及阻尼可以按照要求进行设计，并且引入辅助波纹管来控制隔振装置在不同频率下的阻尼，提升高频隔振效果，引入压紧弹簧使隔振器在更大温度范围内实现可用性。
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 (7)

1.一种卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，包括依次连接的左连接盖板(1)、压紧弹簧(3)、左端盖(4)、左辅助波纹管(6)、左连接盘(8)、左主波纹管(10)、阻尼盘(12)、右主波纹管(11)、右连接盘(9)、右辅助波纹管(7)、右端盖(5)、右连接盖板(2)；
左连接盖板(1)、右连接盖板(2)的外端分别设置有外部接口；
主要由左辅助波纹管(6)、右辅助波纹管(7)、左主波纹管(10)、右主波纹管(11)构成的波纹管的管腔中充满流体；
左连接盘(8)、右连接盘(9)安装于左连接盖板(1)；
阻尼盘(12)安装于右连接盖板(2)。
2.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，
左主波纹管(10)和右主波纹管(11)为设备和星体之间提供连接刚度；
振动时，左连接盖板(1)、右连接盖板(2)之间发生相对位移，迫使流体通过阻尼盘(12)在左主波纹管(10)、右主波纹管(11)、左辅助波纹管(6)以及右辅助波纹管(7)之间所形成的腔体中的小孔流动而产生合适的阻尼，从而耗散振动产生的能量；
压紧弹簧(3)、左辅助波纹管(6)以及右辅助波纹管(7)共同提供辅助刚度，同时，压紧弹簧(3)为所述卫星用液体阻尼隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲，若因为温度升高液体膨胀，则压紧弹簧(3)会释放部分压紧左辅助波纹管(6)的力，从而使得波纹管的腔体增大，反之，若液体因温度降低而收缩，压紧弹簧(3)会继续压紧左辅助波纹管(6)，使波纹管的管腔体积减小。
3.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，压紧弹簧(3)在初始状态下处于压紧状态，对左辅助波纹管(6)施加压力，此时，左辅助波纹管(6)对流动液体的缓冲刚度是压紧弹簧(3)和左辅助波纹管(6)刚度串联；同时，压紧弹簧(3)在隔振器所处环境温度变化时，可以释放由此带来的流体收缩或膨胀，避免波纹管内部出现空腔。
4.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，连接左主波纹管(10)的左连接盘(8)和连接右主波纹管(11)的右连接盘(9)，分别通过螺纹孔与左连接盖板(1)上的安装孔A(100)配合螺栓进行固定连接，左连接盘(8)与右连接盘(9)之间的间距固定。
5.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，右连接盖板(2)通过其上的安装孔B(200)和右连接盘(9)上的孔配合螺栓使用进行固定连接，连接后，右连接盖板(2)的运动将直接传递到阻尼盘(12)上。
6.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，左辅助波纹管(6)、右辅助波纹管(7)的外端分别使用左端盖(4)、右端盖(5)封口，同时，左端盖(4)、右端盖(5)留有螺纹孔，螺纹孔用于向波纹管中填充液体，使用密封垫圈和螺钉进行密封。
7.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，阻尼的产生通过阻尼盘(12)上的细长小孔或者环形孔产生。
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