CN104457794A - 一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，卸载机构包括一个粗调机构和一个微调机构，粗调机构用于初步调节控制力矩陀螺的水平和垂直位置以及倾斜角度，微调机构用于精细调节控制力矩陀螺的水平和垂直位置以及倾斜角度。粗调机构由角盘、钢丝绳和滑轮组成，通过转动角盘改变钢丝绳的长度实现粗调；微调机构由转接盘、螺杆、转接块、三轴平移台、钢丝绳、力传感器、弹簧、橡皮绳、数字倾角测量仪以及显示器组成，通过调节安装于转接盘上的三轴平移台实现微调，通过力传感器和数字倾角测量仪可以检验控制力矩陀螺垂直方向的卸载力和倾斜角度是否满足要求，从而实现控制力矩陀螺重力的高精度卸载。

Description

一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构

技术领域

本发明涉及控制力矩陀螺地面试验的技术领域，具体涉及一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，可用于控制力矩陀螺的地面试验中，消除重力对机构测试的影响，主要应用在航天领域。

背景技术

目前的卫星大多带有控制力矩陀螺，为调整卫星的姿态提供控制力矩。由于质量不平衡，轴承制造缺陷以及电机噪声等原因，控制力矩陀螺在产生控制力矩的同时对星体产生周期性和宽带微小扰振力，这些扰振力经过控制力矩陀螺内部动态特性的调制和放大，会对遥感卫星的光路指向精度和稳定度产生较大影响。

为了减小控制力矩陀螺产生的扰振力对星体光路指向精度和稳定度的影响，针对控制力矩陀螺研制了专用的隔振器。通过初样阶段的力学环境试验﹑控制分机构全物理仿真试验﹑整星微振动试验对控制力矩陀螺隔振器的功能性能进行了验证，测试结果表明，控制力矩陀螺隔振器能够有效降低控制力矩陀螺引起的光学元件的抖动，并且对控制分机构的性能没有明显影响。

隔振器性能测试是在地面重力环境下进行的，测试过程中，隔振器存在初始变形和初始应力，其固有频率与在轨状态存在差异，地面测试结果无法准确反映在轨隔振效果。如果入轨后的隔振频率相对地面试验状态发生漂移，与扰动频率耦合，会导致在轨微振动响应远远大于地面测试结果，存在潜在风险。

目前，缺少重力卸载条件下隔振器测试数据，为了准确评估隔振器的在轨隔振效果，避免入轨后出现频率耦合，需要针对隔振器开展重力卸载状态下补充试验。因此，需要研制出一套适合于高精度测量的重力卸载装置。

目前，国内外尚未见有关此类卸载机构的文献报导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，消除控制力矩陀螺在地面试验时自身重力对隔振器的附加力，最大程度上模拟太空中失重的工作状态。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，所述的重力卸载机构包括一个粗调机构和一个微调机构，粗调机构的作用是初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度，为后面实现微调做准备，所述的重力卸载机构具体包括：角盘、钢丝绳和滑轮；钢丝绳的左端通过挂钩悬吊微调机构，钢丝绳的右端穿过两个定滑轮与角盘相连接，角盘上带有锁死装置，锁死状态时，角盘只能逆时针转动，角盘每转动一齿，钢丝绳走过的距离为5mm，等于微调量程25mm的五分之一，满足粗调要求；微调机构的作用通过精细调节控制力矩陀螺的水平和垂直位置以及倾斜角度来实现控制力矩陀螺重力的高精度卸载，还包括：转接盘、转接块、螺杆、三轴平移台、钢丝绳、力传感器、弹簧、橡皮绳、数字倾角测量仪和显示器；上下两个铝制的装接盘之间通过三根螺杆连接，组成一个承力支架，在承力支架下端转接盘的上表面等角度安装三个三轴平移台，在每个平移台上安装一个带卡口转接块，通过转接块连接一根钢丝绳，钢丝绳下方依次安装力传感器、弹簧、橡皮绳，最后将三根橡皮绳栓在控制力矩陀螺的接口上，从而实现控制力矩陀螺的重力卸载，用一个圆柱形模拟件来模拟控制力矩陀螺的安装；钢丝绳可以在转接块卡口内单向滑动，钢丝绳和三轴平移台配合使用可以实现控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度的精细调节；弹簧的参数是通过计算得出的，保证三根弹簧悬吊后控制力矩陀螺的前6阶悬吊频率在0.5Hz以内，因此，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰；力传感器可以测得每个传感器下方的卸载力，力传感器可以检验控制力矩陀螺的重力卸载是否达到精度要求；在控制力矩陀螺上选一个光滑平面，垂直安装两个数字倾角传感器，数字倾角传感器可以检验控制力矩陀螺的倾角是否满足要求。

进一步的，所述粗调机构的角盘只能逆时针转动，当角盘逆时针转动时会通过钢丝绳带动微调机构垂直向上运动，可初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度。

进一步的，在测试时，所述微调机构的钢丝绳在转接块内可以单向滑动，钢丝绳和三轴平移台配合使用可以实现控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度的精细调节。

进一步的，所述微调机构的弹簧悬吊后，控制力矩陀螺的前6阶悬吊频率在0.5Hz以内，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰。

进一步的，所述微调机构的力传感器可以测得每个传感器下方的卸载力，力传感器可以检验控制力矩陀螺的重力卸载是否达到卸载精度要求；数字倾角传感器可以检验控制力矩陀螺的倾角是否满足要求。

进一步的，测试时，要保证所述三个力传感器的读数之和等于力传感器下方所有悬吊物体总重，此时，达到完全卸载。

进一步的，所述的整个重力卸载机构通过悬挂的方式安装。

本发明的原理在于：

一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，所述的控制力矩陀螺包括一个粗调机构和一个微调机构。粗调机构的作用是初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度，为后面实现精细调节做准备，其特点在于包括：角盘、钢丝绳和滑轮；钢丝绳的左端通过挂钩悬吊微调机构，钢丝绳的右端通过两个定滑轮与角盘相连接，角盘上带有锁死装置，在锁死状态时，角盘只能逆时针转动，角盘每转动一齿，钢丝绳走过的距离为5mm，等于微调量程25mm的五分之一，满足粗调要求。微调机构的作用是通过精细调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度来实现控制力矩陀螺重力的高精度卸载，其特点在于包括：转接盘、转接块、螺杆、三轴平移台、钢丝绳、力传感器、弹簧、橡皮绳、数字倾角测量仪和显示器；上下两个铝制的装接盘之间通过三根螺杆连接，组成一个承力支架，在承力支架下端转接盘的上表面等角度安装三个三轴平移台，在每个平移台上安装一个带卡口转接块，通过转接块连接一根钢丝绳，钢丝绳下方依次安装力传感器、弹簧、橡皮绳，最后将三根橡皮绳栓在控制力矩陀螺的接口上，从而实现控制力矩陀螺的重力卸载；钢丝绳可以在转接块卡口内单向滑动，钢丝绳和三轴平移台配合使用可以实现控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度的精细调节，三轴平移台的精度为0.003mm，因此卸载位移精度大于0.01mm；弹簧的参数是通过计算得出的，保证三根弹簧悬吊后控制力矩陀螺的前6阶悬吊频率在0.5Hz以内，因此，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰；力传感器可以测得每个传感器下方的卸载力，力传感器可以检验控制力矩陀螺的重力卸载是否达到卸载精度要求，力传感器的精度为0.01N，因此卸载力精度≧0.01N；在控制力矩陀螺上选一个光滑平面，垂直安装两个数字倾角传感器，数字倾角传感器可以检验控制力矩陀螺的倾角是否满足要求，数字倾角传感器的精度为0.2°，因此卸载倾角精度≧0.2°；试验测试，要保证所述两个数字倾角传感器测得的角度满足控制力矩陀螺倾角要求，要保证所述三个力传感器的读数之和等于力传感器下方所有悬吊物体总重，此时，达到完全卸载。所述的整个重力卸载机构通过悬挂的方式安装。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明通过将控制力矩陀螺的重力传递到外部安装基础上，消除了控制力矩陀螺重力对隔振器的影响，模拟了太空中的失重环境；

(2)本发明具备高精度的位移调节机构，能够精细调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度，且调节简易；

(3)本发明具备高精度的力传感器和倾角传感器，可以有效检验卸载程度；

(4)本发明6阶悬吊频率在0.5Hz以内，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰；

(5)本发明结构简单轻巧，使用方便，可靠性高；

(6)本发明简单有效，通过传统的机械加工就可实现，工艺性好，成本低。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的粗调机构示意图；

图3为本发明实施例1的微调机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，本发明的控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构包括一个粗调机构和一个微调机构，分别如图2和图3，粗调机构用于初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度，微调机构用于精细调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度，从而实现控制力矩陀螺重力的高精度卸载。

本发明的一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，所述的重力卸载机构包括一个粗调机构和一个微调机构，粗调机构的作用是初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度，为后面实现微调做准备，所述的重力卸载机构具体包括：角盘1、钢丝绳2和滑轮3；钢丝绳2的左端通过挂钩悬吊微调机构，钢丝绳2的右端穿过两个定滑轮3与角盘1相连接，角盘1上带有锁死装置，锁死状态时，角盘1只能逆时针转动，角盘1每转动一齿，钢丝绳3走过的距离为5mm，等于微调量程25mm的五分之一，满足粗调要求。微调机构的作用通过精细调节控制力矩陀螺的水平和垂直位置以及倾斜角度来实现控制力矩陀螺重力的高精度卸载，还包括：转接盘4、转接块7、螺杆5、三轴平移台6、钢丝绳2、力传感器8、弹簧9、橡皮绳10、数字倾角测量仪11和显示器12；上下两个铝制的装接盘4之间通过三根螺杆5连接，组成一个承力支架，在承力支架下端转接盘的上表面等角度安装三个三轴平移台6，在每个平移台6上安装一个带卡口转接块7，通过转接块连接一根钢丝绳2，钢丝绳下方依次安装力传感器8、弹簧9、橡皮绳10，最后将三根橡皮绳10栓在控制力矩陀螺的接口上，从而实现控制力矩陀螺的重力卸载，图1、3中用一个圆柱形模拟件13来模拟控制力矩陀螺的安装；钢丝绳2可以在转接块7卡口内单向滑动，钢丝绳2和三轴平移台6配合使用可以实现控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度的精细调节；弹簧的参数是通过计算得出的，保证三根弹簧悬吊后控制力矩陀螺的6阶悬吊频率在0.5Hz以内，因此，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰；力传感器8可以测得每个传感器下方的卸载力，传感器可以检验控制力矩陀螺的重力卸载是否达到卸载精度要求；在控制力矩陀螺上选一个光滑平面，垂直安装两个数字倾角传感器11，数字倾角传感器11可以检验控制力矩陀螺的倾角是否满足要求。所述粗调机构的角盘1只能逆时针转动，当角盘1逆时针转动时会通过钢丝绳3带动微调机构垂直向上运动，可初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度。在测试时，所述微调机构的钢丝绳2在转接块7内可以单向滑动，钢丝绳2和三轴平移台6配合使用可以实现控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度的精细调节。所述微调机构的弹簧悬吊后，控制力矩陀螺的6阶悬吊频率在0.5Hz以内，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰。所述微调机构的力传感器8可以测得每个传感器下方的卸载力，传感器可以检验控制力矩陀螺的重力卸载是否达到精度要求；数字倾角传感器11可以检验控制力矩陀螺的倾角是否满足要求。测试时，要保证所述三个力传感器的读数之和等于力传感器下方所有悬吊物体总重，此时，达到完全卸载。所述的整个重力卸载机构通过悬挂的方式安装。

安装调试步骤：

1)安装粗调机构。在安装基础上安装角盘和两个定滑轮，左边的定滑轮在安装基础上可以水平移动并锁紧，然后将一根钢丝绳的一端固定在角盘上，另一端则穿过两个定滑轮后安装一个吊环；安装完成后，通过水平移动左边的定滑轮将吊环与控制力矩陀螺隔振器安装基础的中心进行对心；

2)安装微调机构。将微调机构的所有组件(除了数字倾角测量仪)组装成整体，然后将微调机构悬挂在粗调机构的吊钩上，旋转角盘通过钢丝绳带动微调机构垂直向上运动，直到底端橡皮绳高出控制力矩陀螺的隔振器安装基础200mm左右，通过钢丝绳在转接块卡口内的滑动将橡皮绳底端调试至大致同一高度；

3)安装控制力矩陀螺和隔振器。将橡皮绳拴在带有隔振器的控制力矩陀螺的接口上，并在控制力矩陀螺上选一个光滑平面垂直安装两个数字倾角测量仪，转动角盘直到隔振器底部离安装基础20mm左右，记下此时力传感器的总读数a1；

4)调试。通过钢丝绳和三轴平移台配合使用，将控制力矩陀螺调至水平，缓慢松开角盘上的锁死装置，让隔振器缓慢回位至安装基础，同时观察显示器上力传感器的读数，直到力传感器的读数和与a1减去隔振器下部基座重力的值大致相等；然后将隔振器下部基座固定于安装基础，再通过三轴平移台微调，直到力传感器的读数和与a1减去隔振器下部基座重力的值相等时，达到完全卸载。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，所述的重力卸载机构包括一个粗调机构和一个微调机构，粗调机构的作用是初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度，为后面实现微调做准备，其特征在于：所述的重力卸载机构具体包括：角盘(1)、钢丝绳(2)和滑轮(3)；钢丝绳(2)的左端通过挂钩悬吊微调机构，钢丝绳(2)的右端穿过两个定滑轮(3)与角盘(1)相连接，角盘(1)上带有锁死装置，锁死状态时，角盘(1)只能逆时针转动，角盘(1)每转动一齿，钢丝绳(3)走过的距离为5mm，等于微调量程25mm的五分之一，满足粗调要求；微调机构的作用是通过精细调节控制力矩陀螺的水平和垂直位置以及倾斜角度来实现控制力矩陀螺重力的高精度卸载，还包括：转接盘(4)、转接块(7)、螺杆(5)、三轴平移台(6)、钢丝绳(2)、力传感器(8)、弹簧(9)、橡皮绳(10)、数字倾角测量仪(11)和显示器(12)；上下两个铝制的装接盘(4)之间通过三根螺杆(5)连接，组成一个承力支架，在承力支架下端转接盘的上表面等角度安装三个三轴平移台(6)，在每个平移台(6)上安装一个带卡口转接块(7)，通过转接块连接一根钢丝绳(2)，钢丝绳下方依次安装力传感器(8)、弹簧(9)、橡皮绳(10)，最后将三根橡皮绳(10)栓在控制力矩陀螺的接口上，从而实现控制力矩陀螺的重力卸载，用一个圆柱形模拟件(13)来模拟控制力矩陀螺的安装；钢丝绳(2)可以在转接块(7)卡口内单向滑动，钢丝绳(2)和三轴平移台(6)配合使用可以实现控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度的精细调节；弹簧的参数是通过计算得出的，保证三根弹簧悬吊后控制力矩陀螺的前6阶悬吊频率在0.5Hz以内，因此，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰；力传感器(8)可以测得每个传感器下方的卸载力，力传感器可以检验控制力矩陀螺的重力卸载是否达到精度要求；在控制力矩陀螺上选一个光滑平面，垂直安装两个数字倾角传感器(11)，数字倾角传感器(11)可以检验控制力矩陀螺的倾角是否满足要求。

2.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，其特征在于：所述粗调机构的角盘(1)只能逆时针转动，当角盘(1)逆时针转动时会通过钢丝绳(3)带动微调机构垂直向上运动，可初步调节控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，其特征在于：在测试时，所述微调机构的钢丝绳(2)在转接块(7)内可以单向滑动，钢丝绳(2)和三轴平移台(6)配合使用可以实现控制力矩陀螺水平和垂直位置以及倾斜角度的精细调节。

4.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，其特征在于：所述微调机构的弹簧悬吊后，控制力矩陀螺的前6阶悬吊频率在0.5Hz以内，振动试验时可以避免悬吊边界频率耦合的干扰。

5.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，其特征在于：所述微调机构的力传感器(8)可以测得每个传感器下方的卸载力，力传感器可以检验控制力矩陀螺的重力卸载是否达到卸载精度要求；数字倾角传感器(11)可以检验控制力矩陀螺的倾角是否满足要求。

6.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，其特征在于：测试时，要保证所述三个力传感器的读数之和等于力传感器下方所有悬吊物体总重，此时，达到完全卸载。

7.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺地面试验重力卸载机构，其特征在于：所述的整个重力卸载机构通过悬挂的方式安装。