CN105276073B - 一种用于光学载荷的多维多级减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航天技术领域，具体涉及一种用于光学载荷的多维多级减振装置。该装置包括安装基板、光学载荷组件、光学载荷组件连接件、光学载荷组件支撑件、光学载荷组件压紧件、钢丝绳减振器；所述光学载荷组件连接件、光学载荷组件支撑件与安装基板之间的接触部位设置有第一减振垫；所述光学载荷组件连接件、光学载荷组件压紧件与光学载荷组件的接触部位设置有第二减振垫；该减振装置通过钢丝绳减振器并联安装以及柔性材料多级串联、并联等组合方式使用，能有效减小由卫星本体或其它执行机构传递至光学载荷三个平动和三个转动的振动量级，起到很好缓冲隔振效果，具有应用简单、刚度可调、适应性强等优点。

Description

一种用于光学载荷的多维多级减振装置
技术领域
本发明属于航天技术领域，具体涉及一种用于光学载荷的多维多级减振装置。
背景技术
随着航天技术发展，航天器对高分辨率敏感载荷的精度要求越来越高。航天器在轨运行过程中，由于姿态调整、太阳帆板展开、变轨以及复杂空间环境变化等会诱发各种高频微振动，进而影响光学载荷的工作精度和使用寿命。
通常情况，减少上述微振动方法包括对振源进行隔振和对有效载荷进行隔振两种。专利CN102759927B公开了一种使用多级隔振平台提高光学载荷成像质量的方法，隔振平台包括上平台、下平台以及连接上平台和下平台的支杆。所述的隔振平台可安装在飞轮、控制力矩陀螺等卫星执行机构和卫星星体之间，或光学有效载荷和卫星星体之间；通过安装若干数量隔振平台可解决光学有效载荷成像精度和稳定度低问题，但同时也增加隔振平台的结构设计难度、占用星内较大设备空间以及增加卫星质量等。专利CN102486212B公开了卫星有效载荷多自由度隔振器及系统，提出的按一定几何构型排布的隔振器构成安装在有效载荷和卫星之间的隔振系统存在隔振器刚度调节复杂及安装不方便等问题。
考虑到航天器上的振源多、分布位置无规则等特点，对振源进行隔振设计难度大，因此对有效载荷进行隔振能很好适应高分辨率敏感载荷减振需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本文提出了采用多自由度钢丝绳减振器并联安装和柔性材料(如硅橡胶或金属橡胶)多级串并联的组合使用方法，具有组合化、轻量化、简单化、易装配等特点，能适应多种高分辨率敏感载荷减振需要。具体技术方案如下：
一种用于光学载荷的多维多级减振装置，包括安装基板1、光学载荷组件2、光学载荷组件连接件3、光学载荷组件支撑件4、光学载荷组件压紧件5、钢丝绳减振器6；
所述光学载荷组件连接件3、光学载荷组件支撑件4设置在安装基板1上；所述光学载荷组件连接件3与安装基板1通过第一螺栓7连接；所述光学载荷组件支撑件4与安装基板通过第一螺栓7连接；所述光学载荷组件2放置在光学载荷组件连接件3和光学载荷组件支撑件4上，并通过光学载荷组件压紧件5将光学载荷组件进行固定；所述光学载荷组件压紧件5与光学载荷组件连接件通过第二螺栓8连接；所述光学载荷组件支撑件4与光学载荷组件2通过紧固螺钉9连接；
所述光学载荷组件连接件3、光学载荷组件支撑件4与安装基板1之间的接触部位设置有第一减振垫10；
所述光学载荷组件连接件3、光学载荷组件压紧件5与光学载荷组件2的接触部位设置有第二减振垫11；
所述第一螺栓7、第二螺栓8上的螺母下方设置有垫片12；
所述钢丝绳减振器6的一端连接在安装基板的下方，另一端安装固定在卫星上。
进一步地，所述安装基板为铝合金材料。
进一步地，所述安装基板的厚度为6mm～8mm。
进一步地，所述第一减振垫10和第二减振垫11为柔性材料。
进一步地，所述垫片12为橡胶或金属材料制成。
进一步地，所述柔性材料为硅橡胶或金属橡胶。
进一步地，所述钢丝绳减振器6与所述安装基板的连接方式为螺栓连接。
进一步地，所述光学载荷组件2上与所述第二减振垫11接触部位的形状为台阶，所述台阶内侧为倒圆角形状。
本发明与现有减振装置相比，具有以下特点，本发明中钢丝绳减振器的布局方式和数量、柔性材料减振垫厚度等参数是根据振动测试情况进行优化设计，对光学载荷的结构刚度分别起到粗调、微调作用，调节方式灵活；充分考虑到多种光学载荷的安装接口要求，只需做一些适应性修改就能满足不同卫星平台和光学载荷安装需要，具有很强的适应性；柔性材料减振垫具有易加工、质量轻、互换性高等特点，能适应航天器快速响应需要；一级减振单元的各个钢丝绳减振器之间、二级减振单元的各个柔性材料减振垫之间、三级减振单元的各个柔性材料减振垫之间分别采取并联安装方式，同时这三级减振单元之间通过串联方式组合起来且这三级减振单元的布局顺序灵活，进一步拓展其应用范围；本发明不仅适用光学载荷，还适用于其它多种高分辨率敏感载荷的减振需要，进一步拓展其应用范围。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示为本发明结构示意图，一种用于光学载荷的多维多级减振装置，包括安装基板1、光学载荷组件2、光学载荷组件连接件3、光学载荷组件支撑件4、光学载荷组件压紧件5、钢丝绳减振器6；
实施例中，安装基板为铝合金材料，可灵活选择安装接口避免蜂窝板连接固定时需预埋螺栓、钢丝螺套等复杂工艺，安装基板的结构外形要根据光学载荷组件构型来合理设计。安装基板是光学载荷组件的支撑结构，用来提供光学载荷组件支撑件、钢丝绳减振器、光学载荷组件连接件的安装接口。安装基板厚度为6mm～8mm，在保证结构强度和刚度的前提下进行优化设计以确定合适厚度值，通过铣削一定深度、一定形状的加强筋达到减重目的。
光学载荷组件为高分辨率相机或其它高分辨率敏感载荷等。实现例中，即图1中的光学载荷组件是高分辨率光学成像镜头典型示意图。
所述光学载荷组件连接件3、光学载荷组件支撑件4设置在安装基板1上；所述光学载荷组件连接件3与安装基板1通过第一螺栓7连接；所述光学载荷组件支撑件4与安装基板通过第一螺栓7连接；所述光学载荷组件2放置在光学载荷组件连接件3和光学载荷组件支撑件4上，并通过光学载荷组件压紧件5将光学载荷组件进行固定；所述光学载荷组件压紧件5与光学载荷组件连接件通过第二螺栓8连接；所述光学载荷组件支撑件4与光学载荷组件2通过紧固螺钉9连接；
所述光学载荷组件连接件3、光学载荷组件支撑件4与安装基板1之间的接触部位设置有第一减振垫10；用来隔离缓冲由安装基板传递至光学载荷组件连接件和光学载荷组件支撑件的振动。
所述光学载荷组件连接件3、光学载荷组件压紧件5与光学载荷组件2的接触部位设置有第二减振垫11；用来隔离缓冲由光学载荷组件连接件传递至光学载荷组件的振动。
所述第一螺栓7、第二螺栓8上的螺母下方设置有垫片12；
所述钢丝绳减振器6的一端连接在安装基板的下方，另一端安装固定在卫星上。
所述第一减振垫10和第二减振垫11为柔性材料。第一减振垫的外形结构分别根据光学载荷组件支撑件、光学载荷组件连接件的几何形状、质量特性情况对应确定。根据振动测试情况，合理设计第一减振垫厚度以便在小幅范围内调整光学载荷的结构刚度。第二减振垫的外形结构根据光学载荷组件的几何形状、质量特性情况来确定。根据振动测试情况，合理设计第二减振垫厚度和宽度以实现微幅调整光学载荷组件的结构刚度。
实施例中，所述垫片12为橡胶或金属材料制成；所述柔性材料为硅橡胶或金属橡胶。
钢丝绳减振器根据光学载荷组件的几何形状、质量特性及安装基板接口等情况来确定其布局方式并合理选型。钢丝绳减振器可以选择现有技术中的产品，在螺栓作用下通过上端安装孔将其固定在安装基板上，通过下端安装孔固定连接在卫星上，用来隔离缓冲由卫星本体或其它执行机构传递至光学载荷的噪声、振动等。单个钢丝绳减振器的刚度参数和实际布局方式基本决定光学载荷的固有频率与隔振性能。
实施例中，钢丝绳减振器在安装基板的前后两端各1个、左右两侧各2个。
本发明通过在安装基板底面并联安装若干数量上述钢丝绳减振器对光学载荷进行一级减振；在安装基板与光学载荷组件连接件及光学载荷组件支撑件之间分别安装柔性材料减振垫对光学载荷进行二级减振；在光学载荷组件、光学载荷连接件和光学载荷组件压紧件之间安装柔性材料减振垫对光学载荷进行三级减振。本发明三级减振中的每一级减振单元均能隔离缓冲空间三个平动和三个转动共六个自由度振动，满足光学载荷高分辨率多维减振要求。
本发明中存在三级减振过程，分别为上述的一级减振、二级减振、三级减振，其结构对应的一级减振单元、二级减振单元、三级减振单元；各级减振单元内部采取并联方式调节本级刚度，三级减振单元之间通过串联方式调节光学载荷整体刚度，实现光学载荷多级减振。各级减振单元的减振垫可根据需要选择适应空间环境且刚度性能不同的柔性材料(如硅橡胶或金属橡胶等)。各级减振单元的减振垫可根据机械接口安装需要设计成多种结构形式(如长方形、环形或圆柱形等)，具有很强适应性。各级减振单元的减振垫厚度可调，用于小幅范围内微调各级减振层内的局部刚度。钢丝绳减振器根据光学载荷几何形状、质量特性及安装基板接口情况进行选型、合理布局，用于大幅范围内粗调光学载荷整体刚度。
如图2所示，为本发明结构剖视图。光学载荷组件2上的台阶21用于第二减振垫11的轴向定位，且台阶内侧倒圆角避免第二减振垫11横向振动时被割伤。台阶内侧倒圆角不仅适用于实施例中高分辨率光学成像镜头的典型结构，还可用于其它敏感载荷组件。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于光学载荷的多维多级减振装置，包括安装基板(1)、光学载荷组件(2)、光学载荷组件支撑件(4)、光学载荷组件压紧件(5)、第二减振垫(11)，其特征在于：还包括光学载荷组件连接件(3)、钢丝绳减振器(6)；
所述光学载荷组件连接件(3)、光学载荷组件支撑件(4)设置在安装基板(1)上；所述光学载荷组件连接件(3)与安装基板(1)通过第一螺栓(7)连接；所述光学载荷组件支撑件(4)与安装基板通过第一螺栓(7)连接；所述光学载荷组件(2)放置在光学载荷组件连接件(3)和光学载荷组件支撑件(4)上，并通过光学载荷组件压紧件(5)将光学载荷组件进行固定；所述光学载荷组件压紧件(5)与光学载荷组件连接件通过第二螺栓(8)连接；所述光学载荷组件支撑件(4)与光学载荷组件(2)通过紧固螺钉(9)连接；
所述光学载荷组件连接件(3)、光学载荷组件支撑件(4)与安装基板(1)之间的接触部位设置有第一减振垫(10)；
所述光学载荷组件连接件(3)、光学载荷组件压紧件(5)与光学载荷组件(2)的接触部位设置有第二减振垫(11)；
所述第一螺栓(7)、第二螺栓(8)上的螺母下方设置有垫片(12)；
所述钢丝绳减振器(6)的一端连接在安装基板的下方，另一端固连在卫星本体机构上。
2.如权利要求1所述的一种用于光学载荷的多维多级减振装置，其特征在于，所述安装基板为铝合金材料。
3.如权利要求1所述的一种用于光学载荷的多维多级减振装置，其特征在于，所述安装基板的厚度为6mm～8mm。
4.如权利要求1所述的一种用于光学载荷的多维多级减振装置，其特征在于，所述第一减振垫(10)和第二减振垫(11)为柔性材料。
5.如权利要求1所述的一种用于光学载荷的多维多级减振装置，其特征在于，所述垫片(12)为橡胶或金属材料制成。
6.如权利要求4所述的一种用于光学载荷的多维多级减振装置，其特征在于，所述柔性材料为硅橡胶或金属橡胶。
7.如权利要求1所述的一种用于光学载荷的多维多级减振装置，其特征在于，所述钢丝绳减振器(6)与所述安装基板(1)的连接方式为螺栓连接。
8.如权利要求1所述的一种用于光学载荷的多维多级减振装置，其特征在于，所述光学载荷组件(2)上与所述第二减振垫(11)接触部位的形状为台阶，所述台阶内侧为倒圆角形状。
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