CN106081168B - 一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，包括配重、阻尼单元和悬臂波片；悬臂波片顺序设置有悬臂端、波纹段和固紧端，悬臂端下部设有凹槽结构，可提供刚度的阻尼单元置于悬臂波片悬臂端的凹槽中，阻尼单元可带动悬臂波片同步振动；配重置于悬臂波片悬臂端的上部，螺栓将配重、悬臂波片、阻尼单元与控制力矩陀螺转子系统端盖连接，通过拧紧力矩调整阻尼单元的刚度；悬臂波片的波纹段底面与顶面分别贴合于控制力矩陀螺转子系统端盖及壳体，悬臂波片振动时与控制力矩陀螺转子系统端盖及壳体产生干摩擦。本发明与现有技术中引入柔性环节使系统振动模态增多相比，不会改变系统的振动模态，实现真正意义上的减振。

Description

一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置
技术领域
本发明涉及一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，适用于控制力矩陀螺转子系统的振动抑制。
背景技术
控制力矩陀螺(Control Moment Gyro-控制力矩陀螺)是一种空间站等长期运行的大型航天器实现姿态控制的关键执行机构。由于转子系统质量不平衡、轴承制造缺陷及结构固有振动等原因，控制力矩陀螺在产生控制力矩的同时不可避免地会产生具有周期和宽带特性的微小扰振力，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，会对航天器光学平台等精密设备的指向精度和稳定度产生较大影响，因此，必须对控制力矩陀螺采取有效的振动抑制措施，降低控制力矩陀螺的振动水平。研究表明，转子系统质量不平衡是控制力矩陀螺的主要振动源，针对转子系统开展振动抑制工作尤为重要。通常需对转子系统进行动平衡，尽可能减小转子系统质量不平衡，但即使采用最先进的转子系统动平衡技术，转子系统质量不平衡仍无法完全消除，必须针对转子系统开展减振设计。
针对转子系统开展减振设计的难度在于，所采用的减振设计不能改变转子系统的刚度，否则会影响控制力矩陀螺的输出力矩和控制精度。这一设计原则大大增加了控制力矩陀螺减振设计的难度，使控制力矩陀螺的振动抑制成为制约航天器高性能平台高技术指标实现的关键技术之一。
早在1981年，美国Sperry公司就提出对控制力矩陀螺进行隔振并申请美国专利编号4242916(Jan.5 1981)，其基本设计思想是将隔振装置植入控制力矩陀螺中，通过在回转框架和高速转子的连接结构中引入柔性连接实现隔振，并设计了波纹连接杆结构，通过正交安装，实现全向隔振。但该隔振设计不仅会导致整个控制力矩陀螺的结构尺寸很大，而且未直接针对转子系统进行减振，振动抑制效果有限，后期并未得以应用。而现今国内航天院所均是针对控制力矩陀螺进行整机隔振装置设计，通过调频错峰的原理，设计柔性隔振平台，以降低控制力矩陀螺整机振动。该隔振平台看似避开了直接对转子系统进行隔振设计的刚度改变问题，但由于整个系统引入了柔性环节，一方面会使带隔振平台的控制力矩陀螺整机这一新系统引入更多振动模态，另一方面会影响控制力矩陀螺整机的输出力矩和控制精度，最终会面临在振动水平和控制精度间的抉择问题。
因此，采用行之有效的方法对控制力矩陀螺转子系统进行振动抑制就异常重要。
发明内容
本发明的技术解决问题：为了克服现有技术的不足，提供一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，以有效抑制控制力矩陀螺转子系统的振动。
本发明的技术解决方案是：
一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，包括连接于控制力矩陀螺转子系统端盖上的壳体及置于壳体中的配重、阻尼单元和悬臂波片；
悬臂波片顺序设置有悬臂端、波纹段和固紧端，悬臂端下部设有凹槽结构，可提供刚度的阻尼单元置于悬臂波片悬臂端的凹槽中，阻尼单元可带动悬臂波片同步振动；配重置于悬臂波片悬臂端的上部，螺栓将配重、悬臂波片、阻尼单元与控制力矩陀螺转子系统端盖连接，通过拧紧力矩调整阻尼单元的刚度；悬臂波片的波纹段底面与顶面分别贴合于控制力矩陀螺转子系统端盖及壳体，悬臂波片振动时与控制力矩陀螺转子系统端盖及壳体产生干摩擦；悬臂波片的固紧端连接于控制力矩陀螺转子系统端盖上。
配重的质量、阻尼单元的刚度以及悬臂波片的结构形式和尺寸共同决定吸振阻尼装置的固有频率，使固有频率与控制力矩陀螺转子系统的转速所对应的频率相同。
阻尼单元为金属橡胶。
阻尼单元置于悬臂波片悬臂端的凹槽中，为紧配合。
悬臂波片相对于悬臂端对称设置。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明采用吸振、阻尼和干摩擦三种方式消耗振动能量，配重与可调刚度的阻尼单元配合可实现吸振，通过金属橡胶材料内部金属丝之间的相对移动，消耗控制力矩陀螺振动能量；通过悬臂波片与壳体及控制力矩陀螺转子系统端盖之间相对移动，产生干摩擦，消耗控制力矩陀螺振动能量。与现有技术中引入柔性环节使系统振动模态增多相比，不会改变系统的振动模态，实现真正意义上的减振；
(2)本发明在不改变控制力矩陀螺转子系统结构形式的前提下，直接针对控制力矩陀螺主要的振动源-转子系统进行减振，与现有技术中引入柔性连接实现隔振相比，既不会影响控制力矩陀螺转子系统的刚度，也不会增大整个控制力矩陀螺结构尺寸；
(3)本发明无需引入影响整机刚度的柔性元件，与现有技术中采用整机柔性隔振平台相比，不会影响控制力矩陀螺整机的输出力矩和控制精度，能够在保证控制力矩陀螺整机的输出力矩和控制精度的同时降低控制力矩陀螺振动。
附图说明
图1为本发明结构立体图；
图2为本发明结构平面图；
图3为本发明悬臂波片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细地描述。
本发明涉及一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，以有效抑制控制力矩陀螺转子系统的振动。如图1-2所示，
包括配重1、阻尼单元3、悬臂波片5和连接于控制力矩陀螺转子系统端盖4上的壳体6。悬臂波片顺序设置有悬臂端、波纹段和固紧端，如图3所示，悬臂波片5的固紧端与控制力矩陀螺转子系统端盖4通过螺栓固接，配重1置于悬臂波片5的悬臂端上部，悬臂端下部设有凹槽结构用于放置阻尼单元，3，螺栓2将配重1、悬臂波片5及阻尼单元3与控制力矩陀螺转子系统端盖4连接，通过拧紧力矩调整阻尼单元3的刚度。
配重1的质量、阻尼单元3的刚度以及悬臂波片5的结构形式和尺寸共同决定吸振阻尼装置的固有频率，控制力矩陀螺吸振阻尼装置设计时，将配重1、阻尼单元3和悬臂波片5这一振动系统的固有频率调整至控制力矩陀螺转子系统的转速所对应的频率，使配重1和悬臂波片5产生共振。利用配重1振动时的位移，通过阻尼单元3的材料阻尼吸收振动能量；悬臂波片5的波纹段底面与顶面分别贴合于控制力矩陀螺转子系统端盖4及壳体6，利用悬臂波片5振动时与壳体6及控制力矩陀螺转子系统端盖4之间产生相对移动，通过干摩擦耗散振动能量。
本发明采用吸振、阻尼和干摩擦三种方式消耗振动能量，配重与可调刚度的阻尼单元配合可实现吸振，通过金属橡胶材料内部金属丝之间的相对移动产生的材料内阻尼，消耗控制力矩陀螺振动能量；通过悬臂波片与壳体及控制力矩陀螺转子系统端盖之间相对移动，产生干摩擦，消耗控制力矩陀螺振动能量。与现有技术中引入柔性环节使系统振动模态增多相比，不会改变系统的振动模态，实现真正意义上的减振。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，其特征在于，包括连接于控制力矩陀螺转子系统端盖(4)上的壳体(6)及置于壳体(6)中的配重(1)、阻尼单元(3)和悬臂波片(5)；
悬臂波片(5)顺序设置有悬臂端、波纹段和固紧端，悬臂端下部设有凹槽结构，可提供刚度的阻尼单元(3)置于悬臂波片(5)悬臂端的凹槽中，阻尼单元(3)可带动悬臂波片(5)同步振动；配重(1)置于悬臂波片(5)悬臂端的上部，螺栓(2)将配重(1)、悬臂波片(5)、阻尼单元(3)与控制力矩陀螺转子系统端盖(4)连接，通过拧紧力矩调整阻尼单元(3)的刚度；悬臂波片(5)的波纹段底面与顶面分别贴合于控制力矩陀螺转子系统端盖(4)及壳体(6)，悬臂波片(5)振动时与控制力矩陀螺转子系统端盖(4)及壳体(6)产生干摩擦；悬臂波片(5)的固紧端连接于控制力矩陀螺转子系统端盖(4)上。
2.如权利要求1所述的一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，其特征在于：配重(1)的质量、阻尼单元(3)的刚度以及悬臂波片(5)的结构形式和尺寸共同决定吸振阻尼装置的固有频率，使固有频率与控制力矩陀螺转子系统的转速所对应的频率相同。
3.如权利要求1所述的一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，其特征在于：阻尼单元(3)为金属橡胶。
4.如权利要求1所述的一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，其特征在于：阻尼单元(3)置于悬臂波片(5)悬臂端的凹槽中，为紧配合。
5.如权利要求1所述的一种控制力矩陀螺转子系统吸振阻尼装置，其特征在于：悬臂波片(5)相对于悬臂端对称设置。
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