CN108923616A - 一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，包括固定部分、运动部分,固定部分包括音圈电机定子、主壳体、顶盖；运动部分包括音圈电机动子、动子连接盘、膜簧组件、输出轴、柔性铰、护套；膜簧组件包括两片相同的膜簧、外隔圈、橡胶片、内隔圈，外隔圈支撑上、下膜簧的外圈，内隔圈支撑住上、下膜簧的内圈，橡胶片夹在上、下膜簧中间；柔性铰内部灌封硅橡胶，柔性铰外侧同轴安装护套，护套内孔与柔性铰外圆之间留有限位间隙。

Description

一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器
技术领域
本发明涉及一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，属于空间控制执行机构领域。
背景技术
面向高性能航天器机动能力、指向精度、稳定度等的需求，在航天器平台姿态控制的基础上，在航天器平台与载荷之间增加具有振动隔离、扰振抑制和指向调节功能的柔性音圈作动器，结合控制技术，实现载荷的精确指向与快速稳定控制。
和采用轴承支承的转动类机构不同，柔性音圈作动器的两个支撑点一个轴向刚度极低、一个弯曲刚度极低，承受航天器发射振动和冲击环境时极易造成膜簧、柔性铰断裂失效。
现有技术仅采用双膜簧或单膜簧的构型，采用的双膜簧结构为两个膜簧的内圈紧挨在一起，外圈通过膜簧垫圈隔开，以达到弹力线性化的目的，而未考虑音圈作动器承受振动和冲击环境的能力，容易造成膜簧、柔性铰发生断裂失效，实际空间应用时需为音圈作动器设计了专门的锁紧结构，设计复杂，成本高，重量大。
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，提供了一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，以提升柔性音圈作动器耐受振动和冲击的能力。
本发明的技术解决方案是：
一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，包括固定部分、运动部分,固定部分包括音圈电机定子、主壳体、顶盖；运动部分包括音圈电机动子、动子连接盘、膜簧组件、输出轴、柔性铰、护套；
膜簧组件包括两片相同的膜簧、外隔圈、橡胶片、内隔圈，外隔圈支撑上、下膜簧的外圈，内隔圈支撑住上、下膜簧的内圈，橡胶片夹在上、下膜簧中间；
柔性铰内部灌封硅橡胶，柔性铰外侧同轴安装护套，护套内孔与柔性铰外圆之间留有限位间隙。
顶盖将音圈电机定子、音圈电机动子和膜簧组件密闭于主壳体中，音圈电机动子通过动子连接盘与膜簧组件及输出轴一端固定连接，输出轴另一端穿过顶盖的通孔与柔性铰的一端中心孔连接。
限位间隙范围大于柔性音圈作动器正常工作时柔性铰的极限弯曲角度。
护套的外形为圆棒状，两端设置有中心，在径向、轴向上开有一定形状的槽，实现低弯曲刚度。
硅橡胶脆性温度低于-70℃，真空挥发总质量损失小于0.1％，真空挥发可凝物小于0.1％。
装配后，橡胶片压缩的高度小于橡胶片和内外隔圈的径向间隙。
橡胶片硬度低于50。
护套的弯曲刚度大于柔性铰弯曲刚度的10倍。
橡胶片脆性温度低于-70℃。
橡胶片真空挥发总质量损失小于0.1％，真空挥发可凝物小于0.1％。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明采用双膜簧中间压入阻尼橡胶、柔性铰切槽内灌封阻尼橡胶、柔性铰转角限位等方法，提高了柔性音圈作动器承受振动和冲击环境的能力；
(2)本发明与现有技术相比，通过增加阻尼、限制位移的方法，实际应用时不需要对音圈作动器进行专门锁紧，使得柔性音圈作动器耐受振动和冲击的能力得到提升。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明膜簧组件结构示意图。
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：
一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，结构上由固定部分、运动部分组成。如图1所示，固定部分包括音圈电机定子01、主壳体02、顶盖09，运动部分包括音圈电机动子03、动子连接盘04、膜簧组件、输出轴10、柔性铰11、护套12。固定部分和运动部分由膜簧组件连接起来。
如图2所示，膜簧组件包括两片相同的膜簧05、外隔圈06、橡胶片07、内隔圈08，外隔圈06支撑上、下膜簧的外圈，内隔圈08支撑住上、下膜簧的内圈，橡胶片07夹在上、下膜簧中间,外隔圈06通过顶盖09、螺钉与主壳体02、音圈电机定子01固连，内隔圈08通过输出轴10、动子连接盘04与音圈电机动子03固连，输出轴10顶端与柔性铰11固连，柔性铰11通过护套12连接载荷。实际工作时，音圈电机加电输出力，膜簧05受力产生轴系变形，实现力和位移的输出。
膜簧组件由两片相同的膜簧05、外隔圈06、橡胶片07、内隔圈08构成，膜簧05具有轴向上的低刚度特性，在作动器中用于支撑音圈电机动子03，电机加电产生轴向力作用在膜簧05上，由膜簧05产生轴向位移。膜簧05的外形为薄圆盘，在端面上采用线切割等加工方法切割出一定形状的槽，实现轴向低刚度特性，膜簧的材料可选用弹簧钢或铍青铜等。
外隔圈06和内隔圈08的厚度相等，装配完成后，外隔圈08支撑住上、下膜簧的外圈，内隔圈08支撑住上、下膜簧的内圈，不影响膜簧变形。在上、下膜簧中间夹一层橡胶片07实现减振阻尼功能，橡胶片07自然状态下的厚度略大于内、外隔圈，这样装配完成后橡胶片受到一定的压力，进一步增强了阻尼作用。
柔性铰11具有低弯曲刚度，用于连接作动器输出轴与外部载荷。护套12的外形为圆棒状，两端的中心有螺纹孔，分别与作动器输出轴和外部载荷连接。在径向、轴向上采用线切割等加工方法切割出一定形状的槽，实现低弯曲刚度。
在柔性铰11内部灌封硅橡胶实现减振阻尼功能。同时，柔性铰11外侧同轴安装护套12，护套12内孔与柔性铰11外圆之间的间隙为限位范围，该限位范围需大于柔性音圈作动器正常工作时柔性铰11的极限弯曲角度。
橡胶片材料应选用硅橡胶，脆性温度需低于-70℃，真空挥发总质量损失需小于0.1％，真空挥发可凝物需小于0.1％。尺寸设计上，装配后橡胶片压缩的高度应小于橡胶片和内外隔圈的径向间隙。
柔性铰切槽内灌封橡胶材料应选用硅橡胶，脆性温度需低于-70℃，硬度(ShoreA)应低于50，真空挥发总质量损失需小于0.1％，真空挥发可凝物需小于0.1％。灌封橡胶不能进入柔性铰两端的中心螺纹孔。
护套材料应选用弹性模量大于100GPa的金属材料
护套的弯曲刚度应大于柔性铰弯曲刚度的10倍，如柔性铰弯曲刚度为10Nm/rad，则护套的弯曲刚度应大于100Nm/rad。
柔性铰和护套之间通过单边间隙不大于0.05mm的轴孔配合保证同轴度，进一步保证护套限位范围在圆周方向上的一致性。
本发明通过采用双膜簧中间压入橡胶片、柔性铰切槽内灌封橡胶、柔性铰外加限位护套等技术，提高了柔性音圈作动器承受振动和冲击环境的能力，实际应用时不需要对音圈作动器进行专门锁紧，降低了设计复杂度、成本和重量。
以某卫星音圈作动器为例，通过应用本技术，达到的耐受振动水平如下。
正弦振动
频率 振动量级
10～20Hz 10mm(0-P)
20～100Hz 16g
随机振动
冲击振动
频率 振动量级
100～1500Hz +6dB/oct
1500～4000H 1600g
本发明涉及的技术采用双膜簧中间压入阻尼橡胶、柔性铰切槽内灌封阻尼橡胶、柔性铰转角限位等方法，提高了柔性音圈作动器承受振动和冲击环境的能力，与现有技术相比本发明涉及的技术通过增加阻尼、限制位移的方法，使得柔性音圈作动器耐受振动和冲击的能力得到提升，实际应用时不需要对音圈作动器进行专门锁紧。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：包括固定部分、运动部分,固定部分包括音圈电机定子(01)、主壳体(02)、顶盖(09)；运动部分包括音圈电机动子(03)、动子连接盘(04)、膜簧组件、输出轴(10)、柔性铰(11)、护套(12)；
膜簧组件包括两片相同的膜簧(05)、外隔圈(06)、橡胶片(07)、内隔圈(08)，外隔圈(06)支撑上、下膜簧的外圈，内隔圈(08)支撑住上、下膜簧的内圈，橡胶片(07)夹在上、下膜簧中间；
柔性铰(11)内部灌封硅橡胶，柔性铰(11)外侧同轴安装护套(12)，护套内孔与柔性铰外圆之间留有限位间隙。
2.如权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：顶盖(09)将音圈电机定子(01)、音圈电机动子(03)和膜簧组件密闭于主壳体(02)中，音圈电机动子(03)通过动子连接盘(04)与膜簧组件及输出轴(10)一端固定连接，输出轴(10)另一端穿过顶盖(09)的通孔与柔性铰(11)的一端中心孔连接。
3.如权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：限位间隙范围大于柔性音圈作动器正常工作时柔性铰(11)的极限弯曲角度。
4.如权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：护套(12)的外形为圆棒状，两端设置有中心，在径向、轴向上开有一定形状的槽，实现低弯曲刚度。
5.如权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：硅橡胶脆性温度低于-70℃，真空挥发总质量损失小于0.1％，真空挥发可凝物小于0.1％。
6.根据权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：装配后，橡胶片(07)压缩的高度小于橡胶片(07)和内外隔圈的径向间隙。
7.根据权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：橡胶片硬度低于50。
8.根据权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：护套(12)的弯曲刚度大于柔性铰(11)弯曲刚度的10倍。
9.根据权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：橡胶片(07)脆性温度低于-70℃。
10.根据权利要求1所述的一种耐受振动和冲击的柔性音圈作动器，其特征在于：橡胶片(07)真空挥发总质量损失小于0.1％，真空挥发可凝物小于0.1％。
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