CN108953487B - 一种一体式双向隔振器 - Google Patents

Abstract

一种一体式双向隔振器，包括中套筒、隔振弹簧、外套筒、第一金属橡胶环、第二金属橡胶环和底座；所述中套筒套在隔振弹簧上，所述中套筒套与隔振弹簧连接；所述中套筒的外表面设有凸缘，所述第一金属橡胶环紧贴中套筒的外表面和凸缘的一侧安装，所述第二金属橡胶环紧贴中套筒的外表面和凸缘的另一侧安装；将所述中套筒、隔振弹簧、第一金属橡胶环、第二金属橡胶环作为一个整体，外套筒套装在所述整体上，所述外套筒和底座连接；所述隔振弹簧和底座连接；所述第一金属橡胶环靠近外套筒的两个侧面与外套筒之间留有间隙；所述第二金属橡胶环靠近底座的侧面与底座之间留有间隙；所述第二金属橡胶环靠近外套筒的侧面与外套筒之间留有间隙。

Description

一种一体式双向隔振器

技术领域

本发明涉及一种一体式双向隔振器，属于空间惯性执行机构领域。

背景技术

以飞轮和控制力矩陀螺(Control Moment Gyro-CMG)为代表的空间惯性执行机构，其主要结构是由轴承支承的具有一定转动惯量的转子系统，在高速运转时输出力矩，以实现航天器的姿态调整和精度保持。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，空间惯性执行机构在输出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，这些扰振力经过本体结构内部动态特性的调制和放大，会对航天器光学平台等精密仪器设备的指向精度和稳定度产生较大影响。研究表明，空间惯性执行机构是影响星上精密仪器设备正常工作的主要激振源。因此，必须对空间惯性执行机构采取有效的微振动抑制措施，降低其微振动水平。

国内外通常采用附加隔振器的方式以降低空间惯性执行机构在轨运行时产生的微振动。设计的隔振器要求在发射段能够隔离星体传递至惯性执行机构的振动，在轨段能够隔离惯性执行机构运行时产生的微振动传递至星体，即实现双向隔振。隔振器在设计时，要求发射段具有高刚度高阻尼，以抵抗发射段的大冲击载荷，消耗振动能量；在轨工作时具有低刚度低阻尼，降低系统固有频率，满足调频错峰的设计原理。因此，隔振器发射段和在轨段隔振需求的矛盾问题一直是空间惯性执行机构隔振器设计的难点问题。

以隔振弹簧为代表的柔性部件作为隔振器中起到调频错峰作用的关键元件，由于无法承受发射段大冲击载荷下产生的拉力，现有空间惯性执行机构隔振器通常在发射段采用限位装置，例如火工或电解锁器，对隔振弹簧进行限位保护以抵抗发射段载荷。当隔振器进入在轨段工作时，解锁器解锁释放隔振弹簧，使隔振弹簧起到在轨隔振作用。但附加限位装置不仅在设计时需要预留安装空间和解锁线路，增大了设计难度，而且限位装置的引入会增加系统重量、降低系统可靠性，一旦解锁器解锁失败，隔振器将无法起到在轨隔振效果，影响航天器平台的高性能指标实现。

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，提供了一种一体式双向隔振器，不仅可以有效隔离执行机构在轨工作时传递至航天器平台的振动，而且能够在发射段抵抗大冲击载荷，保证隔振弹簧和执行机构中轴系等关键部件不受损伤，起到双向隔振的作用，为航天器平台高精度、高稳定度指标的实现提供技术基础。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种一体式双向隔振器，包括中套筒、隔振弹簧、外套筒、第一金属橡胶环、第二金属橡胶环和底座；

所述中套筒套在隔振弹簧上，所述中套筒与隔振弹簧连接；所述中套筒的外表面设有凸缘，所述第一金属橡胶环紧贴中套筒的外表面和凸缘的一侧安装，所述第二金属橡胶环紧贴中套筒的外表面和凸缘的另一侧安装；将所述中套筒、隔振弹簧、第一金属橡胶环、第二金属橡胶环作为一个整体，外套筒套装在所述整体上，所述外套筒和底座连接；所述隔振弹簧和底座连接；

所述第一金属橡胶环靠近外套筒的两个侧面与外套筒之间留有间隙；所述第二金属橡胶环靠近底座的侧面与底座之间留有间隙；所述第二金属橡胶环靠近外套筒的侧面与外套筒之间留有间隙。

上述一体式双向隔振器，所述第一金属橡胶环靠近外套筒的两个侧面与外套筒之间的间隙、第二金属橡胶环靠近底座的侧面与底座之间的间隙、第二金属橡胶环靠近外套筒的侧面与外套筒之间的间隙均相等，所述间隙的值为C。

上述一体式双向隔振器，所述隔振弹簧达到强度极限时所能承受的最大变形量为Δx，所述隔振弹簧在轨工作时的最大变形量为Δy，所述C的取值范围是2Δy～Δx/3。

上述一体式双向隔振器，所述第一金属橡胶环和第二金属橡胶环的最小刚度相同，所述最小刚度值为第一金属橡胶环和第二金属橡胶环在变形量为Δx/3 时的刚度值。

上述一体式双向隔振器，所述中套筒的凸缘与外套筒内表面的最小距离大于(C+Δx/3)。

上述一体式双向隔振器，所述第一金属橡胶环通过金属胶紧贴中套筒的外表面和凸缘的一侧安装，所述第二金属橡胶环通过金属胶紧贴中套筒的外表面和凸缘的另一侧安装。

上述一体式双向隔振器，所述外套筒为阶梯状，两端开口；将所述中套筒、隔振弹簧、第一金属橡胶环、第二金属橡胶环作为一个整体，外套筒套装在所述整体上后，中套筒和隔振弹簧的局部突出外套筒，中套筒和隔振弹簧的其余部分、第一金属橡胶环、第二金属橡胶环位于外套筒内。

上述一体式双向隔振器，所述第一金属橡胶环和第二金属橡胶环的横截面均为矩形。

上述一体式双向隔振器，所述中套筒的侧壁上设有减重槽。

上述一体式双向隔振器，所述外套筒的侧壁上设有减重槽。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明将发射段抗力学载荷和在轨段微振动隔离两项功能集于一身，不仅可以有效隔离执行机构在轨工作时传递至航天器平台的振动，而且能够在发射段抵抗大冲击载荷，保证弹簧和执行机构中轴系等关键部件不受损伤，起到双向隔振的作用；

(2)本发明满足了空间惯性执行机构隔振器在发射段高刚度高阻尼、在轨段低刚度低阻尼的双向隔振需求，解决了发射段和在轨段隔振需求的矛盾问题；

(3)本发明通过合理设计预留间隙，使其与隔振弹簧刚度和金属橡胶刚度得以匹配，从而使该结构采用少量元件即可满足在轨段隔振及发射段抗力学载荷的需求，具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高的特点。

附图说明

图1为本发明双向隔振器的局部剖视图；

图2为本发明双向隔振器的剖视图；

图3为本发明双向隔振器与空间惯性执行机构的安装示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

一种一体式双向隔振器，包括中套筒1、隔振弹簧2、外套筒3、第一金属橡胶环4、第二金属橡胶环5和底座6。所述中套筒1的侧壁上设有减重槽，所述外套筒3的侧壁上设有减重槽。

所述中套筒1套在隔振弹簧2上，所述中套筒1与隔振弹簧2连接；所述中套筒1的外表面设有凸缘，所述第一金属橡胶环4通过金属胶紧贴中套筒1 的外表面和凸缘的一侧安装，所述第二金属橡胶环5通过金属胶紧贴中套筒1 的外表面和凸缘的另一侧安装。所述第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5的横截面均为矩形。所述外套筒3为阶梯状，两端开口；将所述中套筒1、隔振弹簧2、第一金属橡胶环4、第二金属橡胶环5作为一个整体，外套筒3套装在所述整体上后，中套筒1和隔振弹簧2的局部突出外套筒3，中套筒1和隔振弹簧2的其余部分、第一金属橡胶环4、第二金属橡胶环5位于外套筒3内。所述外套筒3和底座6连接；所述隔振弹簧2和底座6连接。

所述第一金属橡胶环4靠近外套筒3的两个侧面与外套筒3之间留有间隙；所述第二金属橡胶环5靠近底座6的侧面与底座6之间留有间隙；所述第二金属橡胶环5靠近外套筒3的侧面与外套筒3之间留有间隙。所述第一金属橡胶环4靠近外套筒3的两个侧面与外套筒3之间的间隙、第二金属橡胶环5靠近底座6的侧面与底座6之间的间隙、第二金属橡胶环5靠近外套筒3的侧面与外套筒3之间的间隙均相等，所述间隙的值为C，所述中套筒1的凸缘与外套筒3内表面的最小距离大于(C+Δx/3)。所述隔振弹簧2达到强度极限时所能承受的最大变形量为Δx，所述隔振弹簧2在轨工作时的最大变形量为Δy，所述 C的取值范围是2Δy～Δx/3。

所述第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5的最小刚度相同，所述最小刚度值为第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5在变形量为Δx/3时的刚度值。

实施例：

一种一体式双向隔振器，实现发射段和在轨段双向隔振。如图1所示，包括隔振弹簧2、第一金属橡胶环4、第二金属橡胶环5、外套筒3、中套筒1和底座6。隔振弹簧2与底座6通过螺钉连接，如图2所示。隔振弹簧2与中套筒1以及空间惯性执行机构的安装接口7通过螺钉连接，外套筒3与底座6先通过螺钉连接，再通过螺钉将整个隔振器连接到星体的安装面8上，如图3所示。第一金属橡胶环4与中套筒1的轴向接触面和径向接触面、第二金属橡胶环5与中套筒1的轴向接触面和径向接触面，均通过金属胶粘接，以保证隔振弹簧变形过程中，第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5与中套筒1均不发生分离。

该隔振器实现双向隔振的工作原理是：在发射段，空间惯性执行机构承受较大的冲击及随机振动，将带动隔振弹簧2做较大变形量的往复运动，当隔振弹簧2的变形量超过第一金属橡胶环4或第二金属橡胶环5与外套筒3的内壁之间的预留间隙C时，将压缩第一金属橡胶环4或第二金属橡胶环5发生变形，第一金属橡胶环4或第二金属橡胶环5与隔振弹簧2并联增大了系统刚度，金属橡胶通过金属丝之间的干摩擦消耗振动能量为系统提供较大阻尼，使隔振器在发射段具有高刚度高阻尼，不仅能够抵抗发射段大载荷起到保护空间惯性执行机构的作用，而且可以避免在大载荷下隔振弹簧2发生断裂损伤而失效。由于第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5与外套筒3的内壁之间存在一定的预留间隙，且该预留间隙大于隔振弹簧2在轨工作时的变形，因此，当空间惯性执行机构在轨工作时，空间惯性执行机构和隔振器这一系统的刚度完全由隔振弹簧2提供，第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5不提供刚度和阻尼，实现了隔振器在轨段低刚度低阻尼的设计要求，保证了隔振器的隔振效果。

预留间隙C与隔振弹簧刚度和金属橡胶刚度匹配的方法为：首先，根据被减振对象的隔振需求，确定隔振弹簧的刚度和结构参数。通过仿真计算，一方面得到隔振弹簧2达到强度极限时所能承受的最大变形量Δx，另一方面得到隔振弹簧2在轨工作时的最大变形量Δy；其次，设计第一金属橡胶环2与外套筒 3、第二金属橡胶环5与底座6之间的预留间隙C在2Δy～Δx/3范围内；再次，根据发射段载荷，确定第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5在变形量为Δx/3时的刚度，此刚度为第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5的最小刚度；最后，根据第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5的最小刚度，确定第一金属橡胶环4和第二金属橡胶环5的相对密度、厚度和内外环尺寸等结构参数。通过以上设计方法得到的一体式双向隔振器，在发射段隔振弹簧2的最大变形量不超过2Δx/3，保证了隔振弹簧在发射段的不会超过最大强度极限而发生损伤，同时又为在轨段保留了足够的变形空间。

该隔振器通过精巧的结构设计，将发射段抗力学载荷和在轨段振动隔离的功能集于一身，同时满足了空间惯性执行机构隔振器在发射段高刚度高阻尼、在轨段低刚度低阻尼的双向隔振需求，解决了发射段和在轨段隔振需求的矛盾问题。与现有技术相比，本发明通过合理设计预留间隙，使其与隔振弹簧刚度和金属橡胶刚度得以匹配，从而使该结构采用少量元件即可满足在轨段隔振及发射段抗力学载荷的需求，具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高的特点。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种一体式双向隔振器，其特征在于：包括中套筒(1)、隔振弹簧(2)、外套筒(3)、第一金属橡胶环(4)、第二金属橡胶环(5)和底座(6)；

所述中套筒(1)套在隔振弹簧(2)上，所述中套筒(1)与隔振弹簧(2)连接；所述中套筒(1)的外表面设有凸缘，所述第一金属橡胶环(4)紧贴中套筒(1)的外表面和凸缘的一侧安装，所述第二金属橡胶环(5)紧贴中套筒(1)的外表面和凸缘的另一侧安装；将所述中套筒(1)、隔振弹簧(2)、第一金属橡胶环(4)、第二金属橡胶环(5)作为一个整体，外套筒(3)套装在所述整体上，所述外套筒(3)和底座(6)连接；所述隔振弹簧(2)和底座(6)连接；

所述第一金属橡胶环(4)靠近外套筒(3)的两个侧面与外套筒(3)之间留有间隙；所述第二金属橡胶环(5)靠近底座(6)的侧面与底座(6)之间留有间隙；所述第二金属橡胶环(5)靠近外套筒(3)的侧面与外套筒(3)之间留有间隙；

所述第一金属橡胶环(4)靠近外套筒(3)的两个侧面与外套筒(3)之间的间隙、第二金属橡胶环(5)靠近底座(6)的侧面与底座(6)之间的间隙、第二金属橡胶环(5)靠近外套筒(3)的侧面与外套筒(3)之间的间隙均相等，所述间隙的值为C；

所述隔振弹簧(2)达到强度极限时所能承受的最大变形量为Δx，所述隔振弹簧(2)在轨工作时的最大变形量为Δy，所述C的取值范围是2Δy～Δx/3。

2.根据权利要求1所述的一种一体式双向隔振器，其特征在于：所述第一金属橡胶环(4)和第二金属橡胶环(5)的最小刚度相同，所述最小刚度值为第一金属橡胶环(4)和第二金属橡胶环(5)在变形量为Δx/3时的刚度值。

3.根据权利要求2所述的一种一体式双向隔振器，其特征在于：所述中套筒(1)的凸缘与外套筒(3)内表面的最小距离大于(C+Δx/3)。

4.根据权利要求1～3之一所述的一种一体式双向隔振器，其特征在于：所述第一金属橡胶环(4)通过金属胶紧贴中套筒(1)的外表面和凸缘的一侧安装，所述第二金属橡胶环(5)通过金属胶紧贴中套筒(1)的外表面和凸缘的另一侧安装。

5.根据权利要求1～3之一所述的一种一体式双向隔振器，其特征在于：所述外套筒(3)为阶梯状，两端开口；将所述中套筒(1)、隔振弹簧(2)、第一金属橡胶环(4)、第二金属橡胶环(5)作为一个整体，外套筒(3)套装在所述整体上后，中套筒(1)和隔振弹簧(2)的局部突出外套筒(3)，中套筒(1)和隔振弹簧(2)的其余部分、第一金属橡胶环(4)、第二金属橡胶环(5)位于外套筒(3)内。

6.根据权利要求1～3之一所述的一种一体式双向隔振器，其特征在于：所述第一金属橡胶环(4)和第二金属橡胶环(5)的横截面均为矩形。

7.根据权利要求1～3之一所述的一种一体式双向隔振器，其特征在于：所述中套筒(1)的侧壁上设有减重槽。

8.根据权利要求1～3之一所述的一种一体式双向隔振器，其特征在于：所述外套筒(3)的侧壁上设有减重槽。

Images