CN110510156A - 一种膨胀式动量轮轮体组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天器制造领域，具体涉及用于三轴卫星姿态控制系统中动量轮减振的膨胀式动量轮轮体组件。包括轮体、薄壁定位套筒、紧定螺钉、推杆和半固体制剂，紧定螺钉、推杆、半固体制剂和薄壁定位套筒组成膨胀夹紧装置。将紧定螺钉旋紧，推动推杆沿轮体的轮辐空腔径向移动，使周向环槽存放的半固体制剂产生流动，薄壁定位套筒内圈周向受到压力而发生均匀弹性变形，不仅可以实现对轴承组件的高精度夹紧，还能够提高动量轮轮体组件的动平衡精度。本发明采用上述结构及方法，消除了轮体组件与轴承组件的配合间隙，降低了工作时产生的微振动，增加了抗冲击振动能力，使动量轮使用寿命延长、可靠性增加，提高了卫星姿态控制系统的指向精度与稳定度。

Description

一种膨胀式动量轮轮体组件

技术领域

本发明涉及航天器制造领域，具体涉及用于三轴卫星姿态控制系统中动量轮减振的膨胀式动量轮轮体组件。

背景技术

动量轮是目前三轴卫星姿态控制系统常使用的惯性执行部件，主要由壳体组件、轮体组件、轴承组件、电机以及换向电路等组成。动量轮的“陀螺定轴性”和速度变化产生的反作用力矩可以实现对卫星姿态的控制，使其按照预定空间轨道和姿态稳定运行。

作为动量轮核心部件，轮体组件主要为动量轮提供角动量从而输出控制力矩。目前卫星上通常使用组装式动量轮轮体和整体式动量轮轮体，组装式动量轮轮体的轮缘、轮辐和轮毂各部分采用不同材料分别制造。为了减轻重量，轮缘和轮毂结构比较单薄，轮辐往往采用成型工字钢制造，并通过焊接、螺纹连接等方式装配。由于长期工作在恶劣的空间力学环境中，组装式动量轮轮体具有连接刚度不足、稳定性不好、动平衡精度差等缺点。而整体式动量轮轮体尽管结构紧凑，但是加工比较困难，重量比较大。目前，无论是组装式轮体还是整体式轮体都无法完全消除轮体组件与轴承组件之间的配合间隙，因此动量轮工作时会产生轴向和径向微振动。动量轮的微振动为高分辨率卫星的主要振动源之一，不仅严重影响卫星姿态控制系统的指向精度与稳定度，也极大降低了卫星的分辨率。因此，需要设计并制造出一种高精度、长寿命的卫星用膨胀式动量轮轮体组件，以提高卫星姿态控制系统的指向精度和卫星分辨率。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，降低现有动量轮的微振动对卫星姿态控制的影响，提高动量轮轮体组件的动平衡精度。根据卫星姿态控制系统对动量轮的性能要求，设计了一种膨胀式动量轮轮体组件。它具有结构稳定性好、强度高、抗冲击振动、动平衡精度高、使用寿命长、可靠性高和装拆方便等优点，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种膨胀式动量轮轮体组件，包括轮体、薄壁定位套筒、紧定螺钉、推杆和半固体制剂。轮体为整体结构，五个均匀分布的轮辐上端设有轮缘，轮辐下端设有轮毂，轮体的轮辐内部为空腔结构，空腔上端设有螺纹，下端设有光孔，半固体制剂、推杆和紧定螺钉依次安装于轮辐的空腔中。轮体的轮毂与薄壁定位套筒固接，薄壁定位套筒外圆周上设有周向环槽，五个轮辐内部空腔均与薄壁定位套筒外圆周上的周向环槽相通，紧定螺钉、推杆、半固体制剂和薄壁定位套筒组成膨胀夹紧装置。

本发明在使用时首先通过加热将半固体制剂填充到轮辐空腔和薄壁定位套筒外圆周向环槽中，待半固体制剂冷却后将紧定螺钉旋紧，推动推杆沿轮辐空腔径向移动，使周向环槽存放的半固体制剂产生流动，在压力的作用下薄壁定位套筒内圈周向会发生均匀的弹性变形，不仅可以实现对轴承组件的高精度夹紧，最终达到消除轮体组件与轴承组件配合间隙的目的，还能够通过移动紧定螺钉和推杆的前后位置来调节动量轮轮体组件的动平衡精度。

本发明采用上述方案，针对现有动量轮轮体存在的技术问题，设计了一种膨胀式动量轮轮体组件，轮体采用整体结构，通过数控加工和线切割直接成型，轮体的结构稳定性好、强度高。轮体的轮毂与薄壁定位套筒采用焊接方式连接，可以避免半固体制剂在压力作用下泄露。轮体的轮辐轴向倾斜角度为9°，横截面为外方内圆的空腔结构，空腔上端设有螺纹，螺纹与紧定螺钉连接，空腔下端设有光孔，推杆安装在光孔中，推杆下端与半固体制剂接触，五个轮辐内部空腔均与薄壁定位套筒外圆周上的周向环槽相通。半固体制剂是由聚氯乙烯等多种材料经高温调制而成，具有很好的弹性。半固体制剂为传力介质，在压力作用下可以产生流动，使薄壁定位套筒内圈周向产生均匀的弹性变形，从而实现对轴承组件的高精度夹紧。通过紧定螺钉、推杆、半固体制剂和薄壁定位套筒组成的膨胀夹紧装置，消除了轮体组件与轴承组件之间的配合间隙，实现了对轴承组件的高精度夹紧。降低了动量轮轮体组件工作时产生的轴向和径向微振动，增加了动量轮轮体组件抗冲击振动能力，使动量轮的使用寿命延长、可靠性提高。还可以通过移动紧定螺钉和推杆的前后位置来调节轮体动平衡，使动量轮轮体组件具有很高的动平衡精度。

本发明采用上述结构及方法，达到了三轴卫星姿态控制系统对动量轮的性能要求，提高了卫星姿态控制系统指向精度和稳定度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的膨胀式动量轮轮体组件侧向剖视图。

图2为本发明具体实施方式提供的膨胀式动量轮轮体组件主视图。

图3为本发明具体实施方式提供的动量轮轮体零件图。

图4为本发明具体实施方式提供的薄壁定位套筒零件图。

附图标号：1-轮体、2-薄壁定位套筒、3-半固体制剂、4-推杆、5-紧定螺钉。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面将通过具体实施方式，并结合附图对本发明做进一步的详细阐述。

如图1、图2、图3、图4所示，一种膨胀式动量轮轮体组件，包括轮体1、薄壁定位套筒2、半固体制剂3、推杆4和紧定螺钉5。轮体1为整体结构，五个均匀分布的轮辐上端设有轮缘，轮辐下端设有轮毂。轮体的轮辐为空腔结构，轮辐轴向倾斜角度为9°，横截面为外方内圆的空腔结构，空腔上端设有螺纹，螺纹与紧定螺钉5连接。空腔下端设有光孔，推杆4安装在光孔中，推杆4下端与半固体制剂接触。半固体制剂3、推杆4和紧定螺钉5依次安装于轮辐的空腔中。轮体1的轮毂与薄壁定位套筒2固接，薄壁定位套筒2外圆周上设有周向环槽存放半固体制剂3，五个轮辐内部空腔均与薄壁定位套筒2外圆周上的周向环槽相通。薄壁定位套筒2、半固体制剂3、推杆4和紧定螺钉5组成膨胀夹紧装置。

本发明的工作过程：

首先通过加热将半固体制剂3填充到轮体1的轮辐空腔和薄壁定位套筒2外圆周向环槽中，五个轮辐内部空腔均与薄壁定位套筒2外圆周上的周向环槽相通。待半固体制剂3冷却后将紧定螺钉5旋紧，推动推杆4沿轮体1的轮辐空腔径向移动，推杆4下端与半固体制剂3接触。半固体制剂3为传力介质，在压力作用下可以使周向环槽存放的半固体制剂3产生流动，从而使薄壁定位套筒2内圈周向受到均匀的压力而发生弹性变形，实现对轴承组件的高精度夹紧。本发明采用上述结构，可以实现对轴承组件高精度夹紧，消除了轮体组件与轴承组件的配合间隙，降低了动量轮轮体组件工作时产生的轴向和径向微振动，增加了动量轮轮体组件抗冲击振动能力，使动量轮的使用寿命延长、可靠性提高。还可以通过移动紧定螺钉5和推杆4的前后位置来调节轮体的动平衡，使动量轮轮体组件具有很高的动平衡精度。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种膨胀式动量轮轮体组件，其特征在于：包括轮体、薄壁定位套筒、紧定螺钉、推杆和半固体制剂，轮体为整体结构，五个均匀分布的轮辐上端设有轮缘，轮辐下端设有轮毂，轮体的轮辐内部为空腔结构，空腔上端设有螺纹，下端设有光孔，半固体制剂、推杆和紧定螺钉依次安装于空腔中，轮体的轮毂与薄壁定位套筒固接，薄壁定位套筒外圆周上设有周向环槽，五个轮辐内部空腔均与薄壁定位套筒外圆周上的周向环槽相通，紧定螺钉、推杆、半固体制剂和薄壁定位套筒组成膨胀夹紧装置。