CN113803396A - 可控变刚度和变阻尼的隔振装置 - Google Patents
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Abstract
可控变刚度和变阻尼的隔振装置，属于机械技术领域。本发明可控变刚度和变阻尼的隔振装置，实现隔振频率和阻尼特性在不同状态下的主动双向调节。一方面，可以满足主动段高刚度、大阻尼的抗力学性能需求；另一方面，可以实现在轨段低刚度、小阻尼的隔振性能需求；此外，通过可控变刚度实现在轨隔振频率可调节功能，进一步满足在轨卫星对于不同工作频率的隔振需求。
Description
技术领域
本发明涉及可控变刚度和变阻尼的隔振装置，属于机械技术领域。
背景技术
目前，高精高稳遥感卫星通常采用被动隔振装置对卫星上动量轮、CMG、制冷机等活动部件引起的在轨振动进行抑制，隔振装置的刚度越低、阻尼越小，在轨振动抑制效果越好，越有利于实现系统的高精高稳指标。然而，隔振装置及其被隔振产品经历主动段发射环境时的动态响应在共振频率处会放大，隔振装置的刚度越高、阻尼越大，共振放大影响越小，越有利于保障隔振装置及其被隔振产品的性能与安全。传统被动隔振装置入轨后无法对其刚度和阻尼进行调整，因此主动段和在轨段两种不同状态下的动力学环境对被动隔振装置的性能提出了相互矛盾的需求。当在轨隔振频率较高时，为同时兼顾在轨段的低刚度、小阻尼特性和主动段的高刚度、大阻尼特性，一般通过仿真分析与微振动试验相结合的方法对传统被动隔振装置的刚度和阻尼进行折中设计，对于主动段和在轨段两种不同状态下的需求而言，其隔振装置的刚度和阻尼并非最优解。此外，随着高精度观测载荷的性能提升和卫星在轨姿态控制需求的越来越高，隔振装置的在轨隔振频率进一步降低且需要具备在轨隔振频率可调节功能，传统的被动隔振装置难以实现上述隔振需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了可控变刚度和变阻尼的隔振装置，实现隔振频率和阻尼特性在不同状态下的主动双向调节。一方面，可以满足主动段高刚度、大阻尼的抗力学性能需求；另一方面，可以实现在轨段低刚度、小阻尼的隔振性能需求；此外，通过可控变刚度实现在轨隔振频率可调节功能，进一步满足在轨卫星对于不同工作频率的隔振需求。
本发明的技术解决方案是：可控变刚度和变阻尼的隔振装置，包括外壳模块、连接模块、阻尼模块和驱动模块；
所述外壳模块为整个隔振装置的安装与防护主体结构，并通过其上设置的机械安装接口与安装平台进行连接，使得整个隔振装置及其被隔振产品固定在安装平台上；
所述连接模块位于外壳模块顶部，用于通过其上设置的机械安装接口与被隔振产品进行连接；
所述阻尼模块位于外壳模块内部，通过预紧力与连接模块配合，通过连接模块实现对被隔振产品的减振；
所述驱动模块位于外壳模块内部，用于根据外部控制信号调整阻尼模块与连接模块之间的预紧力。
进一步地，所述外壳模块包括外壳和底部盖板；底部盖板固定安装在外壳底部。
进一步地，所述外壳为整个隔振装置的安装与防护主体结构，其上端面设有通孔，用于套筒从下往上穿过，侧边设有电缆孔用于外部电缆从中穿过，下端面通过法兰环上的连接孔与底部盖板连接，连接后的整体具备密封和碎屑防泄露功能。
进一步地，底部盖板通过其机械安装接口与外壳的下端法兰面进行连接，构成一个整体封闭结构；通过其机械安装接口与安装平台进行连接，使得整个隔振装置及其被隔振产品固定在安装平台上。
进一步地，所述连接模块包括套筒；所述套筒上端设有与被隔振产品连接的机械安装接口，下端法兰面在预紧力作用下与阻尼模块配合。
进一步地，所述阻尼模块包括上阻尼元件和下阻尼元件；
上阻尼元件中心设有通孔，用于套筒从中穿过，在预紧力作用下被压缩在外壳与套筒之间；
下阻尼元件在预紧力作用下被压缩在法兰盘与套筒之间。
进一步地，所述驱动模块包括驱动转接装置和驱动装置；所述驱动转接装置位于阻尼模块与驱动装置之间，将驱动装置根据外部控制信号产生的驱动力转化为驱动连接装置与阻尼模块之间的预紧力，再进一步转化为阻尼模块与连接模块之间的预紧力。
进一步地，所述驱动装置包括驱动轴和轴向作动器；
所述驱动轴的上端与驱动转接装置下端面的机械安装接口固定连接、下端与轴向作动器固定连接；在轴向作动器的轴向伸缩带动下控制驱动转接装置的上下运动；
所述轴向作动器下端与外壳模块底部固定安装、上端与驱动轴固定连接，在外部控制电压作用下产生轴向伸缩运动，带动驱动轴的伸缩运动。
进一步地，所述驱动连接装置包括法兰盘；所述法兰盘是驱动轴与阻尼模块的中间转接装置，通过下端面的机械安装接口与驱动轴的上端进行固定连接；在预紧力的作用下，法兰盘与阻尼模块始终处于压紧状态；法兰盘在驱动轴的带动下，向上运动挤压阻尼模块从而提高内部预紧力、向下运动直接释放阻尼模块从而降低内部预紧力。
进一步地，还包括主动驱动装置外壳；所述轴向作动器处于主动驱动装置外壳的腔内；所述主动驱动装置外壳为轴向作动器与驱动轴的安装与防护主体结构，上端面设有通孔，用于驱动轴从下往上穿过，侧边有电缆连接装置，与外部电缆连接后可给轴向作动器提供控制电压，下端面通过法兰环上的连接孔与底部盖板连接，连接后的整体结构具备有效密封和碎屑防泄露功能；轴向作动器上端面与主动驱动装置外壳的上端面留有一定空间以保证其自由伸缩的行程。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明通过可控变刚度和变阻尼技术解决了传统隔振装置刚度与阻尼特性在主动段和在轨段两种不同状态下的矛盾需求。一方面，可以通过主动提高刚度、增大阻尼来控制主动段过程中隔振装置及其被隔振产品的动态响应尽可能小，从而提高隔振装置及其被隔振产品在动力学环境下的安全性；另一方面，可以通过主动降低刚度、减小阻尼提高在轨段的振动抑制效果，从而确保整个系统的精度和稳定性指标；此外，本文所述隔振装置的在轨刚度与阻尼主动调节功能还能够满足卫星在不同工作模式下的隔振频率变化需求，具有较高的通用性，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明整体结构分解示意图；
图2为本发明整体结构剖视图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的可控变刚度和变阻尼的隔振装置做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～2所示)：外壳1、上阻尼元件2、套筒3、下阻尼元件4、法兰盘5、驱动轴6、轴向作动器7、主动驱动装置外壳8、底部盖板9。
在本申请实施例所提供的方案中，外壳1为整个隔振装置的安装与防护主体结构，内部装有上阻尼元件2、套筒3、下阻尼元件4、法兰盘5、驱动轴6、轴向作动器7、主动驱动装置外壳8；外壳1的上端面有一通孔可供套筒3从下往上穿过，侧边有一电缆孔可供外部电缆从中穿过，下端面通过法兰环上的连接孔与底部盖板9连接，连接后的整体具备有效密封和碎屑防泄露功能。
上阻尼元件2采用金属橡胶制成，具备刚度和阻尼双向可调节特性；上阻尼元件2中心有一通孔可供套筒3从中穿过，在预紧力作用下被压缩在外壳1与套筒3之间；当预紧力变大时，上阻尼元件2压缩量增加、刚度提高、阻尼增大；当预紧力变小时，上阻尼元件2压缩量减小、刚度降低、阻尼减小。
套筒3是本方明所述的隔振装置与被隔振产品的连接装置，其上端有与被隔振产品连接的机械安装接口，下端法兰面在预紧力作用下被压在上阻尼元件2和下阻尼元件4之间。
下阻尼元件4采用金属橡胶制成，具备刚度和阻尼双向可调节特性；在预紧力作用下，下阻尼元件4被压缩在法兰盘5与套筒3之间；当预紧力变大时，下阻尼元件4压缩量增加、刚度提高、阻尼增大，当预紧力变小时，下阻尼元件4压缩量减小、刚度降低、阻尼减小。
法兰盘5是驱动轴6与下阻尼元件4的中间转接装置，通过下端面的机械安装接口与驱动轴6的上端进行固定连接；在预紧力的作用下，法兰盘5与下阻尼元件4始终处于压紧状态；法兰盘5在驱动轴6的带动下，向上运动挤压下阻尼元件4从而提高内部预紧力、向下运动直接释放下阻尼元件4从而降低内部预紧力。
驱动轴6的上端与法兰盘5下端面的机械安装接口固定连接、下端与轴向作动器7固定连接；在轴向作动器7的轴向伸缩带动下，直接控制法兰盘5的上下运动。
轴向作动器7处于主动驱动装置外壳8的腔内，下端与底部盖板9固定安装、上端与驱动轴6固定连接，同时与主动驱动装置外壳8之间有电接口，接收来自外部的控制电压；轴向作动器7上端面与主动驱动装置外壳8的上端面留有一定空间以保证其自由伸缩的行程；在外部控制电压作用下产生轴向伸缩运动，直接带动驱动轴6的伸缩运动。
主动驱动装置外壳8为轴向作动器7与驱动轴6的安装与防护主体结构，上端面有一通孔可供驱动轴6从下往上穿过，侧边有电缆连接装置，与外部电缆连接后可给轴向作动器7提供控制电压，下端面通过法兰环上的连接孔与底部盖板9连接，连接后的整体结构具备有效密封和碎屑防泄露功能。
底部盖板9是本方明所述的隔振装置与安装平台的连接环节，通过机械安装接口与外壳1的下端法兰面进行连接，构成一个整体封闭结构；通过机械安装接口与安装平台进行连接，使得整个隔振装置及其被隔振产品固定在安装平台上。
进一步地，外壳1、上阻尼元件2、套筒3、下阻尼元件4、法兰盘5、驱动轴6、轴向作动器7、主动驱动装置外壳8、底部盖板9通过上述实施案例装配封装完成后构成一个整体封闭结构，上阻尼元件2和下阻尼元件4在预紧力的作用下，均处于受压缩状态。
进一步地，通过驱动轴6带动法兰盘5向上运动时，施加在上阻尼元件2和下阻尼元件4上的预紧力增大、被压缩量增加，整个隔振装置的刚度和阻尼也随之增大。
进一步地，通过驱动轴6带动法兰盘5向下运动时，施加在上阻尼元件2和下阻尼元件4上的预紧力减小、被压缩量减小，整个隔振装置的刚度和阻尼也随之减小。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
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 (10)
1.可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：包括外壳模块、连接模块、阻尼模块和驱动模块；
所述外壳模块为整个隔振装置的安装与防护主体结构，并通过其上设置的机械安装接口与安装平台进行连接，使得整个隔振装置及其被隔振产品固定在安装平台上；
所述连接模块位于外壳模块顶部，用于通过其上设置的机械安装接口与被隔振产品进行连接；
所述阻尼模块位于外壳模块内部，通过预紧力与连接模块配合，通过连接模块实现对被隔振产品的减振；
所述驱动模块位于外壳模块内部，用于根据外部控制信号调整阻尼模块与连接模块之间的预紧力。
2.根据权利要求1所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：所述外壳模块包括外壳(1)和底部盖板(9)；底部盖板(9)固定安装在外壳(1)底部。
3.根据权利要求2所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：所述外壳(1)为整个隔振装置的安装与防护主体结构，其上端面设有通孔，用于套筒(3)从下往上穿过，侧边设有电缆孔用于外部电缆从中穿过，下端面通过法兰环上的连接孔与底部盖板(9)连接，连接后的整体具备密封和碎屑防泄露功能。
4.根据权利要求2所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：底部盖板(9)通过其机械安装接口与外壳(1)的下端法兰面进行连接，构成一个整体封闭结构；通过其机械安装接口与安装平台进行连接，使得整个隔振装置及其被隔振产品固定在安装平台上。
5.根据权利要求1所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：所述连接模块包括套筒(3)；所述套筒(3)上端设有与被隔振产品连接的机械安装接口，下端法兰面在预紧力作用下与阻尼模块配合。
6.根据权利要求1所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：所述阻尼模块包括上阻尼元件(2)和下阻尼元件(4)；
上阻尼元件(2)中心设有通孔，用于套筒(3)从中穿过，在预紧力作用下被压缩在外壳(1)与套筒(3)之间；
下阻尼元件(4)在预紧力作用下被压缩在法兰盘(5)与套筒(3)之间。
7.根据权利要求1所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：所述驱动模块包括驱动转接装置和驱动装置；所述驱动转接装置位于阻尼模块与驱动装置之间，将驱动装置根据外部控制信号产生的驱动力转化为驱动连接装置与阻尼模块之间的预紧力，再进一步转化为阻尼模块与连接模块之间的预紧力。
8.根据权利要求7所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：所述驱动装置包括驱动轴(6)和轴向作动器(7)；
所述驱动轴(6)的上端与驱动转接装置下端面的机械安装接口固定连接、下端与轴向作动器(7)固定连接；在轴向作动器(7)的轴向伸缩带动下控制驱动转接装置的上下运动；
所述轴向作动器(7)下端与外壳模块底部固定安装、上端与驱动轴(6)固定连接，在外部控制电压作用下产生轴向伸缩运动，带动驱动轴(6)的伸缩运动。
9.根据权利要求8所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：所述驱动连接装置包括法兰盘(5)；所述法兰盘(5)是驱动轴(6)与阻尼模块的中间转接装置，通过下端面的机械安装接口与驱动轴(6)的上端进行固定连接；在预紧力的作用下，法兰盘(5)与阻尼模块始终处于压紧状态；法兰盘(5)在驱动轴(6)的带动下，向上运动挤压阻尼模块从而提高内部预紧力、向下运动直接释放阻尼模块从而降低内部预紧力。
10.根据权利要求9所述的可控变刚度和变阻尼的隔振装置，其特征在于：
还包括主动驱动装置外壳(8)；所述轴向作动器(7)处于主动驱动装置外壳(8)的腔内；所述主动驱动装置外壳(8)为轴向作动器(7)与驱动轴(6)的安装与防护主体结构，上端面设有通孔，用于驱动轴(6)从下往上穿过，侧边有电缆连接装置，与外部电缆连接后可给轴向作动器(7)提供控制电压，下端面通过法兰环上的连接孔与底部盖板(9)连接，连接后的整体结构具备有效密封和碎屑防泄露功能；轴向作动器(7)上端面与主动驱动装置外壳(8)的上端面留有一定空间以保证其自由伸缩的行程。
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| CN115596802A (zh) * | 2022-11-02 | 2023-01-13 | 北京航空航天大学（Cn） | 一种动量轮的可调刚度的高静低动刚度隔振装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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