CN113883221B - 一种微振动隔振器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及隔振技术领域，特别涉及一种用于光学遥感卫星的微振动隔振器。该微振动隔振器包括工字形轴套，减振组件与安装板；工字形轴套的上端面和下端面上分别设置环形的第一凹槽，工字形轴套的中心轴的表面分别设置一环形的第二凹槽；在两个第一凹槽内分别设置一轴向柔性垫，两个第二凹槽内分别设置一径向柔性垫；中心轴的两端分别套设一刚性垫，且两个刚性垫的内圈分别与两个径向柔性垫抵接，两个刚性垫的端面分别与两个轴向柔性垫抵接；安装板套设于中心轴，且安装板通过两个安装垫夹装于两个刚性垫之间。该微振动隔振器可以同时解决动量轮在发射环境下的大量级振动和在轨时的小量级微振动的问题。

Description

一种微振动隔振器

技术领域

本申请涉及隔振技术领域，特别涉及一种用于光学遥感卫星的微振动隔振器。

背景技术

对于高分辨率的光学遥感卫星，动量轮的微振动对成像质量的影响不容忽视，随着分辨率的提高，影响越来越严重，例如某型号卫星通过地面试验和仿真分析发现星上动量轮正常工作产生的微振动较大，导致相机视轴晃动达到0.1角秒，高于设计方案中提出的技术指标，影响到相机的成像质量。

因此，对光学遥感卫星上的动量轮产生的微振动进行隔离成为一个亟待解决的问题。

申请内容

本申请的目的在于提供一种微振动隔振器，可以在光学遥感卫星的动量轮安装点或者光学载荷安装点上安装使用，以同时解决动量轮在发射环境下的大量级振动和在轨时的小量级微振动的问题。

本申请的技术方案是这样实现的：

一种微振动隔振器，包括工字形轴套，减振组件与安装板；

所述工字形轴套包括中心轴、上端面和下端面；所述上端面和所述下端面上分别设置环形的第一凹槽，所述中心轴的表面靠近所述上端面和所述下端面的位置分别设置一环形的第二凹槽；

所述减振组件包括径向柔性垫、轴向柔性垫、刚性垫与安装垫；所述第一凹槽内分别设置一所述轴向柔性垫，所述第二凹槽内分别设置一所述径向柔性垫；两个所述刚性垫套设于所述中心轴的两端，且两个所述刚性垫的内圈分别与两个所述径向柔性垫抵接，两个所述刚性垫的端面分别与两个所述轴向柔性垫抵接；

所述安装板套设于所述中心轴，且所述安装板通过两个所述安装垫夹装于两个所述刚性垫之间。

在本申请较佳的技术方案中，所述轴向柔性垫的最大压缩量a不超过所述轴向柔性垫在自身中心轴方向上厚度的50％；

所述第一凹槽的深度大于a。

在本申请较佳的技术方案中，所述径向柔性垫的最大压缩量b不超过所述径向柔性垫在自身径向方向厚度的50％；

所述第二凹槽的深度大于b。

在本申请较佳的技术方案中，所述第一凹槽的深度为所述轴向柔性垫在自身中心轴方向上厚度的60％。

在本申请较佳的技术方案中，所述第二凹槽的深度为所述径向柔性垫在自身径向方向厚度的60％。

在本申请较佳的技术方案中，所述刚性垫的弹性模量为所述径向柔性垫或所述轴向柔性垫的弹性模量的8～12倍。

在本申请较佳的技术方案中，所述安装垫为纵截面呈“Z”形的硬质的Z形垫。

在本申请较佳的技术方案中，所述工字形轴套包括T形套和平垫片，所述T形套包括轴部和端部，所述轴部构成所述中心轴，所述端部构成所述上端面；所述平垫片套设于所述T形套，构成所述工字形轴套的下端面。

在本申请较佳的技术方案中，所述的微振动隔振器还包括螺钉和弹垫；所述T形套的轴部为中空管，所述螺钉的螺纹部穿过所述弹垫、所述T形套和所述平垫片，用于和安装基座连接。

在本申请较佳的技术方案中，所述径向柔性垫和所述轴向柔性垫的材质均选用聚氨酯橡胶，所述刚性垫的材质选用硅橡胶。

本申请的有益效果为：

本申请方案可以同时解决动量轮振动的两个问题，一是发射环境的大量级振动，二是在轨的小量级微振动问题。

当卫星处在运载发射阶段，大量级的随机振动通过安装点传递到动量轮微振动隔振器上，因振动量级较大，轴向柔性垫和径向柔性垫已达到最大设计压缩量并已收缩进工字形轴套的第一凹槽和第二凹槽里面，不再发生变形，接下来刚性垫发生弹性变形，因刚性垫也是高阻尼材料，振动能量因材料阻尼而耗散，由卫星本体传递到动量轮的振动量级也大幅衰减，从而起到隔离大量级振动的作用。发射阶段的振动环境是造成动量轮失效的主要原因之一，隔离发射环境的振动能大大提高动量轮的使用寿命和可靠性。

当卫星在轨运行时，动量轮产生的小量级微振动(或振颤)通过安装点传递到动量轮微振动隔振器上，因振动量级很小，轴向柔性垫和径向柔性垫产生弹性变形而刚性垫几乎不发生变形，高阻尼材料的柔性垫的变形可以耗散微振动能量，通过动量轮微振动隔振器以后传递到卫星本体上的微振动量级已大幅度衰减，动量轮微振动被隔离。动量轮在轨高速运转产生的振颤(微振动)是造成高分辨率光学遥感卫星成像质量不足的原因之一，隔离动量轮的微振动能大幅提高遥感载荷的成像质量。

该微振动隔振器不仅可以应用于光学遥感卫星上的动量轮，同样可以推广到其他需要微振动隔离的产品中，如陀螺、空间相机、空间电机等等。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的微震动隔离器的纵向剖视图；

图2为本申请实施例提供的微震动隔离器的主视图；

图3为T形套的纵向剖视图；

图4为轴向柔性垫的剖视图；

图中标号：

1-T形套； 101-第二凹槽；

102-第二凹槽； 103-第一凹槽；

2-平垫片； 3-刚性垫；

4-安装垫； 5-安装板；

6-轴向柔性垫； 7-径向柔性垫；

8-螺钉； 9-弹垫；

10-安装基座。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种微振动隔振器，包括工字形轴套，减振组件与安装板5。

具体的，工字形轴套包括T形套1和平垫片2，T形套包括呈筒形的轴部和圆盘形的端部，轴部构成了工字形轴套的中心轴，端部构成了工字形轴套的上端面；平垫片2套设于T形套1的轴部，与端部相对设置，从而构成了工字形轴套的下端面。

如图3所示，在T形套1的端部内侧表面和平垫片2的内侧表面分别设置一环形的第一凹槽103(平垫片2上的第一凹槽103未在图3中单独示出)，在T形套1的轴部靠近两端的位置分别设置一环形的第二凹槽101和102。

减振组件包括径向柔性垫7、轴向柔性垫6、刚性垫3与安装垫4；在两个第一凹槽103内分别设置一轴向柔性垫6，在两个第二凹槽101和102内分别设置一径向柔性垫7；两个刚性垫3套设于T形套1的轴部的两端，且两个刚性垫3的内圈分别与两个径向柔性垫7抵接，两个刚性垫3的端面分别与两个轴向柔性垫6抵接。

安装板5套设于T形套1的轴部，且安装板5通过两个安装垫4夹装于两个刚性垫3之间。

该微振动隔振器可以用于光学遥感卫星上的动量轮，以同时解决动量轮在发射环境下的大量级振动和在轨时的小量级微振动的问题。具体的隔振原理如下：

当卫星处在运载发射阶段，大量级的随机振动通过安装点传递到动量轮微振动隔振器上，因振动量级较大，轴向柔性垫6和径向柔性垫7已达到最大设计压缩量并已收缩进工字形轴套的第一凹槽103、第二凹槽101和102里面，不再发生变形，接下来刚性垫3发生弹性变形，因刚性垫3也是高阻尼材料，振动能量因材料阻尼而耗散，由卫星本体传递到动量轮的振动量级也大幅衰减，从而起到隔离大量级振动的作用。发射阶段的振动环境是造成动量轮失效的主要原因之一，隔离发射环境的振动能大大提高动量轮的使用寿命和可靠性。

当卫星在轨运行时，动量轮产生的小量级微振动(或振颤)通过安装点传递到动量轮微振动隔振器上，因振动量级很小，轴向柔性垫6和径向柔性垫7产生弹性变形而刚性垫3几乎不发生变形，高阻尼材料的柔性垫的变形可以耗散微振动能量，通过动量轮微振动隔振器以后传递到卫星本体上的微振动量级已大幅度衰减，动量轮微振动被隔离。动量轮在轨高速运转产生的振颤(微振动)是造成高分辨率光学遥感卫星成像质量不足的原因之一，隔离动量轮的微振动能大幅提高遥感载荷的成像质量。

由T形套1与平垫片2组成工字形轴套的方式较为简单，也安装拆卸方便。在其他的实施方式中，也可以采用其他的结构或零件来形成工字形轴套。

在本实施例的优选实施方式中，轴向柔性垫6、径向柔性垫7应尽量靠近工字形轴套的中心轴与上端面/下端面相连接位置设置，以在刚性垫3被压缩变形时，刚性垫3与轴向柔性垫6或径向柔性垫7之间的相对位置错动比较小，从而二者间的剪切力较小。

轴向柔性垫6、径向柔性垫7和刚性垫3均要求使用满足耐磨性能高、弹性好、强度高、阻尼高、耐高低温等条件的材料。本实施例中，径向柔性垫7和轴向柔性垫6的材质均选用聚氨酯橡胶，刚性垫3的材质选用硅橡胶。

由于要求在卫星处在运载发射阶段，轴向柔性垫6和径向柔性垫7在达到最大设计压缩量时能够收缩进工字形轴套的第一凹槽103、第二凹槽101和102里面，因此：

在本实施例的方案中，轴向柔性垫6的最大压缩量a不超过轴向柔性垫6在自身中心轴方向上厚度的50％，而第一凹槽103的深度大于a。而在更优选的方案中，第一凹槽103的深度a为轴向柔性垫6在自身中心轴方向上厚度的60％左右，从而可以保证轴向柔性垫6可以完全被压入第一凹槽103中，使刚性垫3的端面能够与T形套1的端部内侧表面和平垫片2的内侧表面相接触。

径向柔性垫7的最大压缩量b不超过径向柔性垫7在自身径向方向厚度的50％，而第二凹槽101和102的深度需要大于b。而在更优选的方案中，第二凹槽101和102的深度b为径向柔性垫7在自身径向方向厚度的60％左右，从而可以保证径向柔性垫7可以完全被压入第二凹槽101和102中，使刚性垫3的内侧表面能够与T形套1的轴部外表面相接触。

轴向柔性垫6、径向柔性垫7和刚性垫3的刚度需要根据动量轮的重量和安装点的数量进行设计，一般情况下，刚性垫3的弹性模量比轴向柔性垫6和径向柔性垫7的弹性模量大一个数量级，即大概为8～12倍，例如，刚性垫3的弹性模量为10MPa时，轴向柔性垫6和径向柔性垫7的弹性模量可以设计为1MPa。

轴向柔性垫6和径向柔性垫7均为圆环形结构，其纵向剖面如图4所示。

安装垫4为纵截面呈“Z”形的Z形垫，其采用硬质的金属材质制成。

T形套1的轴部为中空管，螺钉8的螺纹部可以穿过弹垫9、T形套1的轴部和平垫片2，将该动量轮微振动隔离器与安装基座10连接在一起。安装板5上可以安装其他设备或器件。

该微振动隔振器结构简单，成本低廉，效果显著，可以应用于高分辨率光学遥感卫星、SAR卫星等的动量轮减振和微振动隔离。还可以推广到其他需要微振动隔离的产品中，如陀螺、空间相机、空间电机等等。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微振动隔振器，其特征在于，包括工字形轴套，减振组件与安装板；

所述工字形轴套包括中心轴、上端面和下端面；所述上端面和所述下端面上分别设置环形的第一凹槽，所述中心轴的表面靠近所述上端面和所述下端面的位置分别设置一环形的第二凹槽；

所述减振组件包括径向柔性垫、轴向柔性垫、刚性垫与安装垫；所述第一凹槽内分别设置一所述轴向柔性垫，所述第二凹槽内分别设置一所述径向柔性垫；两个所述刚性垫套设于所述中心轴的两端，且两个所述刚性垫的内圈分别与两个所述径向柔性垫抵接，两个所述刚性垫的端面分别与两个所述轴向柔性垫抵接；

所述轴向柔性垫的最大压缩量a不超过所述轴向柔性垫在自身中心轴方向上厚度的50％；所述第一凹槽的深度大于a；

所述径向柔性垫的最大压缩量b不超过所述径向柔性垫在自身径向方向厚度的50％；所述第二凹槽的深度大于b；

所述刚性垫的弹性模量为所述径向柔性垫或所述轴向柔性垫的弹性模量的8～12倍；

所述安装板套设于所述中心轴，且所述安装板通过两个所述安装垫夹装于两个所述刚性垫之间。

2.根据权利要求1所述的微振动隔振器，其特征在于，所述第一凹槽的深度为所述轴向柔性垫在自身中心轴方向上厚度的60％。

3.根据权利要求1所述的微振动隔振器，其特征在于，所述第二凹槽的深度为所述径向柔性垫在自身径向方向厚度的60％。

4.根据权利要求1所述的微振动隔振器，其特征在于，所述安装垫为纵截面呈“Z”形的硬质的Z形垫。

5.根据权利要求1所述的微振动隔振器，其特征在于，所述工字形轴套包括T形套和平垫片，所述T形套包括轴部和端部，所述轴部构成所述中心轴，所述端部构成所述上端面；所述平垫片套设于所述T形套，构成所述下端面。

6.根据权利要求5所述的微振动隔振器，其特征在于，还包括螺钉和弹垫；所述T形套的轴部为中空管，所述螺钉的螺纹部穿过所述弹垫、所述T形套和所述平垫片，用于和安装基座连接。

7.根据权利要求1所述的微振动隔振器，其特征在于，所述径向柔性垫和所述轴向柔性垫的材质均选用聚氨酯橡胶，所述刚性垫的材质选用硅橡胶。