本发明属于空间伸展臂
技术领域：
，尤其涉及一种伸展臂用阻尼器及剪切片组件的制备方法。
背景技术：
：伸展臂是一种由卫星伸出、实现特殊功能的结构，伸展臂在左侧根部固定在卫星上，卫星工作产生的振动或外部扰动使得伸展臂产生较大的摆动位移。伸展臂的摆动反馈到卫星，影响到卫星的精度。分析原因主要是由于组成伸展臂的材料为金属材质，金属材料具有很低的损耗因子(0.1％到1％之间)，因此对结构的振动能量产生上百倍的放大，从而导致了结构振动位移过大。为了降低结构的振动，需增大结构的阻尼比。目前减/隔振措施主要分为四类：(1)隔振；(2)减振；(3)结构刚化；(4)吸振。隔振措施是指在结构的振动传递通道上，安装刚度较小的弹性元件，在原结构第一阶固有频率前产生一个新的固有模态，以达到隔离高频振动的目的。而伸展臂结构要求不能对结构的固有频率产生明显的降低，因此隔振措施无法满足要求。减振措施常用的是约束阻尼技术，其方法是在伸展臂外表面铺设一层高阻尼橡胶层，然后在橡胶层外铺设与伸展臂等刚度的约束层，如下图所示。但约束层重量高达100kg，且在伸展臂外铺设一层橡胶层和一层约束层会影响到伸展臂的功能，因此不能采用。结构刚化通过加强结构的刚度，来减小结构对振动的放大作用。伸展臂为细长柔性结构，提高其刚度带来的重量增加成本太大，而刚度增加无法得到明显提高。吸振是针对激励频率或结构固有频率固定的结构进行的一种有效的减振措施。吸振通过在原结构上添加一个弹簧和一个小附加质量来实现。其利用小质量的反共振现象，将原结构的共振能量转移到添加的小质量上，而原结构的振动能量得到衰减。如下图所示，结构共振峰会被削减为两个幅值较小的共振峰。但由于伸展臂的振动激励频率和固有频率的不确定性，导致吸振措施无法实施。由于伸展臂结构重量由严格的限制，结构为薄壁管状结构，同时伸展臂又是主承力结构，现有技术中存在的不足，采用单一的隔振；(2)减振；(3)结构刚化；(4)吸振的减振措施均不能满足伸展臂的即不能明显降低结构刚度、又可以明显降低结构振动的要求。技术实现要素：本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种伸展臂用阻尼器及剪切片组件的制备方法，实现了主承力结构与阻尼结构的统一，其即具有很好的刚度，作为主承力结构使用，又具有较大的损耗因子，从而能隔断和衰减结构振动，限制振动位移。本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种伸展臂用阻尼器，包括：中心管和若干块剪切片组件；其中，若干块剪切片组件沿所述中心管的周向均匀分布，每个剪切片组件分别与中心管相连接；若干块剪切片组件构成圆筒形，圆筒形的中心线与中心管的中心线重合。上述伸展臂用阻尼器中，所述剪切片组件包括内剪切片、外剪切片和高阻尼橡胶；其中，所述高阻尼橡胶套设于所述内剪切片；所述外剪切片套设于所述高阻尼橡胶。上述伸展臂用阻尼器中，所述剪切片组件的数量大于等于3。上述伸展臂用阻尼器中，所述中心管包括连接段和作用段；其中，连接段和作用段一体化成型；若干块剪切片组件沿所述作用段的周向均匀分布，每个剪切片组件分别与作用段相连接。上述伸展臂用阻尼器中，所述内剪切片通过螺钉与作用段的顶端相连接，所述外剪切片通过螺钉与作用段的底端相连接。上述伸展臂用阻尼器中，所述高阻尼橡胶的厚度小于等于5mm。上述伸展臂用阻尼器中，相邻两个剪切片组件的间距小于等于5mm。上述伸展臂用阻尼器中，所述内剪切片为金属片。上述伸展臂用阻尼器中，所述外剪切片为金属片。根据本发明的另一方面，还提供了一种剪切片组件的制备方法，所述方法包括如下步骤：制作内剪切片和外剪切片；对内剪切片的外表面和外剪切片的内表面进行吹砂处理；炼制高阻尼橡胶的材料原胶，并校验原胶合格；在内剪切片的外表面和外剪切片的内表面均涂抹粘结剂；将内剪切片、外剪切片和原胶放入硫化专用模具中，放入平板硫化机中进行硫化；进行硫化后，将成型的剪切片组件从硫化专用模具取出，放入烘箱进行二次硫化；将二次硫化的剪切片组件从烘箱取出。本发明与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本发明结构设计实现了主承力结构与阻尼结构的统一，其即具有很好的刚度，作为主承力结构使用，又具有较大的损耗因子(大于0.25)，从而能隔断和衰减结构振动，限制振动位移；(2)本发明相对于原有橡胶减振器，该结构具有大变形下刚度不变、三向等刚度的优点，在大变形下刚度不变的特性，使得在不同量级的振动环境下，均具有相同的减振效率，因此对减振效率可以做出更为准确的预估。本发明的结构具有三向等刚度的特性，可以保证结构在三个方向具有相同的固有频率和模态阻尼比，可以同时达到较为理想的减振效率，占用较小的频率带宽。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本发明实施例提供的伸展臂用阻尼器的结构示意图；图2是本发明实施例提供的剪切片组件的剖视图；图3是本发明实施例提供的剪切片组件的俯视图；图4是本发明实施例提供的中心管的剖视图；图5是本发明实施例提供的伸展臂用阻尼器动态弯曲刚度的曲线示意图；图6是本发明实施例提供的伸展臂用阻尼器损耗因子的曲线示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图1是本发明实施例提供的伸展臂用阻尼器的结构示意图。图3是本发明实施例提供的剪切片组件的俯视图。如图1和图3所示，该伸展臂用阻尼器包括：中心管1和若干块剪切片组件2；其中，若干块剪切片组件2沿中心管1的周向均匀分布，每个剪切片组件2分别与中心管相连接；若干块剪切片组件2构成圆筒形，圆筒形的中心线与中心管1的中心线重合。图2是本发明实施例提供的剪切片组件的剖视图。如图2所示，该剪切片组件2包括内剪切片41、外剪切片42和高阻尼橡胶5；其中，高阻尼橡胶5套设于内剪切片41；外剪切片42套设于高阻尼橡胶5。内剪切片41和外剪切片42共轴，内剪切片41和外剪切片42分别和中心管1的作用段11的一端用连接螺栓固定。高阻尼橡胶5为粘弹性高阻尼材料，硫化于内剪切片41和外剪切片42之间，使两者形成一个整体结构—剪切片组件2。剪切片组件2的数量大于等于3。图3所示出的剪切片组件2的数量等于4。图4是本发明实施例提供的中心管的剖视图。如图4所示，该中心管1包括连接段11和作用段12；其中，连接段11和作用段12一体化成型；若干块剪切片组件2沿作用段12的周向均匀分布，每个剪切片组件2分别与作用段12相连接。本实施例的中心管为钛合金一体式成型，避免了装配误差，提供了较好的安装精度。中心管1作为减振两端的连接部件，中心管1采用分段式设计，连接段11和作用段12一体化成型，用于连接两侧结构的接口均位于中心管的两端，避免了装配带来的装配误差，极大的提高了结构安装精度。中心管1中部和剪切片组件2采用并联的结构形式，两部分共同构成一个力的传递路径。通过对作用段11的尺寸设计，实现了主承力结构与阻尼结构的统一，其即具有很好的刚度，作为主承力结构使用，又具有较大的损耗因子(大于0.25)，从而能隔断和衰减结构振动，限制振动位移。如图1所示，内剪切片41通过螺钉3与作用段12的顶端相连接，外剪切片42通过螺钉3与作用段12的底端相连接。上述实施例中，高阻尼橡胶5的厚度小于等于5mm。邻两个剪切片组件2的间距小于等于5mm。内剪切片41为金属片。外剪切片42为金属片。本实施例还提供了一种剪切片组件的制备方法，该方法包括如下步骤：制作内剪切片41和外剪切片42；对内剪切片41的外表面和外剪切片42的内表面进行吹砂处理；炼制高阻尼橡胶5的材料原胶，并校验原胶合格；在内剪切片41的外表面和外剪切片42的内表面均涂抹粘结剂；将内剪切片41、外剪切片42和原胶放入硫化专用模具中，放入平板硫化机中进行硫化；进行硫化后，将成型的剪切片组件从硫化专用模具取出，放入烘箱进行二次硫化；将二次硫化的剪切片组件从烘箱取出。本实施例中n＝4为例进行说明，如图3剪切组件(n＝4片)俯视图所示。本发明涉及机载橡胶减振器的制备，制作工艺过程具体实施步骤为：制作减振器上下金属件；制作橡胶硫化专用模具；对金属件与橡胶的连接部位进行吹砂处理；炼制橡胶的材料原胶，并校验原胶合格；在金属件与橡胶连接部位涂抹粘结剂；将涂胶的金属件和切成条的原胶放入硫化专用模具中，放入平板硫化机中进行硫化；按照工艺文件规定进行硫化后，将成型的减振器从模具取出，放入烘箱进行二次硫化；将二次硫化的减振器从烘箱取出，由人工进行修边操作。本实施例中复合材料天线支承结构为石英玻璃布/氰酸酯树脂基复合材料。伸展臂阻尼器由中心管和四片剪切片组件组成，剪切片组件两端有螺纹孔，通过螺钉连接到中心管上。剪切片组件呈环形分布，围成一个圆形。中心管为钛合金一体式成型，图4中心管剖面图，避免了装配误差，提供了较好的安装精度。钛合金韧性好，中心管细管部分壁厚仅为2mm，加工极易发生变形，要达到指定精度难度极大。中心管两端螺钉孔用于连接卫星和伸展臂。一片剪切片组件由外剪切片、高阻尼橡胶和内剪切片组成，如附图2所示。由于伸展臂为细长结构，其主要发生弯曲变形，伸展臂阻尼器最关注的性能是弯曲刚度和损耗因子。由于橡胶属于粘弹性材料，其性能(剪切模量、损耗因子等)发生变化，因此测试阻尼器的性能也应通过不同的频率点进行测试。对阻尼器单机进行试验，测得本实施例在不同频率下，阻尼器的弯曲刚度和损耗因子如图5和图6所示。如图5和图6可知，通过结构设计，阻尼器结构具有极大的损耗因子，在全频段范围内具有大于0.25的损耗因子。随后将测得的阻尼器动态弯曲刚度和损耗因子更新到伸展臂的有限元模型中，计算添加阻尼器后结构的模态阻尼比，与原结构进行比较，以分析阻尼器的阻尼效果。通过分析得出测得本实施例添加阻尼器前后结构的固有频率和模态阻尼比如下表所示。表原结构固有频率和模态阻尼比表添加阻尼器后结构固有频率和模态阻尼比阶数固有频率模态阻尼比10.5408830.13505820.6227370.17244435.4886980.04486346.4060150.023847516.151830.023735634.156460.035582738.903110.003462852.683910.029294955.618820.0203071069.887370.00778由上表可见，结构固有频率未发生大幅降低，证明测得本实施例阻尼器刚度足够，满足要求。通过前后结构模态阻尼比的对比，可见添加阻尼器后，结构的模态阻尼比达到了0.135以上，比原金属结构提高一个量级以上。本实施例的结构设计实现了主承力结构与阻尼结构的统一，其即具有很好的刚度，作为主承力结构使用，又具有较大的损耗因子(大于0.25)，从而能隔断和衰减结构振动，限制振动位移。本实施例相对于原有橡胶减振器，该结构具有大变形下刚度不变、三向等刚度的优点，在大变形下刚度不变的特性，使得在不同量级的振动环境下，均具有相同的减振效率，因此对减振效率可以做出更为准确的预估。本实施例的结构具有三向等刚度的特性，可以保证结构在三个方向具有相同的固有频率和模态阻尼比，可以同时达到较为理想的减振效率，占用较小的频率带宽。以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。当前第1页12