一种控制力矩陀螺的隔振装置及控制力矩陀螺的制作方法

1.本发明涉及微振动隔振技术领域，具体涉及一种控制力矩陀螺的隔振装置及控制力矩陀螺。


背景技术：

2.控制力矩陀螺(control moment gyroscope，简称cmg)是航天器的一类重要的姿态控制执行机构，其利用动量补偿原理为航天器的空间姿态调整提供作用力矩。但在工作过程中，该类执行机构的高速转子的静、动不平衡特性以及轴承的设计缺陷等因素，使其成为了航天器上微振动的主要来源，对航天器的高精度、高稳定度发展需求造成较大的制约作用。
3.目前为止，国内外针对微振动隔振装置存在大量的研究。典型的包括美国哈勃太空望远镜的粘性流体阻尼隔振装置、stewart构型平台隔振装置和印度d.kamesh提出的折臂梁构型隔振装置等等。现有的微振动隔振装置，普遍具有构型复杂、可靠性和稳定性较低以及高频隔振效果有限等不足，从而制约了微振动隔振装置的使用。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题的一种或几种，提供了一种控制力矩陀螺的隔振装置及控制力矩陀螺。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种控制力矩陀螺的隔振装置，包括两组相同的隔振组件，所述隔振组件包括顶板、底板和隔振器，所述底板与所述顶板之间安装有两个隔振器；两组隔振组件并排间隔布置，所述隔振组件上的隔振器分别朝向另一个隔振组件倾斜且相互靠拢，两组隔振组件的四个隔振器的中心轴分别位于同一个四棱锥的四条棱边上。
6.本发明的有益效果是：本发明的隔振装置，通过设置两个隔振组件，且两个隔振组件上的隔振器排布成类似金字塔的四棱锥形状，使四个隔振器的受力均匀平衡，既能降低控制力矩陀螺微振动对载荷(如空间相机)的影响，也能抑制发射阶段的振动环境，另外，设计简单，安装方便，结构稳固、适合批量化应用。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步，所述隔振器包括上基座、下基座和金属弹簧，所述金属弹簧两端分别与所述上基座和下基座固定连接；所述上基座固定在所述顶板上，所述下基座固定在所述底板上。
9.进一步，所述顶板和底板均水平布置，所述上基座的上端为与所述顶板固定连接的水平面，所述上基座的下端为与所述金属弹簧上端固定连接的上斜面；所述下基座的下端为与所述底板固定连接的水平面，所述下基座的上端为与所述金属弹簧下端固定连接的下斜面。
10.采用上述进一步方案的有益效果是：采用上基座和下基座配合的结构形式，并在
上基座和下基座上分别设置斜面，方便调整金属弹簧的倾斜角度和倾斜方向。
11.进一步，所述上斜面与下斜面平行布置。
12.进一步，所述金属弹簧包括弹簧套筒，所述弹簧套筒的侧壁上开设有多排沿平行于弹簧套筒轴向布置的弧形切口，相邻两排弧形切口交叉错位布置；所述弧形切口内灌注有阻尼胶。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：阻尼胶可以起到增加阻尼，起到发射主动段和在轨运行段的振动衰减作用。
14.进一步，所述弧形切口呈长条形结构且沿所述弹簧套筒的周向延伸，所述弧形切口的两端分别设有圆形孔，所述圆形孔的直径大于所述弧形切口的宽度。
15.进一步，所述金属弹簧与上基座通过螺纹连接或一体连接，所述金属弹簧与下基座通过螺纹连接或一体连接。
16.进一步，所述底板的一端与所述顶板的一端之间安装有一个隔振器，所述底板的另一端与所述顶板的另一端之间安装有一个隔振器。
17.采用上述进一步方案的有益效果是：使顶板和底板之间的隔振支撑效果更好。
18.进一步，所述顶板的两端分别朝向同一侧延伸形成第一连接耳板，所述底板的两端分别朝向同一侧延伸形成第二连接耳板，所述隔振器的两端分别与对应的第一连接耳板和第二连接耳板固定连接。
19.采用上述进一步方案的有益效果是：方便隔振器的稳定安装，有利于调整整个隔振装置的受力情况。
20.一种控制力矩陀螺，包括所述的隔振装置，还包括控制力矩陀螺本体，所述控制力矩陀螺本体分别安装在两个隔振组件的顶板上，所述控制力矩陀螺本体的重心位于所述四棱锥的中心轴上。
21.本发明的有益效果是：本发明的控制力矩陀螺，通过将控制力矩陀螺本体安装在隔振装置上，可以在火箭发射阶段起到对控制力矩陀螺的减振作用，而且卫星在轨阶段还起到对控制力矩陀螺微振动的隔离作用，以免影响空间相机等载荷在轨的成像或其他任务执行。
附图说明
22.图1为本发明隔振组件的主视结构示意图；
23.图2为本发明隔振组件的仰视结构示意图；
24.图3为本发明隔振装置的立体结构示意图；
25.图4为本发明控制力矩陀螺的立体结构示意图；
26.图5为本发明隔振装置的原理示意图；
27.图6为本发明隔振器的主视结构示意图；
28.图7为本发明金属弹簧的立体结构示意图。
29.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
30.1、隔振组件；11、顶板；12、底板；13、隔振器；131、上基座；132、下基座；133、金属弹簧；134、弧形切口；135、圆形孔；136、阻尼胶；14、第一连接耳板；15、第二连接耳板；16、连接凸块；2、控制力矩陀螺本体。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
32.如图1～图7所示，本实施例的一种控制力矩陀螺的隔振装置，包括两组相同的隔振组件1，所述隔振组件1包括顶板11、底板12和隔振器13，所述底板12与所述顶板11之间安装有两个隔振器13；两组隔振组件1并排间隔布置，所述隔振组件1上的隔振器13分别朝向另一个隔振组件1倾斜且相互靠拢，两组隔振组件1的四个隔振器13的中心轴分别位于同一个四棱锥的四条棱边上。
33.如图1～图7所示，本实施例的所述隔振器13包括上基座131、下基座132和金属弹簧133，所述金属弹簧133两端分别与所述上基座131和下基座132固定连接；所述上基座131固定在所述顶板11上，所述下基座132固定在所述底板12上。
34.如图1和图3所示，本实施例的所述顶板11和底板12均水平布置，所述上基座131的上端为与所述顶板11固定连接的水平面，所述上基座131的下端为与所述金属弹簧133上端固定连接的上斜面；所述下基座132的下端为与所述底板12固定连接的水平面，所述下基座132的上端为与所述金属弹簧133下端固定连接的下斜面。采用上基座和下基座配合的结构形式，并在上基座和下基座上分别设置斜面，方便调整金属弹簧的倾斜角度和倾斜方向。
35.如图6所示，本实施例的所述上斜面与下斜面平行布置。
36.如图6和图7所示，本实施例的所述金属弹簧133包括弹簧套筒，所述弹簧套筒的侧壁上开设有多排沿平行于弹簧套筒轴向布置的弧形切口134，相邻两排弧形切口134交叉错位布置；所述弧形切口134内灌注有阻尼胶136。阻尼胶通过灌注的方式注入到金属弹簧的弧形切口内。阻尼胶材料可以选择聚氨酯胶、硅橡胶等材质，重点要求粘接性好、阻尼较大、刚度较小。阻尼胶的主要作用是增加阻尼，起到发射主动段和在轨运行段的振动衰减作用。可以通过调整金属弹簧的参数来调节系统刚度，调节阻尼胶的材料配比来调整系统阻尼。
37.如图6和图7所示，本实施例的所述弧形切口134呈长条形结构且沿所述弹簧套筒的周向延伸，所述弧形切口134的两端分别设有圆形孔135，所述圆形孔135的直径大于所述弧形切口134的宽度。
38.相邻两个相互交叉错位布置的弧形切口134为一组，一般优选采用两组弧形切口，也可以调整为采用一组、三组或多组弧形切口。金属弹簧133的材质选择，考虑到发射重量和刚度强度等性能原因，推荐为铝合金，也可以选择钛合金或其他金属。金属弹簧的刚度设计，通过改变金属弹簧外径和内径、弧形切口厚度、弧形切口两端的圆孔直径、以及开设弧形切口后剩余的材料宽度等参数可以调节金属弹簧横向和纵向的刚度。
39.如图1～图6所示，本实施例的所述金属弹簧133与上基座131通过螺纹连接或一体连接，所述金属弹簧133与下基座132通过螺纹连接或一体连接。
40.如图1～图5所示，本实施例的所述底板12的一端与所述顶板11的一端之间安装有一个隔振器13，所述底板12的另一端与所述顶板11的另一端之间安装有一个隔振器13。使顶板和底板之间的隔振支撑效果更好。
41.如图1和图3所示，本实施例的所述顶板11的两端分别朝向同一侧延伸形成第一连接耳板14，所述底板12的两端分别朝向同一侧延伸形成第二连接耳板15，所述隔振器13的两端分别与对应的第一连接耳板14和第二连接耳板15固定连接。方便隔振器的稳定安装，
有利于调整整个隔振装置的受力情况。
42.本实施例的隔振装置，为了四个隔振器的受力均匀和平衡，隔振装置的四个隔振器布置成金字塔型构型，四个隔振器相对于x面、y面为对称布置。另外，z轴与金字塔的中心轴ab重合，控制力矩陀螺的中心o点与金字塔的中心轴重合。采用金字塔构型的减振器布局，控制力矩陀螺的重心在金字塔的重心轴上，受力均匀，无附加力矩。金属弹簧与阻尼胶联合使用，金属弹簧提供减振需要的刚度，阻尼胶起到振动衰减的阻尼作用。整个减振装置结构简单，可靠性稳定性好，便于设计、加工和更换。
43.本实施例的隔振装置，通过设置两个隔振组件，且两个隔振组件上的隔振器排布成类似金字塔的四棱锥形状，使四个隔振器的受力均匀平衡，既能降低控制力矩陀螺微振动对载荷(如空间相机)的影响，也能抑制发射阶段的振动环境，另外，设计简单，安装方便，结构稳固、适合批量化应用。
44.如图4所示，本实施例的一种控制力矩陀螺，包括所述的隔振装置，还包括控制力矩陀螺本体2，所述控制力矩陀螺本体2分别安装在两个隔振组件1的顶板11上，所述控制力矩陀螺本体2的重心位于所述四棱锥的中心轴上。所述顶板11的边缘处设有连接凸块16，所述控制力矩陀螺本体2固定在所述连接凸块16上。
45.本实施例的控制力矩陀螺，通过将控制力矩陀螺本体安装在隔振装置上，可以在火箭发射阶段起到对控制力矩陀螺的减振作用，而且卫星在轨阶段还起到对控制力矩陀螺微振动的隔离作用，以免影响空间相机等载荷在轨的成像或其他任务执行。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。