一種懸臂式控制力矩陀螺的製作方法

2023-06-12 01:34:16 1

專利名稱：一種懸臂式控制力矩陀螺的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種空間機動平臺實現快速機動任務的航天執行機構，具體涉及 一種能夠滿足衛星力學環境試驗條件的懸臂式控制力矩陀螺。
背景技術：
控制力矩陀螺具有輸出力矩大、功耗低等優點，是空間機動平臺實現快速機動任 務的理想的航天執行機構。從結構形式上來分，控制力矩陀螺主要分為框架式和懸臂式兩 種。懸臂式控制力矩陀螺的優點是可以實現模塊化設計。高速組件、低速組件均可獨 立裝配、獨立測試，而且高速組件可以借鑑現有的成熟的飛輪的技術。但這種結構形式在 沒有鎖緊裝置的情況下很難保證產品經受住衛星的力學試驗條件，而且，剛度低、固有頻率 低，無法滿足未來武器平臺的中小型空間機動平臺的需要。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種懸臂式控制力矩陀螺，該控制力矩陀螺剛度高、 固有頻率高，能夠滿足中小型空間機動平臺的需要。實現本實用新型目的的技術方案一種懸臂式控制力矩陀螺，其中，它包括高速組 件、連接支架和低速組件，高速組件側壁與連接支架側壁固定連接，高速組件底部與低速組 件固定連接，連接支架底部與低速組件固定連接。所述的高速組件上設有密封接插件，密封接插件與電纜的一端連接，電纜的另一 端固定在連接支架上。所述的連接支架包括一個厚底法蘭、四個薄筋、一個寬筋、一個圓板、一個大圓筋、 兩個連接筋和一個小圓筋，連接支架底部設有厚底法蘭，厚底法蘭上連接有與其垂直的圓 板，圓板的一側連接有軸線與其垂直的大圓筋；大圓筋底部中間與厚底法蘭之間通過一個 寬筋連接，寬筋兩側分別連接兩個薄筋，大圓筋底部與厚底法蘭之間通過薄筋連接；大圓筋 中部設有小圓筋，大圓筋與小圓筋之間通過兩個連接筋連接。所述的低速組件包括低速主軸和主殼體，低速主軸套在主殼體內。所述的高速組件側壁與連接支架的圓板固定連接。所述的連接支架底部的厚底法蘭固定在低速組件的低速主軸上。所述的厚底法蘭與低速主軸之間通過定位銷連接。所述的主殼體外側壁上設有X01電連接器、X02電連接器、X03電連接器，X01電 連接器與小接插件座的一端固定連接，小接插件座的另一通端固定在主殼體的側壁上；X02 電連接器與大接插件座的一端固定連接，大接插件座的另一端固定在主殼體的側壁上；X03 電連接器與大接插件座的一端連接，大接插件座的另一端固定在主殼體的側壁上。所述的主殼體頂部邊緣處設有基準鏡和鏡座，鏡座固定在主殼體上，基準鏡固定 在鏡座上。[0014]本實用新型的有益技術效果在於本實用新型的高速組件通過基座的螺釘和連接 支架相連，為了增加連接剛度對高速組件採用了嵌入式的安裝方式，即連接支架與高速組 件的基座之間的機械接口同時採用了底面和圓周約束，這樣可以避免力學環境試驗條件下 高速組件和連接支架間產生錯動，而且可以提高整機的固有頻率。高速組件的結構形式借 鑑了成熟的飛輪的技術，為了進一步提高整機的固有頻率，高速組件的輪體進行了優化設 計，設計成了整體結構形式，提高了輪體的固有頻率，而且這種輪體的加工周期更短，工藝 性更好。為了使高速組件在力學環境試驗中所受載荷更小，設計了一種新型的重量輕、剛度 高的筋板式連接支架。連接支架採用了鋁合金材料，上端與高速組件的基座採用了嵌入式 的安裝方式，下端與低速組件的低速主軸通過螺釘連接，而且設計了 2個定位銷用於限位， 這樣既保證了高速轉子角動量的矢量方向精度，也避免連接支架和低速主軸之間發生相對 位移，增加整機的固有頻率。低速主軸的法蘭與高速組件接近的位置設計了 4個銑槽，使 高速組件可以臥在低速主軸中，既降低了連接支架的高度，增加了整機的固有頻率，又減少 了整機的重量。低速主軸和主殼體採用了鈦合金材料，使整機具有重量輕、強度高的特點。 本實用新型採用模塊化設計，高速組件和低速組件通過連接支架連接在一起構成整機，各 組件可以獨立進行裝配和測試，便於裝拆，而且可以實現各組件進行互換，便於生產加工和 裝配，適用於小批量生產。整機的機械安裝接口同時提供了底面法蘭安裝和側面加強筋安 裝的兩種安裝接口，安裝通用性好，不需對衛星總體提出特殊安裝需求，便於衛星總體的安 裝，方便進行控制力矩陀螺的多種構型設計。各零組件均採用合理的結構設計，在保證剛度 和強度的基礎上，通過優化結構形式達到減輕重量，提高固有頻率的目的，，整機固有頻率 大於100Hz。整機結構緊湊，布局合理，零組件少，便於裝配、拆卸和維護，同時也提高了整機 的可靠性。同時提供兩種安裝接口，產品豎直安裝、傾斜安裝、水平安裝均可，大大增強了產 品的安裝通用性。

圖1為本實用新型所提供的一種懸臂式控制力矩陀螺主視圖；圖2為本實用新型所提供的一種懸臂式控制力矩陀螺俯視圖；圖3為本實用新型所提供的一種懸臂式控制力矩陀螺左視圖。圖中1_高速組件；2、4、7、9_螺釘；3-密封接插件；5_連接支架；6_電纜；8_壓線 片；10-定位銷；11-低速主軸；12-主殼體；13-X01電連接器；14-X02電連接器；15-小接插 件座；16-大接插件座；17-厚底法蘭；18-薄筋、19-寬筋；20-圓板；21-大圓筋；22-基準 鏡；23-鏡座；24-小圓筋；25-X03電連接器；26-接地樁；27-低速組件；28.連接筋。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型所提供的一種懸臂式控制力矩陀螺，它包括高 速組件1、連接支架5、低速組件27。高速組件1包括密封接插件3、電纜6、壓線片8。低速 組件27包括低速主軸11、主殼體12、X01電連接器13、X02電連接器14、小接插件座15、大 接插件座16、基準鏡22、鏡座23、銑槽24、X03電連接器25、接地樁26，低速主軸11套在主 殼體12內。[0021]高速組件1用於產生角動量，低速組件27用於改變角動量的矢量方向產生力矩， 連接支架5用於將高速組件和低速組件連接在一起。如圖1、圖2和圖3所示，高速組件1側壁通過4個M8 X 20內六角圓柱頭螺釘4與 連接支架5的圓板20固定在一起，高速組件1內有高速旋轉的轉子，產生角動量H。連接支 架5底部通過6個M8X25內六角圓柱頭螺釘9固定在低速主軸11上。連接支架5設計成 了筋板式結構，連接支架5包括一個厚底法蘭17、四個薄筋18、一個寬筋19、一個圓板20、 一個大圓筋21、兩個連接筋28和一個小圓筋24，具有重量輕、剛度大的優點。連接支架5 底部設有厚底法蘭17，厚底法蘭17上焊接有與其垂直的圓板20，圓板20的一側焊接有軸 線與其垂直的大圓筋21。大圓筋21底部中間與厚底法蘭17之間通過一個寬筋19焊接，寬 筋19兩側分別焊接兩個薄筋18，大圓筋21底部與厚底法蘭17之間通過薄筋18焊接；大 圓筋21中部設有小圓筋24，大圓筋21與小圓筋24之間通過兩個連接筋28焊接。連接支架5底部與低速主軸11之間還設有兩個定位銷10進行限位，增加了連接 支架5與低速主軸11之間的連接剛度。低速主軸11可以帶動連接支架5和高速組件1 一 起轉動，設低速主軸11轉速為《，則控制力矩陀螺會輸出力矩:M= XH，H為高速旋轉的 轉子產生的角動量。如圖1、圖2和圖3所示，高速組件1為密封結構，將其殼體內部的真空度維持在設 定的指標lOOPa 200Pa內，從而使高速組件1處在最佳的工作狀態。密封接插件3將高 速組件1內部的電信號引出，密封接插件3通過2個開槽圓柱頭螺釘2固定在高速組件上， 並通過電纜6傳輸信號。電纜6通過2個螺釘7和壓線片8固定在連接支架5上。將高速 組件1側部嵌入連接支架5內部，增加了連接剛度、增加了圓柱的配合面。將高速組件1底 部臥在低速主軸11的銑槽中，儘量降低了連接支架5的高度，縮短懸臂的長度，使整機固有 頻率更高，而且使得力學環境試驗時高速組件所承受的載荷更小。如圖1、圖2和圖3所示，低速組件27的主殼體12外側壁上設有包含3個電連接 器，分別是X01電連接器13、X02電連接器14、X03電連接器25，上述3個電連接器作為陀 螺整機對外電接口。X01電連接器13通過螺釘固定在小接插件座15的一端，小接插件座 15的另一端通過螺釘固定在主殼體12的側壁上。X02電連接器14通過螺釘固定在大接插 件座16的一端，大接插件座16的另一端通過螺釘固定在主殼體12的側壁上。X03電連接 器25通過螺釘固定在大接插件座16的一端，大接插件座16的另一端固定在主殼體12的 側壁上。X011電連接器13為J36A-17ZJB型電連接器，為17芯針式；X021電連接器14為 J36A-26ZKB型電連接器，為26芯孔式；X031電連接器25為J36A-26ZJB型電連接器，為26 芯針式。所以三個電連接器的設計還具有防錯插功能，提高了產品的安全性。即，主殼體12 設計了兩種外部安裝接口(即電連接器)，可以使得控制力矩陀螺垂直安裝、傾斜安裝、水 平安裝均可，擴展了產品的使用範圍，增強了安裝通用性。如圖2和圖3所示，主殼體12頂部邊緣處設有基準鏡22和鏡座23。鏡座23通過 螺釘固定在主殼體12上，基準鏡22通過螺釘固定在鏡座23上。基準鏡22可以代替低速 框架軸和零位時高速H矢量軸，用於控制力矩陀螺在衛星上的裝配基準。主殼體12底部設 有接地樁26，用於在衛星上進行產品的結構接地處理。本實用新型的陀螺工作時，高速組件1產生角動量，通過電纜6將角動量信號傳輸 給低速主軸11，低速主軸11帶動連接支架5和高速組件1 一起轉動，通過X01電連接器13、
5X02電連接器14或X03電連接器25輸出控制力矩陀螺。 本領域的技術人員在本實用新型技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包 含在本專利的保護範圍內。本實用新型未作詳細描述的內容均可以採用現有技術。
權利要求一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於它包括高速組件(1)、連接支架(5)和低速組件(27)，高速組件(1)側壁與連接支架(5)側壁固定連接，高速組件(1)底部與低速組件(27)固定連接，連接支架(5)底部與低速組件(27)固定連接。
2.根據權利要求1所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的高速組件(1) 上設有密封接插件(3)，密封接插件(3)與電纜(6)的一端連接，電纜(6)的另一端固定在 連接支架(5)上。
3.根據權利要求1或2所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的連接支 架(5)包括一個厚底法蘭(17)、四個薄筋(18)、一個寬筋(19)、一個圓板(20)、一個大圓 筋(21)、兩個連接筋(28)和一個小圓筋(24)，連接支架(5)底部設有厚底法蘭(17)，厚底 法蘭(17)上連接有與其垂直的圓板(20)，圓板(20)的一側連接有軸線與其垂直的大圓筋 (21)；大圓筋(21)底部中間與厚底法蘭(17)之間通過一個寬筋(19)連接，寬筋(19)兩側 分別連接兩個薄筋(18)，大圓筋(21)底部與厚底法蘭(17)之間通過薄筋(18)連接；大圓 筋(21)中部設有小圓筋(24)，大圓筋(21)與小圓筋(24)之間通過兩個連接筋(28)連接。
4.根據權利要求3所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的低速組件 (27)包括低速主軸(11)和主殼體(12)，低速主軸(11)套在主殼體(12)內。
5.根據權利要求4所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的高速組件(1) 側壁與連接支架(5)的圓板(20)固定連接。
6.根據權利要求5所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的連接支架(5) 底部的厚底法蘭(17)固定在低速組件(27)的低速主軸(11)上。
7.根據權利要求6所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的厚底法蘭 (17)與低速主軸(11)之間通過定位銷(10)連接。
8.根據權利要求7所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的主殼體(12) 外側壁上設有XOl電連接器(13)、X02電連接器(14)、X03電連接器(25)，XOl電連接器 (13)與小接插件座(15)的一端固定連接，小接插件座(15)的另一通端固定在主殼體(12) 的側壁上；X02電連接器(14)與大接插件座(16)的一端固定連接，大接插件座(16)的另 一端固定在主殼體(12)的側壁上；X03電連接器(25)與大接插件座(16)的一端連接，大 接插件座(16)的另一端固定在主殼體(12)的側壁上。
9.根據權利要求8所述的一種懸臂式控制力矩陀螺，其特徵在於所述的主殼體(12) 頂部邊緣處設有基準鏡(22)和鏡座(23)，鏡座(23)固定在主殼體(12)上，基準鏡(22)固 定在鏡座(23)上。
專利摘要本實用新型屬於一種航天執行機構，具體公開一種能懸臂式控制力矩陀螺，它包括高速組件、連接支架和低速組件，高速組件側壁與連接支架側壁固定連接，高速組件底部與低速組件固定連接，連接支架底部與低速組件固定連接。本實用新型控制力矩陀螺剛度高、固有頻率高，能夠滿足中小型空間機動平臺的需要。
文檔編號G01C19/02GK201688846SQ20102015438
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月9日 優先權日2010年4月9日
發明者於國慶, 劉繼奎, 周大寧, 張強, 張激揚, 楊磊, 武登雲, 王曉偉, 翟百臣, 魯明 申請人:北京控制工程研究所