用于陀螺飞轮的挠性框架制造技术

一种用于陀螺飞轮的挠性框架，包含挠性框架基体、设置在挠性框架基体上的轴承座和支架，挠性框架基体包含驱动轴安装接口、平衡环、飞轮转子安装接口、内弹性元件、外弹性元件，飞轮转子安装接口通过外弹性元件连接平衡环，平衡环通过内弹性元件连接驱动轴安装接口，轴承座次通过紧固件首尾相连安装在平衡环上，形成中心对称结构，确保其惯量主轴与平衡环惯量主轴平行，支架通过连接孔分别连接驱动轴安装接口和飞轮转子安装接口。本发明专利技术在保留挠性框架摆动自由度低刚度指标的同时，显著提高其在拉压、扭转、剪切方向上的刚度，提高挠性框架结构所能支承的飞轮体重量。

Flexible frame for gyro flywheel

A flexible framework for gyro flywheel, including setting the flexible frame matrix, in the framework of flexible substrate bearing seat and a bracket, flexible frame matrix includes a drive shaft interface, balance ring, flywheel rotor installation interface, within the elastic element, the elastic element, the flywheel rotor mounting interface through the elastic element is connected with the balance ring. Balance ring through an elastic element in the drive shaft connection interface, bearing seating by fasteners installed in the end to end the balance ring, forming the center symmetrical structure, to ensure that the principal axis of inertia balance ring and the principal axis of inertia parallel bracket through the connecting hole are respectively connected with the driving shaft and flywheel rotor mounting interface interface. The invention retains the rigidity of the flexible frame under the low degree of freedom of oscillation, and remarkably improves the rigidity in the direction of tension, compression, torsion and shearing, and improves the weight of the flywheel body supported by the flexible frame structure.

【技术实现步骤摘要】
用于陀螺飞轮的挠性框架
本专利技术涉及一种用于陀螺飞轮的挠性框架。
技术介绍
随着航天事业的发展，如何降低航天器的成本，同时又保持其高可靠性和富于竞争力的性能指标，这是一项日益增长的需求。姿态控制系统是航天器中较昂贵的分系统之一。这是由于其硬件成本高、所需要的系统集成和测试费用高。因此，在保持姿控分系统精确的指向性能要求的同时，简化姿控分系统并降低其成本，这将有助于显著降低航天器的成本。卫星姿态控制系统一般基于对角动量的直接控制。控制的最终目的是使卫星或卫星的一部分指向地球、其他航天器或其它天体。现有条件下，为实现高精度，可以采用三个飞轮，通过改变各个飞轮的转速，航天器内总角动量的大小和方向便可得到控制。这些飞轮通常三个一组以正交方式安装。重量和成本就成为这种多个飞轮配置方案的一个主要缺点。针对现有卫星姿态控制系统的这些不足之处，加拿大研究机构提出了一种新型的执行机构——陀螺飞轮。该装置可为航天器提供偏置角动量，并且能够对所有三个轴施加控制力矩，因此该装置同时起到一个偏置动量飞轮和两个零动量飞轮的作用，达到同样水准的指向精度性能，姿控系统的设计所需要的部件数量减少。这对诸如通信、遥感以及空间科学等应用卫星的低成本、轻量化姿态控制系统是十分有吸引力的。陀螺飞轮是由加拿大Bristol公司研发的一种新型的航天器姿态控制装置。并在加拿大航天局SCISAT小型科学试验卫星上进行了飞行验证。挠性框架是实现陀螺飞轮三轴控制力矩输出的核心零件。Bristol公司设计的陀螺飞轮挠性框架是在两个正交轴上使用整体式的十字柔性框架，以实现转子自旋轴相对于驱动轴的倾斜功能。在两个铰接点上采用柔性枢轴的考虑在于：在使用超高强度钢作为框架材料的条件下，只要设计工作应力显著低于该材料的疲劳极限，框架就不会发生疲劳破坏，从而确保无限的工作寿命。此外，框架中的柔性枢轴可起到对系统进行调谐的作用。在转子倾斜并自旋时，框架环——亦即一组铰点与另一组铰点之间的连接件——往往会以自旋的两倍频率发生颤振。在某一特定的自旋转速下，框架环颤振的惯性力将趋于抵消柔性件的弹性力。这样，转子的运转将非常接近于一种在空间中自由旋转的状态。此时通过力矩器施加力矩作用在柔性支承的转子上就可以控制飞轮转子侧向摆动，从而在与飞轮转子自旋轴垂直的两轴线上输出控制力矩。挠性框架在两个摆动自由度上的刚度极小，而在其它自由度上如拉压、扭转、剪切方向上的强度、刚度足够高才能实现动量飞轮的柔性支承；否则，挠性支承的飞轮体将因为无法适应振动力学环境而失去实用性。在摆动自由度上实现小刚度设计会引起挠性框架在拉压、扭转、剪切方向上刚度的下降。通过优化弹性体的结构设计可以在一定程度上缓解这两方面的矛盾，但其效果是有限的。伴随着挠性框架摆动刚度的降低，其拉压、扭转、剪切方向的刚度也必然降低。挠性框架的这一特点限制了其所能承载的飞轮体质量。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于陀螺飞轮的挠性框架，在保留挠性框架摆动自由度低刚度指标的同时，显著提高其在拉压、扭转、剪切方向上的刚度，提高挠性框架结构所能支承的飞轮体重量。为了达到上述目的，本专利技术提供一种用于陀螺飞轮的挠性框架，该挠性框架包含挠性框架基体、设置在挠性框架基体上的轴承座和支架；所述的挠性框架基体包含：驱动轴安装接口，其连接驱动轴；飞轮转子安装接口，其连接飞轮转子；平衡环；外弹性元件，其连接驱动轴安装接口和平衡环；内弹性元件，其连接飞轮转子安装接口和平衡环。所述的轴承座次通过紧固件首尾相连安装在平衡环上，形成中心对称结构，确保其惯量主轴与平衡环惯量主轴平行。所述的轴承座的两端都设置有连接孔，用于实现轴承座之间的连接，轴承座上设置有轴承孔，轴承孔内安装滚动轴承，滚动轴承连接支架，轴承座上设置有孔，其中可插入紧固件，用于保证每个轴承座相对外弹性元件和内弹性元件的相对位置。所述的支架上设置有连接孔，用于连接驱动轴安装接口和飞轮转子安装接口，支架上设置有轴，其与滚动轴承的内圈配合连接，支架上设置有台阶，用于限制挠性框架的摆动角度。所述的驱动轴安装接口上设置连接孔，用于固定连接支架。所述的飞轮转子安装接口上设置连接孔，用于固定连接支架。通过紧定螺钉连接支架和驱动轴安装接口，也通过紧定螺钉连接支架和飞轮转子安装接口，紧定螺钉调节预应力的大小。所述的支架的下部下表面与驱动轴安装接口、飞轮转子安装接口之间具有0.05mm~0.2mm间隙，用于消除过定位及对弹性元件施加预应力。所述的平衡环的每个表面上设置有销钉孔，其中可插入紧固件，用于定位轴承座。所述的轴承座上的连接孔、支架上的连接孔、驱动轴安装接口上的连接孔、以及飞轮转子安装接口上的连接孔都包含螺纹孔和光孔，安装时，将螺纹孔与光孔进行匹配，利用紧固件安装。本专利技术与现有技术相比的有益效果：1、采用滚动轴承辅助支撑飞轮转子，使挠性框架的拉压刚度、扭转刚度、抗剪切刚度显著提高，从而提高了整个挠性框架的承载能力。2、所采用的辅助支撑结构不改变挠性框架的摆动刚度，从而可以根据实际需要分别独立设计挠性框架的摆动刚度和拉压、扭转、剪切方向的刚度。两者相互不制约。3、通过挠性框架上的紧固螺钉可以给弹性体施加预应力，使弹性体在工作时处于拉伸应力状态，而不处于压应力状态，提高柔性支撑结构抗屈曲失稳的性能。4、滚珠轴承与弹性元件形成超静定结构，飞轮转子工作时产生的拉压载荷、横向剪切载荷、扭转载荷由滚动轴承承受，使弹性元件的工作应力水平降低，提高了弹性元件的疲劳强度和使用寿命。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的挠性框架基体的结构示意图。图3是本专利技术的挠性框架基体与驱动轴和飞轮转子的连接示意图。图4是本专利技术的轴承座的结构示意图。图5是本专利技术的轴承座首尾相连的结构示意图。图6是本专利技术的支架的结构示意图。图7和图8是本专利技术的挠性框架基体与支架相连的结构示意图。具体实施方式以下根据图1～图8，具体说明本专利技术的较佳实施例。如图1所示，本专利技术提供一种用于陀螺飞轮的挠性框架，该挠性框架包含挠性框架基体1、设置在挠性框架基体1上的四个轴承座2和四个支架3。如图2所示，所述的挠性框架基体1包含：驱动轴安装接口4，其连接驱动轴22（如图3所示）；飞轮转子安装接口8，其连接飞轮转子23（如图3所示）；平衡环6，为长方体结构，具有四个侧表面；外弹性元件5，其连接驱动轴安装接口4和平衡环6；如图2所示，在平衡环6的上侧和下侧各设置一个外弹性元件5；内弹性元件7，其连接飞轮转子安装接口8和平衡环6；如图2所示，在平衡环6的左侧和右侧各设置一个内弹性元件7。如图4所示，所述的轴承座2的一侧设置两个Φ3.5光孔14，另一侧设置两个M3螺钉孔15，四个轴承座2如图5所示首尾相连安装在平衡环6上。每个轴承座2相对外弹性元件5和内弹性元件7的相对位置由销钉孔16保证，四个轴承座2通过螺钉紧固。采用这种首尾相接的方式连接轴承座，使其成为中心对称结构，确保其惯量主轴与平衡环惯量主轴平行。轴承座2的主体18的上表面设置有轴承孔17，滚动轴承25安装入轴承孔17后与支架3连接。如图6所示，支架3的下部设置有两个M3螺钉孔19与一个Φ5光孔20，用于通过紧定螺钉24（如图7所示）分别与驱动轴安装接口4上的孔9、孔10及飞轮转子安装接口8上的孔12、孔1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于陀螺飞轮的挠性框架，其特征在于，该挠性框架包含挠性框架基体（1）、设置在挠性框架基体（1）上的轴承座（2）和支架（3）；所述的挠性框架基体（1）包含：驱动轴安装接口（4），其连接驱动轴（22）；飞轮转子安装接口（8），其连接飞轮转子（23）；平衡环（6）；外弹性元件（5），其连接驱动轴安装接口（4）和平衡环（6）；内弹性元件（7），其连接飞轮转子安装接口（8）和平衡环（6）；所述的轴承座（2）的两端都设置有连接孔，用于实现轴承座（2）之间的连接，轴承座（2）上设置有轴承孔（17），轴承孔（17）内安装滚动轴承（25），滚动轴承（25）连接支架（3），轴承座（2）上设置有孔（16），其中可插入紧固件，用于保证每个轴承座（2）相对外弹性元件（5）和内弹性元件（7）的相对位置。

【技术特征摘要】
1.一种用于陀螺飞轮的挠性框架，其特征在于，该挠性框架包含挠性框架基体（1）、设置在挠性框架基体（1）上的轴承座（2）和支架（3）；所述的挠性框架基体（1）包含：驱动轴安装接口（4），其连接驱动轴（22）；飞轮转子安装接口（8），其连接飞轮转子（23）；平衡环（6）；外弹性元件（5），其连接驱动轴安装接口（4）和平衡环（6）；内弹性元件（7），其连接飞轮转子安装接口（8）和平衡环（6）；所述的轴承座（2）的两端都设置有连接孔，用于实现轴承座（2）之间的连接，轴承座（2）上设置有轴承孔（17），轴承孔（17）内安装滚动轴承（25），滚动轴承（25）连接支架（3），轴承座（2）上设置有孔（16），其中可插入紧固件，用于保证每个轴承座（2）相对外弹性元件（5）和内弹性元件（7）的相对位置。2.如权利要求1所述的一种用于陀螺飞轮的挠性框架，其特征在于，所述的轴承座（2）依次通过紧固件首尾相连安装在平衡环（6）上，形成中心对称结构，确保其惯量主轴与平衡环惯量主轴平行。3.如权利要求2所述的一种用于陀螺飞轮的挠性框架，其特征在于，所述的支架（3）上设置有连接孔，用于连接驱动轴安装接口（4）和飞轮转子安装接口（8），支架（3）上设置有轴（21），其与滚动轴承（25）的内圈配合连接，支架（3）上设置有台阶，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：章晓明，郑翰清，于学文，
申请(专利权)人：上海新跃仪表厂，
类型：发明
国别省市：上海,31