[實用新型]一種飛輪密封罩

有效

• 申請號: 201420676117.7
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN204284305U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 齊明;張紹衛;武登云;楊屹;劉景輝;張鵬波;馮洪偉
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: F16F15/30
• 分類號: F16F15/30;G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本實用新型涉及一種飛輪密封罩，特別是一種用于航天器的易于設計加工的輕質飛輪密封罩結構。

背景技術

飛輪是三軸姿態穩定衛星平臺最常用的執行機構，利用動量交換原理，通過改變角動量大小來產生控制力矩，使得星體姿態連續變化。飛輪結構一般必須包含：殼體、軸承、轉子、電機和線路。其中殼體是其它所有組件的安裝基體，也是這些組件的封裝件。殼體由基座、支承軸和密封罩組成。殼體以自身強度及穩定性保證飛輪在外界氣壓條件下不發生失效，其中對實現上述功能起關鍵性作用的是密封罩的外形及厚度等參數，這些參數還直接影響飛輪總質量。

洛軸所姜維等人(姜維,閔樂寧.動量輪殼體的設計與分析[J].軸承,2004,(12)：4-5,36)分析了殼體的構成，通過分析選用折邊淺碟形密封罩，并對飛輪密封罩進行了應力分析，給出了規定壓力條件下密封罩最小允許厚度的計算式。趙麗濱等(趙麗濱,趙友選,張建宇,等.反作用輪密封罩結構的穩定性研究[J].航天器系統工程,2006,23(6)：344-346；趙麗濱,龍麗平,張建宇,等.反作用輪密封罩結構抗屈曲設計計算及試驗[J].北京航空航天大學學報,2008,34(12)：1464-1468)基于兩段圓弧組成母線的殼面形態，研究了飛輪密封罩結構的穩定性能，得出了采用特征值屈曲分析方法檢驗結構的穩定性能較為安全的結論，為密封罩設計提供了理論依據。李紅等(李紅,葉全紅,韓邦成,等.磁懸浮反作用飛輪密封罩結構的優化設計[J].光學精密工程,2007,15(10)：1571-1576)在上述文獻基礎上，充分考慮了表征密封罩外形的兩個關鍵參數的相關性，進行了變結構參數的優化設計。

在目前衛星對星上部件質量輕、交付周期短等需求的大背景下，當前密封罩偏重且較難設計加工以至成為研制生產短板之一。從文獻來看，現有設計方法雖可設計出結構方案但設計過程較復雜。因此，在保證強度及穩定性的前提下，簡化設計流程并加工生產出輕質密封罩具有重要意義。

實用新型內容

本實用新型解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種飛輪密封罩，解決了飛輪的密封罩結構設計加工難及重量優化問題。

本實用新型的技術方案是：一種飛輪密封罩，所述密封罩為無底的圓柱形金屬薄殼結構，薄殼四周邊緣平滑過渡；薄殼的上端面中心位置有一凸起，從該凸起到薄殼四周邊緣平滑過渡。

所述凸起到薄殼四周邊緣以的曲線方程平滑過渡；其中A為常數。

所述曲線方程中x＝D/h；其中D為密封罩圓柱形薄殼結構的半徑，h為中心凸起到薄殼的上端面的高度。

薄殼四周邊緣以圓角R平滑過渡，且圓柱形金屬薄殼的壁厚為0.7mm，且A為0.3；所述D＝75mm，H＝15mm，R＝5mm，h＝10mm，其中H為圓柱形金屬薄殼的高度。

本實用新型與現有技術相比的優點在于：

(1)從現有文獻來看，現有飛輪密封罩設計大多考慮兩段圓弧組成形式，雖可設計出結構方案但設計過程較復雜。本實用新型的特點是利用指數函數二次曲線及參數歸一化模型，構建出飛輪密封罩結構歸一化外形曲線，解決了密封罩設計過程繁雜問題，設計過程簡單、方便、實現性強；

(2)二次曲線構型下特征尺寸易于編程，有利于數控加工，從而有利于縮短產品加工周期，適合批量化生產；

(3)應用有限元分析技術對飛輪密封罩進行優化設計，得出質量最輕結構形式，實現了飛輪密封罩的輕量化。本實用新型輕質飛輪密封罩結構使用范圍廣，易于設計加工，僅需簡單適應性修改即可廣泛應用于各種飛輪、控制力矩陀螺或其它產品密封罩等類似薄殼結構。

附圖說明

圖1為本實用新型飛輪密封罩結構三維模型圖；

圖2為本實用新型飛輪密封罩結構外形母線參數化模型圖；

圖3為本實用新型飛輪密封罩結構外形母線參數歸一化模型圖。

具體實施方式

飛輪是航天器的主要執行機構，通過其轉速變化輸出的力矩來保持航天器的姿態穩定或實現航天器的姿態控制。飛輪結構一般必須包含：殼體、軸承、轉子、電機和線路。其中殼體是其它所有組件的安裝基體，也是這些組件的封裝件。殼體由基座、支承軸和密封罩組成。殼體以自身強度及穩定性保證飛輪在外界氣壓條件下不發生失效，其中對實現上述功能起關鍵性作用的是密封罩的外形及厚度等參數，這些參數還直接影響飛輪總質量。在目前衛星對星上部件質量輕、交付周期短等需求的大背景下，當前密封罩偏重且較難設計加工以至成為研制生產短板之一。本實用新型即解決了飛輪的密封罩結構設計加工難及重量優化問題。密封罩結構三維模型圖如圖1所示。