[發明專利]一種自帶微振動抑制裝置的衛星用飛輪結構及其應用

有效

• 申請號: 202110461294.8
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113374829B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 楊林;胡自強;王巖松;魏磊;徐拓奇
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F16F15/30
• 分類號: F16F15/30;F16F15/315;F16F15/08;F16F15/32;F16F15/34;H02K5/10;H02K5/24;H02K7/02;H02K11/20;B64G1/28
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

1.一種自帶微振動抑制裝置的衛星用飛輪結構的應用，其特征在于，飛輪結構包括上殼體、輪體、直流無刷電機、電機安裝座和配重質量塊，其中，

電機安裝座上固定有直流無刷電機，直流無刷電機輸出軸上設置輪體，直流無刷電機輸出軸通過軸承連接上殼體，電機安裝座上環繞設置C型架，C型架上設置減振彈簧，減振彈簧穿過電機安裝座連接配重質量塊，配重質量塊與電機安裝座之間均勻設置減振橡膠球，電機安裝座下側設置下殼體，下殼體連接衛星安裝基座；

電機安裝座與配重質量塊上設置對應的錐形孔，錐形孔內設置減振橡膠球；

下殼體底部設置抽氣孔，抽氣孔通過轉換接頭連接抽真空設備；

上述自帶微振動抑制裝置的衛星用飛輪結構的應用，步驟如下：

(1)計算確定減振彈簧長度和減振橡膠球的彈性模量，然后組裝飛輪結構；

(2)飛輪結構通過下殼體安裝于衛星安裝基座，然后進行抽真空處理；

(3)啟動直流無刷電機，通過帶動輪體轉動提供衛星所需角動量，直流無刷電機、軸承以及輪體三者為擾振源，擾振源產生的微振動一部分通過電機上殼體傳遞至電機安裝座，另一部分通過直流無刷電機直接傳遞給電機安裝座，電機安裝座上的微振動通過減振彈簧傳遞至配重質量塊，經減振彈簧、減振橡膠球和配重質量塊對電機安裝座上的微振動進行抑制，避免微振動通過下殼體傳遞至衛星；

步驟(1)中減振彈簧長度和減振橡膠球的彈性模量的計算方式如下：

a、確定限定條件，電機安裝座與配重質量塊不在軸向接觸，相鄰2個減振橡膠球互不干涉；

b、計算減振彈簧長度，設定橡膠球夾持于電機安裝座和配重質量塊之間不出現松動時彈簧最大長度為b(mm)，即C型架圓柱面上端到圓柱銷圓柱面下端距離；

減振彈簧的剛度系數可由式(1)計算：

式中G(Mpa)為材料的切變模量，d(mm)為材料直徑，D(mm)為彈簧中徑，n為有效圈數；

減振彈簧是標準件，可參照國標GBT2088-2009，選取減振彈簧的中徑D，材料直徑d，有效圈長度Hlb，有效圈數為n，則減振彈簧自由長度H＝Hlb+2×(D-d)，H的值要小于b；

c、根據式(1)計算可得減振彈簧的剛度系數為k(N/mm)，單個減振橡膠球上由減振彈簧所轉變的壓力F₁(N)為

F₁＝n_spring×k×(14.1-H)÷n_ball (2)

式中，n_spring為減振彈簧的個數，n_ball為減振橡膠球的個數；

為了不使相鄰減振橡膠球受力壓縮后產生干涉，設定減振橡膠球的直徑為C(mm)，2個減振橡膠球的安裝錐形位間的距離選為e(mm)，減振橡膠球在電機安裝座和配重質量塊之間壓縮變形，當相對變形不大時，可由Hertz接觸理論給出計算壓力F與變形x的關系式，如下：

由式(3)可做如下變形：

式中，E₀為減振橡膠球的楊氏彈性模量，x為總的變形，C為減振橡膠球變形前直徑；

取單個減振橡膠球的受力F₁，減振橡膠球變形前直徑為C，單個減振橡膠球總的變形x＜e/2，則根據式(4)可計算出E₀的最小值為E_0min(N/mm2)，則減振橡膠球的彈性模量取大于E_0min的值。

2.如權利要求1所述的自帶微振動抑制裝置的衛星用飛輪結構的應用，其特征在于，配重質量塊中設置圓柱銷，減振彈簧通過圓柱銷連接配重質量塊。

3.如權利要求2所述的自帶微振動抑制裝置的衛星用飛輪結構的應用，其特征在于，配重質量塊為環形配重塊，配重質量塊內環直徑大于直流無刷電機外徑，配重質量塊整體套裝于直流無刷電機上。

4.如權利要求1所述的自帶微振動抑制裝置的衛星用飛輪結構的應用，其特征在于，下殼體底面上通過立柱設置上電路板和下電路板，上電路板和下電路板上焊接飛輪驅動電路，作為整個飛輪的驅動控制模塊。

5.如權利要求1所述的自帶微振動抑制裝置的衛星用飛輪結構的應用，其特征在于，直流無刷電機上設置編碼器。