一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法及装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103089761 A(43)申请公布日 2013.05.08CN103089761A*CN103089761A*(21)申请号 201210590178.7(22)申请日 2012.12.26F16B 1/04(2006.01)(71)申请人北京兴华机械厂地址 100854 北京市永定路50号(72)发明人王亚楠 付红伟 万玉民 牛立新杨国仓(74)专利代理机构中国航天科技专利中心 11009代理人王卫军(54) 发明名称一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法及装置(57) 摘要本发明公开了一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法及装置，所述包括陀螺房组件(1)，保护轴承

2、组件(2A、2B)，封闭金属气囊腔体(3)和充放气系统(4)。本发明利用在金属薄壳内充入高压气体的结构，通过气压的变化产生动力，利用波纹管的弹性形变来产生位移，可以直接消除飞轮转子与陀螺房组件之间的轴向间隙，使飞轮转子与陀螺房组件成为连接的一个整体，使飞轮转子达到锁紧的结果。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号 CN 103089761 ACN 103089761 A1/1页21.一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将内波纹管和外波

3、纹管同轴焊接在推力盘和下法兰之间，形成封闭金属气囊腔体；(2)在金属气囊腔体的底部，通过密封式抽气嘴连接充放气系统，焊接后的金属气囊及抽气嘴连接部位；(3)将封闭金属气囊腔体放置于磁悬浮控制力矩陀螺飞轮转子内缘径向内侧下方，并固定在陀螺房组件上；(4)打开充放气系统使高压气体进入封闭金属气囊腔体，封闭金属气囊腔体的波纹管伸长，推力盘的锥面自动找正飞轮转子的配合面，并顶紧飞轮转子到保护轴承上；(5)关闭充放气系统的阀门，停止供气。2.根据权利要求1的一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法，其特征在于：还包括解锁步骤，解锁时，打开充放气系统释放高压气体，波纹管收缩，推力盘离开飞轮转子，并最终退回到原

4、长度，飞轮转子解锁。3.一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置，其特征在于：包括陀螺房组件(1)，保护轴承组件(2A、2B)，封闭金属气囊腔体(3)和充放气系统(4)；封闭金属气囊腔体(3)包括下法兰(31)、外波纹管(32)、推力盘(33)、内波纹管(34)和抽气嘴(35)；内波纹管(34)和外波纹管(32)同轴焊接在推力盘(33)和下法兰(31)之间；在封闭金属气囊腔体(3)的底部，通过密封式抽气嘴(35)连接充放气系统(4)；推力盘(33)与飞轮转子(2)配合，锁紧时推力盘(33)顶紧飞轮转子(2)到保护轴承(2B)上，消除轴向保护间隙。4.根据权利要求3的一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧

5、装置，其特征在于：所述封闭金属气囊腔体(3)与抽气嘴(35)连接部位的漏率小于110-9Pa.m3/s。5.根据权利要求3的一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置，其特征在于：所述推力盘(33)为锥面结构，承受气压的有效面积不小于50mm2。6.根据权利要求3的一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置，其特征在于：所述外波纹管(32)和内波纹管(34)由23个波组成，壁厚0.012mm，在可耐压范围内最大伸长量大于1mm。7.根据权利要求3的一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置，其特征在于：所述封闭金属气囊腔体(3)的耐压大于2atm。权 利 要 求 书CN 103089761 A1/4页3一种磁悬

6、浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法及装置技术领域0001 本发明涉及航天器姿态控制技术领域，特别涉及一种气动力型磁悬浮控制力矩陀螺用可重复锁紧方法及装置。背景技术0002 磁悬浮控制力矩陀螺为大型航天器的姿态控制执行机构，主要依靠磁轴承来使飞轮转子的稳定悬浮，而磁轴承依靠磁间隙来达到预期的磁性能，因此飞轮转子与陀螺房之间必然存在一定的间隙。为了保护磁轴承，磁悬浮控制力矩陀螺设计了保护轴承，而飞轮转子在高速旋转时又存在章动、涡动、进动，为了确保飞轮转子的正常运转，飞轮转子与保护轴承间也存在一定的间隙。在磁悬浮控制力矩陀螺升空及地面运输、试验过程中，不可避免的存在振动、冲击等，因此在上述过程中必须将飞轮

7、转子锁紧，而在磁悬浮控制力矩陀螺工作状态时，锁紧装置必须能够及时、安全、可靠地解锁，并且不能影响飞轮转子的正常工作。0003 为了将非工作状态下的飞轮转子锁紧，大量研究人员设计了多种形式结构的电驱动锁紧机构。其中，一种结构为由电机驱动，通过机械传动，带动机械锁叉将飞轮转子锁紧的装置。这一类型的锁紧装置由于采用齿轮、涡轮、连杆等具有活动部件的机械传动，不可避免的在传动机构零件间存在机械磨损，易产生多余物，甚至产生间隙，造成锁紧失效。另外一种常用的为电磁锁紧装置，利用电磁铁将飞轮转子吸住，进而将飞轮转子锁紧。为了将大质量的飞轮转子吸牢，这一类型的锁紧装置的电磁铁通常能产生很高的磁感应强度，体积较大

8、，质量重，且会对磁悬浮控制力矩陀螺本身的磁场会产生干扰。发明内容0004 本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法及装置。0005 本发明的技术方案是：一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法，包括以下步骤：0006 1、将内波纹管和外波纹管同轴焊接在推力盘和下法兰之间，形成封闭金属气囊腔体；0007 2、在金属气囊腔体的底部，通过密封式抽气嘴连接充放气系统，焊接后的金属气囊及抽气嘴连接部位；0008 3、将封闭金属气囊腔体放置于磁悬浮控制力矩陀螺飞轮转子内缘径向内侧下方，并固定在陀螺房组件上；0009 4、打开充放气系统使高压气体进入封闭金属气囊腔体，封闭金属

9、气囊腔体的波纹管伸长，推力盘的锥面自动找正飞轮转子的配合面，并顶紧飞轮转子到保护轴承上；0010 5、关闭充放气系统的阀门，停止供气。0011 本发明的方法还包括以下步骤：解锁时，打开充放气系统释放高压气体，波纹管收缩，推力盘离开飞轮转子，并最终退回到原长度，飞轮转子解锁。说 明 书CN 103089761 A2/4页40012 本发明的一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置，包括陀螺房组件，保护轴承，封闭金属气囊腔体和充放气系统；封闭金属气囊腔体包括下法兰、外波纹管、推力盘、内波纹管和抽气嘴；内波纹管和外波纹管同轴焊接在推力盘和下法兰之间；在封闭金属气囊腔体的底部，通过密封式抽气嘴连接充放气系

10、统；推力盘的与飞轮转子配合，锁紧时推力盘顶紧飞轮转子到保护轴承上，消除轴向保护间隙。0013 所述封闭金属气囊腔体与抽气嘴连接部位的漏率小于110-9Pa.m3/s。0014 所述推力盘为锥面结构，承受气压的有效面积不小于50mm2。0015 所述外波纹管和内波纹管由23个波组成，壁厚0.012mm，在可耐压范围内最大伸长量大于1mm。0016 所述封闭金属气囊腔体的耐压大于2atm。0017 本发明与现有技术相比的有益效果是：0018 (1)本发明利用在金属薄壳内充入高压气体的结构，通过气压的变化产生动力，利用波纹管的弹性形变来产生位移，可以直接消除飞轮转子与陀螺房组件之间的轴向间隙，使飞轮

11、转子与陀螺房组件成为连接的一个整体，使飞轮转子达到锁紧的结果。当波纹管伸长时，金属气囊的推力盘顶紧飞轮转子，可以在该自由度方向对外产生相当大的压力；而金属气囊的气体放出时，波纹管又恢复到原来的尺寸，实现了解锁。而且，波纹管材料的弹性变形和回复性实现了对磁悬浮控制力矩陀螺飞轮转子的可重复性锁紧和解锁功能。0019 (2)本发明锁紧装置中的主要部件为波纹管和充放气系统，与电驱动的锁紧装置相比，无传动机构，零件结构简单，重量轻，无机械摩擦，不会产生多余物。0020 (3)本发明采用的动力源为高压空气，方便易得，不污染环境；利用气体的充入和卸除来实现可重复锁紧，操作简单，重复性好；通过提高气压可产生较

12、大的推力，适用于大质量的飞轮转子在振动、冲击试验过程中的锁紧力需求，可实现可靠锁紧。附图说明0021 图1是本发明锁紧装置的结构示意图；0022 图2是本发明封闭金属气囊腔体的结构示意图；0023 图3是本发明充放气系统结构示意图。具体实施方式0024 本发明的一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧方法，包括以下步骤：0025 (1)将内波纹管和外波纹管同轴焊接在推力盘和下法兰之间，形成封闭金属气囊腔体，其中内波纹管和外波纹管的上端分别焊接在推力盘的内圆和外圆表面，下端分别焊接在下法兰的内圆和外圆表面。0026 (2)在金属气囊腔体的底部即下法兰的底面凹槽中，通过密封式抽气嘴连接充放气系统，焊接后的

13、金属气囊及抽气嘴连接部位，经检漏后使用。0027 (3)将封闭金属气囊腔体放置于磁悬浮控制力矩陀螺飞轮转子内缘径向内侧下方，并固定在陀螺房组件上。0028 (4)打开充放气系统使高压气体进入封闭金属气囊腔体，此过程中，由于气压的升高，封闭金属气囊腔体的波纹管伸长，推力盘的锥面自动找正飞轮转子的配合面，并顶紧飞说 明 书CN 103089761 A3/4页5轮转子到保护轴承上，消除了轴向保护间隙，将飞轮转子锁紧。0029 (5)关闭充放气系统的阀门，停止供气。0030 解锁时，打开充放气系统释放高压气体，波纹管收缩，推力盘离开飞轮转子，并最终退回到原长度，飞轮转子解锁。0031 如图1，是本发明

14、一种磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置的结构示意图，其中，陀螺房组件1，飞轮转子2，保护轴承组件2A、2B，封闭金属气囊腔体3和充放气系统4。0032 图2是本发明中封闭金属气囊腔体3的结构示意图，其中，下法兰31、外波纹管32、推力盘33、内波纹管34、抽气嘴35。内波纹管34和外波纹管32同轴焊接在推力盘33和下法兰31之间，形成封闭金属气囊腔体3，其中内波纹管34和外波纹管32的上端分别焊接在推力盘33的内圆和外圆表面，内波纹管34和外波纹管32的下端分别焊接在下法兰31的内圆和外圆表面。内波纹管34、外波纹管32为封闭金属气囊腔体3的主要产生位移的部位，推力盘33在锁紧时与飞轮转子2紧密

15、贴合，为主要受力件，下法兰31为封闭金属气囊腔体3提供与陀螺房组件1装配的安装定位基准。0033 在封闭金属气囊腔体3的底部即下法兰31的底面凹槽中，通过密封式抽气嘴35连接充放气系统4，焊接后的封闭金属气囊腔体3及抽气嘴35连接部位，要经检漏后使用。本发明中，漏率小于110-9Pa.m3/s。0034 本发明的推力盘33为锥面结构，承受气压的有效面积不小于50mm2。0035 本发明的外波纹管32和内波纹管34的材料为不锈钢，由23个波组成，壁厚0.012mm，在可耐压范围内最大伸长量大于1mm。0036 本发明封闭金属气囊腔体3的耐压大于2atm。0037 图3是本发明的充放气系统4的结构

16、示意图，充放气系统4为封闭金属气囊腔体3提供配套的动力源及控制源。其中，高压气源41、三通阀42、压力表43、真空管44。三通阀42的一个通道用真空管44连接高压气源41，一个通道用真空管44依次连接压力表43和抽气嘴35，另一个通道为放气阀。0038 本发明的磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置工作过程如下：0039 首先，将封闭金属气囊腔体3放置于磁悬浮控制力矩陀螺飞轮转子2内缘径向内侧下方，并固定在陀螺房组件1上。0040 其次，关闭充放气系统4的放气阀，依次打开三通阀42高压气源的阀门和压力表阀门，使高压气体进入封闭金属气囊腔体3。同时，观察压力表43的压力值，当压力达到要求的压力值时，关

17、闭三通阀门42上的压力表阀门。充气过程中，由于气压的升高，封闭金属气囊腔体3的波纹管伸长，推力盘33的锥面自动找正飞轮转子2的配合面，并顶紧飞轮转子2到保护轴承2B上，消除了轴向保护间隙，将飞轮转子2锁紧。关闭充放气系统4的充气阀门，停止供气。0041 解锁时，打开充放气系统4的放气阀释放高压气体，封闭金属气囊腔体3的波纹管收缩，推力盘33离开飞轮转子2，并最终退回到原长度，飞轮转子2解锁。此时，保护轴承2A用于保护飞轮转子2。0042 本发明的磁悬浮控制力矩陀螺可重复锁紧装置既适用于内转子结构的飞轮转子，也适用于外转子结构的飞轮转子。0043 以上内容是结合具体的优选实施案例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明说 明 书CN 103089761 A4/4页6具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。0044 本发明说明书中未详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。说 明 书CN 103089761 A1/1页7图1图2图3说 明 书 附 图CN 103089761 A