一种飞轮密封罩制造技术

本实用新型专利技术一种飞轮密封罩，是航天器姿态执行机构飞轮中壳体的重要组成部分，以自身强度及稳定性保证飞轮在外界气压条件下不发生失效。所述密封罩为无底的圆柱形金属薄壳结构，薄壳四周边缘平滑过渡；薄壳的上端面中心位置有一凸起，从该凸起到薄壳四周边缘平滑过渡。本实用新型专利技术的特点是利用指数函数二次曲线及参数归一化模型，构建出飞轮密封罩结构归一化外形曲线，解决了密封罩设计过程繁杂问题，设计过程简单、方便、实现性强。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种飞轮密封罩，特别是一种用于航天器的易于设计加工的轻质飞轮密封罩结构。
技术介绍
飞轮是三轴姿态稳定卫星平台最常用的执行机构，利用动量交换原理，通过改变角动量大小来产生控制力矩，使得星体姿态连续变化。飞轮结构一般必须包含：壳体、轴承、转子、电机和线路。其中壳体是其它所有组件的安装基体，也是这些组件的封装件。壳体由基座、支承轴和密封罩组成。壳体以自身强度及稳定性保证飞轮在外界气压条件下不发生失效，其中对实现上述功能起关键性作用的是密封罩的外形及厚度等参数，这些参数还直接影响飞轮总质量。洛轴所姜维等人(姜维,闵乐宁.动量轮壳体的设计与分析[J].轴承,2004,(12)：4-5,36)分析了壳体的构成，通过分析选用折边浅碟形密封罩，并对飞轮密封罩进行了应力分析，给出了规定压力条件下密封罩最小允许厚度的计算式。赵丽滨等(赵丽滨,赵友选,张建宇,等.反作用轮密封罩结构的稳定性研究[J].航天器系统工程,2006,23(6)：344-346；赵丽滨,龙丽平,张建宇,等.反作用轮密封罩结构抗屈曲设计计算及试验[J].北京航空航天大学学报,2008,34(12)：1464-1468)基于两段圆弧组成母线的壳面形态，研究了飞轮密封罩结构的稳定性能，得出了采用特征值屈曲分析方法检验结构的稳定性能较为安全的结论，为密封罩设计提供了理论依据。李红等(李红,叶全红,韩邦成,等.磁悬浮反作用飞轮密封罩结构的优化设计[J].光学精密工程,2007,15(10)：1571-1576)在上述文献基础上，充分考虑了表征密封罩外形的两个关键参数的相关性，进行了变结构参数的优化设计。在目前卫星对星上部件质量轻、交付周期短等需求的大背景下，当前密封罩偏重且较难设计加工以至成为研制生产短板之一。从文献来看，现有设计方法虽可设计出结构方案但设计过程较复杂。因此，在保证强度及稳定性的前提下，简化设计流程并加工生产出轻质密封罩具有重要意义。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种飞轮密封罩，解决了飞轮的密封罩结构设计加工难及重量优化问题。本技术的技术方案是：一种飞轮密封罩，所述密封罩为无底的圆柱形金属薄壳结构，薄壳四周边缘平滑过渡；薄壳的上端面中心位置有一凸起，从该凸起到薄壳四周边缘平滑过渡。所述凸起到薄壳四周边缘以的曲线方程平滑过渡；其中A为常数。所述曲线方程中x＝D/h；其中D为密封罩圆柱形薄壳结构的半径，h为中心凸起到薄壳的上端面的高度。薄壳四周边缘以圆角R平滑过渡，且圆柱形金属薄壳的壁厚为0.7mm，且A为0.3；所述D＝75mm，H＝15mm，R＝5mm，h＝10mm，其中H为圆柱形金属薄壳的高度。本技术与现有技术相比的优点在于：(1)从现有文献来看，现有飞轮密封罩设计大多考虑两段圆弧组成形式，虽可设计出结构方案但设计过程较复杂。本技术的特点是利用指数函数二次曲线及参数归一化模型，构建出飞轮密封罩结构归一化外形曲线，解决了密封罩设计过程繁杂问题，设计过程简单、方便、实现性强；(2)二次曲线构型下特征尺寸易于编程，有利于数控加工，从而有利于缩短产品加工周期，适合批量化生产；(3)应用有限元分析技术对飞轮密封罩进行优化设计，得出质量最轻结构形式，实现了飞轮密封罩的轻量化。本技术轻质飞轮密封罩结构使用范围广，易于设计加工，仅需简单适应性修改即可广泛应用于各种飞轮、控制力矩陀螺或其它产品密封罩等类似薄壳结构。附图说明图1为本技术飞轮密封罩结构三维模型图；图2为本技术飞轮密封罩结构外形母线参数化模型图；图3为本技术飞轮密封罩结构外形母线参数归一化模型图。具体实施方式飞轮是航天器的主要执行机构，通过其转速变化输出的力矩来保持航天器的姿态稳定或实现航天器的姿态控制。飞轮结构一般必须包含：壳体、轴承、转子、电机和线路。其中壳体是其它所有组件的安装基体，也是这些组件的封装件。壳体由基座、支承轴和密封罩组成。壳体以自身强度及稳定性保证飞轮在外界气压条件下不发生失效，其中对实现上述功能起关键性作用的是密封罩的外形及厚度等参数，这些参数还直接影响飞轮总质量。在目前卫星对星上部件质量轻、交付周期短等需求的大背景下，当前密封罩偏重且较难设计加工以至成为研制生产短板之一。本技术即解决了飞轮的密封罩结构设计加工难及重量优化问题。密封罩结构三维模型图如图1所示。根据密封罩结构形态变化是影响其强度和稳定性的关键因素问题，利用指数函数二次曲线及参数归一化模型，构建出飞轮密封罩结构归一化外形曲线。所述二次曲线为指数曲线中的一种特殊曲线--分布曲线，其公式为：y=e-(Ax)2]]>式中A为常数。分布曲线的拐点为x=±1A2,y=1e]]>分布曲线具有x＝0时y＝1的特性，为利用此曲线，需建立飞轮密封罩参数归一化模型。根据飞轮密封罩一般结构特点，可以建立其参数化模型，如图2所示。密封罩半径为D，圆柱薄壳部分高度为H，其与曲线通过圆角R平滑过渡，曲线纵向高度为h。将曲线纵向高度h作为归一化因子，则将所有尺寸均除以h后可得参数归一化模型如图3所示。至此，若给定密封罩所有参数及常数A，则可以x＝D/h为自变量代入分布曲线公式得到二次曲线，从而构造出飞轮密封罩结构归一化外形曲线。在此基础上，根据实际产品所需比例放大倍数，利用三维建模工具即可轻松构造出密封罩三维模型。进而应用有限元分析技术对飞轮密封罩进行优化设计，得出质量最轻结构形式。飞轮密封罩结构的优化目标为质量最小，优化参数为密封罩厚度B。飞轮密封罩的优化设计需满足以下约束条件：(1)几何尺寸约束：为限制系统的总体体积和质量，要求密封罩几何尺寸要满足一定的几何约束条件；(2)强度约束：为使密封罩在外界气压条件下不发生失效，且具有较高的可靠性，要求密封罩最大应力相对材料屈服强度的裕度大于0；(3)稳定性约束：飞轮密封罩在一个大气压载荷作用下，即使应力未达到材料强度基线，也有可能突然失稳失效，发生破坏。因此，需要求飞轮密封罩屈曲因子大于2。优化示例：整体结构采用铝质材料，取几何尺寸D＝75mm，H＝15mm，R＝5mm，h＝10mm，则可得归一化参数D/h＝7.5，H/h＝1.5，R/h＝0.5。以A为变量，从0.1到0.4取值，间隔为0.05(或其它值)可得系列曲线。优化分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮密封罩，其特征在于：所述密封罩为无底的圆柱形金属薄壳结构，薄壳四周边缘平滑过渡；薄壳的上端面中心位置有一凸起，从该凸起到薄壳四周边缘平滑过渡。

【技术特征摘要】
1.一种飞轮密封罩，其特征在于：所述密封罩为无底的圆柱形金属薄壳结
构，薄壳四周边缘平滑过渡；薄壳的上端面中心位置有一凸起，从该凸起到薄
壳四周边缘平滑过渡。
2.根据权利要求1所述的一种飞轮密封罩，其特征在于：所述凸起到薄
壳四周边缘以的曲线方程平滑过渡；其中A为常数。
3.根据权利要求2所述的一种飞轮密封罩，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐明，张绍卫，武登云，杨屹，刘景辉，张鹏波，冯洪伟，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11