一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，能够实现发射段高刚度高阻尼、在轨段低刚度低阻尼的变刚度需求，实现发射段减振和在轨段隔振功能一体化，同时具有很高的可靠性。包括载荷平台、隔振模块以及连接支撑模块。其中隔振模块的上下两端分别与载荷平台和连接支撑模块相连，隔振模块为封闭式并联结构，可实现发射段对力学环境的大承载、高可靠性能要求；同时采用对称、倾斜支撑设计，实现空间坐标系下三向等刚度、等基频功能，具有较好的稳定性。通过双向调节橡胶隔振组件压缩量，实现变刚度设计要求，针对复杂空间力学环境具有较强的适应能力。该支撑装置质量轻、尺寸小、结构简单、制造成本低，应用前景广阔。

An integrated load support device for vibration reduction of launching section and vibration isolation of on orbit section

【技术实现步骤摘要】
一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置
本专利技术涉及一种载荷支撑装置，具体涉及一种用于航天器中抗力学环境及在轨隔振一体化的载荷支撑装置，属于航天器减隔振

技术介绍
随着航天器技术的快速发展，航天器有效载荷的精度、敏感度和复杂度不断提升，一方面，在发射阶段，需要降低有效载荷安装处的振动量级，防止火箭引起的振动环境对高精度载荷造成损伤；另一方面，在在轨工作阶段，需要降低星上运动部件(如控制力矩陀螺、反作用轮、太阳翼驱动机构等)产生的微振动干扰，保证有效载荷的精度满足要求。工程中通常采用特殊的载荷支撑装置满足以上需求，但是这两种需求对载荷支撑装置的要求具有一定的矛盾性。对于发射段的减振要求，载荷支撑装置既需要有较高的阻尼，通过阻尼效应降低发射段的振动量级，也需要有较高的刚度，避免与航天器结构发生共振耦合并提高载荷支撑装置的承载能力。对于在轨段的隔振要求，载荷支撑装置则需要具有较低的阻尼，避免阻尼太大降低隔振效率，同时也需要具有较低的频率，从而避开扰源的振动激励频率，提高中高频段隔振的效果。上述两方面的矛盾需求给载荷支撑装置的设计造成了极大的困难。目前，航天器减隔振装置相关专利有：(1)一种并联桁架式CMG群减隔振装置，采用多根隔振杆并联组合，通过桁架布局的形式实现对多个CMG的整体隔振，并可通过调整隔振杆布局角度以及隔振器刚度、阻尼参数，实现隔振系统特性的调整，以适应不同型号的CMG减隔振要求(专利号ZL201610329702.3)；(2)一种微幅高承载高阻尼微动隔振器，采用外部主刚度弹簧与内部流体阻尼并联，实现对微振动的高度敏感，有效提高微振动、高精度的航天器在轨振动控制(申请号201618001923.9)；(3)一种主被动一体化的四足会聚式隔振器，采用三足斜置式支撑，通过加入压电陶瓷与隔振弹簧和金属橡胶并联提高承载能力，且具有较好的抑制共振峰值作用(申请号CN201810057862.6)；(4)一种三向刚度可调隔振器，通过调节上下对称的八片弓形弹簧片与中心螺杆之间的径向和轴向距离，从而实现自身刚度的调节，能够使用不同振动工况需求，具有较宽的振动环境使用范围(申请号201710560814.4)；(5)一种可变刚度的隔振器，通过磁流变弹性体剪切方向上刚度的变化来隔振或减振，使其在振源频率不断变化的情况下也能达到较好的减振效果(申请号CN201120115405.1)；(6)变刚度调节型橡胶隔振器，通过夹紧机构调整橡胶所受到的预紧力大小来改变橡胶隔振器的刚度和固有频率(申请号CN200720076571.9)；(7)一种变刚度抗冲击钢丝绳隔振器，通过调节螺旋弹簧与橡胶导柱之间的间距实现变刚度功能和变固有频率特性(申请号CN201210449630.8)；(8)专利：一种可以降低非线性效应的隔振单元模块，采用“S”型结构与振源和基体连接，并在其间距中设置橡胶垫，可以有效降低振动传递，具有较好的承载能力(申请号US201415033600)。上述专利所设计的隔振装置，有助于实现高承载，具有较好的抗力学环境以及良好的高频隔振效果，且可抑制共振频段的峰值响应，但仍存在一些不知之处，具体表现在：(1)单一提高承载能力而无法兼顾变刚度，适用环境受限。传统的隔振器虽采用隔振弹簧与橡胶并联以增加其承载能力，但因其无法实现变刚度调节，继而导致针对复杂力学环境下无法实现固有频率的调节，应用环境受限。而针对加入主动控制环节以实现变刚度、变阻尼功能虽能有效提高适应性，但同时增加了系统的复杂程度，从而降低了可靠性。(2)低阶固有频率分布较散，减隔振效果不理想。针对复杂空间力学环境，需使得隔振装置自身低阶固有频率能够避开所有外部干扰频点，以及有效载荷工作扰振频点。现有隔振器因其自身固有频率分布较散，无法实现有效避开上述干扰频点，易与整星结构及有效载荷发生耦合共振。理想的隔振装置能够实现等刚度、等频率设计，分布集中易于躲避共振点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，能够实现发射段高刚度高阻尼、在轨段低刚度低阻尼的变刚度需求，实现发射段减振和在轨段隔振功能一体化，同时具有很高的可靠性。所述的发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置包括：载荷平台、隔振模块和连接支撑模块；所述隔振模块设置在所述载荷平台和所述连接支撑模块之间，包括：三个以上变刚度隔振器；所述变刚度隔振器包括：弹簧隔振组件和橡胶隔振组件；所述弹簧隔振组件包括：端盖、限位筒I、螺旋弹簧和限位筒II；所述限位筒I同轴相对放置，且相对面之间具有设定距离的间隔；所述端盖螺纹连接在所述限位筒I的开口端；所述螺旋弹簧套装在所述限位筒I和限位筒II的外部，其两端分别通过紧固件与所述限位筒I和限位筒II相连；所述橡胶隔振组件包括：两个橡胶垫、活塞杆和限位螺母；所述活塞杆一端同轴位于限位筒I内部，另一端穿出所述限位筒I，伸入所述限位筒II39内部；所述活塞杆位于限位筒I内部分的中部具有轴肩，该轴肩将所述限位筒I的内部空间分为上下两部分，在上下两部分空间内各安装一个橡胶垫；所述活塞杆伸入所述限位筒II内的部分通过螺纹连接限位螺母，所述限位螺母与所述限位筒II的内底面抵触；调节所述端盖与所述限位筒I螺纹配合的长度，能够调节位于限位筒I内上部空间内橡胶垫的压缩量；调节所述限位螺母与所述活塞杆螺纹配合的长度，能够调节位于限位筒I内上部空间内橡胶垫的压缩量。优选的：令所述连接支撑模块上表面的法线方向为x向，连接支撑模块上表面内左右方向为y向，垂直于xy平面的方向为z向；三个以上所述变刚度隔振器倾斜设置，使所述隔振模块在x,y,z三个方向上的刚度分量相同。优选的：三个以上所述变刚度隔振器的轴线相交于所述载荷平台的质心处。优选的：所述隔振模块包括：四个所述变刚度隔振器，四个所述变刚度隔振器两两一组，左右对称分布在所述载荷平台和所述连接支撑模块之间；所述变刚度隔振器向内倾斜设置，其轴线与y向之间的夹角为β；每组中的两个所述变刚度隔振器朝其相对方向倾斜设置，每组中两个所述变刚度隔振器轴线之间的夹角为α；夹角β和夹角α的值保证所述隔振模块在x,y,z三个方向上的刚度分量相同。有益效果：(1)弹簧隔振组件与橡胶隔振组件采用封闭式并联设计，有效实现了抗力学环境下的大承载，高可靠性能要求。通过限位筒I与活塞杆双重空间配合，不仅能够有效提高刚度，增加其在发射段抗力学环境的承载能力，而且有助于降低发射段振动响应峰值，改善橡胶隔振组件在轨工作环境需求。(2)可双向调节橡胶隔振组件压缩量，实现变刚度设计要求，适应性更强。通过调节端盖与限位筒I，以及活塞杆与限位螺母的螺纹配合长度，可调节上、下两层橡胶垫的压缩状态，以实现隔振模块的变刚度调节，从而增加躲避所有外部干扰频点以及有效载荷的灵活性，对复杂空间力学环境的适应能力更强。(3)针对变刚度隔振器实行对称分布、倾斜支撑设计，能够实现空间坐标系下的三向等刚度设计要求；通过将多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，其特征在于，包括：载荷平台、隔振模块和连接支撑模块；/n所述隔振模块设置在所述载荷平台和所述连接支撑模块之间，包括：三个以上变刚度隔振器(3)；/n所述变刚度隔振器(3)包括：弹簧隔振组件和橡胶隔振组件；所述弹簧隔振组件包括：端盖(31)、限位筒I(33)、螺旋弹簧(38)和限位筒II(39)；所述限位筒I(33)同轴相对放置，且相对面之间具有设定距离的间隔；所述端盖(31)螺纹连接在所述限位筒I(33)的开口端；所述螺旋弹簧(38)套装在所述限位筒I(33)和限位筒II(39)的外部，其两端分别通过紧固件与所述限位筒I(33)和限位筒II(39)相连；/n所述橡胶隔振组件包括：两个橡胶垫(34)、活塞杆(35)和限位螺母；所述活塞杆(35)一端同轴位于限位筒I(33)内部，另一端穿出所述限位筒I(33)，伸入所述限位筒II39内部；所述活塞杆(35)位于限位筒I(33)内部分的中部具有轴肩，该轴肩将所述限位筒I(33)的内部空间分为上下两部分，在上下两部分空间内各安装一个橡胶垫(34)；所述活塞杆(35)伸入所述限位筒II(39)内的部分通过螺纹连接限位螺母，所述限位螺母与所述限位筒II(39)的内底面抵触；/n调节所述端盖(31)与所述限位筒I(33)螺纹配合的长度，能够调节位于限位筒I(33)内上部空间内橡胶垫(34)的压缩量；调节所述限位螺母与所述活塞杆(35)螺纹配合的长度，能够调节位于限位筒I(33)内上部空间内橡胶垫(34)的压缩量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，其特征在于，包括：载荷平台、隔振模块和连接支撑模块；
所述隔振模块设置在所述载荷平台和所述连接支撑模块之间，包括：三个以上变刚度隔振器(3)；
所述变刚度隔振器(3)包括：弹簧隔振组件和橡胶隔振组件；所述弹簧隔振组件包括：端盖(31)、限位筒I(33)、螺旋弹簧(38)和限位筒II(39)；所述限位筒I(33)同轴相对放置，且相对面之间具有设定距离的间隔；所述端盖(31)螺纹连接在所述限位筒I(33)的开口端；所述螺旋弹簧(38)套装在所述限位筒I(33)和限位筒II(39)的外部，其两端分别通过紧固件与所述限位筒I(33)和限位筒II(39)相连；
所述橡胶隔振组件包括：两个橡胶垫(34)、活塞杆(35)和限位螺母；所述活塞杆(35)一端同轴位于限位筒I(33)内部，另一端穿出所述限位筒I(33)，伸入所述限位筒II39内部；所述活塞杆(35)位于限位筒I(33)内部分的中部具有轴肩，该轴肩将所述限位筒I(33)的内部空间分为上下两部分，在上下两部分空间内各安装一个橡胶垫(34)；所述活塞杆(35)伸入所述限位筒II(39)内的部分通过螺纹连接限位螺母，所述限位螺母与所述限位筒II(39)的内底面抵触；
调节所述端盖(31)与所述限位筒I(33)螺纹配合的长度，能够调节位于限位筒I(33)内上部空间内橡胶垫(34)的压缩量；调节所述限位螺母与所述活塞杆(35)螺纹配合的长度，能够调节位于限位筒I(33)内上部空间内橡胶垫(34)的压缩量。


2.如权利要求1所述的发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，其特征在于：令所述连接支撑模块上表面的法线方向为x向，连接支撑模块上表面内左右方向为y向，垂直于xy平面的方向为z向；
三个以上所述变刚度隔振器(3)倾斜设置，使所述隔振模块在x,y,z三个方向上的刚度分量相同。


3.如权利要求1所述的发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，其特征在于：三个以上所述变刚度隔振器(3)的轴线相交于所述载荷平台的质心处。


4.如权利要求2所述的发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，其特征在于：
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗敏，吴琼，朱佳林，罗文波，张新伟，赵霄洋，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11