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CN106066244A - 一种大惯量扭转柔性负载模拟装置 - Google Patents

一种大惯量扭转柔性负载模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大惯量扭转柔性负载模拟装置，两根竖直支梁的形状和尺寸均一致，其中间开有长槽，下端与安装盘通过螺栓连接，上端通过螺栓与水平支梁连接；轴承座通过螺栓固定于两根竖直支梁中间，且轴承座可沿长槽上下滑动；轴承座与轴承内圈通过过盈配合进行连接；单摆梁中间开有圆孔，通过过盈配合与轴承外圈连接；单摆梁两端通过螺栓与两个单摆质量块进行连接；单摆质量块中间开有螺纹通孔，其下部可通过螺栓与配重质量块连接，上部通过螺纹孔与外螺纹吊环拧紧；水平支梁上开有六个通孔，通过螺栓与内螺纹吊环连接；将外螺纹吊环与对应的内螺纹吊环之间通过钢丝绳进行连接。该模拟装置在外界激励下可产生三个扭转自由度的单摆振动。

Description

一种大惯量扭转柔性负载模拟装置
技术领域
本发明涉及一种大惯量扭转柔性负载模拟装置，可用于模拟太阳翼，以实现其地面动力学试验。
背景技术
目前的航天器大多都属于大型柔性展开式机构，且带有大量的光学元件，它们对指向精度和稳定度均提出了很高的要求。另外，在现代航天器姿态控制系统中，反作用轮、单框架力矩陀螺和太阳翼驱动机构等是其控制系统中的重要元件，它们在提供必要的控制动力的同时，也会引起一些有害振动(为简单起见，下面将上述三种系统统称为扰动源)。这其中，太阳翼驱动机构驱动太阳翼运行时在扭转自由度产生的扰动集中于低频区，随着高轨遥感卫星的发展，相机的曝光时间显著延长，卫星的工作性能对低频扰动更为敏感，因此在地面开展太阳翼驱动机构驱动太阳翼运行时的扰动特性测试与研究具有非常重要的工程意义。
真实的太阳翼形状、尺寸、质量、转动惯量以及柔度都非常大，在重力环境下难以直接展开，因此通过地面试验直接测试太阳翼驱动机构驱动太阳翼运行时的扰动特性难以实现，设计一个转动惯量大、固有振动频率低的模拟负载十分必要。
目前，国内外尚未见有关此类大惯量扭转柔性负载模拟装置的文献报导。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大惯量扭转柔性负载模拟装置，用于模拟真实太阳翼，通过地面试验测试太阳翼驱动机构驱动该模拟装置运行时的扰动特性，以实现对太阳翼驱动机构驱动真实太阳翼在轨运行时所产生扰动的预计。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大惯量扭转柔性负载模拟装置，如图4所示，包括安装盘、两根竖直支梁、水平支梁、三根单摆梁、六个单摆质量块、配重质量块、三个轴承座、三组钢丝绳、六个内螺纹吊环、六个外螺纹吊环以及三个轴承；三组钢丝绳每组均由两根长度相同的钢丝绳组成，一个外螺纹吊环和一个内螺纹吊环组成一组吊环，共组成六组吊环，两根竖直支梁的形状和尺寸均一致，其中间开有长槽；两根竖直支梁下端通过螺栓与安装盘连接；两根竖直支梁上端通过螺栓与水平支梁连接；三个轴承座通过螺栓固定于两根竖直支梁中间，且可沿长槽上下滑动；三个轴承座与三个轴承内圈通过过盈配合进行连接；三根单摆梁中间开有圆孔，通过过盈配合与三个轴承外圈连接；三根单摆梁两端通过螺栓与六个单摆质量块进行连接；六个单摆质量块中间开有螺纹通孔，其下部可通过螺栓与配重质量块连接，上部通过螺纹孔与六个外螺纹吊环拧紧；水平支梁上开有六个通孔，通过螺栓与六个内螺纹吊环连接；将六个外螺纹吊环与对应的六个内螺纹吊环之间通过三组钢丝绳进行连接。该模拟装置在外界激励下可产生三个扭转自由度的单摆振动，且可通过调节配重质量块的个数和三组钢丝绳的长度实现对转动惯量和单摆振动频率的调节，从而实现对扭转柔性负载的模拟。
其中，所述的六个单摆质量块材质为钢，以提高模拟装置的转动惯量。
其中，所述的配重质量块材质为钢，以提高模拟装置的转动惯量。
其中，所述的两根竖直支梁的材质为钢，且形状和尺寸均一致，并在中间开有长槽，以保证三个轴承座可以上下滑动。
其中，所述的水平支梁为方钢，在保证刚度的同时减轻模拟装置的重量。
其中，所述的所有螺栓连接部分均需拧紧，以减小模拟装置不必要的阻尼影响项。
其中，所述的三个轴承座可沿两根竖直支梁的长槽上下滑动，以保证选取不同长度钢丝绳时模拟装置正常工作，从而实现对单摆振动频率的调节。
其中，所述的配重质量块安装在单摆质量块上的数量可调，从而实现对模拟装置各阶单摆振动转动惯量的调节。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明在外界激励作用下，可产生三阶单纯的扭转振动，从而可实现对扭转柔性负载的模拟的同时不引入其它自由度的振动。
(2)本发明通过选取不同长度的钢丝绳，可实现对三阶扭转振动固有频率的调节，从而可实现对不同柔度的柔性负载进行模拟。
(3)本发明通过调节安装在单摆质量块上的配重质量块可实现对三阶扭转振动转动惯量的调节，从而可实现对不同转动惯量的柔性负载进行模拟。
(4)本发明三根单摆梁的长度较长，且单摆质量块和配重质量块均为钢制材料，模拟装置的转动惯量较大，可实现对真实太阳翼的模拟。
附图说明
图1为本发明实施例中单摆组装示意图；
图2为本发明实施例中轴承、轴承座以及单摆组装示意图；
图3为本发明实施例中轴承座与竖直支梁组装示意图；
图4为本发明一种大惯量扭转柔性负载模拟装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明三根单摆梁两端通过螺栓与六个单摆质量块进行连接；六个单摆质量块中间开有螺纹通孔，其下部可通过螺栓与配重质量块连接，上部通过螺纹孔与六个外螺纹吊环拧紧；水平支梁上开有六个通孔，通过螺栓与六个内螺纹吊环连接；将六个外螺纹吊环与对应的六个内螺纹吊环之间通过三组钢丝绳进行连接。该模拟装置在外界激励下可产生三个扭转自由度的单摆振动，且可通过调节配重质量块的个数和三组钢丝绳的长度实现对转动惯量和单摆振动频率的调节，从而实现对扭转柔性负载的模拟。
如图2所示，本发明三个轴承座与三个轴承内圈通过过盈配合进行连接；三根单摆梁中间开有圆孔，通过过盈配合与三个轴承外圈连接，此时轴承座与单摆梁之间仅有相对转动的自由度。
如图3所示，本发明三个轴承座通过螺栓与两根竖直支梁进行连接；两根竖直支梁形状和尺寸均一致，且其上开有长槽，三个轴承座可沿两根竖直支梁的长槽上下滑动，以保证选取不同长度钢丝绳时模拟装置正常工作，从而实现对单摆振动频率的调节。
在实施例中，六个单摆质量块和配重质量块的材质均为钢，以提高模拟装置的转动惯量；所有螺栓连接部分均需拧紧，以减小模拟装置不必要的阻尼影响项。选取不同长度钢丝绳时模拟装置正常工作，从而实现对单摆振动频率的调节；配重质量块安装在单摆质量块上的数量可调，从而实现对模拟装置各阶单摆振动转动惯量的调节。综上所述，本发明可实现转动惯量与固有频率的同时调节，从而可实现对大惯量扭转柔性负载的模拟。

Claims (8)

1.一种大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于，该模拟装置包括安装盘(1)、两根竖直支梁(2)、水平支梁(3)、三根单摆梁(4)、六个单摆质量块(5)、配重质量块(6)、三个轴承座(7)、三组钢丝绳(8)、六个内螺纹吊环(9)、六个外螺纹吊环(10)以及三个轴承(11)；三组钢丝绳(8)每组均由两根长度相同的钢丝绳组成，一个外螺纹吊环和一个内螺纹吊环组成一组吊环，共组成六组吊环，两根竖直支梁(2)的形状和尺寸均一致，其中间开有长槽；两根竖直支梁(2)下端通过螺栓与安装盘(1)连接；两根竖直支梁(2)上端通过螺栓与水平支梁(3)连接；三个轴承座(7)通过螺栓固定于两根竖直支梁(2)中间，且可沿长槽上下滑动；三个轴承座(7)与三个轴承(11)内圈通过过盈配合进行连接；三根单摆梁(4)中间开有圆孔，通过过盈配合与三个轴承(11)外圈连接；三根单摆梁(4)两端通过螺栓与六个单摆质量块(5)进行连接；六个单摆质量块(5)中间开有螺纹通孔，其下部可通过螺栓与配重质量块(6)连接，上部通过螺纹孔与六个外螺纹吊环(10)拧紧；水平支梁(3)上开有六个通孔，通过螺栓与六个内螺纹吊环(9)连接；将六个外螺纹吊环(10)与对应的六个内螺纹吊环(9)之间通过三组钢丝绳(8)进行连接，该模拟装置在外界激励下可产生三个扭转自由度的单摆振动，且可通过调节配重质量块(6)的个数和三组钢丝绳(8)的长度实现对转动惯量和单摆振动频率的调节，从而实现对扭转柔性负载的模拟。
2.根据权利要求1所述的大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于：所述的六个单摆质量块(5)材质为钢，以提高模拟装置的转动惯量。
3.根据权利要求1所述的大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于：所述的配重质量块(6)材质为钢，以提高模拟装置的转动惯量。
4.根据权利要求1所述的大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于：所述的两根竖直支梁(2)的材质为钢，且形状和尺寸均一致，并在中间开有长槽，以保证三个轴承座(7)可以上下滑动。
5.根据权利要求1所述的大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于：所述的水平支梁(3)为方钢，在保证刚度的同时减轻模拟装置的重量。
6.根据权利要求1所述的大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于：所述的所有螺栓连接部分均需拧紧，以减小模拟装置不必要的阻尼影响项。
7.根据权利要求1所述的大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于：所述的三个轴承座(7)可沿两根竖直支梁(2)的长槽上下滑动，以保证选取不同长度钢丝绳(8)时模拟装置正常工作，从而实现对单摆振动频率的调节。
8.根据权利要求1所述的大惯量扭转柔性负载模拟装置，其特征在于：所述的配重质量块(6)安装在单摆质量块(5)上的数量可调，从而实现对模拟装置各阶单摆振动转动惯量的调节。
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