一種飛輪密封罩的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及一種飛輪密封罩，特別是一種用于航天器的易于設計加工的輕質(zhì) 飛輪密封罩結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛輪是H軸姿態(tài)穩(wěn)定衛(wèi)星平臺最常用的執(zhí)行機構(gòu)，利用動量交換原理，通過改變 角動量大小來產(chǎn)生控制力矩，使得星體姿態(tài)連續(xù)變化。飛輪結(jié)構(gòu)一般必須包含：殼體、軸承、 轉(zhuǎn)子、電機和線路。其中殼體是其它所有組件的安裝基體，也是該些組件的封裝件。殼體由 基座、支承軸和密封罩組成。殼體W自身強度及穩(wěn)定性保證飛輪在外界氣壓條件下不發(fā)生 失效，其中對實現(xiàn)上述功能起關(guān)鍵性作用的是密封罩的外形及厚度等參數(shù)，該些參數(shù)還直 接影響飛輪總質(zhì)量。
[0003] 洛軸所姜維等人（姜維，肉樂寧.動量輪殼體的設計與分析[J].軸 承，2004,（12) ;4-5, 36)分析了殼體的構(gòu)成，通過分析選用折邊淺碟形密封罩，并對飛輪 密封罩進行了應力分析，給出了規(guī)定壓力條件下密封罩最小允許厚度的計算式。趙麗濱等 (趙麗濱，趙友選，張建宇，等.反作用輪密封罩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究[J].航天器系統(tǒng)工 程，2006, 23化）=344-346 ;趙麗濱，龍麗平，張建宇，等.反作用輪密封罩結(jié)構(gòu)抗屈曲設計 計算及試驗[J].北京航空航天大學學報，2008, 34(12) =1464-1468)基于兩段圓弧組成母 線的殼面形態(tài)，研究了飛輪密封罩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，得出了采用特征值屈曲分析方法檢驗 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能較為安全的結(jié)論，為密封罩設計提供了理論依據(jù)。李紅等（李紅，葉全紅， 韓邦成，等.磁息浮反作用飛輪密封罩結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計[J].光學精密工程，2007, 15(10): 1571-1576)在上述文獻基礎上，充分考慮了表征密封罩外形的兩個關(guān)鍵參數(shù)的相關(guān)性，進 行了變結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設計。
[0004] 在目前衛(wèi)星對星上部件質(zhì)量輕、交付周期短等需求的大背景下，當前密封罩偏重 且較難設計加工W至成為研制生產(chǎn)短板之一。從文獻來看，現(xiàn)有設計方法雖可設計出結(jié)構(gòu) 方案但設計過程較復雜。因此，在保證強度及穩(wěn)定性的前提下，簡化設計流程并加工生產(chǎn)出 輕質(zhì)密封罩具有重要意義。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型解決的技術(shù)問題是；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種飛輪密封罩，解 決了飛輪的密封罩結(jié)構(gòu)設計加工難及重量優(yōu)化問題。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案是；一種飛輪密封罩，所述密封罩為無底的圓柱形金屬薄 殼結(jié)構(gòu)，薄殼四周邊緣平滑過渡；薄殼的上端面中也位置有一凸起，從該凸起到薄殼四周邊 緣平滑過渡。
[0007] 所述凸起到薄殼四周邊緣= e一的曲線方程平滑過渡；其中A為常 數(shù)。
[000引所述曲線方程中X = DA ;其中D為密封罩圓柱形薄殼結(jié)構(gòu)的半徑，h為中也凸起 到薄殼的上端面的高度。
[0009] 薄殼四周邊緣W圓角R平滑過渡，且圓柱形金屬薄殼的壁厚為0. 7mm，且A為0. 3 ; 所述D = 75mm，H = 15mm，R = 5mm，h = 10mm，其中H為圓柱形金屬薄殼的高度。
[0010] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0011] (1)從現(xiàn)有文獻來看，現(xiàn)有飛輪密封罩設計大多考慮兩段圓弧組成形式，雖可設計 出結(jié)構(gòu)方案但設計過程較復雜。本實用新型的特點是利用指數(shù)函數(shù)二次曲線及參數(shù)歸一化 模型，構(gòu)建出飛輪密封罩結(jié)構(gòu)歸一化外形曲線，解決了密封罩設計過程繁雜問題，設計過程 簡單、方便、實現(xiàn)性強；
[0012] (2)二次曲線構(gòu)型下特征尺寸易于編程，有利于數(shù)控加工，從而有利于縮短產(chǎn)品加 工周期，適合批量化生產(chǎn)；
[0013] (3)應用有限元分析技術(shù)對飛輪密封罩進行優(yōu)化設計，得出質(zhì)量最輕結(jié)構(gòu)形式，實 現(xiàn)了飛輪密封罩的輕量化。本實用新型輕質(zhì)飛輪密封罩結(jié)構(gòu)使用范圍廣，易于設計加工，僅 需簡單適應性修改即可廣泛應用于各種飛輪、控制力矩巧螺或其它產(chǎn)品密封罩等類似薄殼 結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型飛輪密封罩結(jié)構(gòu)H維模型圖；
[0015] 圖2為本實用新型飛輪密封罩結(jié)構(gòu)外形母線參數(shù)化模型圖；
[0016] 圖3為本實用新型飛輪密封罩結(jié)構(gòu)外形母線參數(shù)歸一化模型圖。
【具體實施方式】
[0017] 飛輪是航天器的主要執(zhí)行機構(gòu)，通過其轉(zhuǎn)速變化輸出的力矩來保持航天器的姿態(tài) 穩(wěn)定或?qū)崿F(xiàn)航天器的姿態(tài)控制。飛輪結(jié)構(gòu)一般必須包含：殼體、軸承、轉(zhuǎn)子、電機和線路。其 中殼體是其它所有組件的安裝基體，也是該些組件的封裝件。殼體由基座、支承軸和密封罩 組成。殼體W自身強度及穩(wěn)定性保證飛輪在外界氣壓條件下不發(fā)生失效，其中對實現(xiàn)上述 功能起關(guān)鍵性作用的是密封罩的外形及厚度等參數(shù)，該些參數(shù)還直接影響飛輪總質(zhì)量。在 目前衛(wèi)星對星上部件質(zhì)量輕、交付周期短等需求的大背景下，當前密封罩偏重且較難設計 加工W至成為研制生產(chǎn)短板之一。本實用新型即解決了飛輪的密封罩結(jié)構(gòu)設計加工難及重 量優(yōu)化問題。密封罩結(jié)構(gòu)H維模型圖如圖1所示。
[0018] 根據(jù)密封罩結(jié)構(gòu)形態(tài)變化是影響其強度和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素問題，利用指數(shù)函數(shù) 二次曲線及參數(shù)歸一化模型，構(gòu)建出飛輪密封罩結(jié)構(gòu)歸一化外形曲線。所述二次曲線為指 數(shù)曲線中的一種特殊曲線--分布曲線，其公式為：
[0019]
【主權(quán)項】
1. 一種飛輪密封罩，其特征在于：所述密封罩為無底的圓柱形金屬薄殼結(jié)構(gòu)，薄殼四 周邊緣平滑過渡；薄殼的上端面中心位置有一凸起，從該凸起到薄殼四周邊緣平滑過渡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛輪密封罩，其特征在于：所述凸起到薄殼四周邊緣以 y 的曲線方程平滑過渡；其中A為常數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種飛輪密封罩，其特征在于：所述曲線方程中X = D/h ;其 中D為密封罩圓柱形薄殼結(jié)構(gòu)的半徑，h為中心凸起到薄殼的上端面的高度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛輪密封罩，其特征在于：薄殼四周邊緣以圓角R平滑 過渡，且圓柱形金屬薄殼的壁厚為〇· 7謹,且A為0· 3 ;所述D = 75謹，H = 15謹，R = 5謹， h = IOmm,其中H為圓柱形金屬薄殼的高度。
【專利摘要】本實用新型一種飛輪密封罩，是航天器姿態(tài)執(zhí)行機構(gòu)飛輪中殼體的重要組成部分，以自身強度及穩(wěn)定性保證飛輪在外界氣壓條件下不發(fā)生失效。所述密封罩為無底的圓柱形金屬薄殼結(jié)構(gòu)，薄殼四周邊緣平滑過渡；薄殼的上端面中心位置有一凸起，從該凸起到薄殼四周邊緣平滑過渡。本實用新型的特點是利用指數(shù)函數(shù)二次曲線及參數(shù)歸一化模型，構(gòu)建出飛輪密封罩結(jié)構(gòu)歸一化外形曲線，解決了密封罩設計過程繁雜問題，設計過程簡單、方便、實現(xiàn)性強。
【IPC分類】G06F17-50, F16F15-30
【公開號】CN204284305
【申請?zhí)枴緾N201420676117
【發(fā)明人】齊明, 張紹衛(wèi), 武登云, 楊屹, 劉景輝, 張鵬波, 馮洪偉
【申請人】北京控制工程研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月6日