专利名称：一种悬臂式控制力矩陀螺的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种空间机动平台实现快速机动任务的航天执行机构，具体涉及 一种能够满足卫星力学环境试验条件的悬臂式控制力矩陀螺。
背景技术：
控制力矩陀螺具有输出力矩大、功耗低等优点，是空间机动平台实现快速机动任 务的理想的航天执行机构。从结构形式上来分，控制力矩陀螺主要分为框架式和悬臂式两 种。悬臂式控制力矩陀螺的优点是可以实现模块化设计。高速组件、低速组件均可独 立装配、独立测试，而且高速组件可以借鉴现有的成熟的飞轮的技术。但这种结构形式在 没有锁紧装置的情况下很难保证产品经受住卫星的力学试验条件，而且，刚度低、固有频率 低，无法满足未来武器平台的中小型空间机动平台的需要。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种悬臂式控制力矩陀螺，该控制力矩陀螺刚度高、 固有频率高，能够满足中小型空间机动平台的需要。实现本实用新型目的的技术方案一种悬臂式控制力矩陀螺，其中，它包括高速组 件、连接支架和低速组件，高速组件侧壁与连接支架侧壁固定连接，高速组件底部与低速组 件固定连接，连接支架底部与低速组件固定连接。所述的高速组件上设有密封接插件，密封接插件与电缆的一端连接，电缆的另一 端固定在连接支架上。所述的连接支架包括一个厚底法兰、四个薄筋、一个宽筋、一个圆板、一个大圆筋、 两个连接筋和一个小圆筋，连接支架底部设有厚底法兰，厚底法兰上连接有与其垂直的圆 板，圆板的一侧连接有轴线与其垂直的大圆筋；大圆筋底部中间与厚底法兰之间通过一个 宽筋连接，宽筋两侧分别连接两个薄筋，大圆筋底部与厚底法兰之间通过薄筋连接；大圆筋 中部设有小圆筋，大圆筋与小圆筋之间通过两个连接筋连接。所述的低速组件包括低速主轴和主壳体，低速主轴套在主壳体内。所述的高速组件侧壁与连接支架的圆板固定连接。所述的连接支架底部的厚底法兰固定在低速组件的低速主轴上。所述的厚底法兰与低速主轴之间通过定位销连接。所述的主壳体外侧壁上设有X01电连接器、X02电连接器、X03电连接器，X01电 连接器与小接插件座的一端固定连接，小接插件座的另一通端固定在主壳体的侧壁上；X02 电连接器与大接插件座的一端固定连接，大接插件座的另一端固定在主壳体的侧壁上；X03 电连接器与大接插件座的一端连接，大接插件座的另一端固定在主壳体的侧壁上。所述的主壳体顶部边缘处设有基准镜和镜座，镜座固定在主壳体上，基准镜固定 在镜座上。[0014]本实用新型的有益技术效果在于本实用新型的高速组件通过基座的螺钉和连接 支架相连，为了增加连接刚度对高速组件采用了嵌入式的安装方式，即连接支架与高速组 件的基座之间的机械接口同时采用了底面和圆周约束，这样可以避免力学环境试验条件下 高速组件和连接支架间产生错动，而且可以提高整机的固有频率。高速组件的结构形式借 鉴了成熟的飞轮的技术，为了进一步提高整机的固有频率，高速组件的轮体进行了优化设 计，设计成了整体结构形式，提高了轮体的固有频率，而且这种轮体的加工周期更短，工艺 性更好。为了使高速组件在力学环境试验中所受载荷更小，设计了一种新型的重量轻、刚度 高的筋板式连接支架。连接支架采用了铝合金材料，上端与高速组件的基座采用了嵌入式 的安装方式，下端与低速组件的低速主轴通过螺钉连接，而且设计了 2个定位销用于限位， 这样既保证了高速转子角动量的矢量方向精度，也避免连接支架和低速主轴之间发生相对 位移，增加整机的固有频率。低速主轴的法兰与高速组件接近的位置设计了 4个铣槽，使 高速组件可以卧在低速主轴中，既降低了连接支架的高度，增加了整机的固有频率，又减少 了整机的重量。低速主轴和主壳体采用了钛合金材料，使整机具有重量轻、强度高的特点。 本实用新型采用模块化设计，高速组件和低速组件通过连接支架连接在一起构成整机，各 组件可以独立进行装配和测试，便于装拆，而且可以实现各组件进行互换，便于生产加工和 装配，适用于小批量生产。整机的机械安装接口同时提供了底面法兰安装和侧面加强筋安 装的两种安装接口，安装通用性好，不需对卫星总体提出特殊安装需求，便于卫星总体的安 装，方便进行控制力矩陀螺的多种构型设计。各零组件均采用合理的结构设计，在保证刚度 和强度的基础上，通过优化结构形式达到减轻重量，提高固有频率的目的，，整机固有频率 大于100Hz。整机结构紧凑，布局合理，零组件少，便于装配、拆卸和维护，同时也提高了整机 的可靠性。同时提供两种安装接口，产品竖直安装、倾斜安装、水平安装均可，大大增强了产 品的安装通用性。

图1为本实用新型所提供的一种悬臂式控制力矩陀螺主视图；图2为本实用新型所提供的一种悬臂式控制力矩陀螺俯视图；图3为本实用新型所提供的一种悬臂式控制力矩陀螺左视图。图中1_高速组件；2、4、7、9_螺钉；3-密封接插件；5_连接支架；6_电缆；8_压线 片；10-定位销；11-低速主轴；12-主壳体；13-X01电连接器；14-X02电连接器；15-小接插 件座；16-大接插件座；17-厚底法兰；18-薄筋、19-宽筋；20-圆板；21-大圆筋；22-基准 镜；23-镜座；24-小圆筋；25-X03电连接器；26-接地桩；27-低速组件；28.连接筋。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1、图2和图3所示，本实用新型所提供的一种悬臂式控制力矩陀螺，它包括高 速组件1、连接支架5、低速组件27。高速组件1包括密封接插件3、电缆6、压线片8。低速 组件27包括低速主轴11、主壳体12、X01电连接器13、X02电连接器14、小接插件座15、大 接插件座16、基准镜22、镜座23、铣槽24、X03电连接器25、接地桩26，低速主轴11套在主 壳体12内。[0021]高速组件1用于产生角动量，低速组件27用于改变角动量的矢量方向产生力矩， 连接支架5用于将高速组件和低速组件连接在一起。如图1、图2和图3所示，高速组件1侧壁通过4个M8 X 20内六角圆柱头螺钉4与 连接支架5的圆板20固定在一起，高速组件1内有高速旋转的转子，产生角动量H。连接支 架5底部通过6个M8X25内六角圆柱头螺钉9固定在低速主轴11上。连接支架5设计成 了筋板式结构，连接支架5包括一个厚底法兰17、四个薄筋18、一个宽筋19、一个圆板20、 一个大圆筋21、两个连接筋28和一个小圆筋24，具有重量轻、刚度大的优点。连接支架5 底部设有厚底法兰17，厚底法兰17上焊接有与其垂直的圆板20，圆板20的一侧焊接有轴 线与其垂直的大圆筋21。大圆筋21底部中间与厚底法兰17之间通过一个宽筋19焊接，宽 筋19两侧分别焊接两个薄筋18，大圆筋21底部与厚底法兰17之间通过薄筋18焊接；大 圆筋21中部设有小圆筋24，大圆筋21与小圆筋24之间通过两个连接筋28焊接。连接支架5底部与低速主轴11之间还设有两个定位销10进行限位，增加了连接 支架5与低速主轴11之间的连接刚度。低速主轴11可以带动连接支架5和高速组件1 一 起转动，设低速主轴11转速为《，则控制力矩陀螺会输出力矩:M= XH，H为高速旋转的 转子产生的角动量。如图1、图2和图3所示，高速组件1为密封结构，将其壳体内部的真空度维持在设 定的指标lOOPa 200Pa内，从而使高速组件1处在最佳的工作状态。密封接插件3将高 速组件1内部的电信号引出，密封接插件3通过2个开槽圆柱头螺钉2固定在高速组件上， 并通过电缆6传输信号。电缆6通过2个螺钉7和压线片8固定在连接支架5上。将高速 组件1侧部嵌入连接支架5内部，增加了连接刚度、增加了圆柱的配合面。将高速组件1底 部卧在低速主轴11的铣槽中，尽量降低了连接支架5的高度，缩短悬臂的长度，使整机固有 频率更高，而且使得力学环境试验时高速组件所承受的载荷更小。如图1、图2和图3所示，低速组件27的主壳体12外侧壁上设有包含3个电连接 器，分别是X01电连接器13、X02电连接器14、X03电连接器25，上述3个电连接器作为陀 螺整机对外电接口。X01电连接器13通过螺钉固定在小接插件座15的一端，小接插件座 15的另一端通过螺钉固定在主壳体12的侧壁上。X02电连接器14通过螺钉固定在大接插 件座16的一端，大接插件座16的另一端通过螺钉固定在主壳体12的侧壁上。X03电连接 器25通过螺钉固定在大接插件座16的一端，大接插件座16的另一端固定在主壳体12的 侧壁上。X011电连接器13为J36A-17ZJB型电连接器，为17芯针式；X021电连接器14为 J36A-26ZKB型电连接器，为26芯孔式；X031电连接器25为J36A-26ZJB型电连接器，为26 芯针式。所以三个电连接器的设计还具有防错插功能，提高了产品的安全性。即，主壳体12 设计了两种外部安装接口(即电连接器)，可以使得控制力矩陀螺垂直安装、倾斜安装、水 平安装均可，扩展了产品的使用范围，增强了安装通用性。如图2和图3所示，主壳体12顶部边缘处设有基准镜22和镜座23。镜座23通过 螺钉固定在主壳体12上，基准镜22通过螺钉固定在镜座23上。基准镜22可以代替低速 框架轴和零位时高速H矢量轴，用于控制力矩陀螺在卫星上的装配基准。主壳体12底部设 有接地桩26，用于在卫星上进行产品的结构接地处理。本实用新型的陀螺工作时，高速组件1产生角动量，通过电缆6将角动量信号传输 给低速主轴11，低速主轴11带动连接支架5和高速组件1 一起转动，通过X01电连接器13、
5X02电连接器14或X03电连接器25输出控制力矩陀螺。 本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包 含在本专利的保护范围内。本实用新型未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
权利要求一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于它包括高速组件(1)、连接支架(5)和低速组件(27)，高速组件(1)侧壁与连接支架(5)侧壁固定连接，高速组件(1)底部与低速组件(27)固定连接，连接支架(5)底部与低速组件(27)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的高速组件(1) 上设有密封接插件(3)，密封接插件(3)与电缆(6)的一端连接，电缆(6)的另一端固定在 连接支架(5)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的连接支 架(5)包括一个厚底法兰(17)、四个薄筋(18)、一个宽筋(19)、一个圆板(20)、一个大圆 筋(21)、两个连接筋(28)和一个小圆筋(24)，连接支架(5)底部设有厚底法兰(17)，厚底 法兰(17)上连接有与其垂直的圆板(20)，圆板(20)的一侧连接有轴线与其垂直的大圆筋 (21)；大圆筋(21)底部中间与厚底法兰(17)之间通过一个宽筋(19)连接，宽筋(19)两侧 分别连接两个薄筋(18)，大圆筋(21)底部与厚底法兰(17)之间通过薄筋(18)连接；大圆 筋(21)中部设有小圆筋(24)，大圆筋(21)与小圆筋(24)之间通过两个连接筋(28)连接。
4.根据权利要求3所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的低速组件 (27)包括低速主轴(11)和主壳体(12)，低速主轴(11)套在主壳体(12)内。
5.根据权利要求4所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的高速组件(1) 侧壁与连接支架(5)的圆板(20)固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的连接支架(5) 底部的厚底法兰(17)固定在低速组件(27)的低速主轴(11)上。
7.根据权利要求6所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的厚底法兰 (17)与低速主轴(11)之间通过定位销(10)连接。
8.根据权利要求7所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的主壳体(12) 外侧壁上设有XOl电连接器(13)、X02电连接器(14)、X03电连接器(25)，XOl电连接器 (13)与小接插件座(15)的一端固定连接，小接插件座(15)的另一通端固定在主壳体(12) 的侧壁上；X02电连接器(14)与大接插件座(16)的一端固定连接，大接插件座(16)的另 一端固定在主壳体(12)的侧壁上；X03电连接器(25)与大接插件座(16)的一端连接，大 接插件座(16)的另一端固定在主壳体(12)的侧壁上。
9.根据权利要求8所述的一种悬臂式控制力矩陀螺，其特征在于所述的主壳体(12) 顶部边缘处设有基准镜(22)和镜座(23)，镜座(23)固定在主壳体(12)上，基准镜(22)固 定在镜座(23)上。
专利摘要本实用新型属于一种航天执行机构，具体公开一种能悬臂式控制力矩陀螺，它包括高速组件、连接支架和低速组件，高速组件侧壁与连接支架侧壁固定连接，高速组件底部与低速组件固定连接，连接支架底部与低速组件固定连接。本实用新型控制力矩陀螺刚度高、固有频率高，能够满足中小型空间机动平台的需要。
文档编号G01C19/02GK201688846SQ20102015438
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者于国庆, 刘继奎, 周大宁, 张强, 张激扬, 杨磊, 武登云, 王晓伟, 翟百臣, 鲁明 申请人:北京控制工程研究所