专利名称：一种柔性非碰撞式冷指限位保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空间机械制冷机中冷指限位保护装置，具体涉及一种柔性非碰撞 式冷指限位保护装置。
背景技术：
红外探测器与空间机械制冷机的耦合系统是红外遥感系统中的关键部件之一，它 除了提供红外探测器与机械制冷机的接口，利用热交换将红外探测器冷却到工作温度外， 还具有探测器的支撑与定位，提供红外成像信号处理系统与探测器之间的电连接通道的功 能。通常，探测器与制冷机冷指之间采用柔性冷链或柔性冷链与导热棒的混合体连接。这 种连接冷指与探测器的传热结构，在发射时会对冷指产生振动和冲击载荷，载荷的大小与 冷指上附加的质量和柔性冷链的结构阻尼相关。冷指在经受动态载荷时，根据结构中最大 应力水平的不同，可能出现弹性变形、塑性变形甚至断裂。其中弹性变形可在载荷停止施加 后回复，不会对制冷机的工作性能产生影响；而塑性变形和断裂会造成冷指结构发生永久变化，严重降低制冷机工作性能，甚至使制冷机无法工作。为了确保 制冷机在发射时的振动环境中不出现故障，要根据对发射时振动环境频谱的预测，选择适 当的区域界限、测试级别和测试时间，在地面对制冷机进行振动试验。为了保护冷指在地面 振动试验中不发生破坏性变形，确保制冷机能够正常工作，需要设计一组保护装置，减小振 动环境中冷指结构内部的应力，使结构中的最大应力水平降低到许用应力以下。常采用的 冷指保护装置一般由外支撑和限位套组成，限位套固定在外支撑上，外支撑通常刚性固定 在测试底板或者是机座上，冷指嵌套在限位套内部。根据许应力和冷指最大形变量的要求， 限位套与冷指径向间距控制在0. Imm的以内。振动过程中，冷指振幅过大时，将与限位套之 间的发生不完全弹性碰撞来，通过消耗振动的能量，对冷指起到限位的作用。但是这种限位 方式主要问题是冷指和限位套外形一般是圆柱形，它们之间的接触属于单点型接触。当振 动剧烈时，碰撞对冷指头部造成的局部冲击力可能会很大，会对冷指造成损害；限位是通过 碰撞来实现，也只有在某个时刻，冷指可能会受到碰撞产生的瞬时应力冲量的冲击，在冷指 上可能会引起较大的冲击载荷。

发明内容
基于已有限位装置中存在的结构问题，本发明的目的是设计一种柔性非碰撞式冷 指限位保护装置。本发明采用的技术方案如下该柔性非碰撞式冷指保护装置包含外支撑1、纤维接头2、凯夫拉纤维3和预紧螺 母4。该柔性非碰撞式冷指保护装置特征在于在安装保护装置前，制冷机冷指5事先固定在测试底板或机座6上。外支撑1采 用不锈钢材料，为回转体，沿轴线剖面呈“工”字形，高度略低于冷指长度；中心轴向开有一通孔1-03，尺寸可大于冷指5外径尺寸4 6mm ；顶端法兰1_04为正六边形，法兰每一面侧 壁中央沿径向开有一通孔1-01，外径大小略大于纤维接头2外螺纹尺寸，法兰厚度为通孔 1-01直径的1. 5 2倍；外支撑1底部法兰1-05为圆饼状，圆周上均布有6个通孔1_02 ； 穿线时，将一根凯夫拉纤维(Kevlar) —端分别从第一支纤维接头2上的通孔一侧2_02穿 进、由盲孔2-01传出，再继续从第二支纤维接头2的盲孔处穿进，通孔2-02 —侧穿出，让纤 维经过卡槽2-03，然后让纤维从第二支纤维接头2通孔2-0的另外一侧穿进，穿过两支纤维 接头的盲孔2-01，从第一支纤维接头2通孔另外一侧2-02穿出，将该根纤维开口的两端打 结、系紧，嵌套在第一支纤维接头卡槽2-03内；将这一对纤维接头2分别放置于法兰1-04 对称面侧壁上的两个通孔1-01内，卡槽2-03 —端沿径向向外；预紧螺母4从纤维接头2外 侧套入，顶住法兰1-04侧壁，拧动预紧螺母4，使得纤维接头2沿离心方向移动，拉紧凯夫拉 纤维3 ；三组纤维接头安装好后，将保护装置，从冷指5上方套入，将冷指5头部包裹在凯夫 拉纤维3所围成的中心区域内；利用法兰1-05上的六个通孔1-02，用螺钉将整个装置紧固 在测试底板或机座6上。纤维接头2采用不锈钢材料，总长为30mm左右，螺纹段2_04长度为20 25mm，螺 纹可选用M5标准螺纹；沿轴线方向，从有螺纹一侧开一个直径为2mm的盲孔2_01，深度大 于螺纹段长度1 2mm ；在螺纹段2-04结束处1 2mm的位置，沿直径方向打一个直径为 2mm的通孔2-02，保证盲孔2_01和通孔2_02相通；在接头另外一端端面中央上有一深度为 2mm,宽1. 5mm的卡槽2-03 ；预紧螺母4为不锈钢标准M5螺母；每股凯夫拉纤维3最后要变 成双股形式，所选每根纤维的总长度尺寸可根据冷指5周长大小和纤维接头2长度而定，并 适当留有余量。本发明的优点如下(1)振动前，纤维对冷指有一定的预紧力，在振动过程中冷指与纤维始终接触，测 试中冷指每时每刻都受到纤维的约束，因此受到的径向约束力是连续并渐变的，不会出现 碰撞对冷指产生的瞬态应力冲量，能更好消耗掉振动产生的能量，保护冷指。(2)凯夫拉具一定柔性，冷指被约束在包络区域内部，与纤维有较大的接触面积。 冷指与纤维不再是点接触，冷指受到的合力分布在接触面上，这就降低了冷指受到的局部 应力。(3)凯夫拉纤维具很低的热导率，导热系数约为0. 04ff/(ff · K)。外支撑将通过与 冷指接触的凯夫拉纤维向冷指传递热量，通过计算，冷量的损失在ImW的量级范围内，漏热 极小，基本可以忽略。(4)锁紧螺栓上套有预紧螺母，可以根据测试的强度和振幅量要求，自由调节初始 的纤维预紧力大小，对冷指进行约束，操作方便。


图1为本发明柔性非碰撞式冷指保护装置总体结构图.图2为外支撑剖面图。图3为纤维接头剖面图。图4为一组纤维接头组件结构示意图。图5为三组纤维接头对冷指的紧固后的结构图。
具体实施例方式现结合附图对本发明做详细说明。图1所示，本发明的柔性非碰撞式冷指保护装置包含外支撑1，锁紧螺栓2，凯夫拉 纤维3，预紧螺母4组成。首先将制冷机冷指5事先固定在测试底板或机座6上，然后再安装保护装置。图2所示，外支撑1采用不锈钢材料，为回转体，沿轴线剖面呈“工”字形，高度略 低于冷指长度；中心轴向开有一通孔1-03，尺寸可大于冷指5外径尺寸4 6mm ；顶端法兰 1-04为正六边形，法兰每一面侧壁中央沿径向开有一通孔1-01，外径大小略大于纤维接头 2外螺纹尺寸；外支撑1底部法兰1-05为圆饼状，圆周上均布有6个通孔1-02 ；法兰1-05 上的六个通孔1-02，在整个保护装置准备好以后，用螺钉将整个装置紧固在测试底板或机 座6上。由于不锈钢外支撑1圆筒壁厚达到1mm，刚度很高，可以忽略其在振动激励下的变 形。图3所示，纤维接头2采用不锈钢材料，总长为35mm左右，螺纹段2-04长度为 20 25mm，螺纹可选用M5螺纹；沿轴线，从有螺纹一端开一个直径为2mm的盲孔2-01，深 度大于螺纹段长度1 2mm ；在螺纹段2-04结束处外侧2 3mm的位置，沿径方向打一个 直径为2mm的通孔2-02，保证盲孔2_01和通孔2_02相通；在接头另外一端端面中央上开 一深度为2mm，宽1. 5mm的卡槽2_03。图4所示，将一根凯夫拉纤维一端从第一支纤维接头2上的通孔一侧2-02穿进、 由盲孔2-01传出，再继续从第二支纤维接头2的盲孔处穿进，通孔2-02 —侧穿出，让纤维 经过卡槽2-03，然后让纤维从第二支纤维接头2通孔2-02的另外一侧穿进，穿过两支纤维 接头的盲孔2-01，从第一支纤维接头2通孔另外一侧2-02穿出，将该根纤维开口的两端打 结、系紧，嵌套在第一支纤维接头卡槽2-03内。将这一对纤维接头2分别放置于法兰1-04对称面侧壁上的两个通孔1-01内，卡 槽2-03 —端沿径向向外；预紧螺母4从纤维接头2外侧方套入，顶住法兰1-04侧壁，拧动 预紧螺母4，可使得纤维接头2沿离心方向移动，拉紧凯夫拉纤维3。三组纤维接头安装在外支撑1上之后，将保护装置，从冷指5上方套入。纤维对冷 指的预紧力由预紧螺母4调节。在安装时，可先释放掉纤维的预紧力，让纤维处于自由状 态，将冷指5头部包裹在凯夫拉纤维3所围成的中心区域内，当旋动接头外的螺母时，纤维 将被拉紧，对冷指施加预紧力作用。图5所示，三组纤维接头组件组成中心辐射状，六根纤维形成的包络区域对冷指5 进行紧固，当发生与纤维接头连线方向垂直的偏转时，位于冷指两侧的纤维将对冷指施加 与偏转方向相反的阻力，阻力大小与纤维弹性模量和偏转量成正比。当冷指在这三组纤维 紧固下振动时，冷指在径向各方向都将受到始终与运动方向相反的阻力作用，这种阻尼的 加入耗散了振动中的能量，大大减小了冷指的振幅和冷指壁上的应力。实验结果表明该发明较传统的限位保护装置能更好的消耗掉振动产生的能量。 在在整个随机振动过程中，限位保护装置对振动能量的耗散低于纤维保护装置，使用限位 保护装置时，冷指冷端的均方根加速度接近本发明中测试加速度值的3倍，在冷指结构中 的应力也会更大一些，对冷指的保护效果不如本发明。
权利要求
一种柔性非碰撞式冷指保护装置，包含一个外支撑(1)、六个纤维接头(2)、三根凯夫拉纤维(3)、六个预紧螺母(4)，其特征在于在安装保护装置前，制冷机冷指(5)事先固定在测试底板或机座(6)上，外支撑(1)为不锈钢材料的回转体，沿轴线剖面呈“工”字形，高度小于冷指长度；中心轴向开有一通孔(1 03)尺寸大于冷指(5)外径尺寸4～6mm；顶端法兰(1 04)为正六边形，法兰每一面侧壁中央位置沿径向开有一通孔(1 01)，外径大小略大于纤维接头(2)外螺纹尺寸，外支撑(1)底部法兰(1 05)为圆饼状，圆周上均布有6个通孔(1 02)；穿线方式是将一根凯夫拉纤维一端从第一支纤维接头(2)上的通孔一侧(2 02)穿进、由盲孔(2 01)传出，再继续从第二支纤维接头(2)的盲孔处穿进，通孔(2 02)一侧穿出，让纤维经过卡槽(2 03)，然后让纤维从第二支纤维接头(2)通孔(2 02)的另外一侧穿进，穿过两支纤维接头的盲孔(2 01)，从第一支纤维接头(2)通孔(2 02)另外一侧穿出，将该根纤维开口的两端打结、系紧，嵌套在第一支纤维接头卡槽(2 03)内；将这一对纤维接头(2)分别放置于法兰(104)相对面侧壁上的两个通孔(1 01)内，卡槽(2 03)一端沿径向向外；预紧螺母(4)从纤维接头(2)外侧套入，顶住法兰(1 04)侧壁，拧动预紧螺母(4)，使得纤维接头(2)沿离心方向移动，拉紧凯夫拉纤维(3)；三组纤维接头安装好后，将保护装置，从冷指(5)上方套入，将冷指(5)头部包裹在凯夫拉纤维(3)所围成的中心区域内；利用法兰(1 05)上的六个通孔(1 02)，用螺钉将整个装置紧固在测试底板或机座(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种柔性非碰撞式冷指保护装置，其特征在于所说纤维 接头⑵采用不锈钢材料，总长为30mm，螺纹段(2-04)长度为20 25mm，螺纹选用M5 螺纹；沿轴线方向，从有螺纹一侧开一个直径为2mm的盲孔(2-01)，深度大于螺纹段长度 1 2mm ；在螺纹段(2-04)结束处1 2mm的位置，沿直径方向打一个直径为2mm的通 孔(2-02)，保证盲孔(2-01)和通孔(2-02)相通；在接头另外一端端面中央上有一深度为 2mm,宽 1. 5mm 的卡槽(2-03)。
3.根据权利要求1所述的一种柔性非碰撞式冷指保护装置，其特征在于所说预紧螺 母(4)为不锈钢标准M5螺母。
全文摘要
本发明公开了一种柔性非碰撞式冷指保护装置，包含一个外支撑、六支纤维接头、六个预紧螺母和三根凯夫拉纤维。其主要特征在于外支撑为“工”字型，顶端法兰为正六边形，侧壁中央均开有一通孔。底部为一圆形法兰，圆周上有六个固定孔。每根纤维对折成双股，两端由纤维接头连接，形成闭合曲线。这样，当三组纤维接头分别对称安置于外支撑顶端法兰对称面侧壁上的通孔内时，外支撑中央形成六根交错、呈辐射状排布的纤维网，冷指头部箍在纤维中央所围成的包络区域内。预紧螺母与纤维接头外螺纹配合，从外侧顶住法兰侧壁，提供纤维的初始预紧力，将冷指束缚住。整个装置通过外支撑底部法兰紧固在测试底板或机座上。本发明的最大优点是振动测试中不会出现碰撞对冷指产生的瞬态应力冲量，明显减小了限位对冷指造成的损害；纤维和冷指接触面积大，降低了限位点的局部应力。
文档编号G01M7/02GK101975649SQ201010284510
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者刘冬毓, 吴亦农, 张利, 李奥 申请人:中国科学院上海技术物理研究所