專利名稱：航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校正技術(shù)領(lǐng)域，尤其是動(dòng)平衡的測(cè)量裝置，更具體地說(shuō)，渉及一種航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
由于材料、加工、裝配等多方面的原因，轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在不均勻的質(zhì)量分布、不期望的裝配間隙等問(wèn)題從而引起動(dòng)不平衡，影響轉(zhuǎn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的精度和壽命等。對(duì)于空間飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)部件而言，動(dòng)不平衡引起的干擾カ矩會(huì)影響衛(wèi)星平臺(tái)的穩(wěn)定性，從而影響整星正常工作。因此，對(duì)空間飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)平衡控制具有非常重要的意義。由于衛(wèi)星及其攜帯的轉(zhuǎn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的特殊性，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)平衡工作的設(shè)備也需要有較強(qiáng)的針對(duì)性，以保證動(dòng)平衡機(jī)能滿足對(duì)衛(wèi)星類物體動(dòng)平衡的要求。目前，空間飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)部件動(dòng)平衡控制主要集中在陀螺、飛輪等小型高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件和自旋航天器等超大型自由轉(zhuǎn)動(dòng)部件上?？臻g飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)部件平衡一般采用專用平衡機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如陀螺轉(zhuǎn)子平衡使用陀螺轉(zhuǎn)子平衡機(jī)，自旋航天器配平使用大型宇航平衡機(jī)，而適合大型低速旋轉(zhuǎn)載荷的高精度動(dòng)平衡機(jī)很少。此類大型低速旋轉(zhuǎn)載荷結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由轉(zhuǎn)動(dòng)體總成和承力外筒組成，轉(zhuǎn)動(dòng)體總成由撓性部分及其可展開(kāi)收攏支撐機(jī)構(gòu)和剛性轉(zhuǎn)子組成。如果僅對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體總成進(jìn)行平衡，此時(shí)選擇動(dòng)平衡機(jī)所含驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)體總成安裝到承力外筒后，可能由于裝配等問(wèn)題旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)工作時(shí)仍存在不平衡量，殘余不平衡量會(huì)對(duì)衛(wèi)星姿控產(chǎn)生影響，有必要在對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體平衡后需要對(duì)旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡。考慮到旋轉(zhuǎn)載荷自身驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定度很高，任何兩個(gè)相臨的周期相比差值小于O. 34ms,因此旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)動(dòng)平衡選擇旋轉(zhuǎn)載荷自身驅(qū)動(dòng)方式。為了準(zhǔn)確測(cè)量此類旋轉(zhuǎn)載荷(部件)低速轉(zhuǎn)動(dòng)情況下的微小不平衡カ和カ矩，動(dòng)平衡機(jī)采用硬支承結(jié)構(gòu)，同時(shí)豎直安裝能夠確保旋轉(zhuǎn)載荷以最佳狀態(tài)安裝到動(dòng)平衡機(jī)上，且能夠被準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)起來(lái)，需要ー種立式動(dòng)平衡機(jī)，旋轉(zhuǎn)載荷轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)是非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，存在著動(dòng)不平衡，故需要進(jìn)行雙面配平。另外考慮到旋轉(zhuǎn)載荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，轉(zhuǎn)速較高(達(dá)35rpm)且其安裝位置離遙感衛(wèi)星質(zhì)心較遠(yuǎn)，要求殘余動(dòng)不平衡量非常小。基于上述考慮，此類旋轉(zhuǎn)載荷動(dòng)平衡測(cè)試時(shí)，需要ー種含有雙驅(qū)動(dòng)方式的高精度雙面立式硬支承動(dòng)平衡機(jī)。目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有動(dòng)平衡機(jī)不能對(duì)ー類航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷的有效動(dòng)平衡，本發(fā)明的目的在于提出ー種大型低速旋轉(zhuǎn)載荷的高精度雙面立式動(dòng)平衡機(jī)，利用本發(fā)明，可以進(jìn)行大型低速旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)動(dòng)平衡，也可以進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)平衡。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供ー種航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，
根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供一種航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，其特征在于，包括如下模塊氣浮主軸系統(tǒng)，采用高剛度、超低摩擦的氣浮軸承技術(shù)，所述氣浮主軸系統(tǒng)包括氣浮主軸，所述氣浮主軸包括上氣浮盤(pán)，下氣浮盤(pán)，內(nèi)氣浮套，外氣浮套，所述氣浮主軸采用氣體靜壓的方式將上、下氣浮盤(pán)及內(nèi)、外氣浮套分離，內(nèi)、外氣浮套提供徑向約束并準(zhǔn)確傳遞徑向作用力，上、下氣浮盤(pán)有足夠的垂直于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，井能確保氣浮主軸在小摩擦低阻力情況下測(cè)量物體的不平衡量；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其用于驅(qū)動(dòng)工作轉(zhuǎn)臺(tái)和被測(cè)物體按照所需轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；在測(cè)量時(shí)，既可由動(dòng)平衡機(jī)所含圈帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，也可由被測(cè)物體自身含有的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)；為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡機(jī)的兩種測(cè)量模式，本動(dòng)平衡機(jī)采用圈帶驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在氣浮主軸旁邊，這樣便于動(dòng)平衡機(jī)在被測(cè)物體自身驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量其不平衡量；為了準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)部件自身驅(qū)動(dòng)時(shí)由于動(dòng)不平衡產(chǎn)生的測(cè)振系統(tǒng)信號(hào)，動(dòng)平衡機(jī)所含驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇圈帶驅(qū)動(dòng)方式，由安裝在王軸系統(tǒng)一芳的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 測(cè)量系統(tǒng)，其采用兩個(gè)高精度壓カ傳感器作為測(cè)カ単元，兩個(gè)壓力傳感器分別水平和垂直安裝，直接感受不平衡量產(chǎn)生的力和カ矩；數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，其用于對(duì)測(cè)量系統(tǒng)輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、傳輸和處理，形成所需的結(jié)果并顯示。由于采用了氣浮軸承系統(tǒng)，阻力比非常小，不平衡量的振動(dòng)周期等信息受其它不良因素的干擾較小，采集的信號(hào)比使用常規(guī)軸承要準(zhǔn)確，對(duì)壓力式傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行計(jì)算就能得到被測(cè)物體的不平衡量，同時(shí)應(yīng)用軟件具有良好的人機(jī)交互界面，配平結(jié)果顯示形象化，易于理解。優(yōu)選地，動(dòng)平衡機(jī)支承采用氣浮主軸系統(tǒng)。優(yōu)選地，動(dòng)平衡測(cè)試時(shí)，驅(qū)動(dòng)方式可選擇動(dòng)平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)或被測(cè)物體自身驅(qū)動(dòng)方式。優(yōu)選地，還包括如下模塊機(jī)體，其用干支撐動(dòng)平衡機(jī)各組成部分并提供安裝位置。工作轉(zhuǎn)臺(tái)，其用于提供被測(cè)物體或轉(zhuǎn)接エ裝的安裝位置。優(yōu)選地，所述氣浮主軸系統(tǒng)，供氣壓カO. 4MPa，高壓氣墊厚度為O. 006mm，氣浮面平面度小于O. 04mm,粗糙度小于O. 4 μ m，動(dòng)平衡機(jī)承載能力達(dá)到805Kg (含刻度盤(pán)質(zhì)量60Kg)。本發(fā)明航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，由于采取上述的技術(shù)方案，大大提高了大型低速旋轉(zhuǎn)載荷動(dòng)不平衡量的測(cè)量精度，本發(fā)明從大型低速旋轉(zhuǎn)載荷結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā)，采用氣浮支承技術(shù)，可選擇動(dòng)平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)或載荷自身驅(qū)動(dòng)兩種方式進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試，分別對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體總成和旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)進(jìn)行配平，能有效減少旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)殘余動(dòng)不平衡量，全物理仿真試驗(yàn)和在軌測(cè)試表明本發(fā)明高精度雙面立式動(dòng)平衡機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)有效，精度高。


附圖I是航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是氣浮結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I是本發(fā)明航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖，具體地，根據(jù)本發(fā)明提供的航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置包括氣浮主軸系統(tǒng)I、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2、測(cè)量系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)4、機(jī)體5、工作轉(zhuǎn)臺(tái)6。本發(fā)明尤其適用于大型低速轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)平衡。其中氣浮主軸系統(tǒng)1，用來(lái)支承工作轉(zhuǎn)臺(tái)和被測(cè)物體，準(zhǔn)確傳遞力和カ矩，所述氣浮主軸系統(tǒng)I包括氣浮主軸、氣瓶105、供氣管路106，所述氣浮主軸包括上氣浮盤(pán)101，下氣浮盤(pán)102，內(nèi)氣浮套103，外氣浮套104。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2，其用于驅(qū)動(dòng)工作轉(zhuǎn)臺(tái)6和被測(cè)物體按照所需轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 2包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)201、圈帶202。測(cè)量系統(tǒng)3，其用于測(cè)量由于被測(cè)物體不平衡量引起測(cè)振裝置的振動(dòng)大小等信息，所述測(cè)量系統(tǒng)3包括測(cè)振裝置301、水平安裝的壓カ式傳感器302、垂直安裝的壓カ式傳感器 303。數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)4，其用于對(duì)測(cè)量系統(tǒng)輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、傳輸和處理，形成所需的結(jié)果并顯示，所述數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)4包括電子線路401、微處理器402、顯示系統(tǒng)403，其中，所述電子線路401包括放大器、濾波器、A/D。機(jī)體5，其用干支撐動(dòng)平衡機(jī)各組成部分并提供安裝位置。工作轉(zhuǎn)臺(tái)6，其用于提供被測(cè)物體或轉(zhuǎn)接エ裝的安裝位置。為了滿足動(dòng)平衡機(jī)的承載能力大于300Kg的要求，且具有一定的氣浮剛度，選取軸承內(nèi)半徑為220mm，氣浮間隙為Iitl = O. 006mm，供氣壓カ為O. 4MPa，供氣孔數(shù)為25且環(huán)形均布，供氣孔直徑為O. I O. 5_可調(diào)，保證各孔氣體流量一致。經(jīng)計(jì)算，供氣孔出口壓カ為O. 3MPa，動(dòng)平衡機(jī)承載能力達(dá)到805Kg，可滿足大多數(shù)空間飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)部件動(dòng)平衡的需求。為了保證上、下氣浮盤(pán)及內(nèi)、外氣浮套間的摩擦カー致，上氣浮盤(pán)使用優(yōu)質(zhì)鋼材鍛制，依次進(jìn)行粗加工、熱處理、精車加工、粗磨和精磨，保證平面度小于O. 03mm，粗糙度小于
O.4μ m。使用高精度三坐標(biāo)加工設(shè)備對(duì)供氣孔進(jìn)行加工，氣浮面依次進(jìn)行人工研磨、表面鍍硬鉻、二次研磨，保證氣浮管路通氣時(shí)上盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)流暢。參見(jiàn)圖I。根據(jù)本發(fā)明提供的航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置包括氣浮主軸系統(tǒng)I、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2、測(cè)量系統(tǒng)3、數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)4、機(jī)體5和工作轉(zhuǎn)臺(tái)6。機(jī)體5上方是測(cè)振裝置301，為了支承工作轉(zhuǎn)臺(tái)6、上氣浮盤(pán)101和被測(cè)物體，以及準(zhǔn)確傳遞徑向作用力、實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)面和機(jī)體間小摩擦低阻力的轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)振裝置301上方的主軸采用了氣浮主軸系統(tǒng)1，在氣浮下盤(pán)102的通氣孔通入O. 4MPa純凈壓縮空氣105，氣體通過(guò)圓環(huán)氣路106的通氣孔進(jìn)入上氣浮盤(pán)101、下氣浮盤(pán)102、內(nèi)氣浮套103、以及外氣浮套104構(gòu)成的氣腔，形成O. 006mm左右的高壓氣墊,實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)平衡機(jī)所含的驅(qū)動(dòng)方式選擇圈帶驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)201安裝在氣浮主軸系統(tǒng)I的一旁，見(jiàn)圖1，電機(jī)201與氣浮主軸系統(tǒng)I間通過(guò)圈帶202連接，圈帶202優(yōu)選地皮帯，為測(cè)量時(shí)驅(qū)動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)主軸和被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)，被測(cè)物體的不平衡量引起測(cè)振裝置301振動(dòng)，傳遞到水平安裝的壓カ式傳感器302和垂直安裝的壓カ式傳感器303上，壓カ式傳感器的信號(hào)經(jīng)電子線路401調(diào)理后傳遞到微處理器402進(jìn)行處理，得到被測(cè)物體由于不平衡量產(chǎn)生的力和カ矩，送給顯示系統(tǒng)403。綜上所述，本發(fā)明采用氣浮支承技術(shù)，驅(qū)動(dòng)方式可選擇動(dòng)平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)載荷自身驅(qū)動(dòng)方式，解決了旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)高精度動(dòng)平衡測(cè)試問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明提供的航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，已用在一種旋轉(zhuǎn)載荷動(dòng)平衡測(cè)試上，首先對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體總成進(jìn)行動(dòng)平衡，然后對(duì)旋轉(zhuǎn)載荷整機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡，經(jīng)在軌測(cè)試，衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)完全滿足指標(biāo)要 求，表明旋轉(zhuǎn)載荷動(dòng)平衡控制有效，測(cè)試精度滿足要求。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若這些修改和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，其特征在于，包括如下模塊 氣浮主軸系統(tǒng)，所述氣浮主軸系統(tǒng)包括氣浮主軸，所述氣浮主軸包括上氣浮盤(pán)，下氣浮盤(pán)，內(nèi)氣浮套，外氣浮套，所述氣浮主軸采用氣體靜壓的方式將上、下氣浮盤(pán)及內(nèi)、外氣浮套分離，內(nèi)、外氣浮套提供徑向約束并準(zhǔn)確傳遞徑向作用力，上、下氣浮盤(pán)有足夠的垂直于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，并能確保氣浮主軸在小摩擦低阻力情況下測(cè)量物體的不平衡量； 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其用于驅(qū)動(dòng)工作轉(zhuǎn)臺(tái)和被測(cè)物體按照所需轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)； 測(cè)量系統(tǒng)，其采用兩個(gè)高精度壓力傳感器作為測(cè)力單元，兩個(gè)壓力傳感器分別水平和垂直安裝，直接感受不平衡量產(chǎn)生的力和力矩； 數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，其用于對(duì)測(cè)量系統(tǒng)輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、傳輸和處理，形成所需的結(jié)果并顯示。
2.如權(quán)利要求I所述的航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，其特征在于動(dòng)平衡機(jī)支承采用氣浮主軸系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求I所述的航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，其特征在于動(dòng)平衡測(cè)試時(shí)，驅(qū)動(dòng)方式可選擇動(dòng)平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)或被測(cè)物體自身驅(qū)動(dòng)方式。
4.如權(quán)利要求I所述的航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，其特征在于還包括如下模塊 機(jī)體，其用于支撐動(dòng)平衡機(jī)各組成部分并提供安裝位置； 工作轉(zhuǎn)臺(tái)，其用于提供被測(cè)物體或轉(zhuǎn)接工裝的安裝位置。
5.如權(quán)利要求I所述的航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，其特征在于所述氣浮主軸系統(tǒng)，供氣壓力0. 4MPa，高壓氣墊厚度為0. 006mm,氣浮面平面度小于0. 04mm,粗糙度小于0.4iim。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度動(dòng)平衡測(cè)量裝置，包括氣浮主軸系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，其特征是動(dòng)平衡測(cè)量裝置有兩種測(cè)量模式，其一為被測(cè)物體由動(dòng)平衡機(jī)所含驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，其二為被測(cè)物體自身驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，兩者均具備偶、靜平衡測(cè)量和配平功能；支承系統(tǒng)采用高剛度、超低摩擦的氣浮軸承系統(tǒng)，氣浮主軸由若干個(gè)氣浮組件組成，氣浮主軸采用氣體靜壓的方式將內(nèi)、外氣浮套及上、下氣浮盤(pán)分離，內(nèi)、外氣浮套提供徑向約束并準(zhǔn)確傳遞徑向作用力，上、下氣浮盤(pán)有足夠的垂直于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，并能確保氣浮主軸在小摩擦低阻力情況下測(cè)量物體的不平衡量。本發(fā)明適合在航天器大型旋轉(zhuǎn)載荷高精度低速動(dòng)平衡測(cè)量中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01M1/16GK102650560SQ20121012293
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者余小方, 楊立峰, 莫慧一, 薛孝補(bǔ) 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所