一種基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于航天器技術領域，具體涉及一種基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器。
【背景技術】
[0002]空間飛行器上搭載的多種設備，如制冷壓縮機、太陽帆板轉動機構、調姿陀螺等，會產生微小振動。這些微小振動具有頻帶分布寬、幅值小、形式復雜等特點，嚴重影響空間飛行器上光學遙感器的成像質量。常見的解決辦法是對光學遙感器進行隔振。為了評估飛行器上隔振系統的有效性，需要進行大量的地面試驗，而開展這些工作的前提是能復現這些微小振動的頻譜特性。因此，設計一臺能復現具有不同頻譜特性的多維微小振動的模擬器是一個具有重大意義的課題。
[0003]目前，對于多維振動模擬器的研究，已有很多學者進行了大量的工作，其中Hostens等設計出一臺六維振動模擬器，該模擬器具有幅值大、頻帶窄等特點.Park等研制了一臺用于模擬反作用飛輪的多維微振動模擬器，但該設備產生的擾動力與目標值之間由于耦合因素的影響存在一定差異。
【發明內容】
[0004]本發明要解決現有技術中的技術問題，提供一種基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下:
[0006]—種基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器，包括:上平臺、六個驅動支腿、下平臺、六個上平臺鉸鏈、六個下平臺鉸鏈；其中，六個按Stewart形式安裝的驅動支腿通過六個上平臺鉸鏈和六個下平臺鉸鏈連接位于上平臺和下平臺之間；
[0007]每個驅動支腿的音圈電機為驅動支腿的動力源；電機套筒為音圈電機定子的安裝基座，保護電機并形成電機和彈片的并聯連接；彈簧片為音圈電機動子及驅動支腿上層結構提供支撐；音圈電機動子通過彈簧片及驅動支腿的上層結構為微振動模擬器提供特定頻率、推力的軸向振動；
[0008]上平臺鉸鏈和下平臺鉸鏈主要由十字軸和軸承支撐架組成，軸承為角接觸軸承，軸承的預緊方式為內圈壓緊。
[0009]在上述技術方案中，每組角接觸軸承均按兩軸承的外圈寬邊相對，內圈相互遠離的形式布置；軸承支撐為一體式U形結構。
[0010]在上述技術方案中，彈簧片的結構采用六組均布的半圓槽花紋，內部花紋與外圍的連接點為六處。
[0011]在上述技術方案中，上平臺和下平臺采用三層結構，中間層為絕緣材料，與驅動支鏈連接；上下兩側用鋼板夾持。
[0012]在上述技術方案中，每個驅動支腿上設有限位片，其用于防止驅動支腿的軸向位移超出設計指標。
[0013]本發明具有以下的有益效果:
[0014]本發明通過對軸承及彈簧片的合理設計，克服了以往模擬器模態偏低、有效工作帶寬偏窄及鉸鏈軸承阻滯等問題。
[0015]本發明通過對上下平臺的三層結構的合理設計，及提高了平臺剛度，又避免了在使用過程中上下平臺產生電信號誤差的可能性。
[0016]本發明通過模擬航天器運行過程中，擾動源在空間六個自由度上的動態特性，為提高航天器的姿態控制精度和加強航天器的安全設計提供了可靠的技術支持。
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0018]圖1為本發明的結構示意圖；
[0019]圖2為本發明結構驅動支腿剖面示意圖；
[0020]圖3為上下平臺鉸鏈示意圖；
[0021]圖4為單上下平臺示意圖；
[0022]圖5為彈簧片的仿真分析結果示意圖；
[0023]圖6為微振動模擬器頻率響應曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明的發明思想為:
[0025]—種基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器包括上平臺、驅動支腿、下平臺、上平臺鉸鏈、下平臺鉸鏈；六個按Stewart形式安裝的驅動支腿通過六個上平臺鉸鏈和六個下平臺鉸鏈連接位于上平臺和下平臺之間；驅動支腿的音圈電機為驅動支腿的動力源；電機套筒為音圈電機定子的安裝基座，保護電機并形成電機和彈片的并聯連接；彈簧片為音圈電機動子及驅動支腿上層結構提供支撐；音圈電機動子通過彈簧片及驅動支腿的上層結構為微振動模擬器提供特定頻率、推力的軸向振動；限位片用于防止驅動支腿的軸向位移超出設計指標，避免對結構造成破壞；上平臺鉸鏈和下平臺鉸鏈主要有十字軸軸承支撐架組成，并選用角接觸軸承，軸承的預緊方式改為內圈壓緊，可以在保證軸承內、外圈不發生變形的同時消除軸承間隙；上平臺和下平臺采用三層結構，中間層為絕緣材料，與驅動支鏈連接；上下兩側用鋼板夾持，提高平臺剛度。
[0026]所述的每組角接觸軸承均按“背對背”(兩軸承的外圈寬邊相對，內圈相互遠離)的形式布置，為了提高鉸鏈的結構剛度，軸承支撐設計為一體式U形結構，材料為鋼件。
[0027]所述的彈簧片的結構采用六組均布的半圓槽花紋，內部花紋與外圍的連接點增為六處，采用電化學蝕刻加工，無宏觀切削力，消除了機械加工帶來的殘余應力。
[0028]下面結合附圖對本發明做以詳細說明。
[0029]如圖1-6所示，模擬器由上平臺1、驅動支腿2、下平臺3、上平臺鉸鏈4、下平臺鉸鏈5組成；六個按Stewart形式安裝的驅動支腿2通過六個上平臺鉸鏈4和六個下平臺鉸鏈5連接位于上平臺1和下平臺3之間；驅動支腿2的音圈電機為驅動支腿的動力源；電機套筒為音圈電機定子2.5的安裝基座，保護電機并形成電機和彈片的并聯連接；彈簧片2.1為音圈電機動子2.4及驅動支腿2上層結構提供支撐；音圈電機動子2.4通過彈簧片2.1及驅動支腿2的上層結構為微振動模擬器提供特定頻率、推力的軸向振動；限位片2.8用于防止驅動支腿2的軸向位移超出設計指標，避免對結構造成破壞；上平臺鉸鏈4和下平臺鉸鏈5主要有十字軸4.1、5.1軸承支撐架4.2、5.2組成，并選用角接觸軸承4.4、5.4，軸承的預緊方式改為內圈壓緊，可以在保證軸承內、外圈不發生變形的同時消除軸承間隙；
[0030]在實施過程中，該模擬器通過調節Stewart平臺布局的六根驅動支腿2的伸縮控制上平臺1的六自由度運動，從而實現對空間微振動的模擬。具體微振動模擬方式可有兩種，一是通過上平臺1輸出多維振動，類似于普通的電磁振動臺，通常輸出的振動形式為加速度或角加速度。二是通過下平臺3輸出振動，模擬空間的擾動源設備，通常輸出的振動形式為力和力矩，如反作用飛輪等。模擬器輸出的振動形式為特定譜型的多維隨機振動，有效帶寬及激振量級可通過不同設計的具體參數調節。空間微振動模擬器實物如圖1所示。
[0031]上平臺1不額外添加約束，通過驅動支腿2驅動，其振動形式為自由振動狀態，下平臺3與基礎連接，基礎多為載荷的安裝界面或為地面，用以模擬載荷的擾動特性。將模擬器安裝固定好后，通過計算機對六個驅動支腿2進行同步控制，達到模擬載荷擾動特性的目的。
[0032]圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明結構驅動支腿剖面圖；圖3為上下平臺鉸鏈示意圖；圖4為單上下平臺示意圖；圖5為彈簧片的仿真分析結果；圖6為微振動模擬器頻率響應曲線。
[0033]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器，其特征在于，包括:上平臺(1)、六個驅動支腿(2)、下平臺(3)、六個上平臺鉸鏈(4)、六個下平臺鉸鏈(5);其中，六個按Stewart形式安裝的驅動支腿(2)通過六個上平臺鉸鏈(4)和六個下平臺鉸鏈(5)連接位于上平臺⑴和下平臺⑶之間； 每個驅動支腿(2)的音圈電機為驅動支腿的動力源；電機套筒為音圈電機定子(2.5)的安裝基座，保護電機并形成電機和彈片的并聯連接；彈簧片(2.1)為音圈電機動子(2.4)及驅動支腿(2)上層結構提供支撐；音圈電機動子(2.4)通過彈簧片(2.1)及驅動支腿(2)的上層結構為微振動模擬器提供特定頻率、推力的軸向振動； 上平臺鉸鏈(4)和下平臺鉸鏈(5)主要由十字軸(4.1) (5.1)和軸承支撐架(4.2)(5.2)組成，軸承為角接觸軸承(4.4) (5.4)，軸承的預緊方式為內圈壓緊。2.根據權利要求1所述的基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器，其特征在于，每組角接觸軸承(4.4) (5.4)均按兩軸承的外圈寬邊相對，內圈相互遠離的形式布置；軸承支撐為一體式U形結構。3.根據權利要求1所述的基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器，其特征在于，彈簧片(2.1)的結構采用六組均布的半圓槽花紋，內部花紋與外圍的連接點為六處。4.根據權利要求1所述的基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器，其特征在于，上平臺(1)和下平臺(3)采用三層結構，中間層為絕緣材料(1.2) (3.2)，與驅動支鏈連接；上下兩側用鋼板(1.1) (3.1)夾持。5.根據權利要求1所述的基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器，其特征在于，每個驅動支腿(2)上設有限位片(2.8)，其用于防止驅動支腿(2)的軸向位移超出設計指標。
【專利摘要】本發明涉及一種基于六維并聯機構的空間多維微振動模擬器，是基于Stewart-Gough平臺的一種并聯機構。它由上平臺、下平臺和六條驅動支腿構成。上平臺與驅動支腿間用球鉸相連，下平臺與驅動支腿間用胡克鉸相連。驅動腿由音圈電動機、彈簧片及支撐套筒等部件構成，可在軸向方向輸出最大振幅3mm，最高頻率500Hz的振動。該模擬器通過調節6根驅動支腿的伸縮控制上平臺及負載的六維運動，來完成對空間微振動的模擬。模擬器輸出的振動形式為特定譜型的多維隨機振動，有效帶寬為0.5～100Hz，激振量級為10-5g～10-3g。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN105415349
【申請號】CN201511017804
【發明人】徐振邦, 夏明一, 辛建, 顧營迎, 吳清文
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月30日