Repeated clamping locking device for magnetic bearing flywheel

针对磁悬浮飞轮锁紧装置用整体碳纤维弹片不便拆卸和一次性锁紧装置不可重复锁紧/解锁的缺点,提出了一种基于分立式弹片释放机构的可重复抱式锁紧装置.介绍了锁紧装置的结构、工作原理和弹片方案,通过将弹片释放机构等效为悬臂梁质量块模型,对其进行了静力学和动力学分析.基于分析结果,选择灵敏度较高的结构参数作为优化设计变量,并考虑结构强度、解锁力和一阶共振频率,以软件iSIGHT为平台,对弹片进行多学科优化设计.优化结果表明,弹片个数为10时,弹片总质量达到最小为207 g,比初始质量477 g减少了56.6％.根据优化结果加工了一套锁紧装置,并利用正弦扫频振动和随机振动试验对其进行验证,验证结果显示该锁紧装置能够有效保护飞轮系统.     

磁悬浮飞轮锁紧装置及其优化设计

针对磁悬浮飞轮用一次性锁紧装置不可重复锁紧/释放的缺点,提出了一种基于电机、碳纤维弹片和钢丝绳的可重复锁紧装置,并给出了锁紧装置的结构和工作原理。根据执行锁紧过程碳纤维变形状况,将其分为弯曲变形和受压变形两个阶段,并在此基础上对锁紧装置进行了受力分析。利用多学科优化软件iSIGHT集成有限元分析软件对碳纤维弹片进行了优化设计,以材料强度、结构反力和共振频率多学科要求同时作为约束条件,采用针对离散变量的全域遍数法嵌套连续变量的序列二次规划法对碳纤维弹片质量进行优化。优化结果显示,碳纤维弹片个数为12时,碳纤维质量达到最小为46g,比初始质量112g减少了59%。结果表明,该优化方法提高了锁紧装置设计的可靠性和效率,对飞轮系统整体优化设计有重要意义。     

磁悬浮飞轮抱式锁紧机构碳纤维弹片优化设计

针对磁悬浮飞轮抱式锁紧机构用一体式碳纤维弹片,提出了一种新型优化方法。通过将碳纤维弹片等效为悬臂梁模型,对其进行静力学和动力学分析,得到其最大过盈摩擦力、锁紧力、解锁力、最大弯曲应力和一阶共振频率。基于有限元法,对弹片进行灵敏度分析,得到弹片上端和下端两组互不相关的结构参数,并分别对两组结构参数进行优化设计。优化结果表明,当弹片个数为12时,质量达到最小60.5 g,比最初170 g减少了64%。根据优化结果研制了一套锁紧机构,利用三轴正弦扫频振动和随机振动试验,检验锁紧机构对磁悬浮飞轮系统的保护效果。结果显示,振动试验中定、转子间最大相对振动位移为50μm,远小于磁悬浮飞轮保护间隙200μm,表明锁紧机构能够对飞轮系统实施有效保护。     

基于自锁原理的磁悬浮飞轮电磁锁紧机构

摘 要：针对空间用磁悬浮飞轮在发射过程需要保护的性能需求,提出了一种基于机构自锁原理的可重复电磁锁机构,针对某型磁悬浮飞轮设计了质量为158克的锁紧/解锁机构,尺寸为45mm×49mm×40mm,建立了锁紧/解锁机构的数学模型;针对地面和空间两种环境,分析了机构在锁紧和解锁过程中锁紧力和解锁力的变化曲线,结果表明最大锁紧力为650N,保持锁紧和解锁状态的力分别为133.8N和-9.4N,可有效实现锁紧和解锁功能,重力对锁紧机构的性能影响很小,并根据某型卫星发射过程中的正弦振动、随机振动和冲击力学试验验证了锁紧机构,从而为磁悬浮飞轮的空间应用奠定了坚实的技术基础。     

磁悬浮飞轮锁紧保护技术研究与发展现状

介绍了国内外常用的磁悬浮飞轮用一次性锁紧装置和可重复锁紧装置,分析了它们的结构和工作原理。综述了这些磁悬浮飞轮用锁紧装置的研究现状及其在卫星姿态控制系统中的应用。介绍了国外一次性内/外锁紧方案,结合各种方案结构示意图,给出了不同锁紧装置的适用场合。为克服一次性锁紧装置不可重复锁紧/解锁的缺点,论述了国内可重复锁紧装置的发展过程,重点分析了基于楔形块自锁的可重复内锁紧装置和可重复抱式外锁紧装置。展望了锁紧保护技术的未来发展方向,指出基于单执行机构的可重复内锁紧装置、高锁紧刚度、高阻尼可重复锁紧装置和锁紧保护效果评价方法是磁悬浮飞轮保护技术的研究重点。     

磁悬浮飞轮用可重复电磁锁紧装置的设计与试验

针对磁悬浮飞轮用基于机构自锁原理的可重复电磁锁紧装置,分析其原有显式电磁铁执行机构的电磁力学特性,得知其最小解锁残余力过大,若采用隐式电磁铁,可以消除解锁残余力,从而提高锁紧装置解锁可靠性。采用等效磁路法对隐式电磁铁进行磁路分析,并给出该电磁铁在执行锁紧、保持锁紧、执行解锁和保持解锁四种状态下的力学模型。利用电磁场数值分析法,对隐式电磁铁进行实例设计,并通过卫星发射过程中的正弦扫频振动和随机振动试验,检验改进后的锁紧装置对飞轮系统的保护效果。结果表明,锁紧装置的最小解锁残余力为0.25 N,远小于原有显式电磁铁方案(29.5 N),且振动测试中,飞轮定、转子的最大相对振动位移为70μm,最大位移振幅为10μm,都小于磁悬浮飞轮系统的保护间隙100μm。改进后的隐式电磁铁在提高解锁可靠性的同时,可有效地实现对飞轮系统的锁紧保护功能。     

航天器杆件死点特性结构锁设计与分析

针对天地往返航天器舱门需要重复开启与关闭的实际需求及传统火工分离装置只能单次解锁且伴随大冲击与振动的缺点,提出一种曲柄-摇杆四杆舱门重复锁紧机构。该机构基于平面四杆机构的死点区域来实现对舱门的可靠锁定,具有承载能力大、锁紧及解锁过程冲击微小、结构简单、重量轻及性能可靠等优点。为了更好地利用该机构的死点特性完成舱门的可靠锁紧,对机构的死点特性进行建模分析,给出使机构自锁的死点区域。对锁紧机构进行参数化建模,建立机构的参数化优化目标函数,利用MATLAB对进行机构优化设计并得到最优结构参数。仿真结果表明所提的锁紧机构可将舱门可靠地锁紧且经过优化后的锁紧机构所需的驱动力矩显著降低,具有较高的驱动效率。     

星载激光通信端机可重复锁紧/解锁机构设计

针对星载激光通信端机伺服转动系统在轨期间多次锁紧/解锁需求,提出了一种基于形状记忆合金(SMA)丝的可重复锁紧/解锁机构。首先,分析了重复锁紧/解锁机构利用弹簧分力实现锁紧和SMA丝输出回复应力实现解锁的工作原理,利用杠杆原理优化了锁紧力与锁紧位移;其次,仿真分析了锁紧力与解锁力之间的平衡关系,以及锁紧力对整机模态的影响;最后,研制了原理样机,实验验证了解锁力、解锁时间与供电电流的关系、重复锁紧/解锁功能,以及高温、振动等航天环境对锁紧机构可靠性影响等问题。实验结果显示,该机构可提供1 000N锁紧力,在输入12V/3A电源时,最大解锁时间不超过2s,在环境温度90℃以下可保证稳定可靠锁紧,并可实现多次重复锁紧/解锁。该机构具有轻小型、低冲击、可重复、低功耗优点,满足星载激光通信端机多次锁紧/解锁需求,应用潜力巨大。     

超声电机在磁悬浮飞轮锁紧装置中的应用

为了保护卫星发射阶段磁悬浮飞轮系统,设计了一种超声电机驱动的锁紧装置,实现了锁紧和解锁功能,达到保护飞轮的目的.锁紧装置包括机械结构部分和驱动控制部分.机械结构部分使用旋转型行波超声电机做驱动源,传动部分采用蜗轮蜗杆带动执行机构锁紧飞轮转子.驱动控制部分的核心为单片机和超声电机驱动电路,并进行了超声电机驱动的锁紧装置试验.试验表明:锁紧和解锁过程中电机的输入功率分别为7.6W和6.7W,电学输入参数稳定;在许用范围内电机温升4℃;锁紧装置可在沿飞轮径向产生171 N锁紧力.超声电机驱动的锁紧装置具有重量轻、占用空间小、简化了传动部分设计的优点,为磁悬浮飞轮系统的进一步小型化提供了可能.     

磁悬浮控制力矩陀螺锁紧机构可靠性设计及优化

鉴于传统确定性优化方法没有考虑结构参数的随机性对结构性能的影响,本文提出了一种基于可靠性灵敏度的锁紧弹片结构优化方法。首先,以某磁悬浮控制力矩陀螺锁紧弹片为研究对象,研究了有限元建模和失效模式;然后,考虑弹片结构尺寸和材料参数的随机性,结合响应面法与一次二阶矩法,研究了串联失效模式下弹片的可靠度计算方法,进而推导了可靠性关于设计变量均值和方差的灵敏度计算公式;最后,根据灵敏度分析结果,研究确定了弹片结构优化策略,构建了弹片可靠性优化模型。分析了安全系数法和可靠性法优化结果的差异,结果表明:与安全系数法相比,可靠性法的优化结果更好;在保证弹片可靠度的前提下,采用可靠性优化方法不仅使弹片质量下降了23.71%,使锁紧机构更加优化,而且使陀螺房质量也下降了0.98kg,有利于磁悬浮控制力矩陀螺整机结构的轻量化。     

磁悬浮飞轮锁紧保护效果的检测

综合考虑磁悬浮飞轮系统及其现有锁紧机构的各项性能,提出了一套检验飞轮锁紧机构保护效果的方法。以可重复抱式锁紧机构为例,从飞轮系统性能、宏观振动响应和微观损伤三方面对锁紧机构的保护效果进行了评测。通过对比分析磁悬浮飞轮和锁紧机构在环境力学试验前后的性能测试数据,判断两者性能是否正常。环境力学试验中,利用加速度力学传感器和电涡流位移传感器分别检测飞轮系统频谱响应和飞轮定、转子间的相对振动位移,评价锁紧机构的宏观保护效果。力学试验后,采用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)分析锁紧面内的磨损形貌和元素成分,对锁紧机构的微观保护效果进行评价。该检测方法对同类航天产品的检测具有很好的借鉴意义。     

新型逃生门锁装置技术分析与研发

分析消防锁的特点、功能和性价比,在已有防盗门锁具的基础上,对其门锁结构作了创新设计。提出了新型火灾逃生门锁装置的技术方案,以及解决快速开锁和防盗安全矛盾的措施。分析了主副锁机构的联动方式和锁体行程计算。该门锁装置并不改变原防盗锁的内部结构,而是增加一些移动副、转动副和平面连杆机构,在防盗门基础上改造锁具的安装方式,使正常开锁和逃生方式开锁溶为一体。该锁可广泛应用于学校和居民区等的房间门上,解决火灾地震等突发灾难时的迅速开门逃生问题。     

磁悬浮飞轮自动锁紧系统的研制

介绍了一套磁悬浮飞轮自动锁紧系统的机械运动和运动控制2个部分,实现了磁悬浮飞轮的自动锁紧和释放,满足飞轮在卫星发射过程中的要求,并达到保护飞轮主体的目的.运动控制系统的核心是单片机MSP430.最后研制了锁紧力测试装置,用来测量机构锁紧过程中锁紧力的大小,从而可以有效地调节运动行程.     

强化抛光振动台固频调谐的变刚度调节装置设计

在弹性支承梁变刚度调谐固频可行性的理论分析基础上，确立了由电动激振方式的振动系统和阿基米德螺线盘(阿线盘)传动组成的变刚度调节装置的总体设计方案，并对阿线盘、移动支座下端爪齿、传动受力情况等的设计要点进行了分析与计算。装置运行表明，这种装置以调节弹性支承梁刚度方式调谐振动系统固频效果显著，该装置设计具有实用价值。     

钢球锁紧式液压缸的设计计算

本文针对钢球锁紧式液压缸的设计问题，分析了其受力情况，提出了三个设计条件，即自锁条件；解锁条件；承载条件。根据这三个条件，讨论了设计中的有关问题。