控制力矩陀螺转子摩擦减振结构的分析设计和实验研究

摘要

控制力矩陀螺是航天器上一种重要的惯性导航仪器，对于调整飞行器的姿态、保持飞行器的稳定具有重要的意义。控制力矩陀螺在工作过程中会产生振动，振动不仅产生噪声，还会缩短控制力矩陀螺的寿命。陀螺转子的振动是控制力矩陀螺振动的主要来源，转子的振动可以分为高频振动和低频振动，高频振动时转子的能量主要集中在轮缘上，使轮缘局部应力过大、产生局部塑性变形，加速转子的疲劳破坏，高频振动对转子的危害比低频振动更大，降低转子的高频振动具有重要的意义。为了降低转子高频振动，本文通过对转子振动特性进行研究，设计转子摩擦减振结构，分析影响摩擦减振因素，并进行实验研究摩擦减振结构降低转子高频振动的有效性。
　　转子振动特性是设计转子减振结构的前提，转子的振动成因影响转子的振动特性。通过分析转子的振动成因，确定轴承波纹度是引起转子振动的主要因素，建立轴承波纹度动力学模型，并基于该动力学模型研究轴承内、外波纹度个数和幅值对转子振动幅值和频率特性的影响。
　　摩擦减振的原理是摩擦减振结构设计的依据，摩擦减振结构分布位置影响摩擦减振效果。基于摩擦减振原理得到摩擦减振结构分布在转子静止区，通过有限元分析得到静止区的位置分布规律，综合静止区的分布位置设计摩擦减振结构。
　　基于摩擦减振结构确定减振结构的过盈量、摩擦块的深度、载荷的频率为影响摩擦减振的主要因素。通过ANSYS二次开发，提取不同工况下的摩擦功，计算摩擦功损耗的比例，并基于摩擦功损耗比例研究以上因素对摩擦减振效果的影响规律。
　　在此基础上对减振结构进行间接减振实验分析，对无减振结构转子、减振结构过盈量为60μm的转子和减振结构过盈量为120μm的转子分别进行冲击实验，得到各工况下转子振动加速度的频谱特性，实验结果表明摩擦能有效抑制转子高频段的振动，证明了减振结构设计的有效性。进一步减振结构过盈量为120μm时振动加速度谱值低于过盈量为60μm时的情况，证明了大的过盈量有更好的减振效果。

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第1章绪 论

1.1课题的背景及研究的目的和意义

1.2摩擦减振的优势

1.3国内外摩擦减振的研究现状

1.4摩擦减振研究不足分析

1.5本课题主要研究内容

第2章考虑轴承波纹度的转子振动的特性研究

2.1 引言

2.2 转子振动的成因分析

2.3 轴承波纹度动力学模型

2.4 转子的振幅特性分析

2.5转子的频率特性分析

2.6 本章小结

第3章转子摩擦减振结构的分析与设计

3.1 引言

3.2 转子摩擦减振原理分析

3.3转子摩擦减振位置的分析

3.4 减振结构的设计

3.5 本章小结

第4章转子摩擦减振参数对减振效果的影响和实验研究

4.1 引言

4.2 摩擦减振的影响因素

4.3 转子摩擦功分析

4.4 轴向载荷下转子的减振效果分析

4.5径向载荷下转子的减振效果分析

4.6转子的减振实验

4.7本章小结

结论

参考文献

声明

致谢