控制力矩陀螺框架鑲嵌式壓電驅(qū)動(dòng)器的研究.pdf

1、隨著電子元器件技術(shù)的飛速發(fā)展，空間伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)的失效和可靠性等因素已成為制約航天器服役壽命和可靠性的主要故障來源。我們國家在軌航天器數(shù)量正在爆炸式增長，解決上述技術(shù)瓶頸的需求日漸強(qiáng)烈。
　　傳統(tǒng)的控制力矩陀螺一般采用相對成熟的高速電磁電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，而微重力、低溫、高真空、宇宙射線和原子氧等空間極端環(huán)境條件常常引起這些高速運(yùn)動(dòng)部件的失效。本課題基于壓電驅(qū)動(dòng)所特有的低速直接驅(qū)動(dòng)、高出力密度、無需潤滑、耐低溫性能好

2、、構(gòu)型靈活等突出優(yōu)點(diǎn)，將壓電陶瓷元件應(yīng)用于控制力矩陀螺當(dāng)中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)作用，以期解決航天器伺服機(jī)構(gòu)的長壽命、高可靠性以及緊湊輕量等問題。基于以上想法，本文提出一種鑲嵌壓電陶瓷的控制力矩陀螺樣機(jī)框架構(gòu)型，一方面該構(gòu)型能夠減輕陀螺框架的整體尺寸和重量達(dá)到緊湊輕量的目標(biāo)，另一方面利用壓電陶瓷本身的致動(dòng)特點(diǎn)減小運(yùn)動(dòng)部件的是小可能性。
　　本文首先提出了一種控制力矩陀螺樣機(jī)的構(gòu)型，并對構(gòu)型進(jìn)行簡單介紹。對其主要致動(dòng)部分進(jìn)行理論分析，從理論方面驗(yàn)

3、證了該構(gòu)型的可行性。
　　對影響壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)性能的幾何參數(shù)進(jìn)行初步的理論計(jì)算，然后再利用ANSYS有限元仿真軟件進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算，最后確定該部分的尺寸。利用計(jì)算所得的尺寸建立仿真模型，對模型進(jìn)行模態(tài)分析，得到框架整體的振型和特征頻率。然后，再對其進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到其振幅最大的諧振頻率。最后對模型進(jìn)行瞬態(tài)分析，得到驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)一步從仿真分析方面驗(yàn)證了該致動(dòng)機(jī)構(gòu)的可行性，分析定子內(nèi)圓周上不同驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)