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动量轮轴承磨损寿命研究

作　者: 刘良勇
导　师: 邓四二；李建华
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 动量轮航天轴承磨损寿命拟静力学分析数值仿真
分类号: V229.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

动量轮是航天器姿态控制系统的重要执行机构,而微型精密角接触轴承又是动量轮的核心部件。轴承的旋转精度、振动、摩擦力矩波动性以及寿命等性能决定了航天器的工作性能和任务寿命。此类轴承通常是在高速轻载失重的空间环境下工作,这种工况条件决定了其主要失效形式是润滑剂不足或失效导致轴承沟道过度磨损,进而导致轴承的振动、噪音以及摩擦力矩增大,旋转精度降低。目前轴承磨损寿命的计算方法是德国FAG公司基于二十多年前的试验数据作威布尔分布拟合而来,仅有参考价值。因此建立有效的动量轮轴承磨损寿命计算模型是当务之急。本研究以某型号动量轮轴承为例,利用滚动轴承的拟静力学分析方法计算了钢球与沟道接触区域的压力分布、滑动速度分布、润滑参数等,在此基础上推导出动量轮轴承基于的Archard磨损理论磨损率表达式,通过几何分析将磨损量换算为沟道半径变化量,并分析沟道几何参数变化量与预紧力的变化量的关系,进而建立了动量轮轴承磨损寿命计算模型;利用VC编程工具编制了动量轮轴承专用磨损寿命计算软件,利用该软件分析了工况参数和结构参数对轴承磨损特性的影响;通过动量轮轴承磨损寿命试验计算模型的正确性,并利用小样本可靠度评估方法分析了动量轮轴承磨损寿命的可靠性。理论分析和试验结果表明,动量轮轴承的磨损寿命可以通过预紧力的变化量来计算得出;钢球与内外沟道之间的磨损主要发生在内沟道上,内沟道的磨损率大概是外沟道磨损率的13倍,因此外沟道磨损在计算时可以忽略;磨损率随着预紧力的增加而增大,磨损寿命随预紧力增大先增加后减小,存在最优值;磨损率随转速增加而增大,磨损寿命随转速增加降低,在较低转速下转速对磨损寿命影响比较明显;随着内沟曲率半径系数f i的增加,许用磨损量和磨损率都会增加, f_i取0.52时轴承磨损寿命最大;随着f o的增加,磨损率随之增加,磨损寿命随之降低。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究进展  9-13
    1.2.1 动量轮轴承设计  9-10
    1.2.2 轴承性能试验研究  10
    1.2.3 轴承寿命试验研究  10-11
    1.2.4 磨损计算研究  11-12
    1.2.5 耐磨设计研究  12-13
  1.3 论文主要内容  13
  1.4 研究方法  13-14
第2章动量轮轴承磨损寿命计算模型  14-26
  2.1 钢球与沟道之间的磨损计算  14-20
    2.1.1 运动学分析  14-18
    2.1.2 套圈沟道磨损计算  18-20
  2.2 动量轮轴承磨损寿命模型  20-24
    2.2.1 初始预紧力时轴承内圈的轴向位移  20-21
    2.2.2 轴承磨损寿命  21-24
  2.3 本章小结  24-26
第3章动量轮轴承磨损特性理论分析  26-32
  3.1 内外沟道之间的磨损率比例  26-27
  3.2 动量轮轴承的磨损特性  27-31
    3.2.1 预紧力对沟道磨损的影响  27-28
    3.2.2 外圈转速对轴承磨损的影响  28-29
    3.2.3 轴承结构参数对磨损的影响  29-31
  3.3 本章小结  31-32
第4章动量轮轴承磨损寿命理论计算模型试验验证  32-46
  4.1 概述  32
  4.2 试验装置  32-33
  4.3 试验方案  33-35
  4.4 轴承分解与测量  35-38
    4.4.1 轴承零件表面观察  35-38
    4.4.2 轴承零件精度测试  38
  4.5 轴承失效过程  38-40
  4.6 验证模型  40-42
  4.7 动量轮轴承磨损寿命可靠度分析  42-45
    4.7.1 动量轮轴承寿命分布  42
    4.7.2 可靠度分析  42-45
  4.8 本章小结  45-46
第5章结论  46-48
  5.1 结论  46
  5.2 展望  46-48
参考文献  48-52
附录A 牛顿-拉斐逊迭代算法  52-54
附录B 软件说明  54-58
附录C 轴承参数说明  58-60
致谢  60-61
攻读硕士学位期间的研究成果  61

动量轮轴承磨损寿命研究

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