空間滾動軸承可靠性影響因素作用機(jī)理及其演化規(guī)律研究.pdf

1、空間軸承是航天機(jī)構(gòu)的最基本組成部分，也是構(gòu)成其他組件的關(guān)鍵零部件。因此，空間軸承的可靠性是航天機(jī)構(gòu)正常運轉(zhuǎn)、實現(xiàn)預(yù)定功能和預(yù)計壽命的基礎(chǔ)保障。空間軸承長期工作于空間環(huán)境，高低溫、交變溫度、高真空、失重和強(qiáng)輻射等環(huán)境因素對其工作性能和使用壽命有明顯的負(fù)面影響，致使其失效模式主要包括地面環(huán)境中常見的失效模式和空間環(huán)境因素引發(fā)的特有失效模式。本文主要從理論角度出發(fā)，研究空間軸承可靠性影響因素作用機(jī)理及其演化規(guī)律，揭示空間軸承面臨的失效模式及機(jī)

2、理，并在此基礎(chǔ)上提出消除或減緩環(huán)境因素激勵引起失效的方法和措施。本文以精密軸系中的空間軸承為研究對象，開展可靠性影響因素演化規(guī)律研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　針對空間軸承熱學(xué)特性，以滾動球軸承的擬靜力學(xué)、傳熱學(xué)以及摩擦生熱理論為基礎(chǔ)，分析固體潤滑空間軸承的摩擦力矩和摩擦熱，構(gòu)建空間環(huán)境中空間軸承的熱傳遞網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用有限元仿真、理論分析和實驗研究方法分別研究轉(zhuǎn)速、軸向載荷和交變溫度對空間軸承熱學(xué)特性的影響。
　　針對空間軸承

3、固體潤滑膜MoS2的磨損，基于滾動軸承的運動學(xué)、動力學(xué)和Archard磨損理論建立空間軸承的磨損模型和壽命模型，分別研究轉(zhuǎn)速和載荷對潤滑膜磨損深度的影響規(guī)律。在靜力學(xué)的基礎(chǔ)上，考慮裝配偏差中徑向位置偏差，建立其和徑向載荷的關(guān)系，探究徑向位置偏差影響空間軸承內(nèi)、外圈溝道不同角位置的磨損狀況。
　　針對空間軸承間隙的演化規(guī)律，從內(nèi)外圈配合、軸承溫升、預(yù)緊力和磨損等角度出發(fā)，分別分析軸承間隙隨其演化規(guī)律?；趶椥粤W(xué)，分析內(nèi)外圈過盈量擠

4、壓內(nèi)外圈溝道變形，得到過盈量對軸承間隙的作用機(jī)理；依據(jù)載荷與變形的關(guān)系，揭示軸承間隙隨工作載荷變化的規(guī)律；在溝道磨損的基礎(chǔ)，將磨損量折算成空間軸承半徑變化量，確定磨損后軸承新的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析磨損后滾珠變形量的變化，確定磨損后軸承間隙。
　　針對空間軸承預(yù)緊力演化規(guī)律，從裝配狀況、磨損、交變溫度和工作載荷的角度出發(fā)，分別分析空間軸承預(yù)緊力隨其演化規(guī)律。為保證對空間軸承精確施加軸向預(yù)緊力，在考慮配合處摩擦特性的基礎(chǔ)上，分析不同過盈量對

5、初始預(yù)緊力與擰緊力矩關(guān)系的影響，并通過實驗對理論分析予以驗證。根據(jù)溝道磨損量，計算出空間軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)變化量，依據(jù)變形協(xié)調(diào)關(guān)系分析精密軸系中空間軸承內(nèi)滾珠變形量的變化量，得到預(yù)緊力隨磨損深度的演化規(guī)律。基于熱力學(xué)計算交變溫度引起精密軸系組件的尺寸和預(yù)緊力的變化，揭示預(yù)緊力隨交變溫度的變化規(guī)律。采用滾動軸承靜力學(xué)計算工作載荷下滾珠變形量的變化量，對變形量的變化量進(jìn)行分析，確定預(yù)緊力與工作載荷的關(guān)系。
　　針對空間軸承失效模式，通過對空

6、間軸承故障演化趨勢進(jìn)行研究，分析故障的形成因素及其作用機(jī)理。根據(jù)空間軸承和空間環(huán)境的特點，在運行過程中由于潤滑膜MoS2磨損導(dǎo)致空間軸承面臨著潤滑失效和預(yù)緊失效；在交變溫度的作用下，預(yù)測空間軸承可能面臨的預(yù)緊失效、精度失效、“卡滯”或“卡死”失效、自鎖現(xiàn)象、潤滑失效和過盈連接失效。搭建交變溫度影響預(yù)緊力的實驗平臺，開發(fā)預(yù)緊力測試軟件，驗證交變溫度影響預(yù)緊力的規(guī)律。
　　基于空間軸承使用壽命，提出固體潤滑空間軸承預(yù)緊力優(yōu)化的新方法。