航天轴承摩擦力矩特性的试验研究

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1、河南科技大学硕士学位论文ν,ν两接触表面材料的泊松比12R钢球与内外沟道接触点在运动方向的当量曲率半径mmxR钢球与内外沟道接触点在垂直于运动方向的当量曲率半径mmyU钢球与内外圈接触处的平均速度mm/sW钢球与内外沟道接触点处的法向负荷NF轴承的轴向负荷NaZ钢球数d轴承节圆直径mmmD钢球直径mmβ轴承原始接触角n轴承转速r/minr相关系数SS残差平方和ex试验值ix算术平均值y试验值iy算术平均值yˆ回归值µ轴承摩擦系数d轴承内径mm2ν润滑油运动粘度mm/sF当量负荷NβM纯滚动摩擦力矩N·mmEM差动摩擦力矩N·mmDM自旋摩擦力矩N·mmSβ轴承原始接触角K、L

2、第一、二类完全椭圆积分µ、µ轴承内、外圈赫兹接触常数io∑ρi、∑ρo轴承内、外接触点处的曲率和R、R轴承内、外沟道曲率半径mmioe残差iII第1章绪论第1章绪论1.1论文的课题来源本论文研究的课题为航天科技攻关项目：卫星动量轮用高精度长寿命轴承技术研究项目子项—轴承的速度-摩擦力矩特性试验研究。航天器姿态控制部件如动量轮需要在几百到几千转的范围内运转，而这个部件是由角接触轴承来支撑的。所以轴承的寿命和可靠性是决定转子系统寿命和可靠性的关键，其中摩擦力矩的大小和波动性是影响航天轴承性能和精度的主要因素。由于经常工作在高温、低温、真空和重载等苛刻条件下，因此，对轴承在苛刻服役

3、条件下综合性能的考核就变得十分重要。为提高我国自行研制的航天轴承的可靠性，解决失效问题，延长使用寿命，必需考核轴承在苛刻工况下的性能尤其是摩擦力矩特性，同时为提高设计水平，研发新型号提供基础数据。1.2论文研究的目的和意义滚动轴承作为各类机械装备的重要基础件，在机械装备中起着承受力和传递[1]运动的作用，被誉为机械装备的“关节”。轴承的精度、性能、寿命和可靠性，对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着至关重要的作用。轴承精度决定了机床主轴的旋转精度和钢板的轧制精度，轴承的可靠性直接关系到运载火箭、人造卫星、航天飞船、飞机、火车和汽车等的安全运行。正因如此，凡是工业发达的国家，都极

4、其重视轴承工业的发展，如美国、日本和德国等都是世界轴承工业强国。航天用轴承主要指火箭发动机涡轮泵轴承以及各类导航仪表用轴承——陀[2]螺马达轴承、陀螺框架轴承、卫星姿态控制轴承。这些轴承是航天工业所必须配的基础件，与航天工业的发展密切相关。轴承的技术水平、性能和质量的优劣直接影响航天飞行器的性能、寿命和可靠性。航天轴承与民用轴承相比，具有很多特殊性，在精度、速度、灵敏度、寿命、可靠性、温度和真空适应性以及耐腐蚀和辐射等方面均有非常严格的要求。为满足这些要求，在轴承的选材、设计、加工、检测、试验、润滑、使用和维护等方面都必须采取相应的措施。我国轴承工业虽然与发达国家有一定的差距

5、，但是潜力巨大。特别要加强对高端轴承的研究和制造能力，进一步缩小与国外先进技术的差距，使我国早日发展成为轴承工业强国。轴承的性能可以从运动学和动力学方面进行分析，但是由于理论分析要涉及1河南科技大学硕士学位论文到弹性力学、接触力学和摩擦学等多学科的知识和诸多的影响因素，使得分析比较复杂。理论分析的结果有的与试验结果符合的很好，有的则与试验数据出入很大，只能作为参考。如弹流理论中油膜厚度的计算结果与试验测量结果基本吻合，而根据摩擦力矩理论计算公式得到的滚动轴承的摩擦力矩值与试验结果却相差很大。因此对轴承在苛刻条件下进行模拟试验就显得非常重要，同时，丰富的试验数据可以进一步促进轴

6、承性能分析的理论进展。要测试航天轴承在较高温度条件下加载不同轴向载荷时的摩擦力矩特性，研究的难度较大，再加上技术和投入方面的原因，在研究水平上，我国与发达国家有较大差距，在这方面的针对性试验研究尚属空白。本论文对卫星动量轮轴承在模拟工况条件下的摩擦力矩特性进行试验研究和理论分析，对其性能进行评价，并通过数据分析为航天轴承的设计提供必要的依据。1.3国内外研究和发展现状常温和较高温度条件下动量轮轴承摩擦力矩特性的试验研究涉及到复杂工况下滚动轴承的摩擦特性和弹流润滑领域的问题。计算弹流油膜厚度的经典弹流润滑理论已经非常成熟。根据Dowson-Higginson线接触油膜厚度公式和

7、Hamrock-Dowson点接触油膜厚度公式计算的弹流膜厚值与试验测得值非常接近。1916年Martin最早把接触当作刚性-等粘度的情况，用一般的流体动力润滑理论进行了分析，计算得到的油膜厚度值远小于表面粗糙度值，这尚不能说明油膜的建立。到了1949年，Grubin才考虑了表面的弹性变形，提出了第一个线接触油膜厚度的近似解。1959年以后，Dowson和Higginson对等温的线接触弹流就有关参数进行了广泛的数值计算，划时代的提出了实用的油膜厚度计算公式。1965年郑绪云又发展了热弹流的数值解。有了