空间角接触球轴承摩擦力矩理论分析及实验研究

摘要

空间轴承是航天机构的最基本组成部分，也是构成其他组件的关键零部件。空间轴承的可靠性是航天机构正常运转、实现预定功能和预计寿命的基础保障。轴承的摩擦力矩是轴系运动性能的重要参数，机构转动关节卡死所造成的故障占有很大比例。由于空间角接触球轴承长期工作于空间环境，摩擦力矩就会直接或间接地受到高低温、交变温度、高真空、失重和强辐射等环境因素的影响。本文主要从预紧，装配，温度等因素入手，研究各因素对轴承摩擦力矩的影响，揭示实际工况下轴承摩擦力矩随其变化的规律。主要研究内容如下：
　　滚动轴承静力学分析：基于赫兹接触理论，建立滚动轴承静力学模型，考虑轴承在单一载荷或联合载荷下的变形，并对比各载荷对其影响，分析各载荷间的相互影响；
　　建立摩擦力矩模型：针对单个轴承，建立轴承内部构件相互间的运动模型，得到接触面间运动关系，以及速度对轴承滚珠接触载荷的影响。对轴承摩擦力矩的形成原因进行分析计算，最终建立轴承摩擦力矩的数值模型。并以研究对象为例进行了数值计算；
　　分析工作环境对摩擦力矩的影响：考虑实际工况，分析轴承装配过盈量对轴承结构尺寸的影响；得到温度对已装配轴承的结构影响，建立轴系的温度应力模型，分析轴系部件间变形关系，结合理论及仿真进行数值计算；分析轴承摩擦力矩的变化；
　　轴系轴承摩擦力矩测试实验：在考虑装配接触面摩擦力的基础上，首先确定轴系预紧力实际施加效果，进行实验研究；然后针对速度，预紧，装配，温度等影响因素进行相应的实验及理论分析。与理论结果对比，揭示各个因素的影响规律。
　　本文以精密轴系中的空间轴承为研究对象，开展轴承摩擦力矩的理论分析及实验研究，通过分析交变温度、工作载荷、配合方式对轴承摩擦力矩的影响，揭示了各个影响因素的影响机理，确定了各个因素的影响程度，为轴系的装配设计，预紧力的施加，摩擦力矩确定提供了相应的理论参考。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 课题来源

1.3 研究目的及意义

1.4 国内外研究现状

1.5 论文研究内容

第2章 轴承载荷及接触分析

2.1 引言

2.2 轴承基本参数计算

2.3 赫兹接触理论

2.4 受载变形与载荷分布

2.5 本章小结

第3章 球轴承摩擦力矩理论分析

3.1 引言

3.2 轴承零件的运动与速度

3.3 轴承动态载荷分布

3.4 摩擦力矩的组成因素

3.5 本章小结

第4章 工作环境对轴承摩擦力矩的影响

4.1 引言

4.2 装配对摩擦力矩的影响

4.3 温度对轴承摩擦力矩的影响

4.4 摩擦力矩影响结果

4.5 本章小结

第5章 轴承摩擦力矩实验研究

5.1 引言

5.2实验台的设计与搭建

5.3 试验系统搭建

5.4 实验数据处理

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果

致谢