控制力矩陀螺高速转子轴承保持架的优化分析

摘要

控制力矩陀螺（Control Momentum Gyro，缩写为CMG）作为空间飞行器姿态控制系统的执行机构，安装于内部高速转子中的轴承在应用上有着空间环境的特殊性，如高真空、微重力、不可修复性、润滑一次性等，其精度、寿命和可靠性直接影响到航天器控制精度以及寿命。因此，通过对CMG高速转子轴承进行优化分析，进而提高主机寿命以及可靠性，具有非常重要的理论和实际意义。本文以某型CMG高速转子为背景，对高速转子轴承（以在用的B7005角接触球轴承为例）的运转稳定性进行仿真分析和试验研究。
　　本研究根据高速转子轴承特殊的工况条件和失效形式，在角接触球轴承动力学分析研究的基础上，建立承受径、轴向联合载荷作用下的三维拟动力学分析的数学模型，用拟动力学的分析结果优化了轴承保持架的各项设计参数；根据优化结果，对轴承进行装机性能试验验证。轴承的试验结果表明，所采用的轴承保持架优化方案合理可行，分析结果与试验结果基本吻合。轴承性能可以满足主机的使用要求。所研究的轴承仿真分析方法、试验技术可直接应用于该型控制力矩陀螺，还可推广应用到其他领域的同类轴承，可覆盖目前及今后一段时期各大中型近地轨道三轴稳定飞行器对惯性姿态控制力矩陀螺轴承的需求。同时，未来战争在太空方面的竞争会尤为激烈，建立类似空间站或其它大型航天飞行器的武器平台，配置激光武器、动能武器或其它武器，是未来武器发展方向，因此本项目研究成果对提高类似空间站或其它航天飞行器的武器平台性能和打击精度，增强我国国防实力，具有深远意义。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究目的和意义

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 控制力矩陀螺概况

1.2.2 国外研究进展情况

1.3 本论文的主要研究内容

1.3.1 CMG高速转子轴承仿真优化及性能分析

1.3.2 高速转子轴承试验及分析

1.3.3 论文创新点

第2章 CMG高速转子轴承保持架的仿真优化分析

2.1 轴承的工况及性能参数

2.2 仿真分析内容

2.2.1 仿真分析假设条件

2.2.2 仿真分析用材料属性

2.2.3 轴承工况仿真

2.2.4 保持架兜孔间隙/引导间隙尺寸仿真

2.3 保持架动力学模型的建立

2.3.1 原计算模型

2.3.2 碰撞计算模型

2.3.3 两种计算模型结果对比

2.3.4 保持架稳定性评价指标

2.4 仿真分析结果

2.4.1 重力对保持架的影响

2.4.2 温度对保持架的影响

2.4.3 间隙比对方形兜孔保持架的影响

2.4.4 间隙比对圆形兜孔保持架的影响

2.4.5 方形兜孔保持架与圆形兜孔保持架的对比分析

2.5 结论

第3章 轴承保持架试验验证

3.1 试验方案的确定

3.2 轴承试验的情况

3.3 试验过程的判据

3.4 试验分析

第4章 结论

4.1 结论

4.2 创新点

4.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果