空间光学调制器中轴承的润滑及密封研究

对空间紫外光谱仪中转动部件,即光学调制器系统支撑轴承的润滑及密封进行设计和研究。在真空环境下(10-3Pa),采用固体润滑和油润滑2种润滑方式进行轴承寿命试验。结果表明,当轴承采用MoS2固体膜润滑时,轴承转动到108转量级后,轴承动态摩擦力矩增大,转速急剧下降;采用扫描电子显微镜和能量色散谱(EDS)分析轴承工作表面,验证轴承工作表面有转移膜的形成。当轴承采用油润滑时,对轴承的润滑状态、机械密封结构及润滑油的泄漏量进行设计和计算表明,用非接触的组合式机械密封机构,能够降低油耗,减少润滑油对光学系统的污染,提高仪器的性能和指标,从而可以实现空间转动部件长时间工作的要求。     

硬脂酸吸附对轴承限量供油润滑影响

在限量供油条件下利用全轴承摩擦力矩测量系统和球-环点接触油膜润滑测量仪分别对PAO10(聚α-烯烃)和PAO10S(聚α-烯烃+0.2%w/w硬脂酸)进行摩擦力矩和膜厚测量。结果表明：轴承摩擦力矩先下降后上升，存在一个对应最小摩擦力矩的临界转速。当转速低于临界转速时，PAO10S的摩擦力矩随供油量增加而减小，且明显小于PAO10的摩擦力矩。当转速高于临界转速时，PAO10S和PAO10的摩擦力矩差别减小。PAO10S产生的轴承摩擦力矩降低归因于硬脂酸吸附膜的低剪切抗力，更重要的是，因吸附膜产生润滑轨道表面能的降低，导致摩擦副的入口供油情况得到改善。润滑油膜厚度的光干涉测量结果显示，因硬脂酸的吸附PAO10S和PAO10的供油状态可分为三个区，全轴承摩擦力矩的测试结果与这三个区对应的油膜承载特性相关。     

空气动压箔片轴承启停性能的实验研究

为分析空气动压箔片轴承启停过程的内在机制,构建箔片轴承试验平台,采用连续启停和阶梯转速启停2种实验模式对箔片轴承的启停特性进行深入研究,获得箔片轴承启停过程中摩擦力矩的真实变化规律;结合气体润滑理论,预测箔片轴承摩擦力矩在全转速范围内的变化规律,从工程角度给出了箔片轴承起飞转速的合理定义。结果表明:体接触摩擦力矩和气膜剪切摩擦力矩组成,在全转速范围内,箔片轴承的合成力矩随着转速的升高先降低后升高;工程角度看,当箔片轴承在设定转速下工作时,只要测量合成力矩相对于启动时最大力矩下降了很大的幅度,可以认为此时的箔片轴承已经起飞,即当前状态的箔片轴承具备承受相应负载的承载能力。     

轴承摩擦力矩特性试验台的研制

为测试工作在高温、低温及高速等苛刻条件下滚动轴承的摩擦力矩/速度特性,研制了轴承摩擦力矩特性试验台。介绍了试验台的技术方案,并模拟轴承的载荷、转速、温度、润滑等工况条件,测试了轴承的摩擦力矩特性,为轴承的摩擦力矩特性分析提供准确的试验数据。     

空间相机扫描机构固体润滑轴承组件的寿命试验

开展了固体润滑轴承组件的真空加速寿命试验,以验证固体润滑轴承组件的设计是否满足在轨寿命要求。研究了MoS2基薄膜固体润滑轴承组件在小角度摆动情况下的寿命。试验采用4对轴承模拟在轨±6°连续往复摆动,通过检测轴承组件工作时的摩擦力矩、电机电流和轴承温升判断轴承运行状态。结果显示,寿命试验运行正常,累计摩擦次数为6.2×10~7次。寿命试验后对轴承进行了尺寸精度和旋转精度复测,然后对轴承组件进行了解剖分析。复测结果显示,轴承尺寸精度和旋转精度与试验前一致,轴承润滑状态良好。试验结果验证了固体润滑轴承组件寿命满足在轨任务要求,为其它空间相机小角度摆动的扫描机构固体润滑轴承组件的长寿命设计提供了依据。     

镀银膜轴承在油和脂润滑下的摩擦性能

试验研究镀银膜轴承在干摩擦、润滑油和润滑脂复合润滑下的摩擦性能。试验结果显示:在中低转速下,镀银膜轴承在银膜和液体润滑剂(油和脂)复合润滑下的摩擦因数仅相当于银膜干摩擦下摩擦因数的10%左右,且变化平稳;在高转速下,试验轴承在银膜和液体润滑剂复合润滑下的摩擦因数随转速增加而增加,且银膜与润滑脂复合润滑条件下的摩擦因数随转速增加得更快,但仍小于银膜干摩擦下的摩擦因数;镀银膜轴承在银膜和液体润滑剂(油和脂)的复合润滑下的磨损小于银膜干摩擦时的磨损;中低转速下,镀银膜轴承在液体润滑剂(油和脂)复合润滑下的摩擦磨损性能远优于银膜干摩擦时的摩擦磨损性能。     

液氮环境下固体润滑轴承摩擦力矩试验

制备二硫化钼(MoS₂)和聚四氟乙烯(PTFE)涂层固体润滑轴承并开展液氮环境下的摩擦力矩试验,研究低速工况下固体润滑轴承的摩擦力矩变化,结果表明：无涂层轴承在液氮环境下的摩擦力矩高于常温下,有涂层轴承在液氮环境下的摩擦力矩随跑合时间的增加先升高后降低,先高于常温下的摩擦力矩后低于常温下的摩擦力矩;PTFE涂层轴承摩擦力矩高于MoS₂涂层轴承,但摩擦力矩波动性较小。     

不同环境温度下滚动轴承脂润滑性能台架测试

采用台架测量装置测试了不同环境温度下滚动轴承润滑脂的性能,研究环境温度、轴承转速、载荷和润滑脂锥入度对轴承力矩和温度的影响。结果表明：环境温度较低时,轴承启动力矩和运行力矩整体较高,轴承温度变化较为明显,润滑状态较差;随环境温度升高,轴承力矩和温度变化幅度均下降,轴承的润滑状态好转;高速乏油和重载条件下,轴承的力矩和温度增大,润滑状态变差。不同环境温度下润滑脂的表观黏度差异、不同转速下润滑脂的受剪切程度以及由此引起的润滑脂分油率的不同,是轴承呈现不同润滑状态的主要原因。     

超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析

考虑油膜内部的剪切效应和滚动体打滑现象,对超高转速电主轴轴承内部的摩擦力矩进行研究,基于热弹性流体动力润滑理论,建立超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析计算的理论模型,并对超高转速条件下主轴轴承内部摩擦力矩的性能进行系统分析.结果表明,转速和轴向预载荷是影响轴承内部摩擦力矩的主要因素,环境温度和润滑油的特性对摩擦力矩也有一定影响;在超高转速条件下,采用较小的内圈沟道曲率半径系数、设计15°的接触角和施加较小的轴向预载荷,并选用黏度较小的润滑油等,有利于减小电主轴轴承内部的摩擦力矩和发热现象,以延长使用寿命.     

陀螺框架轴承摩擦力矩分析

针对陀螺框架轴承要求启动摩擦力矩小而稳定的苛刻要求,建立轴承摩擦力矩分析模型,在已有的球与内外圈弹性滞后、差动、自旋、润滑影响因素引起的摩擦力矩分析基础上,重点考虑浪形及冠型保持架引起的摩擦力矩。求得的轴承启动、动态摩擦力矩与YZC-II测试仪测试结果吻合较好。分析表明,浪形保持架整体优于冠型保持架,保持架与球作用引起的摩擦力矩比例随轴向载荷减小而增大,该比重在启动过程中较大,在动态过程明显降低;通过对4种型号框架轴承不同转速的摩擦力矩分析,当转速低于2 r/min时,轴承摩擦力矩受转速影响不大,随着速度增大,启动速度对轴承启动摩擦力矩值、动态摩擦力矩波动范围影响突显出来。