CN109372893A - 一种低速快机动轴系装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低速快机动轴系装置，包含：支承组件，所述的支承组件包含轴承座、设置于轴承座内的一对轴承和穿设于一对轴承中的支撑轴，所述的一对轴承包含第一轴承和第二轴承；润滑件，其设置于第一轴承与第二轴承之间，同时设置于第一轴承和第二轴承结构中；减振密封组件，所述的减振密封组件包含碟簧，所述的碟簧设置于第一轴承与支撑轴端面之间；第一密封压盖，其设置于第一轴承端部外表面；第二密封压盖，其设置于第二轴承端部外表面。本发明能够，在低速机动工况时具有良好的润滑特性和运转稳定性，改善了润滑环境，减小了摩擦和磨损，有效降低了保持架涡动能量，降低了轴承的振动和摩擦力矩，提高了使用寿命和可靠性，同时满足了快速响应系列卫星的要求。

Description

一种低速快机动轴系装置
技术领域
本发明涉及卫星飞轮设计技术领域，特别涉及一种低速快机动轴系装置。
背景技术
随着我国卫星在轨数量的不断增多和空间攻防技术的持续深入，空间飞行器在高可靠、长寿命、高精度、快速响应等方面的需求日益强烈，因此对卫星姿控系统的关键组成部分，空间惯性执行机构产品也提出了大力矩、高精度、长寿命的性能要求。反作用飞轮作为空间惯性执行机构产品中的重要类型之一，以正反两个方向旋转，相对于偏置轮，反作用飞轮在相同惯量条件下具有高角动量输出范围以及较高的控制精度等特点，被广泛应用于卫星姿态控制领域。轴承组件是反作用飞轮的关键部件，其性能直接决定了反作用飞轮的寿命、可靠性和控制精度。
目前的反作用飞轮的工作特点为转速相对较低，尤其机动工况时，速度较快，次数较多，且过零频繁。反作用飞轮用轴承组件长时间工作在低转速段和快速机动工况下，通常存在摩擦磨损剧烈、摩擦非线性等问题。该类问题的出现本质上是由于空间条件下飞轮轴承组件的润滑技术瓶颈以及保持架稳定性差等原因造成，通常在润滑状态劣化后，摩擦性能下降、摩擦力矩不稳定，出现工作电流增大、转速响应异常和卡滞等现象，直接影响卫星在轨姿态控制能力，严重影响整星设计寿命和可靠性水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种低速快机动轴系装置，发明采用半迷宫式密封结构，轴承自润滑保持架—储油装置—半迷宫式密封这一润滑油的供给循环和密封保持结构，同时轴承套圈采用表面改性处理工艺技术，保持架引导间隙和兜孔形状采用最佳优化设计技术，轴承组件重要部件轴承座采用薄壁以及法兰的轻量化设计技术，同大力矩电机的连接，轴承组件在低速机动工况下具有良好的润滑特性、摩擦特性以及快速响应特性，进而提高使用寿命和可靠性。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种低速快机动轴系装置，包含：
支承组件，所述的支承组件包含轴承座、设置于轴承座内的一对轴承和穿设于一对轴承中的支撑轴，所述的一对轴承包含第一轴承和第二轴承；
润滑件，其设置于第一轴承与第二轴承之间，同时设置于第一轴承和第二轴承结构中；
减振密封组件，所述的减振密封组件包含碟簧，所述的碟簧设置于第一轴承与支撑轴端面之间；第一密封压盖，其设置于第一轴承端部外表面；第二密封压盖，其设置于第二轴承端部外表面。
优选地，每个所述的轴承包含：
内圈，其穿设于所述的支撑轴；
外圈，其设置于内圈外部；
保持架，其限制钢球在内圈与外圈运动；
钢球，其设置于内圈外侧与外圈内侧之间；
所述的内圈设有内圈沟道，所述的内圈沟道与钢球接触；
所述的外圈设有外圈沟道，所述的外圈沟道与钢球接触。
优选地，所述的内圈沟道和外圈沟道表面进行了耐磨处理。
优选地，所述的耐磨处理采用等离子体浸没离子注入PIII技术。
优选地，所述的保持架为具有自润滑性能的复合高分子材料。
优选地，所述的复合高分子材料是多孔聚酰亚胺材料。
优选地，所述的支承组件还包含：内隔圈和外隔圈，所述的内、外隔圈设置于第一、二轴承之间，且位于所述润滑件外部。
优选地，所述的润滑件为储油件。
优选地，所述的减振密封组件还包含一紧固件，其设置于第一轴承外侧端部。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
该轴承组件结构在低速机动工况时具有良好的润滑特性和运转稳定性，改善了润滑环境，减小了摩擦和磨损，有效降低了保持架涡动能量，降低了轴承的振动和摩擦力矩，可以安装大力矩电机，具有大力矩输出性能，解决了在低速快机动工况下轴承组件在润滑特性、运转稳定性、快速响应特性等方面的技术问题，提高了使用寿命和可靠性，同时满足了快速响应系列卫星的要求。
附图说明
图1为本发明一种低速快机动轴系装置的示意图。
图2为本发明一种低速快机动轴系装置的轴承的示意图。
图3为本发明一种低速快机动轴系装置的保持架的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
图1为本发明一种低速快机动轴系装置的示意图，具体结构如下，
支承组件，所述的支承组件包含轴承座10、设置于轴承座内的一对轴承和穿设于一对轴承中的支撑轴9，轴承座10连接反作用飞轮电机和反作用飞轮轮体，支撑轴9与反作用飞轮托架连接，所述的一对轴承包含第一轴承1和第二轴承2。每个所述的轴承包含：内圈12，其穿设于所述的支撑轴；外圈13，其设置于内圈外部；保持架14，其限制钢球在内圈与外圈运动；钢球15，其设置于内圈外侧与外圈内侧之间；所述的内圈设有内圈沟道16，所述的内圈沟道16与钢球接触；所述的外圈设有外圈沟道17，所述的外圈沟道17与钢球接触。其中所述的内圈沟道16和外圈沟道17表面进行了耐磨处理。所述的耐磨处理采用等离子体浸没离子注入PIII技术。
支承组件还包含内隔圈4和外隔圈5，所述的内、外隔圈设置于第一、二轴承之间，使轴承对之间保证实现定位预紧，且位于所述润滑件外部。
润滑件，其设置于第一轴承1与第二轴承2之间，所述的润滑件为储油件6，同时设置于第一轴承1和第二轴承2结构中，为轴系装置长期工作提供润滑油供应
减振密封组件，所述的减振密封组件包含碟簧3，所述的碟簧3设置于第第一轴承1与支撑轴9端面之间，保证轴系具有要求的刚度和阻尼，对整个组件的振动和冲击具有保护功能；第一密封压盖8，其设置于第一轴承端部外表面；第二密封压盖7，其设置于第二轴承端部外表面；所述的减振密封组件还包含一紧固件11，其设置于第二轴承外侧端部；限制润滑油挥发和爬移的损失。
图2为本发明一种低速快机动轴系装置的轴承的示意图，具体结构如下，
支撑组件主要包括以外圈旋转的一对角接触球轴承，即第一轴承1和第二轴承2为目标展开，采用高精度球轴承，成对轴承的内圈12和外圈13与滚动体(如钢球15)接触的内圈沟道16和外圈沟道17表面采用表面改性处理工艺技术，改善了抗磨损性能，轴承组件低速运转时，减小了摩擦力矩，从而具有良好的低速性能。
其中，一对轴承包含第一轴承1和第二轴承2的保持架14引导间隙和兜孔形状采用最佳优化设计技术，且保持架采用具有自润滑性能的复合高分子材料，以聚酰亚胺为基体，内部添加固体润滑材料，经过不同工艺过程制得的微孔材料，95％聚酰亚胺+5％聚四氟乙烯，具有较高的拉伸强度，较为理想的孔半径和孔隙率，以及较低的热膨胀系数和较好的耐磨损性能，具有优良的润滑性能。
其中，所述的第一轴承1和第二轴承2的内侧是支撑轴9，与反作用飞轮托架连接，外侧是轴承座10，连接反作用飞轮电机和反作用飞轮轮体。
其中，所述的第一轴承1和第二轴承2的内圈12、外圈13与滚动体(如钢球15)接触的沟道表面采用等离子体浸没离子注入PIII技术，氮离子注入，提高了内圈滚道12和外圈沟道13与钢球15接触表面的耐磨性，改善摩擦磨损、疲劳和腐蚀等表面机械性能。
其中，为实现大力矩的输出，电机外形尺寸稍大，导致轴承组件法兰外形尺寸增大，考虑到轻量化要求，设计所述的轴承座10为薄壁结构，法兰端面上有减重孔进行减重处理，实现了轻量化设计，且法兰具有安装大力矩电机接口，可实现反作用飞轮的快速机动。
图3为本发明一种低速快机动轴系装置的保持架的结构示意图，具体结构如下，
所述的保持架14中的兜孔18为方孔，方孔采用最佳间隙比(兜孔间隙/引导间隙)，降低了摩擦，提高了运转稳定性。方孔保持架减少了兜孔与钢球15接触的频率，降低了保持架运转时的振动，同时在方孔的4个圆角处可存储适量的润滑油，使钢球15在兜孔中得到良好的润滑，显著降低了钢球15与保持架之间的摩擦，从而降低了轴承保持架引起的摩擦和涡动的能量，尤其低速机动工况时提高了保持架的运转稳定性。
综上所述，本发明一种低速快机动轴系装置，改善了低速机动工况下轴系装置的润滑性能，提高了轴承运转稳定性，一方面提高了反作用飞轮控制精度以及轴系的使用寿命和可靠性，另一方面保证了产品的轻量化设计，满足了快机动响应的要求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种低速快机动轴系装置，其特征在于，包含：
支承组件，所述的支承组件包含轴承座(10)、设置于轴承座(10)内的一对轴承和穿设于一对轴承中的支撑轴(9)，所述的一对轴承包含第一轴承(1)和第二轴承(2)；
润滑件，其设置于第一轴承(1)与第二轴承(2)之间，同时设置于第一轴承(1)和第二轴承(2)结构中；
减振密封组件，所述的减振密封组件包含碟簧(3)，所述的碟簧(3)设置于第一轴承(1)与支撑轴(9)端面之间；第一密封压盖(8)，其设置于第一轴承(1)端部外表面；第二密封压盖(7)，其设置于第二轴承(2)端部外表面。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述的轴承包含：
内圈(12)，其穿设于所述的支撑轴；
外圈(13)，其设置于内圈外部；
保持架(14)，其限制钢球在内圈与外圈运动；
钢球(15)，其设置于内圈外侧与外圈内侧之间；
所述的内圈设有内圈沟道(16)，所述的内圈沟道(16)与钢球接触；
所述的外圈设有外圈沟道(17)，所述的外圈沟道(17)与钢球接触。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的内圈沟道(16)和外圈沟道(17)表面进行了耐磨处理。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的耐磨处理采用等离子体浸没离子注入PIII技术。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的保持架(14)为具有自润滑性能的复合高分子材料。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的复合高分子材料是专门研制的多孔聚酰亚胺材料。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的保持架(14)兜孔形状为方孔，设计参数采用最佳间隙比(兜孔间隙/引导间隙)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的支承组件还包含：内隔圈(4)和外隔圈(5)，所述的内、外隔圈设置于第一、二轴承之间，且位于所述润滑件外部。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的润滑件为储油件(6)。
10.如权利要求1-9任一项所述的装置，其特征在于，所述的减振密封组件还包含一紧固件(11)，其设置于第二轴承外侧端部。
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