惯导轴承摩擦特性试验研究

发布时间：2017-06-16 20:04

  本文关键词：惯导轴承摩擦特性试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高精度惯性导航系统(以下简称惯导系统)主要应用于现代飞行器、航海舰船以及精确制导武器等重要领域。惯导系统中的陀螺电动机转子采用滚动轴承支承,轴承的摩擦特性关系到运载体的姿态稳定和相关仪表指示精度,需要严格控制。惯导轴承属于超精密球轴承的一个分支并隶属于微型轴承范围,在尺寸范围、应用环境、运行要求及润滑状态等方面均与普通轴承有较大差别,而现有轴承摩擦特性的研究成果多数基于弹流润滑理论,对惯导轴承并不适用。目前,对惯导轴承的摩擦特性还没有清楚的认识,缺乏可供相关工程实践使用的计算式,开展这方面试验研究可以为相关应用提供数据支持和指导,为以后的研究提供方法借鉴。由于目前缺乏可用于惯导轴承摩擦特性研究的试验仪器,因此本文自行研制了一台微型轴承摩擦力矩试验机作为试验平台。试验机的研制分三部分进行:首先,在对现有轴承摩擦力矩测量仪和测量方法进行研究的基础上确定了试验机的总体方案;其次,对试验机的机械主体结构、控制系统以及数据采集系统进行了独立设计;最后,为保证试验机各部分协调稳定工作,对试验机进行了安装与调试,完成了试验平台的搭建。以惯导系统中某型号陀螺电动机转子轴承为研究对象,利用研制出的试验机对轴承在不同转速、环境温度和轴向载荷下的摩擦力矩进行了测试。研究结果表明:1转速对陀螺电动机转子轴承摩擦力矩的影响最大,轴承摩擦力矩随转速呈类似正弦曲线的波动变化规律。2陀螺电动机转子轴承的摩擦力矩随轴向载荷的增加而增加,但并非线性关系,且当轴向载荷较小时轴承摩擦力矩随转速的变化趋势较平稳,波动变化不明显。3环境温度对陀螺电动机转子轴承摩擦力矩有明显影响。在测试范围内,当轴承dn值较小时,摩擦力矩随环境温度升高稳步降低;轴承dn值处于中间范围时,摩擦力矩随环境温度升高先快速降低然后达到稳定状态;轴承dn值较高时,摩擦力矩随环境温度升高经历从下降到稳定再到上升的变化过程。4运转时间对陀螺电动机转子轴承的摩擦力矩有一定影响,摩擦力矩在初始运行阶段有一个短暂的下降过程,之后达到稳定值。最后,通过对试验结果的回归处理拟合出适用于陀螺电动机转子轴承摩擦力矩计算的方程。将拟合方程计算值与试验值进行对比,结果表明二者吻合较好,拟合方程有较大实用价值。
【关键词】：惯性导航系统 陀螺仪 转子轴承 试验研究 摩擦力矩
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96;TH133.3
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 国内外研究及发展现状12-14
• 1.3 研究意义14
• 1.4 研究内容及方法14-15
• 第2章 微型轴承摩擦力矩测量概述15-25
• 2.1 轴承摩擦力矩的分类15
• 2.2 轴承摩擦力矩的测量方法15-17
• 2.2.1 传递测量法15-16
• 2.2.2 平衡测量法16-17
• 2.2.3 能量测量法17
• 2.3 几种典型的微型轴承摩擦力矩测量仪介绍17-24
• 2.3.1 M992B微型轴承摩擦力矩测量仪17-19
• 2.3.2 YZC-Ⅱ轴承摩擦力矩测量仪19-20
• 2.3.3 摆针法测量微型轴承摩擦力矩20-21
• 2.3.4 BRG-3000轴承摩擦力矩测量仪21-23
• 2.3.5 欧洲空间摩擦实验室（ESTL）用轴承摩擦力矩试验机23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 微型轴承摩擦力矩试验机的研制25-43
• 3.1 试验机技术指标及性能要求25
• 3.2 试验机总体方案确定25-28
• 3.2.1 测量位置的选择25-26
• 3.2.2 试验机测量原理26-27
• 3.2.3 试验机测量和控制方案的确定27-28
• 3.3 试验机机械结构主体设计28-35
• 3.3.1 主轴布局方案的确定28
• 3.3.2 轴系设计28-33
• 3.3.3 主轴有限元分析33-34
• 3.3.4 试验机加载方式的确定34-35
• 3.4 试验机控温装置35-36
• 3.5 驱动装置36-38
• 3.6 测力传感器的选择38-39
• 3.7 信号放大及数据采集39-40
• 3.8 试验机的安装与调试40-42
• 3.9 本章小结42-43
• 第4章 轴承摩擦力矩的影响因素及试验结果分析43-53
• 4.1 轴承摩擦力矩的影响因素43-45
• 4.1.1 外部影响因素43-44
• 4.1.2 内部影响因素44
• 4.1.3 轴承摩擦力矩的稳定性与分散性44-45
• 4.2 试验装置45
• 4.3 试验轴承45-46
• 4.4 试验方案及数据的重复性试验结果46-47
• 4.5 试验结果与分析47-51
• 4.5.1 转速对轴承摩擦力矩的影响47
• 4.5.2 载荷对轴承摩擦力矩的影响47-48
• 4.5.3 环境温度对轴承摩擦力矩的影响48-50
• 4.5.4 运转时间对轴承摩擦力矩的影响50-51
• 4.5.5 本文中试验结果与欧洲航天局试验结果比较51
• 4.6 本章小结51-53
• 第5章 惯导轴承摩擦力矩计算公式的拟合53-59
• 5.1 滚动轴承摩擦力矩的组成53
• 5.2 滚动轴承摩擦力矩精确算法53-56
• 5.2.1 弹性滞后引起的摩擦力矩RM53-54
• 5.2.2 油膜粘性损失引起的摩擦力矩oilM54
• 5.2.3 差动滑动引起的摩擦力矩DM54
• 5.2.4 自旋滑动引起的摩擦力矩SM54-55
• 5.2.5 钢球与保持架之间的摩擦引起的摩擦力矩CM55
• 5.2.6 保持架与引导挡边摩擦引起的摩擦力矩LM55
• 5.2.7 总摩擦力矩55-56
• 5.3 轴承摩擦力矩简化算法56
• 5.4 实测值与两种摩擦力矩公式计算值的比较56-57
• 5.5 试验轴承摩擦力矩拟合公式57-58
• 5.5.1 建立回归方程57
• 5.5.2 回归方程的精度分析和效果评价57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第6章 结论59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 创新点60
• 6.3 工作展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间取得的研究成果66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 邓四二;李兴林;汪久根;滕弘飞;;角接触球轴承摩擦力矩特性研究[J];机械工程学报;2011年05期

2 陈剑;李松生;陈斌;董玛莉;;超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析[J];润滑与密封;2012年09期

3 李松生;陈剑;凌杰;顾家铭;;高速微型球轴承摩擦力矩分析与试验研究[J];润滑与密封;2013年08期

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本文编号：456285