轴承抗高过载配置下的承载装置及特性评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轴承抗高过载配置下的承载装置及特性评价方法，其中轴承抗高过载配置下的承载特性评价方法，首先提出以圆柱滚子轴承、向心关节轴承抗径向高过载，以双列满装角接触球轴承抗轴向高过载的配置方法；将圆柱滚子轴承、向心关节轴承安装于舵轴的两端，以解决向心关节轴承调心性的问题；利用向心关节轴承来使舵轴承受一定的Y向过载。其次，以圆柱滚子轴承为例，为表征轴承抗高过载的承载特性，提出轴承最大径向静负荷概念、校核方法。本发明专利技术工程实现简单、科学、有效，有效降低了舵机结构的复杂程度；提出轴承最大径向静负荷的概念、校核方法，具有一定工程基础理论深度；具有广泛的适用性，能够应用于精确制导武器等各类高过载工况。

【技术实现步骤摘要】
轴承抗高过载配置下的承载装置及特性评价方法
本专利技术属于精确制导武器飞行控制
，具体涉及到一种轴承抗高过载配置下的承载装置及特性评价方法。
技术介绍
近年来精确制导弹药研制取得很大进展，其具备远程综合火力打击压制、精确制导打击及高效毁伤等能力，已成为高科技、信息化战争中的主要打击武器。通过在炮弹中增加精确制导组件、电动舵机的方法，可实现弹道修正，有效提高弹药的命中精度。但是，弹药在发射过程中，炮弹要经历巨大的过载作用以加速到预期的发射初速度，该过载过程的幅度峰值可达20000g以上(g为重力加速度，下同)，作用时间在数十毫秒以内。例如，155mm榴弹炮在发射过程中产生的最大过载脉冲幅度为20000g，持续时间约5ms。受膛内压力作用，制导弹药舵机舱需承受巨大的瞬时、高能、强冲击载荷，这种高过载环境将会导致舵机舱内部传动结构的失效，而滚动轴承是舵机舱中传动机构的重要组成部分之一，因此急需突破精确制导弹药舵机轴承的抗高过载技术。精确制导弹药舵机轴承有以下特殊要求：一是由于弹药空间、重量限制，对轴承尺寸要求较严格；二是要求轴承具有高可靠性；三是要求轴承具有较大的过载能力。精确制导弹药工作时间仅为几分钟到几小时，轴承按传动的疲劳强度校核已不适用短时高过载工作体制，以往根据轴承的载荷指标进行试探性设计，然后进行大量的试验-改进-再试验-再改进的循环设计，试制周期长、费用高。目前，轴承抗高过载配置下的承载特性评价方法实例还未出现。专利CN208026150U公开了“电动舵机”，该传动装置通过第一轴承装置和第二轴承装置与舵机座相连接，第一轴承装置包括第一轴承和第一挡圈；第二轴承装置包括第二轴承、第二挡圈和碟形弹簧，碟形弹簧位于第二轴承与舵机座之间。其轴承抗高过载原理为“当电动舵机轴向过载时，减速蜗杆直齿轮组件产生的冲击力作用到舵机座，第二轴承只有内圈受力并将力作用到蝶簧，而外圈不受力，因此，第二轴承的滚珠和滚道也几乎不受力，所以第二轴承在高过载冲击时不会被破坏，进而提高整个电动舵机抗高冲击过载能力”。该装置通过设置碟形弹簧实现第二轴承的抗高过载，从该专利附图2可知，一是蝶簧的外径与第二轴承的外径相近，这种体积下蝶簧校核难以通过；二是该专利不涉及针对短时高过载工况的轴承载荷校核方法。专利CN210715617U公开了“一种精确制导组件舵机的轴承抗高过载保护结构”，其轴承抗高过载原理为“下轴承远离上轴承一端设置有垫片组件，垫片组件套接在舵轴外侧。轴承下端环绕的垫片组件可以为轴承抵消来自轴向的冲击力，可对轴承起到最大程度的保护作用，防止轴承损坏变形。”“垫片组件包括第一垫片、第二垫片、第三垫片、第四垫片和第五垫片，四层垫片紧密依次叠加。第一垫片为紫铜材质，第二垫片为尼龙材质，第三垫片为铝合金材质，第四垫片为聚氨酯材质，第五垫片为聚四氧乙烯材质。”该专利称：“该精确制导组件舵机的轴承抗高过载保护结构，通过设置垫片组件等结构，解决了高过载状态下轴承易损坏的问题”。该专利通过设置上轴承、下轴承，实现了制导组件隔旋作用，但不涉及短时高过载工况的轴承载荷校核方法。惠江海等于《北京理工大学学报》公开了“引信自旋式微电机旋转机架抗高过载结构设计”，该结构由外转子机架、定子转轴、底螺、轴承和轴承固定环组成，其中轴承配置为两个球轴承、一个推力轴承，其称“添加铜制缓冲垫片无法将球轴承的最大应力降低到轴承钢屈服极限以下，而通过改变外转子机架轴肩与底螺尺寸能成功将球轴承的最大应力值降低至轴承钢屈服极限以下”。该论文称：“推力球轴承比球轴承具有较大的轴向承载能力，且通过调整底螺与外转子机架的轴肩处尺寸，保证了始终由垫片、推力轴承承受定子转轴和舵机所产生的轴向惯性力”。倪艳光等于《河南科技大学学报》公开了“过载工况下圆柱滚子轴承永久变形量计算”，该论文称“弹塑性应力应变计算公式适用于低过载工况下圆柱滚子轴承永久变形量的计算。对于高过载工况下圆柱滚子轴承永久变形量，使用有限元法计算结果更为准确，并且有限元法能够更精确地获取所有过载工况下轴承各部件上发生的永久变形量。”该论文基于弹塑性Hertz理论、Palmgren公式、Mises准则推导出了过载时滚子与滚道接触总变形量与载荷的关系，但验证试验表明该关系仅适用于低过载工况。综上，现有技术尚未提出针对舵机轴承抗高过载的配置与承载特性评价方法，特别指应用于短时高过载舵机中的舵机轴承承载特性评价方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：本专利技术首先提出以圆柱滚子轴承、向心关节轴承抗径向高过载，以双列满装角接触球轴承抗轴向高过载的配置方法；将圆柱滚子轴承、向心关节轴承安装于舵轴的两端，以解决向心关节轴承调心性的问题。其次，以圆柱滚子轴承为例，为表征轴承抗高过载的承载特性，提出轴承最大径向静负荷概念、校核方法。本专利技术的技术解决方案是：一种轴承抗高过载配置下的承载装置，包括框架、舵轴、第一轴承、锁紧螺母、连接销、第二轴承、定位螺钉、滚珠丝杠组件、第三轴承；所述舵轴外径与第一轴承内径、第二轴承内径轴孔配合，锁紧螺母通过连接销安装于舵轴外径上，锁紧螺母两端分别与第一轴承、第二轴承端面轴向定位，定位螺钉安装于舵轴后端，并与第二轴承轴肩定位；第一轴承外径、第二轴承外径与框架通过轴孔配合、轴肩定位；滚珠丝杠组件通过第三轴承安装于框架内。优选的，所述第一轴承类型配置为圆柱滚子轴承，第二轴承类型配置为向心关节轴承，第三轴承类型配置为双列满装角接触球轴承。优选的，所述第一轴承承载特性按最大径向静负荷、额定动载荷、额定静载荷校核，第二轴承承载特性按最大径向静负荷、额定动载荷、额定静载荷校核，所述第三轴承承载特性按最大轴向静负荷、额定动载荷、额定静载荷校核；所述额定动载荷校核按GB/T6391-2010执行，额定静载荷校核按GB/T4662-2010执行。优选的，所述第一轴承、第二轴承、第三轴承其失效形式以塑形变形失效、低周疲劳失效、弹性变形为主。本专利技术的另一技术方案在于，提出了一种轴承抗高过载配置下的承载特性评价方法，所述第一轴承最大径向静负荷Frmax校核步骤为：步骤1、求第j个滚动体与轴承内外圈接触的总变形δj：式中，δ为无游隙时轴承内外圈相对位移；ur为轴承径向游隙；β为轴承滚动体间夹角；jβ≤90°；步骤2、针对序号0～m的滚动体，有：式中，δb为假定弹塑性变形的接触对弹性变形的大小；δji为第j个滚动体与轴承内圈(i表示内圈)接触的总变形量；δje为第j个滚动体与轴承外圈(e表示内圈)接触的总变形量；Dw为滚动体直径；Qj为第j个滚动体的载荷；lwe为有效接触长度；ρ1i、ρ2i、ρ1e、ρ2e为接触体1、2分别在主平面i、e中的主曲率；步骤3、针对序号m+1～n的滚动体，根据弹塑性材料初始屈服条件Tresca条件，有：式中，m+1≤j≤n；步骤4、将步骤3中的第j个滚动体与轴承内外圈接触的总变形δj、第j个滚动体载荷Qj替换成第b个滚动体滚动体与轴承内外圈接触的总变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴承抗高过载配置下的承载装置，其特征在于，包括：框架、舵轴、第一轴承、锁紧螺母、连接销、第二轴承、定位螺钉、滚珠丝杠组件、第三轴承；/n所述舵轴外径与第一轴承内径、第二轴承内径轴孔配合，锁紧螺母通过连接销安装于舵轴外径上，锁紧螺母两端分别与第一轴承、第二轴承端面轴向定位，定位螺钉安装于舵轴后端，并与第二轴承轴肩定位；第一轴承外径、第二轴承外径与框架通过轴孔配合、轴肩定位；滚珠丝杠组件通过第三轴承安装于框架内。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴承抗高过载配置下的承载装置，其特征在于，包括：框架、舵轴、第一轴承、锁紧螺母、连接销、第二轴承、定位螺钉、滚珠丝杠组件、第三轴承；
所述舵轴外径与第一轴承内径、第二轴承内径轴孔配合，锁紧螺母通过连接销安装于舵轴外径上，锁紧螺母两端分别与第一轴承、第二轴承端面轴向定位，定位螺钉安装于舵轴后端，并与第二轴承轴肩定位；第一轴承外径、第二轴承外径与框架通过轴孔配合、轴肩定位；滚珠丝杠组件通过第三轴承安装于框架内。


2.如权利要求1所述的一种轴承抗高过载配置下的承载装置，其特征在于，所述第一轴承类型配置为圆柱滚子轴承。


3.如权利要求1所述的一种轴承抗高过载配置下的承载装置，其特征在于，所述第二轴承类型配置为向心关节轴承。


4.如权利要求1所述的一种轴承抗高过载配置下的承载装置，其特征在于，所述第三轴承类型配置为双列满装角接触球轴承。


5.如权利要求1所述的一种轴承抗高过载配置下的承载装置，其特征在于，所述第一轴承承载特性按最大径向静负荷、额定动载荷、额定静载荷校核，第二轴承承载特性按最大径向静负荷、额定动载荷、额定静载荷校核，所述第三轴承承载特性按最大轴向静负荷、额定动载荷、额定静载荷校核；所述额定动载荷校核按GB/T6391-2010执行，额定静载荷校核按GB/T4662-2010执行。


6.如权利要求1所述的一种轴承抗高过载配置下的承载装置，其特征在于，所述第一轴承、第二轴承、第三轴承失效形式包括塑形变形失效、低周疲劳失效、弹性变形。


7.根据权利要求1～5所述的一种轴承抗高过载配置下的承载装置承载特性评价方法，其特征在于，所述第一轴承最大径向静负荷Frmax校核步骤为：
步骤1、求第j个滚动体与轴承内外圈接触的总变形δj：



式中，δ为不考虑游隙时轴承内外圈位移；ur为轴承径向游隙；β为轴承两滚动体间夹角；且jβ≤90°；
步骤2、针对序号0～m的滚动体，滚动体发生弹塑性变形，有：



式中，δb为弹塑性变形的接触中，假定弹性变形的大小；δji为第j个滚动体与轴承内圈接触的总变形量，i表示内圈；δje为第j个滚动体与轴承外圈接触的总变形量，e表示外圈；Dw为滚动体直径；Qj为第j个滚动体的载荷；lwe为有效接触长度；ρ1i、ρ2i、ρ1e、ρ2e为接触体1、2分别在主平面i、e中的主曲率；
步骤3、针对序号m+1～n的滚动体，根据弹塑性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，徐志伟，唐德佳，王厚浩，刘旭，张伟，潘强，严铖，伏宜永，杨灏，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31