一种空间精密轴承润滑油脂供给装置及其设计方法制造方法及图纸

一种空间精密轴承润滑油脂供给装置及其设计方法，属于空间微型轴承自动供油长效润滑技术领域。包括内外套筒，两套筒间存放润滑油。其中内套筒上下两端分别向外加工有环形凸台A、B，内套筒凸台A、B的外表面与外套筒的内表面紧密贴合。内套筒的环形凸台A上加工与螺纹杆配合的通孔，通孔下方设有用于放置橡胶圈的环形凹槽。通过调整过盈量、表面粗糙度及转速等因素来调整渗油速率，达到根据轴承服务时间控制润滑时间，实现控制润滑供油速率的目的。本发明专利技术能够充分利用轴承装置内部空间，提高储油量，实现精准长时间供油，且供油系统结构简单、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种空间精密轴承润滑油脂供给装置及其设计方法
本专利技术属于空间微型轴承自动供油长效润滑
，涉及一种空间精密轴承润滑油脂供给装置及其设计方法。
技术介绍
卫星等空间飞行器一般在外空间飞行工作数年，姿控飞轮系统是重要的飞行控制装置，超精密轴承是飞轮转子系统的核心部件，轴承要求摩擦功耗低、运转精度高，需要自带润滑油或者润滑脂。但是真空和半真空环境是一类特殊的工况，在这种工况下，要求轴承一次性自带润滑油工作3-7年，另外，压强下降，使润滑油蒸发量增加，因此，含油轴承保持架自带的润滑油/脂往往无法满足使用要求，需要在狭小的空间内自带润滑油/脂，并且能够实现在空天环境下连续供油，这对轴承的润滑提出了苛刻要求。现有空天环境精密轴承贮油装置大都采用多孔材料或供油绳这两种方式来为精密轴承提供润滑。多孔材料贮油润滑装置利用离心力，将多孔材料内贮存的润滑油慢慢地渗透轴承的润滑部位。但是，该装置储油量与材料强度之间存在矛盾关系，设计储油量增加就会造成设计强度降低，降低该装置的使用寿命。另外，由于该装置采用多孔材料，因此，润滑油在真空、半真空环境下蒸发损失严重；此外，由于多孔材料的毛细管力，润滑油在该装置内会有残余不能全部利用，这就造成该装置润滑油供油速率不可控且润滑油利用效率比较低。供油绳贮油润滑装置是另外一种常用的方式，油绳在一弹簧轻微压迫下与轴承内圈相邻的锥形套筒接触，这种接触产生的摩擦引起了油沿着套筒较大的一端不断迁移，在离心力作用下进入轴承，油绳从蓄油器中吸收油，借助毛细管作用，向轴承连续不断地供油，该装置受机械加工精度影响，造成供油绳供油速率较快，润滑供油速率不可控。根据液体密封理论，由于液体泄漏速率与结构表面粗糙度及过盈接触压力存在函数关系，基于此，本专利技术设计了一种新型的空间精密轴承润滑油脂供给装置。相比于目前常用的空天环境超精密轴承贮油润滑装置，本专利技术能通过调整过盈量、表面粗糙度及转速等因素来调整渗油速率，从而达到根据轴承服务时间控制润滑时间，实现控制润滑供油速率的目的。另外，由于该专利技术充分利用了轴承装置内部空间，极大地提高了储油量，相比目前常用的贮油润滑装置，储油量可多出1-2倍，实现精准长时间供油，且供油系统结构简单、可靠性高。
技术实现思路
本专利技术针对现有空天环境精密轴承润滑装置润滑油供油速率不可控及储油量低等缺点，设计了一种新型空天环境精密轴承贮油润滑装置并相应提出了设计方法，该装置采用双套筒过盈配合的方式，两套筒间存放润滑油，当整体旋转时，在离心作用下，内部的润滑油从接触配合处不断泄漏出去，对外部的轴承装置进行供油。该新型供油装置实现了供油速率可控及高储油的目的。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种空间精密轴承润滑油脂供给装置，包括内套筒1和外套筒2，两套筒间存放润滑油3，轴16设于内套筒1内。所述的内套筒1上下两端分别向外加工有环形凸台A4和环形凸台B5，凸台A4和凸台B5的外表面A6和外表面B7加工有一定的粗糙度。内套筒1和外套筒2采用过盈配合的方式装配在一起，使得内套筒1两端凸台的外表面A6和外表面B7与外套筒2的内表面8紧密贴合，形成一定的过盈量在0.001-1mm之间。内套筒1和外套筒2装配好后形成的空腔内放置润滑油3。所述的内套筒1的环形凸台A4上加工有一通孔9，通孔9由两部分组成。所述通孔9下半部分向环形凸台A4内侧加工有一环形凹槽10，环形凹槽10内放置橡胶圈11，橡胶圈11与凹槽10的内壁吻合，且橡胶圈11凸出凹槽10，即橡胶圈11直径大于环形凹槽10深度。所述通孔9上半部分加工有螺纹结构A12。所述的润滑油3由通孔9注入内套筒1和外套筒2装配好后形成的空腔内后，螺纹杆13旋入通孔9内，起到密封作用。所述的螺纹杆13由两部分组成：下半段为光滑表面14，上半段设有螺纹结构B15。所述螺纹结构B15与通孔9的螺纹结构A12相互吻合，保证螺纹杆13可以旋入通孔9中。所述螺纹杆13具有光滑表面14的部分，其外径小于螺纹结构A12的内径，但大于凹槽10内放置的橡胶圈11的内径，保证螺纹杆13旋入通孔9后，橡胶圈11受到挤压，起到密封效果。当轴16旋转时，将带动内套筒1和外套筒2一起转动，储存于内套筒1和外套筒2中的润滑油3由于惯性作用会被挤压，内套筒1两端的凸台4和凸台5的外表面A6和外表面B7与外套筒2的内表面8紧密贴合，但外表面A6和外表面B7加工有一定的粗糙度，其与外套筒2的内表面8接触的地方会形成缝隙，润滑油便会从缝隙中挤出来，进入到周围的轴承中，从而起到润滑轴承的作用。一种空间精密轴承润滑油脂供给装置的设计方法，包括以下步骤：第一步，根据装置实际所需的润滑时间确定总时间tz，给定初始储油体积V0。第二步，确定空间精密轴承润滑油脂供给装置的目标初始泄漏率qg1所述空间精密轴承润滑油脂供给装置通过离心作用使内部的润滑油3在接触处产生压力从而实现润滑油3在凸台4和凸台5的外表面A6和外表面B7与外套筒2的内表面8接触处泄漏。但是随着润滑油3的不断泄漏，其在接触处产生的压力会逐渐减小，从而导致泄漏率也会不断减小。所以泄漏率是一个随时间变化的量，其表达式为：其中，q0表示在t＝0时的一个初始泄漏率，V0表示初始的储油体积，t表示时间。从公式(1)可以看出，泄漏率随时间变化的函数只与初始泄漏率q0和初始储油体积V0有关，所以，确定初始泄漏率q0以及初始储油体积V0后就可以确定泄漏率的时间函数。在给定了储油总体积V0、使用总时间tz以及在使用时间内所希望的泄漏量比率α后，能够求出该结构的目标初始泄漏率：其中，α是泄漏比率，即泄漏的油量与总油量的比值，取值范围为0～1，在实际中一般为定值，根据实际工况确定；tz表示装置设计的工作总时间。这样就确定了结构的目标初始泄漏率qg1。第三步，根据轴承实际工况所需的润滑油供油速率qmin，计算满足此要求的最小初始泄漏率qg2；通过公式(1)可以发现，泄漏率是随着时间单调减小的，若要工作期间其泄漏率始终大于qmin，则需要在t＝tz时，满足q(tz)≥qmin，即则满足此要求的最小初始泄漏率qg2应满足下面的等式：其中，qmin表示轴承实际工况所需的润滑油供油速率。通过数值求解对公式(3)进行求解，可以得到最小初始泄漏率qg2。第四步，判断目标初始泄漏率qg1是否大于等于最小初始泄漏率qg2：如果近似满足大于或等于的条件，则该情况下的目标初始泄漏率qg1可用；如果目标初始泄漏率qg1小于最小初始泄漏率qg2很多，则要重新调整结构参数来调整总储油体积V0，并将其回代到第二步中重新计算目标初始泄漏率qg1和第三步中的最小初始泄漏率qg2，并重新比较，直到满足要求。第五步，给定初始过盈量δ0和初始均方根表面粗糙度σ0，确定空间精密轴承润滑油脂供给装置在给定参数下的理论初始泄漏率q0；1)根据空间精密轴承润滑油脂供给装置的整体尺寸参数以及给定的初始过盈量δ0，通过有限元计算得到结构接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间精密轴承润滑油脂供给装置，其特征在于，所述的供给装置包括内套筒(1)和外套筒(2)，轴(16)设于内套筒(1)内；/n所述的内套筒(1)上下两端分别向外加工有环形凸台A(4)和环形凸台B(5)，凸台A(4)和凸台B(5)的外表面A(6)和外表面B(7)加工有粗糙度；内套筒(1)和外套筒(2)采用过盈配合的方式进行装配，使得内套筒(1)两端凸台的外表面A(6)和外表面B(7)与外套筒(2)的内表面(8)紧密贴合，形成一定过盈量；内套筒(1)和外套筒(2)装配好后形成的空腔内放置润滑油(3)；/n所述的内套筒(1)的环形凸台A(4)上加工有一通孔(9)，通孔(9)由两部分组成；所述通孔(9)下半部分内侧加工一环形凹槽(10)，环形凹槽(10)内放置橡胶圈(11)，橡胶圈(11)与凹槽(10)内壁吻合，且橡胶圈(11)直径大于环形凹槽(10)深度；所述通孔(9)上半部分加工有螺纹结构A(12)；所述的润滑油(3)由通孔(9)注入内套筒(1)和外套筒(2)装配好后形成的空腔内后，螺纹杆(13)旋入通孔(9)内，起到密封作用；/n所述的螺纹杆(13)由两部分组成：下半段为光滑表面(14)，上半段设有螺纹结构B(15)；所述螺纹结构B(15)与通孔(9)的螺纹结构A(12)相互吻合，保证螺纹杆(13)可以旋入通孔(9)中；所述螺纹杆(13)具有光滑表面(14)的部分，其外径小于螺纹结构A(12)的内径，但大于凹槽(10)内放置的橡胶圈(11)的内径，保证螺纹杆(13)旋入通孔(9)后，橡胶圈(11)受到挤压，起到密封效果；/n当轴(16)旋转时，带动内套筒(1)和外套筒(2)转动，润滑油(3)从内套筒(1)与外套筒(2)接触处的缝隙中挤出，进入轴承中，起到润滑轴承的作用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种空间精密轴承润滑油脂供给装置，其特征在于，所述的供给装置包括内套筒(1)和外套筒(2)，轴(16)设于内套筒(1)内；
所述的内套筒(1)上下两端分别向外加工有环形凸台A(4)和环形凸台B(5)，凸台A(4)和凸台B(5)的外表面A(6)和外表面B(7)加工有粗糙度；内套筒(1)和外套筒(2)采用过盈配合的方式进行装配，使得内套筒(1)两端凸台的外表面A(6)和外表面B(7)与外套筒(2)的内表面(8)紧密贴合，形成一定过盈量；内套筒(1)和外套筒(2)装配好后形成的空腔内放置润滑油(3)；
所述的内套筒(1)的环形凸台A(4)上加工有一通孔(9)，通孔(9)由两部分组成；所述通孔(9)下半部分内侧加工一环形凹槽(10)，环形凹槽(10)内放置橡胶圈(11)，橡胶圈(11)与凹槽(10)内壁吻合，且橡胶圈(11)直径大于环形凹槽(10)深度；所述通孔(9)上半部分加工有螺纹结构A(12)；所述的润滑油(3)由通孔(9)注入内套筒(1)和外套筒(2)装配好后形成的空腔内后，螺纹杆(13)旋入通孔(9)内，起到密封作用；
所述的螺纹杆(13)由两部分组成：下半段为光滑表面(14)，上半段设有螺纹结构B(15)；所述螺纹结构B(15)与通孔(9)的螺纹结构A(12)相互吻合，保证螺纹杆(13)可以旋入通孔(9)中；所述螺纹杆(13)具有光滑表面(14)的部分，其外径小于螺纹结构A(12)的内径，但大于凹槽(10)内放置的橡胶圈(11)的内径，保证螺纹杆(13)旋入通孔(9)后，橡胶圈(11)受到挤压，起到密封效果；
当轴(16)旋转时，带动内套筒(1)和外套筒(2)转动，润滑油(3)从内套筒(1)与外套筒(2)接触处的缝隙中挤出，进入轴承中，起到润滑轴承的作用。


2.根据权利要求1所述的一种空间精密轴承润滑油脂供给装置，其特征在于，所述内套筒(1)与外套筒紧密贴合处的过盈量为0.001-1mm。


3.一种权利要求1或2所述的空间精密轴承润滑油脂供给装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，根据装置实际所需的润滑时间确定总时间tz，给定初始储油体积V0；
第二步，确定空间精密轴承润滑油脂供给装置的目标初始泄漏率qg1
供给装置通过离心作用使内部润滑油(3)在接触处产生压力，润滑油(3)从凸台4和凸台5与外套筒(2)的接触处泄漏；随润滑油(3)不断泄漏，其在接触处产生的压力逐渐减小，导致泄漏率不断减小，泄漏率其表达式为：



其中，q0表示在t＝0时的一个初始泄漏率，V0表示初始的储油体积，t表示时间；
在给定储油总体积V0、使用总时间tz以及在使用时间内所希望的泄漏量比率α后，能够求出该结构的目标初始泄漏率：


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【专利技术属性】
技术研发人员：吴成伟，马建立，刘玉浩，武洪凯，张伟，马国军，韩啸，吕永涛，夏阳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21