控制力矩陀螺轴承组件温度场分析

发布时间：2017-08-09 16:14

  本文关键词：控制力矩陀螺轴承组件温度场分析

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【摘要】：控制力矩陀螺是航天飞行器关键的姿态控制部件。随着我国空间技术的发展,要求空间飞行器具备的功能越来越多,同时对飞行器的指向精度和姿态稳定度也提出了越来越高的要求,控制力矩陀螺的研制成为当前一个重要方向。轴承组件是控制力矩陀螺的核心部件,其温度分布状态直接影响着控制力矩陀螺的工作性能、寿命和可靠性,研究轴承组件在不同工况下的温度场能够为轴承组件的优化设计提供有力依据,因此,轴承组件的温度场分析显得尤为重要。本文分别以有限元法和热流网络平衡法求解轴承组件温度场问题,在分析过程中考虑不同工况、环境温度及电机功率等因素对轴承组件温度场的影响。首先,建立轴承动力学分析模型,得到建立轴承摩擦功耗数学模型所需的力和运动参数,求解轴承主要的摩擦功耗。然后,根据控制力矩陀螺高速轴承组件的结构特点及具体工况,分析轴承组件的发热机理和传热过程,利用ANSYS Workbench稳态热分析模块,对某型号控制力矩陀螺轴承组件进行建模、分析,研究不同工况条件、环境温度和电机功率下轴承组件的温度分布和变化规律。本文得到的主要结论有:1轴承的总摩擦功耗是随着工作转速的提高和轴向载荷的增加明显增加的,径向载荷对摩擦功耗的影响不明显;2控制力矩陀螺轴承组件的最高温度出现在钢球与内滚道接触处,且轴承内滚道温度要高于外滚道温度,最低温度出现在旋转质量本体距离较远的轮缘上;3轴承工作转速、轴向载荷对温升影响较大,而径向载荷的变化对温升影响不明显;4环境温度和电机功率对轴承组件温升影响较大;5试验表明,本文使用的有限元分析法和热流网络平衡法是可靠的;6通过利用有限元分析法、热流网络法计算结果分别与试验测试的结果进行对比验证,采用ANSYS仿真分析结果要优于传统的热流网络平衡法的结果。
【关键词】：轴承组件 动力学分析 摩擦功耗 有限元 热流网络 温度分布
【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】：V448.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 研究现状10-13
• 1.2.1 研究内容现状10-12
• 1.2.2 研究方法现状12-13
• 1.3 研究内容及方法13-15
• 1.3.1 研究内容13
• 1.3.2 研究方法13-15
• 第2章 轴承组件动态特性分析15-33
• 2.1 概述15
• 2.2 轴承组件结构示意图15-16
• 2.3 轴承坐标系16-17
• 2.3.1 惯性坐标系16
• 2.3.2 钢球局部坐标系16-17
• 2.3.3 接触面坐标系17
• 2.4 轴承内部各元件间的相互作用17-24
• 2.4.1 钢球与滚道间的相互作用17-21
• 2.4.2 钢球与保持架间的相互作用21-23
• 2.4.3 保持架与引导套圈间的相互作用23-24
• 2.5 轴承的运动分析24-27
• 2.5.1 钢球的公转和自转角速度24-26
• 2.5.2 钢球相对滚道的滚动分量和自旋分量26-27
• 2.6 轴承动力学微分方程27-30
• 2.6.1 钢球动力学微分方程27-28
• 2.6.2 保持架动力学微分方程28-29
• 2.6.3 内圈动力学微分方程29-30
• 2.7 轴承仿真模型的建立及求解30-32
• 2.7.1 轴承仿真模型的建立30
• 2.7.2 轴承仿真模型的求解及后处理30-32
• 2.8 本章小结32-33
• 第3章 轴承组件功耗分析模型33-43
• 3.1 概述33
• 3.2 轴承摩擦功耗模型33-37
• 3.2.1 轴承发热功率近似计算方法33-34
• 3.2.2 轴承发热功率较精确计算方法34-37
• 3.3 电机发热损耗37-38
• 3.4 轴承功耗计算与分析38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 轴承组件温度场分析43-69
• 4.1 传热分析43-50
• 4.1.1 热传导43-45
• 4.1.2 热对流45-49
• 4.1.3 热辐射49-50
• 4.2 有限元温度场分析50-62
• 4.2.1 有限元热分析基本原理50
• 4.2.2 热分析基本假设50
• 4.2.3 有限元模型50-51
• 4.2.4 材料特性51-52
• 4.2.5 接触设置和网格划分52-53
• 4.2.6 边界条件分析53-55
• 4.2.7 求解及后处理55-56
• 4.2.8 有限元温度场计算结果56-62
• 4.3 热流网络法温度场分析62-67
• 4.3.1 热流网络原理62-63
• 4.3.2 温度节点的布置63-64
• 4.3.3 热平衡方程组的建立及求解64-65
• 4.3.4 轴承组件节点温度场计算结果65-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第5章 温度场分析试验69-75
• 5.1 试验目的及内容69
• 5.2 试验方法69-71
• 5.2.1 试验装置69-70
• 5.2.2 试验过程70-71
• 5.3 试验结果71-72
• 5.4 本章小结72-75
• 第6章 总结75-77
• 6.1 创新点76
• 6.2 工作展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间的研究成果82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 朱珍;胡鹏浩;陶壹;闻德宝;;主轴三维温度场及热变形分析[J];工具技术;2008年04期

2 虎刚;徐映霞;吴金涛;;200Nms单框架控制力矩陀螺的热平衡试验[J];空间控制技术与应用;2008年01期

3 李刚;高莉;魏大忠;武登云;;200N·m·s控制力矩陀螺用圆柱型导电环寿命试验[J];空间控制技术与应用;2012年02期

4 郑学普,周彦伟,邓四二,杨海生,孟瑾,杜辉;航空发动机主轴-轴承系统温度场分析[J];河南科技大学学报(自然科学版);2004年01期

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本文编号：646171