本文關鍵詞：控制力矩陀螺軸承組件溫度場分析

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【摘要】：控制力矩陀螺是航天飛行器關鍵的姿態(tài)控制部件。隨著我國空間技術的發(fā)展,要求空間飛行器具備的功能越來越多,同時對飛行器的指向精度和姿態(tài)穩(wěn)定度也提出了越來越高的要求,控制力矩陀螺的研制成為當前一個重要方向。軸承組件是控制力矩陀螺的核心部件,其溫度分布狀態(tài)直接影響著控制力矩陀螺的工作性能、壽命和可靠性,研究軸承組件在不同工況下的溫度場能夠為軸承組件的優(yōu)化設計提供有力依據(jù),因此,軸承組件的溫度場分析顯得尤為重要。本文分別以有限元法和熱流網(wǎng)絡平衡法求解軸承組件溫度場問題,在分析過程中考慮不同工況、環(huán)境溫度及電機功率等因素對軸承組件溫度場的影響。首先,建立軸承動力學分析模型,得到建立軸承摩擦功耗數(shù)學模型所需的力和運動參數(shù),求解軸承主要的摩擦功耗。然后,根據(jù)控制力矩陀螺高速軸承組件的結構特點及具體工況,分析軸承組件的發(fā)熱機理和傳熱過程,利用ANSYS Workbench穩(wěn)態(tài)熱分析模塊,對某型號控制力矩陀螺軸承組件進行建模、分析,研究不同工況條件、環(huán)境溫度和電機功率下軸承組件的溫度分布和變化規(guī)律。本文得到的主要結論有:1軸承的總摩擦功耗是隨著工作轉速的提高和軸向載荷的增加明顯增加的,徑向載荷對摩擦功耗的影響不明顯;2控制力矩陀螺軸承組件的最高溫度出現(xiàn)在鋼球與內(nèi)滾道接觸處,且軸承內(nèi)滾道溫度要高于外滾道溫度,最低溫度出現(xiàn)在旋轉質(zhì)量本體距離較遠的輪緣上;3軸承工作轉速、軸向載荷對溫升影響較大,而徑向載荷的變化對溫升影響不明顯;4環(huán)境溫度和電機功率對軸承組件溫升影響較大;5試驗表明,本文使用的有限元分析法和熱流網(wǎng)絡平衡法是可靠的;6通過利用有限元分析法、熱流網(wǎng)絡法計算結果分別與試驗測試的結果進行對比驗證,采用ANSYS仿真分析結果要優(yōu)于傳統(tǒng)的熱流網(wǎng)絡平衡法的結果。
【關鍵詞】：軸承組件 動力學分析 摩擦功耗 有限元 熱流網(wǎng)絡 溫度分布
【學位授予單位】：河南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 研究內(nèi)容現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 研究方法現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究內(nèi)容及方法13-15
• 1.3.1 研究內(nèi)容13
• 1.3.2 研究方法13-15
• 第2章 軸承組件動態(tài)特性分析15-33
• 2.1 概述15
• 2.2 軸承組件結構示意圖15-16
• 2.3 軸承坐標系16-17
• 2.3.1 慣性坐標系16
• 2.3.2 鋼球局部坐標系16-17
• 2.3.3 接觸面坐標系17
• 2.4 軸承內(nèi)部各元件間的相互作用17-24
• 2.4.1 鋼球與滾道間的相互作用17-21
• 2.4.2 鋼球與保持架間的相互作用21-23
• 2.4.3 保持架與引導套圈間的相互作用23-24
• 2.5 軸承的運動分析24-27
• 2.5.1 鋼球的公轉和自轉角速度24-26
• 2.5.2 鋼球相對滾道的滾動分量和自旋分量26-27
• 2.6 軸承動力學微分方程27-30
• 2.6.1 鋼球動力學微分方程27-28
• 2.6.2 保持架動力學微分方程28-29
• 2.6.3 內(nèi)圈動力學微分方程29-30
• 2.7 軸承仿真模型的建立及求解30-32
• 2.7.1 軸承仿真模型的建立30
• 2.7.2 軸承仿真模型的求解及后處理30-32
• 2.8 本章小結32-33
• 第3章 軸承組件功耗分析模型33-43
• 3.1 概述33
• 3.2 軸承摩擦功耗模型33-37
• 3.2.1 軸承發(fā)熱功率近似計算方法33-34
• 3.2.2 軸承發(fā)熱功率較精確計算方法34-37
• 3.3 電機發(fā)熱損耗37-38
• 3.4 軸承功耗計算與分析38-42
• 3.5 本章小結42-43
• 第4章 軸承組件溫度場分析43-69
• 4.1 傳熱分析43-50
• 4.1.1 熱傳導43-45
• 4.1.2 熱對流45-49
• 4.1.3 熱輻射49-50
• 4.2 有限元溫度場分析50-62
• 4.2.1 有限元熱分析基本原理50
• 4.2.2 熱分析基本假設50
• 4.2.3 有限元模型50-51
• 4.2.4 材料特性51-52
• 4.2.5 接觸設置和網(wǎng)格劃分52-53
• 4.2.6 邊界條件分析53-55
• 4.2.7 求解及后處理55-56
• 4.2.8 有限元溫度場計算結果56-62
• 4.3 熱流網(wǎng)絡法溫度場分析62-67
• 4.3.1 熱流網(wǎng)絡原理62-63
• 4.3.2 溫度節(jié)點的布置63-64
• 4.3.3 熱平衡方程組的建立及求解64-65
• 4.3.4 軸承組件節(jié)點溫度場計算結果65-67
• 4.4 本章小結67-69
• 第5章 溫度場分析試驗69-75
• 5.1 試驗目的及內(nèi)容69
• 5.2 試驗方法69-71
• 5.2.1 試驗裝置69-70
• 5.2.2 試驗過程70-71
• 5.3 試驗結果71-72
• 5.4 本章小結72-75
• 第6章 總結75-77
• 6.1 創(chuàng)新點76
• 6.2 工作展望76-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-82
• 攻讀學位期間的研究成果82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 朱珍;胡鵬浩;陶壹;聞德寶;;主軸三維溫度場及熱變形分析[J];工具技術;2008年04期

2 虎剛;徐映霞;吳金濤;;200Nms單框架控制力矩陀螺的熱平衡試驗[J];空間控制技術與應用;2008年01期

3 李剛;高莉;魏大忠;武登云;;200N·m·s控制力矩陀螺用圓柱型導電環(huán)壽命試驗[J];空間控制技術與應用;2012年02期

4 鄭學普,周彥偉,鄧四二,楊海生,孟瑾,杜輝;航空發(fā)動機主軸-軸承系統(tǒng)溫度場分析[J];河南科技大學學報(自然科學版);2004年01期

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本文編號：646171