一种航天轴承固定装置及方法

本发明具体涉及一种航天轴承固定装置及方法。

背景技术：

1、在航天卫星各类载荷中，难以避免使用大量各种类型的运动机构；而运动机构较为通用的方案中多数会使用到轴承，但是轴承的固定，对航天轴系结构的精度、预紧力、摩擦力矩、环境适应性以及在轨可靠性均有很大的影响。

2、随着航天技术的发展，要求运动机构越来越紧凑，而航天轴系结构的固定受限于运动机构的空间限制，其不能通过端盖固定，只能通过螺母、卡簧等固定。卡簧的可靠度又远远低于螺母固定的可靠度。

3、常规的航天轴系结构，包括转轴、轴承座、外隔圈、内隔圈、轴承、轴承锁紧螺母以及轴承端盖。其中外隔圈、内隔圈会因为其厚度不同对轴承进行预紧，也可直接通过轴承自身内圈与外圈控制。轴承锁紧螺母和轴承端盖分别用于固定轴承的内圈和外圈，限制其轴向窜动。轴承端盖也可以用类似结构的轴承锁紧螺母替代。常规装配中，对轴承锁紧螺母利用开口扭矩扳手固定，一般根据装配人员的手感以及轴系的运转顺畅度，判断轴承锁紧螺母是否拧紧到位。此种方法使得轴承的装配过程不受控，装配结果的优劣完全取决于是否有足够经验的操作人员，且会使得航天轴系结构的一致性不能保证，加大了装配风险与在轨风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有航天轴系结构在装配过程中不受控，导致运动机构的一致性不能保证，存在装配风险与在轨风险的技术问题，而提供了一种航天轴承固定装置及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种航天轴承固定装置，用于将轴承安装于转轴上；其特殊之处在于：包括外隔圈、内隔圈、轴承锁紧螺母、接口件、扭矩扳手、角度刻度盘以及角度指针；

4、转轴一端的外壁上设置有定位台阶，定位台阶用于设置轴承并限位；

5、外隔圈、内隔圈由外至内依次同轴套设于转轴上，且位于两个轴承之间；

6、轴承锁紧螺母套设在转轴另一端，接口件一端固定套设在轴承锁紧螺母的外侧，轴承锁紧螺母用于将轴承、外隔圈以及内隔圈压紧；

7、扭矩扳手上设置有棘爪头、力矩刻度和力矩调节旋钮；棘爪头的外侧壁与接口件另一端内侧壁相适配；

8、力矩刻度用于显示轴承锁紧螺母的拧紧力矩；力矩调节旋钮用于调节力矩刻度；

9、角度刻度盘可旋转套设于扭矩扳手的套筒上；

10、角度指针的一端与棘爪头的外壁固连，另一端用于指示轴承锁紧螺母的旋转角度，且角度指针的位置与角度刻度盘上的刻度相对应。

11、进一步地，所述接口件包括依次同轴连接的第一接口件与第二接口件以及用于连接第一接口件、第二接口件的连接环板；第一接口件内设置有与轴承锁紧螺母的外侧壁相适配的内孔，第一接口件通过内孔与轴承锁紧螺母外侧连接；第二接口件内设置有与棘爪头相适配的矩形孔，第二接口件通过矩形孔与棘爪头连接；角度刻度盘可旋转设置于第二接口件外壁上，角度指针的一端与第二接口件固连。

12、进一步地，所述还包括钢珠；

13、角度刻度盘的内圈设置有与钢珠相适配的第一球形凹槽；套筒的外圆周上设置有与钢珠相适配的第二球形凹槽；钢珠设置于第一球形凹槽与第二球形凹槽中，用于带动角度刻度盘沿套筒的外圆周转动；

14、或者，还包括转动轴承；转动轴承外圈与角度刻度盘的内圈固连，转动轴承内圈与套筒的外圆周固连；转动轴承用于带动角度刻度盘沿套筒的外圆周转动。

15、进一步地，还包括轴承座与防松胶；轴承座同轴套设于转轴外侧；轴承座的内径大于第一接口件的外径；轴承、外隔圈与内隔圈均位于轴承座与转轴之间；防松胶涂覆于轴承锁紧螺母与转轴之间。

16、进一步地，还包括轴承端盖；轴承端盖套设于转轴一端，且与轴承座连接；轴承端盖的内径大于等于轴承的外圈内径。

17、本发明还提供了一种航天轴承固定方法，基于上述航天轴承固定装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：

18、1】确定航天轴承固定装置的推荐拧紧力矩m1；

19、2】计算轴承锁紧螺母的第一拧紧力矩m2；

20、3】比较推荐拧紧力矩m1和第一拧紧力矩m2；

21、若m1＞m2，则轴承锁紧螺母的第二拧紧力矩m＝m2；否则，轴承锁紧螺母的第二拧紧力矩m＝m1；

22、4】计算轴承锁紧螺母的旋转角度θ；

23、5】利用力矩调节旋钮调整力矩刻度，使得力矩刻度值与轴承锁紧螺母的第二拧紧力矩m值一致；

24、6】利用扭矩扳手通过接口件旋转轴承锁紧螺母，使得角度指针在角度刻度盘上的旋转角度相对值等于轴承锁紧螺母的旋转角度θ时，或达到轴承锁紧螺母的第二拧紧力矩m值扭矩扳手发出咔哒声时，完成航天轴承固定。

25、进一步地，步骤2】具体为：

26、2.1、计算轴承的许用变形δl：

27、δl＝k3×dw

28、式中，k3为许用变形的比例系数，dw为轴承的钢球直径；

29、2.2、确定轴承的许用变形δl对应的最大轴向载荷f；

30、2.3、计算轴承锁紧螺母的第一拧紧力矩m2：

31、

32、式中：d为轴承锁紧螺母的公称直径；k1为与轴承锁紧螺母和转轴材料本身、粗糙度、润滑状态有关的系数；k2为与防松胶的类型、状态、用量相关的系数。

33、进一步地，步骤4】具体为：

34、根据轴承锁紧螺母的螺距p，通过下式计算轴承锁紧螺母的旋转角度θ：

35、

36、式中，k4为轴承锁紧螺母的压紧量。

37、进一步地，步骤5】还包括：

38、调整角度刻度盘，使角度指针与角度刻度盘上的0度位置对齐；

39、步骤2.2中，轴承许用变形δl对应的最大轴向载荷f采用有限元分析确定。

40、进一步地，还包括步骤7】：

41、拆掉第一接口件，在轴承锁紧螺母与转轴外围涂抹标识胶，用于辅助固定轴承锁紧螺母与转轴。

42、本发明的有益效果：

43、1、本发明一种航天轴承固定装置，通过轴承锁紧螺母、接口件、扭矩扳手、角度刻度盘以及角度指针，使得航天轴系的装配过程受控，不会受操作人员、操作工具、材料特性的不同影响而导致装配过程不受控制，提高了航天轴系的可靠性。

44、2、本发明一种航天轴承固定装置，利用扭矩扳手与角度刻度盘以及角度指针配合，实现角度控制和力矩控制，同时解决了限制旋转角度和限制力矩值的问题。

45、3、本发明一种航天轴承固定方法，优化了轴承固定工艺，量化了轴承固定数值，其中轴承锁紧螺母的固定采用了多参数结合的方法，且进行了角度和力矩的量化，使得装配过程可控，避免因控制单一参数操作或者不进行数值量化控制，使得过程不可控。

46、4、本发明一种航天轴承固定方法，确定了轴承锁紧螺母的工艺路线，可根据实际情况对角度和力矩进行调整，使得该方法具有普适性。

技术特征：

1.一种航天轴承固定装置，用于将轴承(5)安装于转轴(1)上；其特征在于：包括外隔圈(3)、内隔圈(4)、轴承锁紧螺母(6)、接口件(8)、扭矩扳手、角度刻度盘(10)以及角度指针(13)；

2.根据权利要求1所述一种航天轴承固定装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述一种航天轴承固定装置，其特征在于：

4.根据权利要求3所述一种航天轴承固定装置，其特征在于：

5.根据权利要求4所述一种航天轴承固定装置，其特征在于：

6.一种航天轴承固定方法，基于权利要求1至5任一所述一种航天轴承固定装置，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述一种航天轴承固定方法，其特征在于，步骤2】具体为：

8.根据权利要求7所述一种航天轴承固定方法，其特征在于，步骤4】具体为：

9.根据权利要求6至8任一所述一种航天轴承固定方法，其特征在于，步骤5】还包括：

10.根据权利要求9所述一种航天轴承固定方法，其特征在于，还包括步骤7】：

技术总结
本发明具体涉及一种航天轴承固定装置及方法，解决现有航天轴系结构在装配过程中不受控，导致运动机构的一致性不能保证，存在装配风险与在轨风险的技术问题。本发明一种航天轴承固定装置，包括外隔圈、内隔圈、轴承锁紧螺母、接口件、扭矩扳手、角度刻度盘以及角度指针；转轴上设有定位台阶，用于设置轴承并限位；轴承锁紧螺母用于将轴承、外隔圈以及内隔圈压紧；角度指针用于指示轴承锁紧螺母的旋转角度，且角度指针的位置与角度刻度盘相对应。本发明方法，优化了轴承固定工艺，量化了轴承固定数值，其中轴承锁紧螺母的固定采用了多参数结合的方法，且进行了角度和力矩的量化，使得装配过程可控。

技术研发人员：郝雄波,张昕,李思远,杨宾宏,杨星瑶,柯善良,汝静
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5