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减缓空间机械臂热预紧力的研究
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:V232[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程;航空宇航科学技术] TH133[机械工程—机械制造及自动化]
  • 作者机构:[1]中北大学机械与动力工程学院,太原030051, [2]燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛066004, [3]燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室,秦皇岛066004
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(973计划,2013CB733000)和中北大学校基金(XJJ2016003)资助项目.
中文摘要:

通过研究隔套材料热学特性对空间机械臂热预紧力的影响,为空间机械臂热预紧力建模和解决交变温度可能诱发的失效提供理论指导。以空间机械臂中的主轴一轴承系统为研究对象,构建空间机械臂热预紧力预测模型,提出一种选取最佳隔套材料来减缓或消除空间机械臂热预紧力的方法。在不改变主轴一轴承系统结构的基础上,基于变形协调关系,依据隔套材料热学特性对热预紧力的影响规律,研究不同热膨胀系数的隔套对空间机械臂热预紧力的减缓效果。研究结果表明:施加于轴承上的轴向力增加,经轴承配合处摩擦力截留之后,预紧力依然增加;交变温度升高,航天轴承上的预紧力增加但内圈过盈量降低,与此同时分析了空间机械臂潜在失效模式。进一步研究发现:当热膨胀系数小于7×10^-6m/℃时,热膨胀系数增加,热预紧力随交变温度的变化率减小;当热膨胀系数大于8×10^-6m/℃时,热膨胀系数增加,热预紧力随交变温度的变化率增大。隔套材料热膨胀系数在7.6×10^-6~7.7×10^-6m/℃之间时,交变温度引起的热预紧力被大幅度减缓或消除。

英文摘要:

By investigating the influence of thermal expansion coefficient of spacer on the thermal preload of space manipulator, the theoretical guidance is provided to establish the model of the thermal preload on space manipulator and the failure that caused by alternating temperature. By taking the shaft-bearing system in space manipulator as a research object, the prediction model of thermal preload on space manipulator is established. In addition, a method that can mitigate or eliminate the thermal preload on space manipulator by choosing the best material for the spacer is proposed. Based on the changeless structure of shaft-bearing system and the compatibility deformation and the influence law of thermal characteristic of spacer material on thermal preload of space manipulator, the mitigating effect is investigated to show the effect of different spacer material on the thermal preload of space manipulator. The result indicates that, the preload increases after the interception by the friction at the bearing fit when the axial force acted on the bearing increases; if the alternating temperature increases, the hearing preload will increase and the magnitude interference of inner ring will decrease. Beyond that, the possible failure modes are analyzed as well. Furthermore, the influence results are obtained by using different thermal expansion coefficient. When the thermal expansion coefficient is less than 7×10^-6m/℃ the change rate of thermal preload decreases with alternating temperature, and the thermal expansion coefficient increases; when the thermal expansion coefficient is more than 8×10^-6m/℃, the change rate of thermal preload increases with alternating temperature; if the thermal expansion coefficient is between 7.6×10^-6m/℃ and 7.7×10^-6m/℃, the thermal preload stimulated by alternating temperature will be mitigated sharply or eliminated.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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