空间转动部件长寿命边界润滑关键技术研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanrang
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目前,随着空间技术的不断发展,航天器在轨工作寿命要求越来越高,而其转动部件的工作寿命是影响航天器长期在轨可靠运行的关键。随着载人登月和火星探测等深空探测的兴起,航天器转动部件所处的环境条件将更加苛刻,空间润滑剂的合理选用和转动部件的长寿命润滑设计相互影响,二者对转动部件的在轨长寿命运行至关重要。本文以边界润滑状态下的空间转动部件在轨长寿命可靠运行为研究目标,对影响空间转动部件工作寿命的长寿命边界润滑技术进行研究,包括固体润滑、液体润滑、固液复合润滑技术研究及其在空间转动部件上的潜在应用等问题。论文的主要工作和创新点如下:(1)对RP4751、RP4752和RIPP4758三种空间液体润滑剂在真空环境下的边界润滑特性进行研究,分析其在边界润滑条件下的润滑寿命、往复滑动摩擦特性及其影响因素,最终为空间转动部件的长寿命润滑评价提供量化数据。试验结果表明,RP4751液体润滑剂的平均润滑寿命最长,为3078.6 n/μg;RIPP4758次之,为1936 n/μg;RP4752液体润滑剂的平均润滑寿命为1077.7 n/μg;参考油样815Z液体润滑剂的平均润滑寿命为291.75 n/μg。摩擦副间接触应力越大,液体润滑剂的润滑寿命越短。SEM和EDS分析结果表明,三种液体润滑剂润滑钢球的磨斑区域有化学反应膜存在。研究采用的液体润滑剂边界润滑性能评定方法可用于其它空间液体润滑剂的性能评定。(2)对Mo S2/815Z、Mo S2/RP4751和Mo S2/RIPP4758三种固液复合润滑体系润滑特性进行了研究。其中,Mo S2/815Z和Mo S2/RIPP4758两种复合润滑体系中的固、液润滑剂间选择性结合,在摩擦过程中能够很好的结合固、液润滑剂各自优势,有利于对偶转移膜和边界润滑膜的形成,使Mo S2/815Z和Mo S2/RIPP4758复合润滑体系中Mo S2薄膜的磨屑发挥了重要的二次润滑作用,有效提高摩擦表面的承载能力,对复合润滑体系稳定的润滑性能和良好的耐磨性能具有重要作用。Mo S2薄膜与RP4751液体润滑剂复合后不能很好的结合固、液润滑剂各自的优势,在摩擦过程中不易形成有效的对偶转移膜和边界润滑膜,使薄膜在较短的时间内大量消耗并使摩擦表面处于乏油状态,最终导致Mo S2/RP4751复合润滑体系摩擦系数快速升高和润滑失效。(3)对处于边界润滑状态的红外地球敏感器扫描电机进行了长寿命润滑技术分析。重点分析扫描电机轴承润滑状态、液体润滑剂供油机理、挥发性分析与防护措施,给出滚动轴承TCP表面处理工艺参数。分析转速对轴承摩擦力矩的影响,对扫描电机进行了力矩裕度复核,并对电机轴承供油能力进行了评估。评估结果表明,轴承保持架与储油器相结合的供油方式可以满足扫描电机在轨工作8年的寿命需求。(4)以红外地球敏感器扫描电机为研究对象,通过对采用RIPP4854、RP4751、RP4752和RIPP4758液体润滑剂润滑的多台扫描电机进行了1:1地面可靠性寿命试验,验证不同空间液体润滑剂润滑的扫描电机长寿命运行可靠性。结果表明,RIPP4854、RP4751、RP4752和RIPP4758液体润滑剂均可较好的满足扫描电机长寿命润滑需求,润滑效果良好。扫描电机可靠性寿命试验结果可为其它处于边界润滑工况下的空间转动部件长寿命润滑设计、验证及液体润滑剂选用提供试验依据参考。(5)为验证空间固体润滑微小轴承能否满足面阵红外地球敏感器标定组件使用寿命需求,开展了真空环境下Mo S2固体润滑标定组件在往复摆动工况下的可靠性寿命试验研究。在地面可靠性寿命试验中,两套标定组件共做了5.38×105次循环摆动,结果表明,标定组件能够满足红外地球敏感器10年以上在轨寿命要求,达到了预期试验目的。标定组件可靠性寿命试验方法及结果可为其它采用固体润滑空间转动部件的微小轴承选用提供试验参考依据。
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