[發(fā)明專利]一種密珠式回轉(zhuǎn)與往復(fù)雙自由度滾動軸系

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410469588.5
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104265779B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹忠旺;殷參;劉曉慶;莫桂冬;曾婷;王國欣;韓建超
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星制造廠
• 主分類號: F16C35/12
• 分類號: F16C35/12;F16C33/38;F16C3/02;F16C19/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種滾動軸系。

背景技術(shù)

目前，只有美國的APOLLO系列探測器及前蘇聯(lián)的LUNA系列探測器實(shí)現(xiàn)了月球樣品采集并返回地球，它們都采用了鉆取式的采樣方式。可見對于月球采樣任務(wù)來說，鉆取方式是經(jīng)過實(shí)踐證明的最為有效的手段。進(jìn)一步分析可知，無論APOLLO載人登月采樣還是LUNA無人自主采樣，都采用了回轉(zhuǎn)與沖擊復(fù)合鉆進(jìn)的方式，這樣更有利于排粉鉆進(jìn)及解決故障。

月面采樣時，鉆具2的鉆進(jìn)示意圖如圖1所示。圖中方框所示部分為傳動軸系，它由傳動主軸1及支撐軸承3組成，鉆具2通過聯(lián)軸器4與傳動軸系連接，對負(fù)載5進(jìn)行操作。通過分析可知，鉆具2的鉆進(jìn)具有以下特點(diǎn)：月面環(huán)境具有高真空、高低溫差大等特點(diǎn)，鉆具2需保證能在該環(huán)境中可靠鉆進(jìn)；為了實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)與沖擊復(fù)合鉆進(jìn)，要求鉆具2在鉆進(jìn)時具有雙向回轉(zhuǎn)與軸向直線往復(fù)雙自由度；由于負(fù)載5的不確定性及鉆具2的長懸臂結(jié)構(gòu)，鉆具2的鉆進(jìn)具有彎矩大、扭矩大等特點(diǎn)；為保證實(shí)現(xiàn)既定的科學(xué)目標(biāo)，鉆具2的鉆進(jìn)以高可靠性及高傳動效率為首要目標(biāo)，在保證上述性能的前提下實(shí)現(xiàn)盡可能高的傳動精度。由于鉆具2僅為末端執(zhí)行器，其支撐及傳動均依賴于傳動軸系，因此傳動軸系的設(shè)計是保證月面采樣任務(wù)順利完成的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的傳動軸系主要采用如下兩種設(shè)計：

(1)單層滑動支撐軸系

在APOLLO及LUNA探測器所采用的鉆進(jìn)采樣設(shè)備中，傳動軸系均采用滑動軸承進(jìn)行支撐，為了滿足使用需求它們分別采用了油潤滑和脂潤滑，前者為此配有專門的供油系統(tǒng)及密封結(jié)構(gòu)，后者雖不用供油系統(tǒng)但同樣需要密封結(jié)構(gòu)以保證潤滑脂不在高真空環(huán)境中揮發(fā)。這種滑動軸承支撐方式雖然結(jié)構(gòu)簡單，但承載能力差、可靠性低、傳動效率低，在月球取樣這種大彎矩、大扭矩應(yīng)用工況下極易發(fā)生磨損，且其所需配套提供的供油系統(tǒng)及密封結(jié)構(gòu)等也會給系統(tǒng)設(shè)計帶來很大的麻煩。

(2)嵌套式復(fù)合軸系

由于單軸承僅能實(shí)現(xiàn)單自由度支撐，為了實(shí)現(xiàn)上述回轉(zhuǎn)與往復(fù)雙自由度，可通過軸系嵌套方式來實(shí)現(xiàn)，即回轉(zhuǎn)與往復(fù)自由度各由一套軸系實(shí)現(xiàn)，兩套軸系再相互嵌套成為一個復(fù)合軸系。例如，回轉(zhuǎn)自由度可通過一對角接觸球軸承或深溝球軸承來實(shí)現(xiàn)，也可以通過一對滑動軸承實(shí)現(xiàn)；軸向往復(fù)自由度可通過直線軸承或滑動軸承實(shí)現(xiàn)；軸系嵌套時既可以回轉(zhuǎn)嵌套軸向往復(fù)也可以軸向往復(fù)嵌套回轉(zhuǎn)。若兩套軸系都采用滾動支撐，則可以實(shí)現(xiàn)純滾動的復(fù)合軸系。這種軸系嵌套的方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)既定的功能，但結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，且具有較大的體積與質(zhì)量，與航天器所追求的小型化、輕量化相矛盾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有嵌套式復(fù)合軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量重及單層滑動支撐軸系承載能力差、可靠性低、傳動效率低的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、承載能力強(qiáng)、可靠性高、傳動效率高的，采用密珠式軸承實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)與往復(fù)雙自由度滾動支撐的滾動軸系。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種密珠式回轉(zhuǎn)與往復(fù)雙自由度滾動軸系，包括傳動主軸、兩個軸承外套、兩個密珠式軸承，傳動主軸的兩端由兩個密珠式軸承共同支撐，每一個密珠式軸承的外側(cè)均配置有一個軸承外套；所述的密珠式軸承包括保持架及滾珠，整體為多珠密排結(jié)構(gòu)，保持架為具有一定厚度的圓環(huán)套構(gòu)型，所述圓環(huán)套的套壁上加工有多個通透的軸瓦形孔槽，所述軸瓦形孔槽為外開放內(nèi)收緊構(gòu)型，開放型開口部分為圓柱面，內(nèi)收緊部分為球形弧面，兩部分型面為相切關(guān)系，滾珠裝配在所述的孔槽內(nèi)，滾珠與傳動主軸的外圓柱面以及軸承外套的內(nèi)圓柱面間隙配合。

所述的軸承外套沿傳動主軸軸向的兩端面具有限位面，所述的限位面與保持架的兩個圓環(huán)形端面之間有一定的間隙，兩側(cè)間隙之和不小于傳動主軸軸向往復(fù)位移的1/2。

所述的與滾珠相配合的傳動主軸的外圓柱面以及軸承外套的內(nèi)圓柱面濺射有MoS₂固體潤滑薄膜。

所述的保持架的材料為LW-2材料。

所述的傳動主軸、軸承外套以及滾珠的材料為9Cr18材料。

所述的孔槽在保持架上采用斜向90°交叉方式均勻排布。

所述的孔槽與滾珠之間留有間隙，所述間隙以在最低溫度工作時孔槽與滾珠不發(fā)生抱死的最小間隙為最優(yōu)值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：