减缓空间机械臂热预紧力的研究

来源：机械工程学报杂志2017年第11期北京时间：

作者：宁峰平, 姚建涛, 安静涛, 赵永生

单位：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

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-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-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7×10-6 m/℃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8×10-6 m/℃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7.6×10-6~7.7×10-6 m/℃之间时，交变温度引起的热预紧力被大幅度减缓或消除。

关键词：空间机械臂,热学特性,预紧力,轴承,交变温度；

基金资助：* 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; 20160829收到初稿，20170328收到修改稿;