空间用精密导电滑环的研制

精密导电滑环是空间航天器姿态控制系统执行机构的核心部件,具有高传输精度、高可靠以及长寿命等特点.根据某航天器控制力矩陀螺用导电滑环的技术要求及环境条件,重点论述了该滑环主要关键技术,包括材料选择、可靠性与空间环境适应性设计,提出了单环双槽双刷并联四点式接触的结构,并进行了滑环加速寿命跑和试验,试验结果表明:在进行了2× 106转后滑环的各项性能指标均能满足滑环主要技术指标要求.     

精密导电滑环表面微槽车削性能

采用超精密车削精密导电滑环导电环的方法,保证了精密导电滑环绝缘环与导电环的同轴度、环间距,使绝缘微槽变形量低于0.10 mm。建立了精密导电滑环的切槽模型,利用仿真分析讨论了主轴转速、进给速率、刀具前角和切削深度对微槽变形量的影响,并对模型进行了试验验证。结果表明:滑环微槽侧面变形量随主轴转速的增大而变大,当转速达到700 r/min时,变形量达到了0.10 mm,超出了滑环的精度要求;滑环微槽变形量随机床进给速率的增大而变大,当进给速率达到1.5 mm/min时,变形量超出了滑环的精度要求;滑环微槽变形量随着前角的增大而减小;滑环微槽变形量随切削深度的增大而变大,切削深度低于0.2 mm时,滑环变形量微乎其微。     

“精密瓷基导电滑环”

一、概述导电滑环装置或称输电装置,是由滑环和电刷组成的,通过滑动接触传递两个相对旋转部件之间的电能和信号的装置。在航天、航空、航海、无线电雷达、自动控制、仪器仪表、计算器等技术领域中,广泛地应用导电滑环,它的大小可以从几毫米到几米大。几百环的滑环组件可重达上千公斤。它的工作范围也极其宽广:转速从每年几转到每分钟25000转;电压从微伏级到75千伏     

基于Archard模型的刷式密封单边磨损特性

为揭示刷式密封磨损规律,针对其结构特点构建了刷丝磨损量关于时间的一阶线性非齐次微分方程,求解得到刷丝磨损量、磨损率计算的数学模型。在此基础上数值研究了结构和工况参数对磨损量和磨损率的影响规律,并分析了结构参数对刷式密封磨损特性影响的灵敏度。结果显示:采用文中磨损计算结果进行的刷式密封考虑磨损效应的泄漏量计算结果与试验最大误差是778%,证明了计算模型的合理性。最终磨损量随刷丝直径、角度的增加而增大,刷丝高度、刷环内径对其没有影响。磨损率系数随刷丝直径、刷环内径的增加而增大,随刷丝高度、刷丝角度的增加而减小。结构参数对磨损总量影响的灵敏度由大到小依次为刷丝直径、刷丝角度、刷丝高度和刷环内径。     

精密导电滑环的关键技术及发展趋势

精密导电滑环是一种广泛应用于惯导平台、控制力矩陀螺、工业控制、视频监控、转台等的关键部件,实现功率、信号电流在两个相对旋转部件间传递.本文介绍了精密导电滑环的分类、结构及技术特点,详细论述了导电滑环的各项主要技术指标及其影响因素,重点分析了导电滑环的摩擦副接触材料、电刷成型、灌封胶工艺、导电杆加工、指标测试等关键技术及解决途径,展望了精密导电滑环的应用前景和发展趋势.     

几何参数对刷式密封泄漏和刷丝尖端力的影响

建立了一种刷式密封的切片式三维模型,利用计算流体动力学(CFD)方法,计算了刷丝所受的气流力并将其简化为较少量的一系列的集中力.基于力矩平衡和线性叠加原理,提出了气流力引起的刷丝尖端力、转矩的一种定量计算方法.1台刷式密封实验台和1只实验刷环被用于相关理论计算 的实验验证.基于上述理论计算,利用正交实验研究了刷丝长度、刷丝间隙、刷丝排数、安装角、刷丝直径和保护间隙对泄漏率、气流力、刷丝尖端力和转矩的影响.结果表明,总泄漏率及转矩的计算与实验结果基本吻合,各点误差均小于20%.刷丝直径、刷丝间隙、保护间隙及刷丝排数的对总泄漏率影响非常显著,安装角对转矩的影响非常显著.      

基于传输稳定性与可靠性的星载滑环工艺优化方法

星载滑环是航天系统的信号传输部件,随着目前航天任务对转动机构的需求越来越广泛,星载导电滑环对航天信号传输系统实现起到关键作用.因此,导电滑环的可靠性与传输稳定性决定了整个航天系统的成败.由于滑环的工作环境与测试的复杂性,导致对滑环的研究尤为困难.针对滑环的重要性能指标(即可靠性与稳定性),提出了基于滑环传输稳定性和可靠性的滑环工艺优化方法.首先,根据滑环的失效机理和运行环境特点,将磨屑量作为性能退化特征量,应用传热学、摩擦学、运动学构建滑环磨损失效模型,进而达到预测不同工况下的滑环磨损程度.同时,为了保证滑环的传输稳定性,将滑环传输稳定性的需求与磨损失效模型结合,构建基于滑环传输稳定性和可靠性的工艺优化方法,同时将提出的方法应用于实际滑环工艺优化设计,达到提升滑环性能的目的.采用所提出的方法对滑环接触载荷进行了优化,验证了方法的有效性.     

基于能量法的刷式密封刷丝颤振流固耦合研究

为了研究刷式密封刷丝颤振特性,采用能量法及双向流固耦合与动网格技术,建立了刷式密封刷丝颤振特性瞬态流固耦合求解模型,将数值模型结果与理论模型和实验结果分别进行验证;在此基础上,从非定常气动力做功角度分析刷丝的变形规律,研究了刷式密封结构参数对刷丝颤振特性的影响。结果表明:非定常气动力做功与刷丝变形运动随时间均呈振荡变化趋势;后挡板保护高度从2.1~3.6mm,刷丝长度从4.0~5.5mm以及刷丝直径从0.13~0.19mm非定常气动力做功减少,有利于抑制颤振的发生;刷丝间隙及刷丝束与后挡板轴向间隙的变化对刷丝颤振影响不大。     

空间大功率长寿命滚环电传输装置技术研究

滚环是一种新型的汇流环产品,主要用于旋转部件间的电能传输。在国内外资料调研的基础上,对空间大功率长寿命滚环电传输装置进行了理论分析、样机生产及试验验证。结果表明此种结构下的功率滚环的电性能及工作寿命较传统导电滑环均有明显提升,单环的传输能力提高了近5倍,而回路电阻仅为导电滑环的15%,并且实际电性能在低轨15年的工作寿命期间(折合工作转数约10万转)也无明显增大的趋势。因此功率滚环可作为后续空间或其他特殊场合电传输装置的研究方向。     

基于正交试验法的刷式封严泄漏特性数值研究

为了研究刷式封严的泄漏特性,针对刷环外径Do,刷环内径Di,刷丝直径d,刷丝排列角度β,刷束厚度B,后挡板保护高度HF以及上下游压差Δp,环境温度T和转子转速N等9个影响刷式封严泄漏特性的主要参数,依据正交试验原理设计了32个封严结构模型,对零间隙配合时各参数对泄漏特性的影响进行了数值研究。研究结果表明:在给定的参数范围内,上述参数对刷式封严泄漏量的影响程度有明显区别,其影响程度由主到次的顺序为:Δp→Di→Do→B→d→HF→β→T→N。根据以上正交试验结果可以推断泄漏量最小的刷式封严结构,并用数值计算证明了其泄漏量最小。     

直升机旋翼防除冰集流环设计

介绍了直升机旋翼防除冰用集流环的结构和工作原理,从电刷和导电环的选择、电刷压力的计算和弹簧的设计三个方面对集流环的设计方法进行了详细说明,并通过试验验证其合理性。所论述的集流环设计方法为直升机旋翼防除冰用集流环设计提供参考。     

外置封闭式大型三相绕线型异步电动机集电环通风系统的设计研究

重点介绍了外置封闭式大型三相绕线型异步电动机集电环、刷架通风结构的设计,冷却系统的结构设计,并指出了设计中的关键点。验证了封闭式大型三相绕线型异步电动机集电环各滑环温度均匀性、集电环理论设计与实际测试结果的吻合性。验证了封闭式集电环碳粉收集装置的实用性及改造电机局部结构的可行性。     

研究转子内流动的大尺寸轴流压气机实验装置和动态测量技术

本文在评述国外同类技术的基础上,介绍近年研制成的,以研究转子内流动为主要对象的低速大尺寸轴流压气机实验装置和动态测量技术,包括实验台、旋转四坐标全电动探针位移机构、并行多通道高速数据采集器、高频压力探针及一整套高频压力探针、热丝和激光多普勒动态测量技术,列举了典型的转子内和转子进、出口复杂流场测量结果。      

圆柱滚子中介轴承拟静力学分析

航空燃气涡轮发动机为了提高性能经常采用中介轴承.中介轴承对发动机转子系统的动力特性的影响很大,但国内外对中介轴承动力学特性的研究却很少.本文采用拟静力学法,通过分析圆柱滚子中介轴承的运动关系和受载情况,建立了相应的计算模型.本文应用所建立的模型,计算了圆柱滚子中介轴承的动力学特性,并将计算得到的滚子打滑率与试验结果进行了比较.在此基础上,进一步对内外圈反向旋转,且内圈与高压转子联接、外圈与低压转子联接的中介轴承进行了分析,研究了保持架转速、滚子自转转速以及滚子与保持架的接触力随径向载荷变化的关系.研究结果表明,随着径向载荷的增加,保持架转速、滚子自转转速以及滚子与保持架的接触力均增大.     

基于多孔介质局部非热平衡方法的刷式密封耦合传热特性

建立了刷式密封流动传热与摩擦接触的多物理场耦合分析的计算模型.推导了描述刷式密封在局部非热平衡条件下耦合传热过程的双能量方程,该方程既考虑了刷丝与气流的对流换热,同时也考虑了刷丝束内导热过程的各向异性.采用所建立的耦合计算模型数值预测了刷式密封在不同压比和转速下的温度分布.结果表明:刷式密封的摩擦热效应使刷丝与转子相接触的附近区域形成局部高温,刷丝的高温区域主要集中在围栏高度以下;泄漏气流与刷丝间强烈的对流换热使刷丝的温度分布和气流的温度分布非常相近;刷丝的最高温度随压比增大而升高,但围栏高度以下区域的平均温度随压比增大而降低;刷丝的最高温度和围栏高度以下区域的平均温度均随转速升高而升高;摩擦热效应引起的泄漏气流的温升效应使刷式密封泄漏量随转速升高而减小.      

基于ALE流固耦合方法的刷式密封泄漏特性理论与实验研究

现有刷式密封流固耦合求解模型因刷丝变形接触导致网格畸变而难以计算。本文提出了基于ALE (Arbitrary Lagrange-Euler)流固耦合方法考虑刷丝变形接触的三维瞬态双向流固耦合求解模型,设计搭建了刷式密封泄漏特性和可观测刷丝运动轨迹的实验装置。实验研究了刷式密封刷丝运动状态对泄漏特性的影响,不同压比条件下的泄漏特性变化规律,在验证刷式密封流固耦合求解模型准确性基础上,数值分析了不同时刻刷式密封速度分布与刷丝运动状态,并研究了不同结构参数对泄漏特性的影响规律。研究结果表明:基于ALE流固耦合方法解决了传统刷式密封求解模型因刷丝变形接触导致网格畸变而难以计算的问题,可准确计算刷式密封流场特性和力学特性;刷式密封刷丝吹下效应会降低泄漏量,刷丝颤振现象主要发生在气流入口处的前排刷丝域,会引起泄漏量增大,在气流力作用下,刷丝束轴向厚度变小,有利于减小泄漏量;在本文研究条件下,刷丝固定端与自由端的中间部位最先发生变形,随着时间的变化,气流速度逐渐趋于稳定,最大速度出现在末排刷丝与后挡板接触位置,刷丝自由端变形最大;刷式密封泄漏量随径向密封间隙的增大而增大,与径向密封间隙0mm时相比,径向密封间隙0.2mm时泄漏量增加了51.6%～62.8%。随着刷丝排数的增大,泄漏量逐渐减小,当刷丝排数大于25排时,其对泄漏量影响较小。随着刷丝间隙、刷丝与后挡板之间的轴向间隙、后挡板保护高度的增大,泄漏量先逐渐增大后趋于平缓。     

微动疲劳影响因素及钛合金微动疲劳行为

综述了影响材料微动疲劳 ( FF)行为的各因素及其相互联系,通过实验探讨了接触压力、位移幅度、接触几何及残余应力状态等重要因素对 Ti6Al4 V合金 FF行为的影响规律及交互作用。结果表明,钛合金 FF寿命随接触压力和位移幅度的变化均是非单调性的,原因是名义接触压力的变化改变了接触区应力分布、应力集中状况和微动位移幅,从而影响裂纹的萌生几率,而位移幅影响了疲劳和磨损因素在 FF过程中的作用主次。接触几何则通过改变接触区应力集中状况而影响裂纹萌生几率的大小。残余压应力主要抑制 FF裂纹扩展,在部分滑动条件下它对提高钛合金 FF抗力的作用更加显著。     

某液体火箭发动机涡轮泵球轴承故障机理及改进方案(已撤稿）

针对某型号液体火箭发动机涡轮泵球轴承在试验过程中出现的故障,在进行轴承故障机理分析的基础上,对轴承关键结构参数进行了改进,使用滚动轴承动力学分析软件SARB(simulation and analysis of rolling bearings)对比分析了改进前后轴承的接触应力、接触角、旋滚比、保持架打滑率和质心轨迹等性能参数,并通过试验手段验证轴承改进方案和动力学分析结果的正确性。结果表明:轴承结构参数改进后,内接触角减小,保持架打滑率由10%下降到4%,钢球旋滚比和打滑速度均降低,钢球和保持架运转稳定性均提高。      

航空电连接器力学性能和电学性能仿真

电连接器作为飞机上重要的元件,电连接器的安全工作已经是飞机安全的生命线。针对提高电连接器可靠性的要求,研究了航空电连接器的力学性能和电学性能。通过ANSYS Workbench的静力学模块对插拔应力作用下的应力应变情况进行分析,分析插拔过程得到插拔力、接触压力、簧片变形量曲线。通过COMSOL对接触界面粗糙度对接触电阻的影响进行了分析,得到接触压力与接触面状态对接触电阻影响。通过ANSYS和COMSOL结合的方法,获得接触压力与接触电阻的关系曲线。模态分析得到接触件固有频率,进而得到振幅对接触压力的影响。仿真结果表明,在插针插入的过程中,最大应力位于簧片根部截面内侧开槽处。接触件粗糙平均高度越高,粗糙斜率越小时,接触电阻越大。当振动方向和振动频率保持不变时,最小接触压力随振幅的增大而减小。     

刷式密封泄漏和传热特性影响因素的数值研究

刷式密封作为接触式密封,刷丝与转子之间的摩擦热直接影响到密封封严性能和使用寿命,为向高性能刷式密封的设计提供参考,采用数值求解基于Non-Darcian多孔介质模型的ReynoldsAveraged Navier-Stokes(RANS)和局部非热平衡能量方程并结合有限元方法,建立了考虑刷丝束与转子摩擦热效应的刷式密封泄漏和传热特性分析的数学模型。研究了运行工况转速与压比和后夹板围栏高度对刷式密封泄漏和传热特性的影响规律。结果表明:不考虑刷丝束与转子的摩擦热效应时,刷式密封的泄漏量随转速升高略微降低;考虑摩擦热时,泄漏量因转速升高而显著降低,转速为8kr/min时泄漏量降低到0转速时的69%。刷丝最高温度随转速、压比和围栏高度增大而升高,刷丝束内部温度沿径向降低速率随压比和围栏高度增大而加快。高转速工况下转子产生离心伸长使其与刷丝之间的干涉量增大而影响摩擦热效应。