專(zhuān)利名稱(chēng)：一種空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間摩擦學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空間姿控飛輪用電機(jī)支撐軸承潤(rùn)滑系 統(tǒng)，特別涉及一種軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星的發(fā)展要求姿態(tài)控制系統(tǒng)具有高精度和長(zhǎng)壽命并提供精確的控制力矩，在影 響衛(wèi)星可靠性及長(zhǎng)壽命的眾多因素中，姿控飛輪用電機(jī)支撐部件——軸承的長(zhǎng)壽命潤(rùn)滑及 其可靠性問(wèn)題是關(guān)鍵因素。軸承失效形式主要是潤(rùn)滑系統(tǒng)的失效，特別是飛輪在工作過(guò)程中一次性所攜帶的 潤(rùn)滑油通過(guò)油蒸氣的遷移而損失，而在空間真空、失重環(huán)境下，潤(rùn)滑油通過(guò)蒸氣揮發(fā)表現(xiàn)更 為明顯，當(dāng)損失達(dá)到一定程度時(shí)即造成軸承的 乏油，同時(shí)使軸承工作摩擦力矩增加且不穩(wěn) 定、摩擦溫升增大，進(jìn)而加劇軸承的磨損，致使軸承不能正常運(yùn)行。所以對(duì)于要求高可靠性、 低摩擦力矩的飛輪軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其潤(rùn)滑劑的供給及其控制則成為其關(guān)鍵問(wèn)題?？臻g條件下姿態(tài)控制飛輪工作期間要求軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)保證軸承在良好的潤(rùn)滑狀 態(tài)下運(yùn)行，即運(yùn)動(dòng)部件之間有一定量的油以形成潤(rùn)滑油膜以保證軸承的彈流潤(rùn)滑，并且油 量供給可控，即要防止供油過(guò)量，又要避免乏油。當(dāng)前，姿態(tài)控制飛輪軸承的潤(rùn)滑性能主要 是由多孔含油保持架和輔助供油器來(lái)保證，軸承保持架和輔助供油器均采用多孔材料(如 多孔酚醛膠木材料和多孔聚酰亞胺材料)制作。由于保持器材料和潤(rùn)滑油材料的熱膨脹系 數(shù)(即體脹系數(shù))不同，所以飛輪工作時(shí)多孔材料因摩擦生熱而產(chǎn)生的溫升使保持器內(nèi)的 潤(rùn)滑油受到熱脹壓力作用而溢出到保持架表面，并隨滾動(dòng)體轉(zhuǎn)移到軸承運(yùn)轉(zhuǎn)面上，形成潤(rùn) 滑油膜。由于空間條件下潤(rùn)滑油揮發(fā)損失及多孔材料供油能力的缺失，儲(chǔ)油器將不具有向 軸承保持架供油的能力，導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑油處于乏油狀態(tài)，導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑油處于乏油狀態(tài)，導(dǎo) 致軸承潤(rùn)滑最終失效。姿態(tài)控制飛輪的供油機(jī)理主要是利用多孔材料和潤(rùn)滑油因溫升而表現(xiàn)的熱膨脹 性能的差異而工作，軸承初始工作時(shí)，軸承含油保持架向滾道上轉(zhuǎn)移的潤(rùn)滑油完全可以滿 足潤(rùn)滑要求，但儲(chǔ)油器供油的被動(dòng)性導(dǎo)致儲(chǔ)油器連續(xù)向軸承供油，此時(shí)軸承處于過(guò)潤(rùn)滑狀 態(tài)，增加了飛輪功耗，降低了飛輪的控制精度；保持器的供油率與其自身的含油率及溫升有 關(guān)，而目前應(yīng)用的聚酰亞胺材料保持器的含油率僅為14%左右，并且隨著油的溢出，當(dāng)含油 率降至9%時(shí)便不能克服油膜衰減而保證油膜潤(rùn)滑。另一方面，多孔材料的低含油率和較低 可用率都限制了其供油能力，若要提高油只能采取增大儲(chǔ)油器的體積，但空間設(shè)計(jì)的要求 又決定了儲(chǔ)油器的體積不能太大，且若增大儲(chǔ)油器的體積和重量，飛輪體積和重量也相應(yīng) 的增加了，無(wú)疑將增加成本。由上述分析可以看出，當(dāng)前姿態(tài)控制飛輪采用的多孔材料儲(chǔ)油 及被動(dòng)供油裝置并不能滿足當(dāng)前衛(wèi)星長(zhǎng)壽命、高可靠性要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中供油裝置體積大、供油能力弱、不能進(jìn)行主動(dòng)控制以及壽命不長(zhǎng)等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有強(qiáng)供油能力及主動(dòng)控制功能的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供
油一體化裝置。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下一種空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，包括儲(chǔ)油器、楔形導(dǎo)引槽和引流柱， 儲(chǔ)油器包括蓋板和下儲(chǔ)油腔體，蓋板和下儲(chǔ)油腔體通過(guò)機(jī)械方式或粘膠劑粘接方式連接； 下儲(chǔ)油腔體的側(cè)壁設(shè)有4 8個(gè)徑向安裝孔，在與安裝孔垂直的下儲(chǔ)油腔體外表面設(shè)有與 安裝孔數(shù)量相同的引流孔，蓋板在與引流孔對(duì)應(yīng)垂直位置處設(shè)有數(shù)量和尺寸與引流孔相等 的圓形孔；楔形引導(dǎo)槽采用過(guò)盈或粘接的方式安裝在安裝孔中，引流柱采用過(guò)盈或粘接的 方式分別安裝在引流孔和圓形孔中。本發(fā)明的有益效果是利用微機(jī)械工藝(MEMS)制作的楔形導(dǎo)引槽在微米尺度上 對(duì)液體所呈現(xiàn)出摩擦阻性和粘滯阻性以及通過(guò)調(diào)節(jié)飛輪轉(zhuǎn)速以控制潤(rùn)滑油所受的離心力 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)滑油的補(bǔ)給進(jìn)行主動(dòng)控制；同時(shí)采用多孔材料制作的引流柱對(duì)軸承潤(rùn)滑油的流 動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)引，避免引流槽中的潤(rùn)滑油的散失，使之有效地進(jìn)入軸承溝道實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑；相同尺寸 的金屬材料的儲(chǔ)油器攜帶的潤(rùn)滑油比常規(guī)多孔材料儲(chǔ)油器多幾倍，且所攜帶潤(rùn)滑油的使用 率接近100%，遠(yuǎn)高于常規(guī)多孔材料儲(chǔ)油器10%的使用率，可實(shí)現(xiàn)軸承的更長(zhǎng)潤(rùn)滑壽命；該 裝置具有精確、可控以及長(zhǎng)效的優(yōu)點(diǎn)，有效延長(zhǎng)了姿態(tài)控制用飛輪的使用壽命和可靠性。


圖1為本發(fā)明空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明儲(chǔ)油器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明楔形導(dǎo)引槽的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本發(fā)明引流柱的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、儲(chǔ)油器，11、蓋板，111、圓形孔，12、下儲(chǔ)油腔體，121、安裝孔，122、引流孔，
2、楔形引導(dǎo)槽，21、上蓋，211、第一楔形槽，22、下蓋，221、第二楔形槽，3、引流柱。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1至圖4所示，本發(fā)明空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置包括儲(chǔ)油器1、 楔形導(dǎo)引槽2和引流柱3 ；儲(chǔ)油器1用于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，儲(chǔ)油器1的下儲(chǔ)油腔體12的側(cè)壁加 工4 8個(gè)徑向安裝孔121，楔形導(dǎo)引槽2采用過(guò)盈或粘接的方式安裝在安裝孔121中；楔 形導(dǎo)引槽2在供油時(shí)引導(dǎo)潤(rùn)滑油向引流柱3供油，楔形導(dǎo)引槽2由上蓋21和下蓋22構(gòu)成， 在上蓋21和下蓋22的中間部位有第一楔形槽211和第二楔形槽221，上蓋21和下蓋22連 接成楔形引導(dǎo)槽2，楔形導(dǎo)引槽2中間的第一楔形槽211和第二楔形槽221形成了潤(rùn)滑油的 供給通道同時(shí)提供摩擦阻力和粘滯阻力；引流柱3采用過(guò)盈或粘接的方式分別安裝在引流 孔122和圓形孔111中，供油時(shí)潤(rùn)滑油通過(guò)引流柱3向軸承微量供油，避免了供油時(shí)對(duì)軸承 運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，保證了供油時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)軸承具有良好的動(dòng)力學(xué)特性。如圖2所示，儲(chǔ)油器1采用金屬材料，包括蓋板11和下儲(chǔ)油腔體12 ；安裝孔121在 下儲(chǔ)油腔體12的周向均勻分布，其截面形狀為矩形，尺寸與楔形導(dǎo)引槽2的尺寸配合；同時(shí) 下儲(chǔ)油腔體12在與安裝孔121垂直的外表面加工有圓柱形的引流孔122，引流孔122的數(shù)量與安裝孔121的數(shù)量相等，引流孔122的尺寸與引流柱3的尺寸配合。將蓋板11和下儲(chǔ)油腔體12用機(jī)械方式(如過(guò)盈壓入、螺釘堅(jiān)固等)或粘膠劑粘接在一起，然后蓋板11在與 引流孔122對(duì)應(yīng)垂直位置處加工數(shù)量和尺寸與引流孔122相等的圓形孔111。如圖3所示，楔形導(dǎo)引槽2包括上蓋21和下蓋22，上蓋21和下蓋22結(jié)構(gòu)相同，均 采用硅、二氧化硅或聚硅氧烷材料制成，通過(guò)MEMS光刻工藝在上蓋21和下蓋22刻蝕出第 一楔形槽211和第二楔形槽221，第一楔形槽211的寬度b為50 400um，高度h為50 400um，楔形角e為1 10°，第二楔形槽221尺寸與第一楔形槽211尺寸一樣。通過(guò)MEMS 鍵合工藝將上蓋21和下蓋22鍵合成楔形導(dǎo)引槽2，第一楔形槽211和第二楔形槽221形 成的微通道作為供油時(shí)潤(rùn)滑油的通道，并提供主動(dòng)控制潤(rùn)滑流動(dòng)所需的摩擦阻力和粘滯阻 力。如圖4所示，引流柱3由多孔材料制成，如多孔酚醛樹(shù)脂或多孔聚酰亞胺，其長(zhǎng)度 為5 20mm，直徑尺寸與圓形孔111尺寸配合。潤(rùn)滑油根據(jù)需要的量預(yù)先注入儲(chǔ)油器1的下儲(chǔ)油腔體12內(nèi)，儲(chǔ)油器1連接在旋轉(zhuǎn) 軸系上，隨軸系旋轉(zhuǎn)，下儲(chǔ)油腔體12里的潤(rùn)滑油在離心力的作用下有沿楔形導(dǎo)引槽2向外 流動(dòng)的趨勢(shì)，由于空間條件下重力近似為零，楔形導(dǎo)引槽2內(nèi)的潤(rùn)滑油只受離心力和楔形 導(dǎo)引槽2表面張力引起的摩擦阻力作用。地面人員通過(guò)控制電機(jī)電流調(diào)節(jié)飛輪轉(zhuǎn)速，相應(yīng) 地控制因旋轉(zhuǎn)引起的離心力大小，則可主動(dòng)控制儲(chǔ)油器1的供油。
權(quán)利要求
一種空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，該裝置包括儲(chǔ)油器(1)、楔形導(dǎo)引槽(2)和引流柱(3)，儲(chǔ)油器(1)包括蓋板(11)和下儲(chǔ)油腔體(12)，蓋板(11)和下儲(chǔ)油腔體(12)通過(guò)機(jī)械方式或粘膠劑粘接方式連接；下儲(chǔ)油腔體(12)的側(cè)壁設(shè)有4～8個(gè)徑向安裝孔(121)，在與安裝孔(121)垂直的下儲(chǔ)油腔體(12)外表面設(shè)有與安裝孔(121)數(shù)量相同的引流孔(122)，蓋板(11)在與引流孔(122)對(duì)應(yīng)垂直位置處設(shè)有數(shù)量和尺寸與引流孔(122)相等的圓形孔(111)；楔形引導(dǎo)槽(2)采用過(guò)盈或粘接的方式安裝在安裝孔(121)中，引流柱(3)采用過(guò)盈或粘接的方式分別安裝在引流孔(122)和圓形孔(111)中。
2.如權(quán)利要求1所述的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，所述安 裝孔(121)在下儲(chǔ)油腔體(12)的周向均勻分布，其截面形狀為矩形，尺寸與楔形導(dǎo)引槽(2) 的尺寸配合。
3.如權(quán)利要求1所述的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，所述引 流孔(122)為圓柱形，其尺寸與引流柱(3)的尺寸配合。
4.如權(quán)利要求1所述的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，所述儲(chǔ) 油器(1)采用金屬材料制成。
5.如權(quán)利要求1所述的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，所述楔 形導(dǎo)引槽(2)包括結(jié)構(gòu)相同的上蓋(21)和下蓋(22)，上蓋(21)和下蓋(22)通過(guò)MEMS鍵 合工藝鍵合形成楔形導(dǎo)引槽(2)；上蓋(21)上設(shè)有第一楔形槽(211)，下蓋(22)上設(shè)有第 二楔形槽(221)，第一楔形槽(211)的寬度b為50 400um，高度h為50 400um，楔形角 e為1 10°，第二楔形槽(221)的尺寸與第一楔形槽(211)的尺寸相同。
6.如權(quán)利要求5所述的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，所述上 蓋(21)和下蓋(22)均采用硅或二氧化硅或聚硅氧烷材料制成。
7.如權(quán)利要求1所述的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，所述引 流柱(3)由多孔材料制成，長(zhǎng)度為5 20mm，直徑尺寸與圓形孔(111)的尺寸配合。
8.如權(quán)利要求7所述的空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置，其特征在于，所述多 孔材料為多孔酚醛樹(shù)脂或多孔聚酰亞胺。
全文摘要
本發(fā)明空間飛輪用儲(chǔ)油及主動(dòng)供油一體化裝置屬于空間摩擦學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括儲(chǔ)油器、楔形導(dǎo)引槽和引流柱，儲(chǔ)油器包括蓋板和下儲(chǔ)油腔體，蓋板和下儲(chǔ)油腔體通過(guò)機(jī)械方式或粘膠劑粘接方式連接；下儲(chǔ)油腔體的側(cè)壁設(shè)有4～8個(gè)徑向安裝孔，在與安裝孔垂直的下儲(chǔ)油腔體外表面設(shè)有與安裝孔數(shù)量相同的引流孔，蓋板在與引流孔對(duì)應(yīng)垂直位置處設(shè)有數(shù)量和尺寸與引流孔相等的圓形孔；楔形引導(dǎo)槽采用過(guò)盈或粘接的方式安裝在安裝孔中，引流柱采用過(guò)盈或粘接的方式分別安裝在引流孔和圓形孔中。本發(fā)明裝置在相同的體積下可多攜帶幾倍潤(rùn)滑油量，潤(rùn)滑油的使用率接近100％，可實(shí)現(xiàn)軸承的更長(zhǎng)潤(rùn)滑壽命；具有精確、可控及長(zhǎng)效的優(yōu)點(diǎn)，有效延長(zhǎng)了飛輪的使用壽命和可靠性。
文檔編號(hào)F16C33/66GK101818849SQ201010152269
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者吳一輝, 白越, 高慶嘉, 黃敦新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所