[发明专利]一种基于微孔供油的离心式补充供油装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于微孔供油的离心式补充供油装置及方法，该装置适用于空间长寿命滚动轴承，该装置包含：储油器；一对楔形延时环，各个楔形延时环环绕设置于储油器外表面且其外侧为轴承组件外隔圈，两个楔形延时环之间为蓄油腔，蓄油腔处储油器外侧壁开设有若干个供油微孔，以便储油器内的油液从供油微孔进入蓄油腔内，进而经楔形延时环供给给轴承组件，当储油器内油量多时，蓄油腔内储存油液，蓄油腔内的油液经楔形延时环供给给轴承组件；当储油器内油量少时，蓄油腔内储存的油液向楔形延时环供油，进而为轴承组件供油。其采用微孔供油方式控制油液流速以稳定控速作用，楔形延时环和蓄油腔使补充供油速率在全寿命周期内供油速率基本一致。

技术领域

本发明涉及卫星等航天器的飞轮和控制力矩陀螺产品，具体涉及空间滚动轴承长效润滑技术领域，具体为一种基于微孔供油的离心式补充供油装置及方法。

背景技术

飞轮和控制力矩陀螺(CMG)作为卫星姿轨控系统中关键执行部件，通过与卫星本体进行动量交换，从而实现精确控制卫星姿态的目的，其中轴承组件是飞轮和CMG的关键部件，也是限制飞轮最高转速等性能指标和寿命的主要因素。一份NASA技术备忘录中指出空间长效润滑问题是限制飞轮寿命的主要原因。在真空、失重的空间环境下，润滑油易挥发、爬移而损耗，使轴承滚道无法形成弹性流体润滑油膜，加速轴承磨损，且在低速和机动工况下，处于贫油或半润滑状态，易诱发保持架运转不稳定和轴承磨损量增大，降低轴承使用寿命，直接导致卫星失效或寿命下降。最有效的直接解决办法是补充供油，但由于轴承组件内部空间狭小，空间环境液压泵不可实现，不可人工更换组件或注油等限制条件，故研究可靠、高效的长期补充供油技术具有重要意义。

目前国内飞轮和CMG轴承采用的多孔聚合物含油保持架毛细供油，可保证轴承组件3～4年寿命。结合储油器(环)来实现润滑油储存和离心式供油，可使轴承寿命达到5～8年。如图1所示，为一种轴系支撑系统示意图，储油器在内隔圈、外隔圈之间，依靠离心力和多孔材料的渗流-扩散行为实现被动式供油。图2为国内某科研单位研制的供油装置，图中101为内隔圈，102为外隔圈，103为延时环，104为储油器，105为节流芯阀，该供油装置特点是结构简单，延时环位于轴承组件储油器轴向两端，延时环体积小，出油表面积小，润滑油从延时环通过爬移转移到外隔圈，再由外隔圈爬移至轴承滚道进行补充供油。但此种设计存在一些问题：

(1)延时环暴露在储油器轴向两端，轴承高速旋转时，在延时环表面溢出的润滑油会随机溅射到非润滑位置，污染内部腔体，并造成润滑油浪费，有效供油率降低，长效润滑寿命降低；

(2)延时环结构设计渗油纵深小，延时作用主要依赖4个节流芯阀调节，延时效果差，且节流芯阀两端压强差大，供油临界转速降低(由计算公式得)，同时供油速率增大，长效润滑寿命低，且供油速率不易控制；

(3)储油器及节流芯阀的结构设计造成储油器内润滑油不能全部从节流芯阀溢出，特别是在空间低重力环境，造成润滑油浪费，利用率低，长效润滑寿命降低。

综合以上分析，可以看出此种结构设计存在供油速率过大且不易控制、润滑油损耗大、有效供油率低、长效润滑寿命低等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微孔供油的离心式补充供油装置及方法，该装置适用于空间长寿命滚动轴承，该装置通过将带有进油微孔的储油器和一对楔形延时环等结构相结合，采用微孔供油方式代替传统的聚酰亚胺节流芯阀来控制油液流出速度，起到了稳定控速作用，楔形延时环和蓄油腔使补充供油速率在储油器全寿命周期内基本保持一致，实现了储油器在全寿命周期内供油速率基本一致，可满足空间轴承十五年以上长寿命需求。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于微孔供油的离心式补充供油装置，适用于空间长寿命滚动轴承，其包含：

储油器；