， ， ， 强 刘 房 建 成
１ ２ １ ２
要 摘 ：采 用 正 弦 扫 频 振 动 和 随 机 振 动 模 拟 卫 星 发 射 振 动 工 况 ， 对 磁 悬 浮 飞 轮 锁 紧 装 置 在 不 同 锁 紧 力 下 的 微 动 行 为 进 行 研 究 ， 并 利 用 电 涡 流 位 移 传 感 器 测 量 定 、 转 子 在 锁 紧 接 触 面 处 的 微 动 位 移 ， 发 现 锁 紧 面 处 存 在 包 含 切 向 和 径 验 后 ， 采 用 扫 描 电 子 显 微 镜 对 锁 紧 接 触 副 （ 渗 氮 向 的 复 合 微 动 ．实 ３种 １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ ／ ＧＣｒ１５ ， １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ ／ ＧＣｒ１５ 和 ＧＣｒ１５ ／ ＧＣｒ１５ ） ．结 ２００ Ｎ 增 ３００ Ｎ 时 ６０ μｍ 降 ８ μｍ， 的 锁 紧 表 面 进 行 分 析 果 表 明 ： 锁 紧 力 从 至 ， 最 大 微 动 位 移 从 至 相 应 的 微 动 位 移 最 大 振 幅 从 至 使 得 切 向 微 动 从 滑 移 区 变 化 至 部 分 滑 移 区 ， 从 而 降 低 了 切 向 微 动 磨 ２５ μｍ 降 ４ μｍ， 损 程 度 增 加 接 触 刚 度 或 选 择 相 似 接 触 体 可 减 小 微 滑 发 生 机 率 ， 避 免 径 向 微 动 损 伤 者 共 同 作 用 ， 抑 制 了 锁 紧 面 ．而 ．两 内 的 复 合 微 动 损 伤 发 生 ． 悬 浮 飞 轮 ； 锁 紧 装 置 ； 微 动 损 伤 ； ； １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ 钢 ＧＣｒ１５ 钢 关 键 词 ：磁 Ａ １００４ － ０５９５ （ ２０１３ ） ０２ － ０１４２ － ０７ 中 图 分 类 号 ：Ｖ４４８ 文 献 标 志 码 ： 文 章 编 号 ：
６ ５ －６ ７ ８ －９ １０ － １１ １２ － １３
中 国 航 天 器 环 境 可 靠 性 试 验 与 检 测 中 心 ， 试 验 装 置 结 构 如 图 示 装 置 主 要 包 括 振 动 台 、 衔 接 板 、 １所 ．该 飞 轮 转 子 、 飞 轮 定 子 、 锁 紧 弹 片 、 钢 丝 绳 、 保 护 轴 承 、 轴 承 盖 、 电 涡 流 位 移 传 感 器 和 磁 轴 承 系 统 锁 状 态 ．解 ．所 下 ， 飞 轮 轮 缘 与 锁 紧 弹 片 的 间 隙 较 大 以 ， 可 以 在 弹 片 内 侧 粘 接 一 定 厚 度 的 减 振 橡 胶 ， 以 避 免 赫 兹 接 触 和 微 动 损 伤 发 生 轴 承 盖 与 保 护 轴 承 的 间 隙 较 ．而 小 约 为 不 利 于 采 用 减 振 技 术 ， 必 然 会 产 生 １００ μｍ， ． 微 动 现 象
１ －３
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ １８ Ｊｕｎｅ ２０１２ ｒｅｖｉｓｅｄ １２ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１２ ａｃｃｅｐｔｅｄ １０ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１２ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｏｎｌｉｎｅ Ｃｈｉｎａ ９７３
（ ６０８２５３０５ ）ａｎｄ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ （ ）（ ２００９ＣＢ７２４００２ ） ． 国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 （ 和 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 （ 资 助 ６０８２５３０５ ） ９７３ ）（ ２００９ＣＢ７２４００２ ） ．
第 ３３ 卷 第 ２期 ２０１３ 年 ３ 月
摩 擦 学 学 报
Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ ３３ Ｎｏ ２ Ｍａｒ ２０１３
，
磁 悬 浮 飞 轮 锁 紧 装 置 发 射 段 微 动 行 为 研 究
２．
（ 性 技 术 重 点 实 验 室 ， 北 京 １． 惯 １００１９１ ； １００１９１ ） 新 型 惯 性 仪 表 与 导 航 系 统 技 术 国 防 重 点 学 科 实 验 室 ， 北 京
：
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，：
，
２ 期 第
４ －５
刘 强 ， 等 ： 磁 悬 浮 飞 轮 锁 紧 装 置 发 射 段 微 动 行 为 研 究
１４３
材 料 和 方 法 ＧＣｒ１５ ， 保 护 轴 承 选 用 轴 承 钢 轴 承 盖 选 用 不 锈 渗 氮 不 锈 钢 和 轴 承 钢 氮 层 钢 １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ， ＧＣｒ１５． 渗 通 过 高 压 ， 将 氮 离 子 渗 入 体 内 ， 厚 度 １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ 基 １ 实 验 部 分 为 硬 度 为 种 材 料 的 化 学 成 份 和 １００ μｍ， ＨＲＣ５２． 两 动 试 验 装 置 １ ． １ 振 力 学 性 能 如 表 表 示 动 试 验 前 ， 采 用 丙 １和 ２所 ．振 试 验 在 自 制 的 磁 悬 浮 飞 轮 上 进 行 ， 试 验 单 位 为 酮 对 该 两 种 零 件 表 面 进 行 清 洗 后 对 磁 悬 浮 飞 轮 ．然
（ １． Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１ ，Ｃｈｉｎａ ，
２ ２ ＬＩＵ Ｑｉａｎｇ１， ＦＡＮＧ Ｊｉａｎ － ｃｈｅｎｇ１，
，
，
）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｌｏｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｔｈｅ ｓｗｅｐｔ － ｓｉｎｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｄｏｍ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｌａｕｎｃｈ． Ｔｈｅ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｔｏｒ ａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｒｅｇｉｍｅ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｒａｄｉａｌ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｉｎ ｌｏｃｋｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ． Ａｆｔｅｒ ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｃｏｎｔａｃｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ ／ ＧＣｒ１５ ｎｉｔｒｉｄｅｄ １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ ／ ＧＣｒ１５ ａｎｄ ＧＣｒ１５ ／ ＧＣｒ１５ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｌｏｃｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｆｒｏｍ ２００ Ｎ ｔｏ ３００ Ｎ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ６０ μｍ ｔｏ ８ μｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ２５ μｍ ｔｏ ４ μｍ． Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｌｉｐ ｒｅｇｉｍｅ ｔｏ ｐａｒｔｉａｌ ｓｌｉｐ ｒｅｇｉｍｅ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｄａｍａｇｅ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ － ｓｌｉｐ ａｎｄ ｒａｄｉａｌ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ａｖｏｉｄｅｄ ｂｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｓｉｍｉｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂｏｄｉｅｓ． Ｔｈｅ ｔｗｏ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ ｃａｎ ｉｎｈｉｂｉｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ｉｎ ｌｏｃｋｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｌｏｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｄａｍａｇｅ １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ ｓｔｅｅｌ ＧＣｒ１５ ｓｔｅｅｌ
Ｆｒｅｔｔｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ Ｌｏｃｋｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｄｕｒｉｎｇ Ｌａｕｎｃｈ
２． Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｎ Ｎｏｖｅｌ Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１ Ｃｈｉｎａ
１ ． ２
１ 轴 表 承 盖 材 料 的 化 学 成 份 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｌｅｅｖｅｓ
ωＣ １Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ ＧＣｒ１５ ０． ０４ １ ω Ｓｉ ０． ５４ ０． ２５ ω Ｔｉ ０． ４８ － ω Ｍｎ １． ３３ ０． ３０ ω Ｎｉ ９ ０． ２０ ω Ｃｒ １７． ５５ １． ５ ω Ｍｏ － ０． ０５ ωＶ － ０． １５
Ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ Ｙｏｕｎｇ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ Ｆｕｎｄ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ． Ｅ － ｍａｉｌ ｌｉｕｑｉａｎｇｂｕａａ＠ ａｓｐｅ． ｂｕａａ． ｅｄｕ． ｃｎ Ｔｅｌ ＋ ８６ － １０ － ８２３３９５５０．
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［ ］相 与 机 械 轴 承 支 承 的 姿 控 飞 轮 比 ， 磁 悬 浮 磨 损 ， 延 长 了 使 用 寿 命 ， 降 低 了 振 动 ， 提 高 了 力 矩 精 飞 轮 采 用 磁 轴 承 支 承 ， 消 除 了 机 械 轴 承 带 来 的 摩 擦 度 ， 是 长 寿 命 高 分 辨 率 对 地 观 测 卫 星 的 理 想 惯 性 执
［ ］． 磁 行 机 构 悬 浮 飞 轮 工 作 时 ， 通 过 磁 轴 承 将 飞 轮 于 卫 星 发 射 主 动 段 转 子 悬 浮 在 一 定 的 磁 间 隙 内 ．由 存 在 较 大 的 振 动 冲 击 ， 为 了 避 免 飞 轮 系 统 在 保 护 间 隙 内 由 于 来 回 撞 击 而 损 坏 ， 必 须 采 用 额 外 的 锁 紧 装 ［ ］ 置． 通 常 保 护 间 隙 的 尺 寸 为 磁 间 隙 一 半 ，约 为 ［ ］ 以 发 射 段 定 、 转 子 间 的 振 动 位 １００ ～ ２００ μｍ ．所 ［ ］ 移 一 定 小 于 即 锁 紧 面 内 一 定 存 在 微 动． ２００ μｍ， 微 动 是 指 紧 密 配 合 件 间 发 生 振 幅 极 小 的 相 对 运 动 ， 一 般 存 在 微 动 磨 损 和 微 动 疲 劳 两 种 破 坏 形 式 ， 表 ［ 现 为 表 面 磨 损 和 裂 纹 萌 生 扩 展 两 种 破 坏 机 制 ］． 表 面 磨 损 通 常 产 生 第 三 体 多 余 物 ， 污 染 了 磁 悬 浮 飞 轮 系 统 的 洁 净 工 作 环 境 ； 裂 纹 的 萌 生 与 扩 展 降 低 了 飞 轮 的 使 用 寿 命 此 ， 有 必 要 对 磁 悬 浮 飞 轮 锁 紧 装 ．因 ．微 ／ 动 运 动 非 常 复 杂 ， 按 球 置 的 微 动 行 为 进 行 研 究 平 面 接 触 模 型 可 以 分 为 切 向 、 径 向 、 扭 动 和 转 动 微 动 ［ ］ 基 本 运 行 模 式 ．由 于 发 射 振 动 方 向 具 有 任 ４种 意 性 ， 但 无 明 显 扭 动 和 转 动 ， 所 以 锁 紧 面 内 只 存 在 切 向 微 动 、 径 向 微 动 及 两 者 的 复 合 微 动 ．该 复 合 微 动 本 ［ ］ 质 上 是 切 向 微 动 和 径 向 微 动 的 叠 加 ．因 此 ， 可 ． 以 对 锁 紧 面 内 两 种 微 动 行 为 单 独 进 行 研 究 本 文 通 过 正 弦 扫 频 振 动 和 随 机 振 动 来 模 拟 卫 星 发 射 振 动 环 境 ， 利 用 电 涡 流 位 移 传 感 器 测 量 定 、 转 子 间 的 微 动 位 移 ， 采 用 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察 了 不 同 材 料 锁 紧 面 内 的 损 伤 形 貌 ， 在 此 基 础 上 ， 探 究 其 微 动 运 行 特 性 和 损 伤 机 理 ．