海洋色度儀的設(shè)計與開發(fā)

精密超級雙相混合軸承盒

約瑟夫·謝皮斯，蒂莫西·伍達德**，克拉夫·哈昆*，康拉德·伯甘迪*，

約瑟夫教堂* , 彼得·沃德，邁克爾·李**，阿爾弗雷德康蒂***，杰弗里·古澤克****

抽象的

一種高精度、高分辨率的海洋彩色成像 (OCI) 儀器正在開發(fā)中，用于浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng) (PACE) 任務(wù)需要一對中速連續(xù)掃描海洋表面的機制。旋轉(zhuǎn)望遠鏡（RT）機構(gòu)的設(shè)計以 360 RPM 運行，而以 180 RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機構(gòu)值得關(guān)注用于在所需壽命和連續(xù)操作期間保持指向精度。進行了一項努力與制造商一起設(shè)計和分析特殊的軸承配置，以限度地減少軸向和徑向跳動，最小化扭矩，并在整個操作過程中保持標稱接觸應(yīng)力和剛度溫度范圍和限度地延長壽命。軸承的設(shè)計、分析、開發(fā)和測試將討論機械工程師面臨的設(shè)計特定技術(shù)挑戰(zhàn)。軸承在編碼器安裝和操作扭矩期間實現(xiàn)和驗證的性能、跳動描述。

介紹

PACE將擴展高質(zhì)量的海洋生態(tài)、海洋生物地球化學、云和氣溶膠粒子數(shù)據(jù) NAS在1990年代開始的記錄，建立在海景寬視場的遺產(chǎn)之上傳感器 (SeaWiFS)、中分辨率成像光譜儀 (MODIS)、多角度成像 SpectroRadiometer (MISR) 和可見紅外成像輻射計套件 (VIIRS)。該任務(wù)將能夠收集海洋和大氣的輻射測量和偏振測量，從生物、生物地球化學和物理特性將被確定。

 PACE 天文臺由兩個儀器組成，一個 Ocean Color Instrument (OCI)，圖 1 和多角度旋光儀（MAP）。 OCI 是主要工具天文臺，正在 GSFC 開發(fā)。 OCI 是一種高光譜掃描 (HSS) 輻射計，旨在測量從紫外到光譜輻射短波紅外 (SWIR) 可實現(xiàn)高級海洋色彩和遺產(chǎn)云和氣溶膠粒子科學。OCI通過實施 RT 來完成其任務(wù)目標機制，以 360 RPM 旋轉(zhuǎn)，并鎖相到 HAM 機構(gòu)以 RT 速度的一半旋轉(zhuǎn)。

圖 1 - OCI 配置

*NASA 戈達德太空飛行中心，格林貝爾特，馬里蘭州 **

**航空航天公司，埃爾塞貢多，加利福尼亞

*** The Barden Corp，丹伯里，康涅狄格

**** 設(shè)計界面，哥倫比亞，馬里蘭州

第 44 屆航空航天機制研討會論文集，美國宇航局格倫研究中心，

2018 年 5 月 16 日至 18 日

在圖 15 中可以看到作為時間函數(shù)的運行扭矩。該數(shù)據(jù)表明，粘性扭矩為 與速度明顯相關(guān)，如速度變化和扭矩變化的數(shù)據(jù)所示分別。在這里可以很明顯地看到磨合的效果，超過 47 分鐘的扭矩 從 56 mN•m (8 oz•in) 減少到 39 mN•m (5.5 oz•in)。 該數(shù)據(jù)還表明，粘性扭矩為 僅與預(yù)緊力弱相關(guān)，如預(yù)緊力的變化所示，但只有微小的變化 扭矩給出相同的速度。

圖 15 - 扭矩與時間測試結(jié)果（注：單位為 oz•in）

內(nèi)置墨盒扭矩性能 在從制造商發(fā)貨之前，軸承在 Vibrac 機器上進行了扭矩測試。扭矩數(shù)據(jù) 通常在 0.5 RPM 到 2 RPM 旋轉(zhuǎn)期間捕獲。 示例結(jié)果如圖 16 和 總結(jié)在表 6 中。該數(shù)據(jù)表明，墨盒的低速扭矩約為 50% 高于分析或現(xiàn)成測試的預(yù)期。 這意味著 1) 預(yù)緊力高于 預(yù)期，2) 摩擦系數(shù)高于預(yù)期，或 3) 低速時的粘性貢獻為高于預(yù)期扭矩測試，然后，對于地面/錨定扭矩估計是必要的，給定 扭矩估計方法中包含許多經(jīng)驗因素。

圖 16 - SN 006 上的 VIBRAC 運行扭矩測試，典型值（注：單位為 oz•in）

表 6 - SN 006 扭矩測試總結(jié)

摘要：

針對浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng)（PACE）任務(wù)，需要一對中速機構(gòu)連續(xù)掃描海面的高精度、高分辨率海洋彩色成像（OCI）儀器正在開發(fā)中。以360 RPM運行的旋轉(zhuǎn)望遠鏡(RT) 機構(gòu)和以180RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機構(gòu)的設(shè)計是為了在所需的壽命和連續(xù)操作期間保持指向精度。與制造商一起努力設(shè)計和分析一種特殊的軸承配置，以限度地減少軸向和徑向跳動，限度地減少扭矩，并在工作溫度范圍內(nèi)保持標稱接觸應(yīng)力和剛度，并限度地延長使用壽命。將討論軸承設(shè)計、分析、開發(fā)和測試以及機械工程師面臨的設(shè)計特定技術(shù)挑戰(zhàn)。將描述在編碼器安裝和操作扭矩期間實現(xiàn)和驗證的軸承性能、跳動。引言 PACE 將擴展 NASA 在 1990 年代開始的高質(zhì)量海洋生態(tài)、海洋生物地球化學、云和氣溶膠粒子數(shù)據(jù)記錄，其基礎(chǔ)是海景寬視場傳感器 (SeaWiFS)、中等分辨率成像光譜輻射計 (MODIS)、多角度成像光譜輻射計 (MISR) 和可見紅外成像輻射計套件 (VIIRS)。該任務(wù)將能夠收集海洋和大氣的輻射測量和極化測量，從中可以確定生物、生物地球化學和物理特性。PACE 天文臺由兩臺儀器組成，一臺海洋顏色儀器 (OCI)，圖 1，以及一臺多角度旋光儀 (MAP)。 OCI 是天文臺的主要儀器，正在 GSFC 開發(fā)。 OCI 是一種高光譜掃描 (HSS) 輻射計，旨在測量從紫外到短波紅外 (SWIR) 的光譜輻射，以實現(xiàn)*的海洋顏色和遺產(chǎn)。

云和氣溶膠粒子科學。 OCI 通過實施以 360 RPM 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的 RT 機構(gòu)并與以 RT 速度一半旋轉(zhuǎn)的 HAM 機構(gòu)鎖相來實現(xiàn)其任務(wù)目標。 這些同步機制以 1000 米的分辨率和 20 米的軌道到軌道重疊掃描海洋表面。 PACE衛(wèi)星計劃于2022-2023年發(fā)射。 [1, 2]