海洋色度儀的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

精密超級(jí)雙相混合軸承盒

約瑟夫·謝皮斯，蒂莫西·伍達(dá)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(kāi)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(duì)中速連續(xù)掃描海洋表面的機(jī)制。旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡（RT）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以 360 RPM 運(yùn)行，而以 180 RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機(jī)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(jìn)行了一項(xiàng)努力與制造商一起設(shè)計(jì)和分析特殊的軸承配置，以最大限度地減少軸向和徑向跳動(dòng)，最小化扭矩，并在整個(gè)操作過(guò)程中保持標(biāo)稱(chēng)接觸應(yīng)力和剛度溫度范圍和最大限度地延長(zhǎng)壽命。軸承的設(shè)計(jì)、分析、開(kāi)發(fā)和測(cè)試將討論機(jī)械工程師面臨的設(shè)計(jì)特定技術(shù)挑戰(zhàn)。軸承在編碼器安裝和操作扭矩期間實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的性能、跳動(dòng)描述。

介紹

PACE將擴(kuò)展高質(zhì)量的海洋生態(tài)、海洋生物地球化學(xué)、云和氣溶膠粒子數(shù)據(jù) NAS在1990年代開(kāi)始的記錄，建立在海景寬視場(chǎng)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(jiàn)紅外成像輻射計(jì)套件 (VIIRS)。該任務(wù)將能夠收集海洋和大氣的輻射測(cè)量和偏振測(cè)量，從生物、生物地球化學(xué)和物理特性將被確定。

 PACE 天文臺(tái)由兩個(gè)儀器組成，一個(gè) Ocean Color Instrument (OCI)，圖 1 和多角度旋光儀（MAP）。 OCI 是主要工具天文臺(tái)，正在 GSFC 開(kāi)發(fā)。 OCI 是一種高光譜掃描 (HSS) 輻射計(jì)，旨在測(cè)量從紫外到光譜輻射短波紅外 (SWIR) 可實(shí)現(xiàn)高級(jí)海洋色彩和遺產(chǎn)云和氣溶膠粒子科學(xué)。OCI通過(guò)實(shí)施 RT 來(lái)完成其任務(wù)目標(biāo)機(jī)制，以 360 RPM 旋轉(zhuǎn)，并鎖相到 HAM 機(jī)構(gòu)以 RT 速度的一半旋轉(zhuǎn)。

圖 1 - OCI 配置

*NASA 戈達(dá)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(jì)界面，哥倫比亞，馬里蘭州

第 44 屆航空航天機(jī)制研討會(huì)論文集，美國(guó)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(shí)間函數(shù)的運(yùn)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(guò) 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(shí)間測(cè)試結(jié)果（注：?jiǎn)挝粸?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(jī)器上進(jìn)行了扭矩測(cè)試。扭矩?cái)?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(cè)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(shí)的粘性貢獻(xiàn)為高于預(yù)期扭矩測(cè)試，然后，對(duì)于地面/錨定扭矩估計(jì)是必要的，給定 扭矩估計(jì)方法中包含許多經(jīng)驗(yàn)因素。

圖 16 - SN 006 上的 VIBRAC 運(yùn)行扭矩測(cè)試，典型值（注：?jiǎn)挝粸?oz•in）

表 6 - SN 006 扭矩測(cè)試總結(jié)

摘要：

針對(duì)浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng)（PACE）任務(wù)，需要一對(duì)中速機(jī)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(kāi)發(fā)中。以360 RPM運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡(RT) 機(jī)構(gòu)和以180RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)和分析一種特殊的軸承配置，以最大限度地減少軸向和徑向跳動(dòng)，最大限度地減少扭矩，并在工作溫度范圍內(nèi)保持標(biāo)稱(chēng)接觸應(yīng)力和剛度，并最大限度地延長(zhǎng)使用壽命。將討論軸承設(shè)計(jì)、分析、開(kāi)發(fā)和測(cè)試以及機(jī)械工程師面臨的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的軸承性能、跳動(dòng)。引言 PACE 將擴(kuò)展 NASA 在 1990 年代開(kāi)始的高質(zhì)量海洋生態(tài)、海洋生物地球化學(xué)、云和氣溶膠粒子數(shù)據(jù)記錄，其基礎(chǔ)是海景寬視場(chǎng)傳感器 (SeaWiFS)、中等分辨率成像光譜輻射計(jì) (MODIS)、多角度成像光譜輻射計(jì) (MISR) 和可見(jiàn)紅外成像輻射計(jì)套件 (VIIRS)。該任務(wù)將能夠收集海洋和大氣的輻射測(cè)量和極化測(cè)量，從中可以確定生物、生物地球化學(xué)和物理特性。PACE 天文臺(tái)由兩臺(tái)儀器組成，一臺(tái)海洋顏色儀器 (OCI)，圖 1，以及一臺(tái)多角度旋光儀 (MAP)。 OCI 是天文臺(tái)的主要儀器，正在 GSFC 開(kāi)發(fā)。 OCI 是一種高光譜掃描 (HSS) 輻射計(jì)，旨在測(cè)量從紫外到短波紅外 (SWIR) 的光譜輻射，以實(shí)現(xiàn)*的海洋顏色和遺產(chǎn)。

云和氣溶膠粒子科學(xué)。 OCI 通過(guò)實(shí)施以 360 RPM 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的 RT 機(jī)構(gòu)并與以 RT 速度一半旋轉(zhuǎn)的 HAM 機(jī)構(gòu)鎖相來(lái)實(shí)現(xiàn)其任務(wù)目標(biāo)。 這些同步機(jī)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(jì)劃于2022-2023年發(fā)射。 [1, 2]