海洋色度儀的設計與開發(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) 任務需要一對中速連續(xù)掃描海洋表面的機制。旋轉望遠鏡（RT）機構的設計以 360 RPM 運行，而以 180 RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機構值得關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計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，最小化扭矩，并在整個操作過程中保持標稱接觸應力和剛度溫度范圍和最大限度地延長壽命。軸承的設計、分析、開發(fā)和測試將討論機械工程師面臨的設計特定技術挑戰(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 來完成其任務目標機制，以 360 RPM 旋轉，并鎖相到 HAM 機構以 RT 速度的一半旋轉。

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，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 僅與預緊力弱相關，如預緊力的變化所示，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 旋轉期間捕獲。 示例結果如圖 16 和 總結在表 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)成測試的預期。 這意味著 1) 預緊力高于 預期，2) 摩擦系數(shù)高于預期，或 3) 低速時的粘性貢獻為高于預期扭矩測試，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

摘要：

針對浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng)（PACE）任務，需要一對中速機構連續(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運行的旋轉望遠鏡(RT) 機構和以180RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機構的設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計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，最大限度地減少扭矩，并在工作溫度范圍內(nèi)保持標稱接觸應力和剛度，并最大限度地延長使用壽命。將討論軸承設計、分析、開發(fā)和測試以及機械工程師面臨的設計特定技術挑戰(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 轉速旋轉的 RT 機構并與以 RT 速度一半旋轉的 HAM 機構鎖相來實現(xiàn)其任務目標。 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]