应用介绍

海洋色度仪的设计与开发

精密超级双相混合轴承盒

约瑟夫·谢皮斯，蒂莫西·伍达德**，克拉夫·哈昆*，康拉德·伯甘迪*，

约瑟夫教堂* , 彼得·沃德，迈克尔·李**，阿尔弗雷德康蒂***，杰弗里·古泽克****

抽象的

一种高精度、高分辨率的海洋彩色成像 (OCI) 仪器正在开发中，用于浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统 (PACE) 任务需要一对中速连续扫描海洋表面的机制。旋转望远镜（RT）机构的设计以 360 RPM 运行，而以 180 RPM 同步的半角镜 (HAM) 机构值得关注用于在所需寿命和连续操作期间保持指向精度。进行了一项努力与制造商一起设计和分析特殊的轴承配置，以最大限度地减少轴向和径向跳动，最小化扭矩，并在整个操作过程中保持标称接触应力和刚度温度范围和最大限度地延长寿命。轴承的设计、分析、开发和测试将讨论机械工程师面临的设计特定技术挑战。轴承在编码器安装和操作扭矩期间实现和验证的性能、跳动描述。

介绍

PACE将扩展高质量的海洋生态、海洋生物地球化学、云和气溶胶粒子数据 NAS在1990年代开始的记录，建立在海景宽视场的遗产之上传感器 (SeaWiFS)、中分辨率成像光谱仪 (MODIS)、多角度成像 SpectroRadiometer (MISR) 和可见红外成像辐射计套件 (VIIRS)。该任务将能够收集海洋和大气的辐射测量和偏振测量，从生物、生物地球化学和物理特性将被确定。

 PACE 天文台由两个仪器组成，一个 Ocean Color Instrument (OCI)，图 1 和多角度旋光仪（MAP）。 OCI 是主要工具天文台，正在 GSFC 开发。 OCI 是一种高光谱扫描 (HSS) 辐射计，旨在测量从紫外到光谱辐射短波红外 (SWIR) 可实现高级海洋色彩和遗产云和气溶胶粒子科学。OCI通过实施 RT 来完成其任务目标机制，以 360 RPM 旋转，并锁相到 HAM 机构以 RT 速度的一半旋转。

图 1 - OCI 配置

*NASA 戈达德太空飞行中心，格林贝尔特，马里兰州 **

**航空航天公司，埃尔塞贡多，加利福尼亚

*** The Barden Corp，丹伯里，康涅狄格

**** 设计界面，哥伦比亚，马里兰州

第 44 届航空航天机制研讨会论文集，美国宇航局格伦研究中心，

2018 年 5 月 16 日至 18 日

在图 15 中可以看到作为时间函数的运行扭矩。该数据表明，粘性扭矩为 与速度明显相关，如速度变化和扭矩变化的数据所示分别。在这里可以很明显地看到磨合的效果，超过 47 分钟的扭矩 从 56 mN•m (8 oz•in) 减少到 39 mN•m (5.5 oz•in)。 该数据还表明，粘性扭矩为 仅与预紧力弱相关，如预紧力的变化所示，但只有微小的变化 扭矩给出相同的速度。

图 15 - 扭矩与时间测试结果（注：单位为 oz•in）

内置墨盒扭矩性能 在从制造商发货之前，轴承在 Vibrac 机器上进行了扭矩测试。扭矩数据 通常在 0.5 RPM 到 2 RPM 旋转期间捕获。 示例结果如图 16 和 总结在表 6 中。该数据表明，墨盒的低速扭矩约为 50% 高于分析或现成测试的预期。 这意味着 1) 预紧力高于 预期，2) 摩擦系数高于预期，或 3) 低速时的粘性贡献为高于预期扭矩测试，然后，对于地面/锚定扭矩估计是必要的，给定 扭矩估计方法中包含许多经验因素。

图 16 - SN 006 上的 VIBRAC 运行扭矩测试，典型值（注：单位为 oz•in）

表 6 - SN 006 扭矩测试总结

摘要：

针对浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统（PACE）任务，需要一对中速机构连续扫描海面的高精度、高分辨率海洋彩色成像（OCI）仪器正在开发中。以360 RPM运行的旋转望远镜(RT) 机构和以180RPM 同步的半角镜 (HAM) 机构的设计是为了在所需的寿命和连续操作期间保持指向精度。与制造商一起努力设计和分析一种特殊的轴承配置，以最大限度地减少轴向和径向跳动，最大限度地减少扭矩，并在工作温度范围内保持标称接触应力和刚度，并最大限度地延长使用寿命。将讨论轴承设计、分析、开发和测试以及机械工程师面临的设计特定技术挑战。将描述在编码器安装和操作扭矩期间实现和验证的轴承性能、跳动。引言 PACE 将扩展 NASA 在 1990 年代开始的高质量海洋生态、海洋生物地球化学、云和气溶胶粒子数据记录，其基础是海景宽视场传感器 (SeaWiFS)、中等分辨率成像光谱辐射计 (MODIS)、多角度成像光谱辐射计 (MISR) 和可见红外成像辐射计套件 (VIIRS)。该任务将能够收集海洋和大气的辐射测量和极化测量，从中可以确定生物、生物地球化学和物理特性。PACE 天文台由两台仪器组成，一台海洋颜色仪器 (OCI)，图 1，以及一台多角度旋光仪 (MAP)。 OCI 是天文台的主要仪器，正在 GSFC 开发。 OCI 是一种高光谱扫描 (HSS) 辐射计，旨在测量从紫外到短波红外 (SWIR) 的光谱辐射，以实现先进的海洋颜色和遗产。

云和气溶胶粒子科学。 OCI 通过实施以 360 RPM 转速旋转的 RT 机构并与以 RT 速度一半旋转的 HAM 机构锁相来实现其任务目标。 这些同步机制以 1000 米的分辨率和 20 米的轨道到轨道重叠扫描海洋表面。 PACE卫星计划于2022-2023年发射。 [1, 2]