[0001] 本发明属于航天器高精度铰链轴承预紧领域，尤其是涉及一种空间高精度铰链背对背角接触轴承预紧装置及方法。

[0002] 我国在由航天大国向航天强国高速发展，各类航天器数量不断增多，性能和质量不断提高。在众多航天器可展开机构中，铰链充当展开机构的关节及动力源。为提高铰链在
轨展开的可靠性，同时承载航天器在轨机动过程中展开机构对铰链产生的轴向和径向载
荷，通常使用背对背安装的角接触轴承作为铰链的摩擦副。角接触轴承使用时必须施加一
定的预紧力，消除轴承自身游隙，提高轴承刚度和旋转精度。为满足航天器轻量化、高可靠
性要求，铰链轴承预紧装置应简单，方法应可靠。轴承预紧方法有两大类，分别为定力预紧
和定位预紧。受空间热环境以及机构尺寸、重量的约束，航天器铰链通常采用定位预紧方
法。在航天器铰链装配过程中，往往通过经验设置轴套的厚度，完成轴承的定位预紧，通过
经验精度差，容易使铰链摩擦阻力矩增加或轴承刚度降低。因此开发一套能将定力预紧与
定位预紧相互耦合的轴承预紧装置及方法。

[0047] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0048] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。

[0049] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0050] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0051] 如图1至图14所示，一种空间高精度铰链背对背角接触轴承预紧装置，由T形中轴2、螺帽7、长垫片6、十字压盖9、弹性元件5、锁紧螺钉8、调整螺母3、压力传感器4、深度尺1组成。进行轴承预紧时所需产品零件包括一对角接触轴承(第一角接触轴承10、第二角接触轴
承12)、轴套11、公铰13(即轴承安装座)。其中T形中轴2用于穿过公铰13、背对背安装角接触
轴承、轴套11、弹性元件5、压力传感器4、调整螺母3，T形中轴2末端安装螺帽7，T形中轴2上
段留有螺纹孔，用于安装十字压盖9和锁紧螺钉8，T形中轴2上端留有深度尺安装接口，用于
安装深度尺1；弹性元件5为合适尺寸及刚度的弹簧，用于受压缩时通过长垫片6对轴承提供
轴向预紧力；压力传感器4与弹性元件5“串联”用于实时检测弹性元件5对轴承施加的轴向
预紧力；调整螺母3在T形中轴2上，上下移动，调整弹性元件5的长度，改变弹性元件5提高的
轴向预紧力；锁紧螺钉8拧在T形中轴2内螺纹孔，固定十字压盖9，十字压盖9压在长垫片6之
上，保证长垫片6固定不动，锁紧螺钉8成对使用，通过双螺纹锁紧；螺帽7安装在T形中轴2末
端，轴向固定角接触轴承(第一角接触轴承10、第二角接触轴承12均为角接触球轴承)；深度
尺1安装在T形中轴2上端，深度尺1插入T形中轴2，通过测量锁紧螺钉8的轴向位移量，计算
出施加特定轴向预紧力时两轴承中间轴套11的理论长度。

[0052] 本发明可根据角接触轴承的最佳预紧力，测定该预紧力下进行定位预紧时所需的轴套11长度，也可在最佳预紧力不确定的情况下，得到预紧力与轴套11长度的矩阵关系，从
而为确定最佳预紧力提供依据。

[0053] 在本发明一种优选的实施方式中，本发明包括以下装置：

[0054] 1、T形中轴2，穿过角接触轴承(第一角接触轴承10、第二角接触轴承12)，安装在公铰13上，T形中轴2上端设置深度尺安装接口，下端设置螺纹，提高螺母安装接口，T形中轴2
主体为中空结构，内部设置内螺纹；

[0055] 2、上述T形中轴2设置十字正交长槽通孔，通孔宽度略大于十字压盖9厚度，用于安装十字压盖9

[0056] 3、螺帽7安装于上述T形中轴2下端，上述T形中轴2下端外螺纹上下各留有一段直径小于外螺纹的光轴，形成外退刀槽，保证螺帽7能拧紧至限位；

[0057] 4、上述螺帽7的螺纹孔端面平整光滑，与第一角接触轴承内圈接触，用于限制轴承1内圈轴向移动；

[0058] 5、长垫片6上下端面平整光滑，安装在T形中轴2上，与第二角接触轴承内圈接触，在弹性元件5的作用下，沿轴向挤压轴承2内圈；

[0059] 6、上述长垫片6内径比上述T形中轴2外径大0.1mm，长垫片6外径与轴承内圈外径相当；

[0060] 7、上述弹性元件5为合适尺寸及刚度的弹簧，安装在T形中轴2上，弹簧外径小于上述长垫片6外径，弹簧内径大于上述长垫片6内径；

[0061] 8、上述弹性元件5未压缩时长度不超过T形中轴2上预留长度，弹性元件5刚度满足在其自身压缩范围内提供大于轴承最佳预紧力的弹力；

[0062] 9、压力传感器4安装在上述T形中轴2上，位于上述弹性元件5上方，与弹性元件5串联，用于实时检测弹性元件5提高的轴向压缩力；

[0063] 10、调整螺母3安装在上述T形中轴2上，位于上述压力传感器4上方，通过在T形中轴2上转动实现上、下位置调整，带动压力传感器4压缩或释放弹性元件5，从而调整对轴承
的轴向预紧力；

[0064] 11、十字压盖9通过上述T形中轴2长槽孔安装与T形中轴2内，“十字”形叶瓣通过长槽孔压在长垫片6上方；

[0065] 12、锁紧螺钉8通过上述T形中轴2上端螺纹孔，拧入T形中轴2内，压在上述十字压盖9上方，使用两个锁紧螺钉8完成锁紧；

[0066] 13、上述调整螺母3完成轴承轴向预紧力的调整后，通过上述锁紧螺钉8和上述十字压盖9将上述长垫片6位置锁紧，确保后续深度测量过程中长垫片6位置不产生位移；

[0067] 14、深度尺1安装在上述T形中轴2上方，用于测量特定预紧力下两个轴承内圈间距(轴套11理论长度)，

[0068] 15、测量前标定上述深度尺1零位时与上述螺帽7上端面距离H1，标定上述两个锁紧螺钉8长度H2和H3，标定上述十字压盖9厚度H4，标定上述长垫片6厚度H5，上述两个角接
触轴承内圈厚度H6和H7；

[0069] 16、通过上述调整螺母3完成特定预紧力加载后，使用上述深度尺1探头测量锁紧螺钉8上端面深度H8，可得两个轴承内圈间距(轴套11理论长度)H9，H9＝H1‑H2‑H3‑H4‑H5‑H6‑H7‑H8；

[0070] 17、将轴套11长度修磨到H9，即可使用该轴套11用于完成背对背角接触轴承的定位预紧。

[0071] 一种空间高精度铰链背对背角接触轴承预紧方法，包括以下具体步骤：

[0072] a.结合空间铰链公铰13(轴承安装座)尺寸以及角接触轴承规格，设计T形中轴2、锁紧螺钉8、十字压盖9、长垫片6、螺帽7的尺寸，挑选合适外径、刚度的弹性元件5，挑选或定做合适规格的压力传感器4；

[0073] b.参照附图1和附图2，进行轴承预紧装置试装配，检查各零部件配合是否无干涉；

[0074] c.将螺帽7安装在T形中轴2末端并拧紧，结合附图3所示，使用千分尺或高精度三坐标标定螺帽7上端面距T形中轴2上端面距离H1；

[0075] d.使用千分尺测量锁紧螺钉8长度H2和H3，测量十字压盖9厚度H4，测量长垫片6厚度H5，角接触轴承内圈厚度H6和H7；

[0076] e.依次将调整螺母3、压力传感器4、弹性元件5、长垫片6从T形中轴2末端安装至T形中轴2上；

[0077] f.将十字盖板通过T形中轴2上的长槽孔安装至长垫片6与压力传感器4之间；

[0078] g.将两个角接触轴承背对背安装至公铰13(轴承安装座)上，共同安装在T形中轴2；

[0079] h.将螺帽7安装至T形中轴2上，将螺帽7拧紧，螺帽7上端面限制轴承内圈向下移动；

[0080] i.通过旋转调整螺母3，使压力传感器4向下压缩弹性元件5，弹性元件5被压缩时产生轴向预紧力，通过压力传感器4读取轴向预紧力；

[0081] j.当轴向预紧力达到特定值时，停止旋转调整螺母3，将锁紧螺钉8通过T形中轴2上端螺纹孔拧入，直至锁紧螺钉8将十字压盖9紧固在长垫片6上方，此时应观察压力传感器
4，确保锁紧螺钉8紧固过程中压力传感器4读数无变化；

[0082] k.将第二个锁紧螺钉8拧入T形中轴2，与第一个锁紧螺钉8形成双螺纹锁紧，锁紧过程中确保压力传感器4读数无变化；

[0083] l.将深度尺1安装在T形中轴2上端，使用深度尺1测量预紧螺钉上端面深度H8；

[0084] m.根据下式计算轴套11理论长度H9；H9＝H1‑H2‑H3‑H4‑H5‑H6‑H7‑H8；

[0085] n.将轴套11修磨到理论长度H9；

[0086] o.将公铰13(轴承安装座)、角接触轴承从T形中轴2拆下，使用上述修磨后的轴套11安装在铰链中，保证角接触轴承内圈受到的轴向力即使大于其自身最佳预紧力时，在轴
套11长度的限制下也不在发生轴向位移，从而实现轴向定位预紧。

[0087] 实施例1

[0088] a.一种空间高精度铰链背对背角接触轴承预紧装置，如附图1～附图14所示，包括T形中轴2、螺帽7、长垫片6、十字压盖9、弹性元件5、锁紧螺钉8、调整螺母3、压力传感器4、深度尺1，进行轴承预紧时所需零件包括一对708C角接触轴承、公铰13(轴承安装座)、轴套11。

[0089] b.参照附图1和附图2，进行轴承预紧装置试装配，检查各零部件配合是否无干涉。

[0090] c.将螺帽7安装在T形中轴2末端并拧紧，结合附图3所示，使用千分尺或高精度三坐标标定螺帽7上端面距T形中轴2上端面距离H1＝125.617mm。

[0091] d.使用千分尺测量两个锁紧螺钉8和十字压盖9总厚度H2+H3+H4＝20.987，测量长垫片6厚度H5＝6.002mm，角接触轴承内圈厚度H6＝6.962mm和H7＝6.973mm。

[0092] e.依次将调整螺母3、压力传感器4、弹性元件5、长垫片6从T形中轴2末端安装至T形中轴2上。

[0093] f.将十字盖板通过T形中轴2上的长槽孔安装至长垫片6与压力传感器4之间。

[0094] g.将两个角接触轴承背对背安装至公铰13(轴承安装座)上，共同安装在T形中轴2。

[0095] h.将螺帽7安装至T形中轴2上，将螺帽7拧紧，螺帽7上端面限制轴承内圈向下移动。

[0096] i.通过旋转调整螺母3，使压力传感器4向下压缩弹性元件5，弹性元件5被压缩时产生轴向预紧力，通过压力传感器4读取轴向预紧力。

[0097] j.当轴向预紧力达到最佳预紧力10N时，停止旋转调整螺母3，将锁紧螺钉8通过T形中轴2上端螺纹孔拧入，直至锁紧螺钉8将十字压盖9紧固在长垫片6上方，此时应观察压
力传感器4，确保锁紧螺钉8紧固过程中压力传感器4读数无变化。

[0098] k.将第二个锁紧螺钉8拧入T形中轴2，与第一个锁紧螺钉8形成双螺纹锁紧，锁紧过程中确保压力传感器4读数无变化。

[0099] l.将深度尺1安装在T形中轴2上端，使用深度尺1测量预紧螺钉上端面深度H8＝53.704mm。

[0100] m.根据下式计算轴套11理论长度H9＝30.989mm；

[0101] H9＝H1‑H2‑H3‑H4‑H5‑H6‑H7‑H8。

[0102] n.将轴套11修磨后实际长度30.989mm。

[0103] o.将公铰13(轴承安装座)、角接触轴承从T形中轴2拆下，使用上述修磨后的轴套11安装在铰链中，保证角接触轴承内圈受到的轴向力即使大于其自身最佳预紧力时，在轴
套11长度的限制下也不在发生轴向位移，从而实现轴向定位预紧。

[0104] 经过多次空间铰链轴承预紧力状态，该空间高精度铰链背对背角接触轴承预紧装置及方法能够实现铰链轴承的高精度预紧。

[0105] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。