航天器工作于高低温、高真空和高辐射的空间环境中,其结构性能将受到空间环境的影响。本文以空间关节为研究对象,研究空间关节轴承在空间环境下的刚度特性,确定其预紧方式和预紧载荷,防止空间关节在轨运行过程中受空间环境的作用预紧载荷变化过大导致轴承预紧脱载或者关节卡死,以确保空间关节的安全性和可靠性。本文首先基于经典的Hertz理论和有限元接触理论,得到空间关节轴承刚度特性的Hertz解析解和考虑协调变形和摩擦的有限元数值解,并通过轴承刚度测试试验得出其实际刚度。对比三种结果表明Hertz解析解不适用于空间关节轴承的分析,而有限元数值解则与实验值比较相符。基于传热理论和热阻网络理论对空间关节在空间环境下的热状态进行分析,得出空间关节轴承生热率和空间关节温度场。根据空间关节的工作环境和工作状况确定空间关节轴承的预紧方式和实现途径,并利用有限元热结构耦合分析法分析了空间关节极限工况下的结构位移和轴承刚度变化,确定了空间关节的最优预紧载荷。设计具体结构来实现所设计的轴承预紧载荷,通过试验验证实际预紧载荷与理论预紧载荷的相符情况,并验证轴承预紧载荷的合理性。在实现所设计的预紧载荷的情况下,对空间机械臂进行动态特性分析,得出其模态参数和振型,以验证其是否满足系统设计指标。最后通过振动试验验证有限元分析的正确性和空间机械臂对振动环境的适应性。轴承预紧技术的研究和应用比较广泛,但是对于空间环境下轴承预紧技术,国内外的研究较少。本课题可以作为涉及到轴承预紧的空间机构设计的参考,也可以用于地面机构设计中轴承温差较大的场合,且本文中对预紧载荷的精确实现研究可以用于其他需要精确控制预紧载荷的领域。