CC BY
13УДК 629.7.05
ОПТИМИЗАЦИЯ МАССЫ ПРИВОДА ПОВОРОТА ГИРОМОТОРА СИЛОВОГО ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ПРИБОРА
Д. В. Ермаков, А. В. Кортенко, Ю. Г. Гладышев, П. А. Алексанов
АО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634041, г. Томск, просп. Кирова, 56в E-mail: info@polus-tomsk.ru
Привод поворота гиромотора предназначен для создания вращательного движения полуоси его подвеса. На основании анализа вариантов кинематических схем, предъявляемых требований и оптимизации массы наиболее целесообразным для силового гироскопического прибора следует признать привод с одноступенчатым редуктором поворота гиромотора.
Ключевые слова: гиромотор, привод, редуктор, прибор, масса. OPTIMIZATION OF A FORCE GYROSCOPIC DEVICE OF DRIVE WEIGHT GYROMOTOR ROTATION
D. V. Ermakov, А. V. Kortenko, Y. G. Gladyshev, P. A. Aleksanov
SC «Scientific & Industrial Centre «Polyus» 56v, Ких^а Av., Tomsk, 634041, Russian Federation E-mail: info@polus-tomsk.ru
A gyromotor rotation drive is intended to transfer a gyromotor hanger differential axle rotary motion. One-stage reducer of a gyromotor turn is the most expedient for the power gyroscopic device on the basis of the kinematic schemes of versions analysis of gyromotor rotation drives, requirements to it and weight optimization.
Keywords: gyromotor, drive, reducer, device, weight.
Принцип действия силового гироскопического прибора основан на создании управляющего момента путем принудительного поворота гиромотора (ГМ) вокруг оси его подвеса.
Для создания вращательного движения (крутящего момента) полуоси подвеса ГМ предназначен привод поворота. Основная часть его массы (до 80 %) приходится на электромеханические узлы, поэтому актуальной задачей является оптимизация именно этих узлов.
В зависимости от кинематической схемы (рис. 1) привод поворота подвеса ГМ бывает:
- безредукторный, где нагрузка устанавливается непосредственно на валу приводного электродвигателя;
- редукторный, механизм которого понижает угловую скорость электродвигателя с одновременным пропорциональным повышением передаваемого крутящего момента (подразделяется на одноступенчатый и многоступенчатый).
К данному приводу предъявляются следующие требования:
1) передача вращения на неограниченный (более 360°) угол;
2) реверсивная передача вращения;
3) точность передачи вращательного движения (с постоянным передаточным отношением);
4) плавность передачи (дискретность угловой скорости ГМ не более 0,004 °/с) вращательного движения (без рывков и остановок, особенно при реверсах);
5) линейность передаточной характеристики;
6) - малые (до 4 °/с) угловые скорости поворота ГМ (выходного звена механизма);
7) достаточно большой (единицы ньютон на метр) для приборной отсчетной передачи передаваемый крутящий момент;
8) малая потеря энергии при передаче (максимально возможный КПД);
9) минимальные масса и габариты.
При этом все требования должны быть реализованы в конструкции механизма поворота ГМ в силовом гироскопическом приборе одновременно.
Анализ кинематических схем (рис. 1) показывает:
- для одновременного выполнения требований 3, 4, 5, 8 предпочтителен безредукторный привод поворота ГМ, однако при этом есть значительные трудности с одновременным выполнением требований 6, 7, 9;
- для одновременного выполнения требований 6, 7, 9 наиболее подходит редукторный привод, но при этом возникают ограничения на одновременное выполнение требований 3, 4, 5, 8. Данная проблема технически решаема, причем для ее решения одноступенчатый механизм более предпочтителен, чем многоступенчатый;
- для одновременного выполнения требований 1, 2 в равной степени пригодны как редукторный, так и безредукторный приводы поворота ГМ.
Из вышесказанного следует, что в силовом гироскопическом приборе возможна техническая реализация всех трех кинематических схем такого привода.
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Рис. 2. Зависимость массы привода поворота подвеса ГМ от передаточного числа редуктора
Рис. 1. Варианты кинематической схемы привода поворота (1) ГМ (2) в силовом гироскопическом приборе: а - безредукторный; б - с одноступенчатым редуктором; в - с многоступенчатым редуктором
Расчетные параметры привода
Параметр Значение при передаточном числе г
1 8 16 32
Электродвигатель
Создаваемый момент, Н-м 4,809 0,604 0,303 0,153
Потребляемая мощность, Вт 11,564 11,416 10,620 9,966
Частота вращения, об/мин 0,67 5,36 10,72 21,50
Масса, кг 11,270 3,150 1,880 1,410
Редукто р поворота ГМ
Модуль - 1,0 1,0 1,0
Число зубьев на входном колесе передачи - 19 19 19
Масса, кг 0 1,460 2,510 3,490
Для выбора предпочтительного варианта его построения выполнена оптимизация по критерию минимизации массы для механических составляющих элементов привода - электродвигателя и редуктора.
В качестве электродвигателя выбран моментный бесконтактный двигатель постоянного тока с безжелезным статором прямого исполнения, который в отличие от остальных отвечает всем предъявляемым требованиям.
Предварительные (оценочные) расчетные параметры электродвигателя и редуктора при создании приводом одинакового крутящего момента и скорости поворота подвеса ГМ приведены в таблице.
По данным таблицы выведена зависимость передаточного числа г от массы редуктора поворота ГМ и массы электродвигателя вращения редуктора (рис. 2).
Из рис. 2 видно, что критерию минимизации массы для привода поворота подвеса ГМ удовлетворяет
одноступенчатый редуктор с передаточным числом 1 = 13,9. В диапазоне передаточных отношений 1 = 12-16 она изменяется незначительно (разброс не более 2 %).
Исходя из анализа вариантов кинематических схем привода поворота подвеса ГМ (рис. 1), требований к нему и оптимизации его массы (рис. 2), наиболее целесообразно в силовом гироскопическом приборе применять привод с одноступенчатым редуктором, поскольку он имеет:
- существенно меньшую (в 2,5 раза) массу по сравнению с безредукторным механизмом поворота ГМ;
- более высокую точность, плавность, линейность передачи, меньшую люфтовую и кинематическую погрешности при меньшей массе, чем многоступенчатый редуктор поворота ГМ, что достигается уменьшением числа нелинейных звеньев передачи (зон зацепления) и подшипниковых узлов.
© Ермаков Д. В., Кортенко А. В., Гладышев Ю. Г., Алексанов П. А., 2016
УДК 62-238.9
БЕЗУДАРНОЕ УСТРОЙСТВО УДЕРЖАНИЯ И ОСВОБОЖДЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА*
В. В. Кузнецов, С. П. Ереско
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: Vaskua@yandex.ru
В настоящее время в современных космических аппаратах (КА) применяется высокоточное оборудование, чувствительное к ударным воздействиям. В связи с этим возникает необходимость и потребность в создании механических устройств удержания и освобождения подвижных элементов конструкции КА со значением ударных нагрузок не более 100g в спектре частот от 100 до 10 000 Гц.
Ключевые слова: безударные механизмы, устройства удержания, космический аппарат.
LOW SHOCK DEVICE RETENTION AND RELEASING THE MOVABLE ELEMENTS OF THE SPACECRAFT STRUCTURE
V. V. Kuznetsov, S. P. Eresko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Vaskua@yandex.ru
Nowadays, in modern spacecraft, high-precision equipment is used that could be sensitive to impact. Therefore there is a need to provide mechanical retention devices and release the movable elements with the value of the spacecraft design impact loads less than 100g in the frequency range from 100 to 10,000 Hz.
Keywords: low-shock device, restraint device, spacecraft.
В настоящее время в современных отечественных КА связи используются замки, состоящие:
- из механической части;
- активирующего устройства.
В качестве механической части используются устройства на основе рычажных схем, обеспечивающих удержание трансформируемых элементов КА на время выведения на целевую орбиту.
В качестве активирующего устройства используются пиротехнические средства, выполняющие функцию дистанционного срабатывания механической части замка.
Значения ударных воздействий, возникающих при срабатывании такого замка, приведены на рис. 1.
Основные ударные воздействия в замках возникают за счет срабатывания пиротехнических средств,
резкого снятия нагрузки в механизме удержания замка и за счет соударения элементов этого механизма.
Для снижения ударного воздействия на оборудование КА от устройств удержания необходимо разработать замок обеспечивающий минимальные ударные воздействия на бортовую аппаратуру КА, а именно:
- разработать механизм замка, а также методику его проектирования, удовлетворяющий условию отсутствия соударяющихся элементов механизма удержания и обеспечивающего условие постепенного снятия нагрузки;
- разработать активирующее устройство без использования пиротехнических средств.
В результате проведенной работы [1-4] был разработан замок с низким значением ударных воздействий, возникающих при его срабатывании.
'Результаты получены в рамках выполнения гос. заданий: № 9.447.2014/к и 211/2014 (The results obtained in the framework of the state order № 9.447.2014 / k и 211/2014).
