CC BY
77
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 621.833-182
И. А. Москалюк Научный руководитель - В. С. Янгулов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕЦИЗИОННЫХ РЕДУКТОРОВ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С МОДУЛЬНЫМ ПОСТРОЕНИЕМ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Рассматривается модульный принцип построения кинематической цепи прецизионных редукторов на основе волновых передач с промежуточными телами качения (ВППТК), позволяющий обеспечить максимально рациональное заполнение объема и минимальные габариты редуктора.
Применение редукторов в системах космических аппаратов (КА) накладывает дополнительные требования к их характеристикам, прежде всего по точности, долговечности (до 20 лет) и массогабаритным показателям. Опыт создания прецизионных редукторов повышенной долговечности на основе ВППТК ОАО «НПЦ «Полюс», г. Томск, позволяет сделать вывод о перспективности этого вида передач для применения в прецизионных редукторах систем КА [1]. Рассматриваются кинематические, слабонагруженные редуктора систем КА, нагрузкой для которых является инерционная масса.
Базовая конструкция ВППТК представлена на рис. 1.
4 йш
Рис. 1. Волновая передача с промежуточными телами качения
Передача работает следующим образом: генератор волн, эксцентрик 1, вращаясь, вызывает радиальные перемещения шариков 4 в пазах обоймы 3. Шарики 4 контактируют с профилями зубьев жесткого колеса 2. Разность числа шариков и зубьев жесткого колеса, обычна равная единице при эксцентриковом генераторе, обеспечивает редукцию движения выходного звена передачи. Выходным звеном могут быть обойма с шариками или жесткое колесо при фиксации одного из них относительно корпуса.
Для устранения зазоров в зацеплении существует ряд конструкций ВППТК с упругим натягом в зацеплении, одна из них представлена на рис. 2. В качестве упругого элемента, обеспечивающего натяг, используется кольцевая мембрана или пружина специальной конструкции, имеющие малую осевую и радиальную жесткость. Мембрана 5 входит в состав
генератора 1 и соединяет втулку 3, установленную на наружном кольце подшипника 2, и наружное конусное кольцо 4.
Рис. 2. ВППТК с упругим натягом в зацеплении
Конструкция ВППТК, представленная на рис. 2, позволяет реализовать модульное построение кинематической цепи редуктора. Модулем является унифицированная ВППТК, при этом каждый предыдущий модуль размещен в последующем. Унификация заключается в том, что размеры деталей передач, при незначительном упрощении их конфигурации, определяются размерами тел качения, выпускаемых шарикоподшипниковой промышленностью, и передаточным отношением. Анализ приводов, используемых в КА, показывает, что диапазон передаточных отношений лежит в пределах до 20000. Используя ВППТК такое передаточное отношение можно реализовать в трех ступенях. Таким образом, выходные звенья первой и второй ступеней редуктора являются входными для второй и третьей, соответственно, без промежуточных звеньев (валов, муфт). Такая конструкция редуктора обеспечивает максимально рациональное заполнение объема и минимальные габариты редуктора, которые определяются габаритами выходной ступени.
Модульное построение кинематической цепи редуктора на основе ВППТК дает широкие возможности по автоматизаций расчетов и проектирования. Создание алгоритма расчетов типовой конструкции редуктора, с использованием методик описанных в работе [2], и последующая реализация его в системе автоматизированного проектирования позволят сократить время и снизить затраты на разработку редукторов.
Секция «Проектирование и производство летательных аппаратов»
Библиографические ссылки 2. Янгулов В. С. Зубчатые передачи повышенной
1. Янгулов В. С. Прецизионный редуктор повы- точности и долговечности. Томск : Изд-во ТПУ,
шенной долговечности // Известия Томск. политех- 2008.
нич. ун-та, 2007. Т. 311. № 2. С. 18-23. © Москалюк И. А., Янгулов В. С., 2010
УДК 621.396.67
М. Ю. Пермяков, Г. В. Двирный, В. М. Михалкин ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Железногорск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЕЛИЧИНЫ ТЕМПЕРАТУРНОЙ
ДЕФОРМАЦИИ АНТЕННОЙ ПАНЕЛИ
Проведен анализ температурных деформаций, рассмотрены особенности построения математических моделей имитатора антенной панели. Верификация проведена между математической моделью с экспериментальными данными.
В последние годы полимерные композиционные материалы на основе углеродных волокон все шире стали использоваться в силовых конструкциях, эксплуатируемых в экспериментальных температурных условиях.
Низкие удельные характеристики, а также уровень термических деформаций по сравнению с традиционно применяемыми материалами открывают широкие перспективы использования углепластиков в конструкциях космического назначения и возможности управления законом их термического деформирования. Этот факт объясняет повышенный интерес к изучению их коэффициента линейного термического расширения, поскольку он на ряду с упругими характеристиками определяет напряженно-деформированное состояние изделий.
В данной статье рассматривается построение математической модели имитатора антенной панели по определению термоупругих деформаций и подтверждение ее натурным экспериментом. Объектом испытаний является имитатор антенной панели, выполненный в виде сотовой конструкции толщиной 39 мм с обшивками из 4-х слоев углеродной ленты Кулон 500/0.07 со схемой армирования препрега 1/0°+1/90°+1/0°+1/90° толщиной 0,3 мм, и сотового заполнителя из алюминиевой фольги АМг2-Н-2,5-20П.
Целью данной работы являлось верификация математической (расчетной) модели с экспериментом.
Для создания и анализа расчетной модели использовался метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в системе моделирования и конечно-элементного анализа конструкций MSC/NASTRAN.
Для решения поставленных задач была создана с помощью препроцессора MSC/PATRAN конечно-элементная модель, содержащая 3330 узлов и 3025 элементов. Для имитации сотовой панели использовался конечный элемент Laminate. Проведен расчет температурных деформаций на поля +60 °С и +90 °С.
В конечно-элементной модели реальный объект заменяется дискретной моделью, которая представляет собой совокупность узлов и связанных с ними конечных элементов с заданными свойствами.
Проведен эксперимент по определению температурных деформаций имитатора антенной панели. Объект испытаний (ОИ) был закреплен в трех точках, обеспечивающих статически определимую систему. На ОИ были установлены средства измерения - контрольные зеркальные кубики, реперные знаки, для постоянного контроля температурного поля на ОИ были установлены температурные датчики с обеих сторон панели.
Панель нагревали с одной стороны поэтапно до достижения максимально зафиксированной температуры на любом из датчиков +60 °С, на следующем этапе до +90 °С. После создания температурного поля с максимальной температурой на объекте производились измерения геометрических параметров рабочей поверхности имитатора антенной панели с постоянным контролем температуры.
После проведения испытаний получены данные по температурным деформациям панели.
При сравнении результатов расчета и эксперимента для температурного поля +60 °С получили хорошую сходимость, с погрешностью 5 %, а для поля +90 °С погрешность 6 % По результатам расчета максимальная деформация для поля +60 °С равна 0,352, эксперимента 0,371 По результатам расчета максимальная деформация для поля +90 °С равна 0,653 а эксперимента 0,683
Результаты работы позволяют использовать верификационную модель для синтеза КЭМ сборок следующего уровня.
© Пермяков М. Ю., Двирный Г. В., Михалкин В. М., 2010
