Научная статья на тему 'Создание нового поколения электромеханических волновых приводов трансформируемых систем космических аппаратов с долговременным сроком активного существования'

Создание нового поколения электромеханических волновых приводов трансформируемых систем космических аппаратов с долговременным сроком активного существования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
140
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Назаров Д. В., Тюлевин С. В., Еремин Н. В.

Обоснована необходимость создания электромеханических волновых приводов нового поколения, описаны основные конструктивно-технологические решения, примененные при их модернизации. Рассмотрена применимость волновых зубчатых передач нового поколения в качестве технологий двойного назначения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Назаров Д. В., Тюлевин С. В., Еремин Н. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE CREATION OF A NEW GENERATION OF ELECTROMECHANICAL WAVE DRIVE GEARS OF TRANSFORMED SYSTEMS OF SPACECRAFTS WITH LONG-TERM ACTIVE EXISTENCE

In the article the necessity of creation of electromechanical wave drive gears of new generation is proved, the basic constructive-technological decisions applied at their modernization are described. The applicability of wave toothed gearings of new generation as double purpose technologies is considered.

Текст научной работы на тему «Создание нового поколения электромеханических волновых приводов трансформируемых систем космических аппаратов с долговременным сроком активного существования»

деформационными статическими и квазистатическими нагрузками.

Малое время расчета конструкций ВРС позволяет на этапе проектирования оперативно регулировать ее напряженно-деформированное состояние путем изменения геометрии участков и расстановкой промежуточных опор в требуемых направлениях, соответствующих минимальной жесткости участков для достижения условий их прочности.

Для автоматизации вышеуказанных расчетов на прочность ВРС при действии статических и квазистатических нагрузок нами разработаны алгоритмы и программа на ЭВМ [3].

Наши методики позволят при необходимости проведение уточненных расчетов отдельных локальных участков конструкции ВРС. Для этого, после расчета участка или же всей ВРС как стержневой конструкции, выделяется интересующий участок и транслируется в виде твердотельной оболочечной конструкции в ППП ЛшуБ (№Б1гап и др.) с соответствующими силовыми факторами по своим границам. Дальнейший численный расчет выделенного участка выполняется методом конечных элементов используемого ППП.

Таким образом, разработанные нами методики позволяют производить обстоятельный прочностной

анализ при проектировании и изготовлении отдельных участков и ВРС в целом.

Для проверки достоверности принятых решений рассчитанные участки и ВРС в целом подвергаются экспериментальным исследованиям на весь спектр механических воздействий.

Библиографические ссылки

1. Пат. № 2317184 Российская Федерация. Способ изготовления волноводно-распределительных систем из алюминиевых сплавов / П. Н. Сильченко, А. И. Корчагин, М. М. Михнев [и др.] ; заявитель и патентообладатель ФГУП «НПО ПМ им. акад. М. Ф. Решетне-ва». № 2005133293/02 ; заявл. 28.10.2005 ; опубл. 20.02.2008, Бюл. № 5.

2. Кудрявцев И. В., Сильченко П. Н., Михнев М. М. Напряженно-деформированное состояние паяных волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи // Технология машиностроения. 2006. № 9. С. 53-57.

3. Особенности расчета на прочность паяных конструкций волноводно-распределительных систем космических аппаратов связи / П. Н. Сильченко [и др.] // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2008. № 2. С. 53-58.

M. M. Michnev, V. N. Nagovitsyn, O. B. Gotseluk, V. U. Gusev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

P. N. Silchenko, I. V. Kudryavcev Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

THE MAINTENANCE OF DURABILITY OF WAVE-DISTRIBUTIVE SYSTEMS FOR LARGE-SIZED TRANSFORMED DESIGNS OF SPACE VEHICLES

The issues of settlement-theoretical support of assemblage by soldering from separate elements of wave-distributive systems of space vehicles for maintenance of conditions of their general and local durability taking into account the technological errors saved up at manufacturing are considered.

© Михнев М. М., Наговицын В. Н., Гоцелюк О. Б., Гусев В. Ю., Сильченко П. Н., Кудрявцев И. В., 2010

УДК 629.76/.78.001.63

Д. В. Назаров, С. В. Тюлевин, Н. В. Еремин

Государственный научно-производственный ракетно-космический центр «ЦСКБ-Прогресс», Россия, Самара

СОЗДАНИЕ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ

ВОЛНОВЫХ ПРИВОДОВ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ДОЛГОВРЕМЕННЫМ СРОКОМ АКТИВНОГО СУЩЕСТВОВАНИЯ

Обоснована необходимость создания электромеханических волновых приводов нового поколения, описаны основные конструктивно-технологические решения, примененные при их модернизации. Рассмотрена применимость волновых зубчатых передач нового поколения в качестве технологий двойного назначения.

Увеличение срока активного существования и надежности космических аппаратов (КА) за счет улучшения тактико-технических характеристик электромеханических приводов сложных трансформируемых

систем является основной задачей при создании новых КА.

Созданные в 70-е годы приводы базировались на волновых редукторах с роликовыми генераторами

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических.аппаратов

принудительной деформации, существенным недостатком которых было ограниченное количество одновременно зацепляемых зубьев в передаче привода, определяющим образом зависящее от формообразующей поверхности генератора, точности ее воспроизведения и качества работающих поверхностей. При точности определяющих деталей ±0,01 мм и шероховатости поверхности Яа = 1,25 крутящий момент на выходном вале составил 80 Н-м, ресурс работы - 235 ч, коэффициент полезного действия - 0,2.

Это соответствовало тактико-техническим требованиям того времени для низкоорбитальных космических аппаратов данного класса (зондирование Земли) по срокам активного существования до 0,5 года, определяемым, главным образом, запасом носителя информации и способом оперативной доставки ее на Землю (возвращаемые аппараты, капсулы).

По мере усложнения космических аппаратов (в том числе увеличения габаритов и массы трансформируемых элементов), применения электронно-оптических средств и цифровых технологий передачи информации возникла необходимость в увеличении сроков активного существования КА, повышения мощности, ресурса работы и надежности приводов трансформируемых систем.

Наиболее оптимальным выходом из создавшегося положения явилась разработка новых конструктор-ско-технологических решений создания трансформируемых систем космических аппаратов с приводами нового поколения, базирующихся на разработке и внедрении основополагающих технологий изготовления высокоточных профильных соединений, мелкомодульных деталей зубчатых зацеплений.

Основные конструктивные решения, позволившие повысить мощность, ресурс и коэффициент полезного действия волновых приводов, следующие:

- разработка конструкции привода волновой передачи в дифференциальном исполнении с двумя скоростями для обеспечения 2-скоростного движения солнечных батарей;

- использование кулачковых генераторов вместо роликовых;

- использование самоцентрирующих равноосно-контурных профильных соединений вместо шлице-вых, шпоночных, штифтовых;

- разработка герметичной зубчатой волновой передачи с модулем т = 0,3 мм.

Для изготовления определяющих деталей приводов нового поколения и изготовления их в целом на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований были разработаны новые технологические процессы:

- изготовления высокоточных профильных соединений приводов;

- изготовления рабочих профилей кулачковых генераторов волн;

- изготовления мелкомодульных гибких шестерен с модулем т = 0,3 мм;

- методы контроля и средства технологического оснащения (СТО), в том числе и с ЧПУ.

Выполненные конструкторско-технологические решения позволили спроектировать, изготовить, испытать и внедрить в производство оптимизированные конструкции нового поколения электромеханических волновых приводов трансформируемых систем космических аппаратов, имеющие улучшенные эксплуатационные характеристики:

- надежность волновых приводов доведена до 0,997;

- коэффициент полезного действия повышен с 0,2 до 0,5;

- при разработке базовой конструкции привода солнечных батарей с двумя скоростями реализовано впервые в мире техническое решение волновой передачи в дифференциальном исполнении;

- увеличен нагрузочный момент на силовых электромеханических волновых приводах в 5 раз по сравнению с первоначальной конструкцией (с 80 до 400 Н-м) с сохранением геометрическо-массовых характеристик;

- ресурс работы волновых приводов в открытом космосе доведен с 235 до 2100 ч, что совместно с другими мероприятиями по увеличению ресурса определяющих бортовых систем позволило увеличить срок активного существования космических аппаратов для дистанционного зондирования Земли с 0,5 до 5 лет.

Конструкция и технология изготовления высокоточных деталей равноосно-профильных соединений используется на заводе «Арсенал» (г. Санкт-Петербург) при изготовлении узлов и агрегатов КА, при изготовлении коробок подач фрезерных станков (г. Димитров), а также они применяются в машиностроительной промышленности и приводах радиолокационных станций.

Таким образом, технологию, средства технологического оснащения и контроля для высокоточного производства, в том числе и на станках с ЧПУ, волновых зубчатых передач нового поколения следует рассматривать в качестве технологий двойного назначения.

Кроме того, волновые зубчатые передачи обладают двумя уникальными свойствами: кинематическая погрешность передачи меньше погрешности составляющих передачу зубчатых колес и с ее помощью возможна передача вращения в герметизированное пространство без вращающихся уплотнений.

Оба названных свойства волновых передач могут потенциально существенно расширить рынок их сбыта на высокоточные отсчетные приводы и приводы запорной арматуры газовой, нефтяной, химической и атомной промышленностей. Большой опыт производства приводов, накопленный в аэрокосмическом комплексе России, должен быть использован, как одна из технологий двойного назначения.

D. V. Nazarov, S. V. Tyulevin, N. V. Eremin FSUE State Research & Production Space Rocket Centre «TsSKB - Progress», Russia, Samara

THE CREATION OF A NEW GENERATION OF ELECTROMECHANICAL WAVE DRIVE GEARS OF TRANSFORMED SYSTEMS OF SPACECRAFTS WITH LONG-TERM ACTIVE EXISTENCE

In the article the necessity of creation of electromechanical wave drive gears of new generation is proved, the basic constructive-technological decisions applied at their modernization are described. The applicability of wave toothed gearings of new generation as double purpose technologies is considered.

© Назаров Д. В., Тюлевин С. В., Еремин Н. В., 2010

УДК 621.396.67: 629.78

А. А. Пестерников, С. А. Комаров, С. О. Бойко, С. Г. Харитонов

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

УСТРОЙСТВО ПОВОРОТА РЕФЛЕКТОРА

Затронуты основные проблемы, возникающие при проектировании шестистепенного электромеханического устройства поворота рефлектора, для применения в условиях космического пространства.

В связи с постановкой задачи управления пространственным положением рефлектора в условиях космического пространства встает необходимость в создании шестистепенного электромеханического привода. Известны несколько платформ механизмов с шестью степенями свободы: платформа Стюарта («гексапод»), платформа паука, платформа с двойным коленом.

Целью наших разработок является новое для от -расли и предприятия УПР, созданное на основе устройства «гексапод», которое предназначено для поворота площадки в пределах заданных диапазонов углов вокруг трех взаимно перпендикулярных осей и перемещения в пределах заданных размеров вдоль трех взаимно перпендикулярных виртуальных осей. Устройство может состоять из 6 линейных приводов, двух оснований и 12 двухстепенных шарниров, либо 6 двухстепенных и 6 трехстепенных шарниров в зависимости от конфигурации линейных приводов.

Модель УПР

На этапе проектирования УПР возникает ряд проблем, связанных как со сложностью конструкции, так

и с тем, что данное устройство должно работать в космическом пространстве.

Конструкторско-компонов очная схема устройства характеризуется следующими геометрическими параметрами: соотношением диаметров оснований, высотой устройства, расположением приводов на основаниях. В зависимости от выбранной схемы устройства изменяются жесткость, точность позиционирования и габариты устройства.

Основной сложностью при проектировании УПР является разработка линейного привода с высокими точностными, прочностными и жесткосными характеристиками. При проектировании привода линейного перемещения для УПР возникают две наиболее важные проблемы: выбор электродвигателя и передачи, преобразующей вращательное движение в поступательное. Наиболее известны 3 передачи подобного типа: винт-гайка, шариковинтовая и роликовинтовая. Целесообразно применение шариковинтовой или ро-ликовинтовой передачи.

Для правильного управления линейным приводом подходят либо шаговые, либо бесколлекторные электродвигатели, оснащенные датчиками углового положения ротора. Необходимы электродвигатели в негерметичном исполнении, оснащенные цифроанало-говыми блоками электроники (преобразователями), способными работать в вакууме.

На данный момент сконструирован линейный привод на основе электродвигателя Махоп МС-32 и роликовинтовой передачи SKF со следующими расчетными характеристиками:

- развиваемое усилие - 100 кгс;

- рабочий ход - 204 мм;

- погрешность выдвижения - не более ±0,02 мм;

- дискретность выдвижения - 0,005 мм.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.