Учет факторов надежности при унифицировании шарнирных узлов механических устройств одноразового срабатывания Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Решетневскце чтения

стных характеристик были проведены с использованием пакета конечно-элементного моделирования ANSYS, в качестве характеристик материала соединения брались усредненные характеристики углеродного КМ (модуль упругости 1,6-iO11 Па, коэффициент Пуассона 0,33, плотность материала 1 800 кг/м3). По результатам работ были получены следующие предварительные характеристики такого типа конструкций: масса от 30 до 80 грамм; жесткость при осевом

сжатии от 4-106 до 8-106 Н/м (в некоторых схемах до 2-108 Н/м); необходимый момент для поворота шарнира на максимальный угол 2,8 Н-м (определяется эффективной жесткостью упругих элементов, см. выше). Все эти характеристики были признаны удовлетворительными, дальнейшие работы будут направлены на поиск рациональной формы и сечения упругих элементов.

A. I. Orlov

Baltic State Technical University «Voenmeh» named after D. F. Ustinov, Russia, Saint Petersburg

THE SPECIALTIES OF DESIGN OF FLEXIBLE ELASTIC JOINTS AND MECHANISMS FOR TRANSFORMABLE DESIGNS SV

The specific features of design of flexible connectors and flexible mechanisms for transformable structures of spacecrafts are discussed. There are definitions given to the main criteria for determining the effectiveness of such compounds and mechanisms. Also there are some examples of developed schemes of connections with their characteristics.

© Орлов А. И., 2012

УДК 629.7.01

Ю. П. Похабов

ФГБУН «Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

УЧЕТ ФАКТОРОВ НАДЕЖНОСТИ ПРИ УНИФИЦИРОВАНИИ ШАРНИРНЫХ УЗЛОВ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ОДНОРАЗОВОГО СРАБАТЫВАНИЯ

Рассматривается подход к унификации шарнирных узлов механических устройств одноразового срабатывания на основе вероятностного представления о показателе избыточности движущего момента над моментом сопротивления в шарнирном узле.

Как показано в работе [1], обеспечение принципов модульности и унификации элементов раскрытия солнечных батарей для современных космических аппаратов (КА) позволяет добиться высоких показателей по удельно-массовым характеристикам, уменьшению трудозатрат при проектировании и производ-

стве, а также по унификации производственных процессов. Однако указанные принципы конструирования можно эффективно использовать для обеспечении надежности функционирования шарнирных узлов механических устройств (МУ) одноразового срабатывания (ОС).

"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

Известно [2], что одним из основных требований надежности поворотных конструкций является обеспечение превышения движущего момента Мдв над моментом сопротивления Мс в шарнирном узле (ШУ) не менее чем в к-раз (обычно к = 3). Показатель к характеризует уровень энергоизбыточности приводов раскрытия в условиях факторов космического пространства, причем нижнее его значение ограничивается требованиями надежности функционирования элементов раскрытия, а верхнее значение - конструкционной прочностью от ударных нагрузок в результате фиксации элементов раскрытия в рабочее положение.

В работе [3] доказано, что показатель к не является детерминированной величиной, как принято считать, а представляет собой стохастическую величину, зна-че-ние которой определяется законами распределения случайных величин Мдв и Мс и их параметрами, а также нормативным значением вероятности безотказной работы поворотной конструкции. В частности, при нормальном законе распределения случайных величин Мдв и Мс показатель к определяется следующей зависимостью:

к = mD(1 + У "УAD + A2S -у2 • Ар • А2 ms(2 -у2 • А^) ,

здесь Ас = Ор 1т0; As = Gs /т& где Ор, О - средние квадратические отклонения Мдв и Мс; тр, тх - математические ожидания Мдв и Мс; у - квантиль надежности, соответствующий нормативному значению вероятности безотказной работы.

Считается, что для МУ ОС КА, вследствие единичного характера производства, неприменимы выводы вероятностного характера, основанные на массовых событиях. Однако любая конструкция сохраняет объективную меру возможности наступления события вне зависимости от того, является ли это событие многократно воспроизводимым или нет [4].

Таким образом, если конструкцию, осуществленную в единичном экземпляре, представить в виде конструкционных материалов, элементов или их соединений, о которых известна информация как о массовых явлениях или, по крайней мере, достаточная для статистических выводов, то вероятностный характер поведения такой конструкции можно оценить на основе статистических данных составляющих ее частей.

Из вышесказанного следует, что если ШУ МУ ОС со встроенными в них энергетическими приводами рассматривать как унифицированный конструкционный модуль, организованный по принципу «черный ящик», то многообразие конструкций ШУ можно унифицировать в границах конечной линейки модельного ряда, детерминированной по энергетическим характеристикам приводов, внешним нагрузкам, габаритным и присоединительным размерам. При этом для каждой модели ШУ из указанного модельного ряда требуется экспериментальным путем получить статистические данные по движущим моментам и моментам сопротивления, достаточным для выявления стохастических зависимостей.

Указанный подход к унификации и модульности ШУ МУ ОС со встроенными приводами позволит снизить неоправданную энергоизбыточность приводов без ущерба требуемой надежности, что даст возможность уменьшить массу раскрываемых конструкций.

Библиографические ссылки

1. Байбородов А. А., Балановский А. В., Кузнецов В. В. Унифицированные механические элементы раскрытия солнечных батарей для современных космических аппаратов // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф., посвящ. памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева (10-12 ноября 2011, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. Ч. 1. С. 44-45.

2. Машуков А. В., Шатров А. К. Подходы к формированию требований по надежности крупногабаритных рефлекторов при раскрытии на орбите // Ре-шетневские чтения : материалы IX Междунар. науч. конф., посвящ. 45-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та имени акад. М. Ф. Решетнева (10-12 ноября 2005, г. Красноярск) / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2005. С. 49-50.

3. Пат. 2198387 Рос. Федерации, МПК в 01Ь 3/00 5/00. Способ выбора привода для поворота конструкции в шарнирном узле / Ю. П. Похабов. № 2000129330/28; заявл. 23.11.2000; опубл. 10.02.2003. Бюл. № 4.

4. Болотин В. В. Применение методов теории вероятностей к теории надежности в расчетах сооружений. М. : Изд-во лит-ры по строительству, 1971.

Yu. P. Pokhabov

Special Design and Technological Bureau «Nauka» Krasnoyarsk Scientific Centre of Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Russia, Krasnoyarsk

THE ACCOUNT OF FACTORS OF RELIABILITY AT UNIFIED ARTICULATED JOINTS OF MECHANICAL DEVICES FUNCTIONING OF SINGLE-OPERATION

The approach to unification of articulated joints of nonreusable mechanical devices is considered. It is on the basis of probability representation regarding an indicator of redundancy of the driving moment over the resistance moment in articulated joint.

© noxa6oB K>. n., 2012