УДК 621.817

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРЕЦИЗИОННОГО ПРИВОДА

Сайфетдинова Юлия Рафиковна
Сибирский федеральный университет
студентка механико-технологического факультета

Аннотация
Рассмотрена конструкция привода блока механического системы поворота рефлектора космического летательного аппарата (КА), обоснован выбор кинематической схемы привода, представлены данные для выбора выходной ступени привода. В дальнейшем планируется рассчитать быстроходные и промежуточные ступени редуктора, определить степень точности передач для обеспечения требуемой отработки углового положения выходного звена и равномерности распределения нагрузки между сателлитами, при этом обеспечить минимальные габариты и массу привода.

Ключевые слова: волновая зубчатая передача, зубчатая передача, космический летательный аппарат, коэффициент неравномерности распределения нагрузки, планетарная передача, прецизионный привод, редуктор, рефлектор, сателлиты, точность отработки углового положения


IMPROVED DESIGN PRECISION DRIVE

Sayfetdinova Yulia Rafikovna
Siberian Federal University
student of mechanics - technology faculty

Abstract
The design of the drive unit of the mechanical rotation of the reflector the spacecraft (SC), the choice of the kinematic drive circuit provides data for an output stage of the drive. In the future it be planed to calculate the intermediate and high-speed gear stage, to determine the degree of precision gear to provide the required working out the angular position of the output level and uniform distribution of the load between the satellites, while providing the minimum size and weight of the drive.

Keywords: a planetary gear, accuracy mining angular position, gear, precision drive, reducer, reflector, satellites, spacecraft, the coefficient of uneven load distribution, the wave gear


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Сайфетдинова Ю.Р. Совершенствование конструкции прецизионного привода // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/11/59204 (дата обращения: 19.11.2016).

В космической технике (в теле-радио, навигационных космических аппаратах) существует проблема наведения и позиционирования антенн приемо-передающих устройств. Главным образом эта проблема определяется параметрами привода, в котором часто используются редукторы. Длительный период эксплуатации без возможности проведения ремонтных работ накладывает ограничения на выбор передач и предполагает дополнительные требования к характеристикам передач. Прежде всего, это сохранение работоспособности при ресурсе, достигающем 15 и более лет [1, 2].

Привод блока механического системы поворота рефлектора космического летательного аппарата (КА) применяется на космическом летательном аппарате, находящемся на стационарной орбите. Его назначением является разворот рефлектора антенны в положение, которое устраняет расфокусировку рефлектора и облучателя, возникающую вследствие температурной деформации конструкции антенны. Деформация изменяется при изменении характера затенения конструкции от солнечного излучения.

Механические передачи, используемые в редукторах приводов, не всегда удовлетворяют требованиям, предъявляемым к космическим аппаратам нового поколения, таким как:

- диапазон рабочих температур: от -100 до +100 ˚С.;

- передача может работать в вакууме в негерметичном корпусе;

- ресурс передачи: не менее 9-104 ч. (до 50000 циклов);

- высокая точность углового перемещения выходного звена;

- срок активного существования – 10-15 лет;

- суммарное время работы – 10000 часов;

Главным требованием для данного привода является требуемая точность углового перемещения выходного звена – 1’20” угловых секунд.

Кинематическая цепь привода (рис. 1) состоит из волновой ступени и цилиндрического редуктора. Минимальные габариты и масса первых трех цилиндрических ступеней достигаются за счет подбора материалов, модуля и коэффициента смещения.

В данном приводе применена компоновка цилиндрических ступеней по типу планетарной передачи (рис. 2) [4]. Необходимость разнесения сателлитов на 3 потока мощности возникло вследствие того, что для обеспечения необходимого ресурса работы в часах прощелкивающей муфты, применяемой на приводе, она должна иметь слишком большие габариты, а применение муфты меньшего размера не обеспечит ресурс требуемых часов использования, отсюда необходимость использования одновременно трех муфт.

Рис. 1. Кинематическая схема

Рис. 2. 3D-модель привода в разрезе                  

Все виды классических передач обладают зазором в зацеплении, что приводит к люфту и погрешности наведения. Применяемые устройства для выборки зазора ведут к усложнению конструкции, налагают ограничения на диапазон поворота выходного вала привода и увеличивают массово-габаритные характеристики привода.

Волновая ступень в качестве выходной выбрана с целью минимизации люфта выходного вала и кинематической погрешности редуктора. Суммарная погрешность к выходному звену определяется как погрешность ступеней, отнесенная к передаточному числу последующих ступеней, и,  поскольку у волновой передачи передаточное число наибольшее, то предпочтительнее использовать именно ее в качестве выходной ступени. На выходной ступени требуемая точность может достигаться либо с использованием специального современного зуборезного оборудования, которое дает 5-6 степень точности, либо применением нестандартного S-образного профиля, который, по опыту зарубежных фирм, как итог, повышает точность. Минимальные габариты и масса первых трех ступеней достигаются за счет подбора материалов, модуля и коэффициента смещения.

С учетом того, что передаточное число привода значительно уменьшено по сравнению с прототипами (1500 вместо 30 000-65 000, типичных для передач с ВЗП), примененный электродвигатель не имеет значительного запаса по развиваемому моменту, что налагает ограничения на минимальный коэффициент полезного действия редуктора привода.

В качестве волновой ступени выбрана ВЗП с длинным гибким колесом с характерным диаметром 102 мм. Передаточное число волновой ступени (100) выбрано исходя из диаметра гибкого зубчатого колеса волновой ступени и модуля зубчатого венца (0,3 мм). Следовательно, суммарное передаточное число остальных ступеней (1500/100=15). Габариты гибкого колеса определяются передаваемой угловой точностью, крутящим моментом на выходном звене и КПД: так, по опыту зарубежных фирм (например, Harmonic Systems [3]), для редуктора типоразмера 25 с передаточным отношением 100:

- гибкое колесо с коротким стаканом (CSD) имеет угловую точность 1,0′, КПД 77%, момент 75 Н*м;

- гибкое колесо с длинным стаканом (CSG) имеет угловую точность 0,5′, КПД 84%, момент 108 Н*м;

- гибкое колесо без стакана узкое (FB) КПД 68%, момент 52 Н*м;

- гибкое колесо без стакана широкое (FR) КПД 68%, момент 91 Н*м.

Таким образом, была рассмотрена конструкция блока механического системы поворота рефлектора КА, обоснован выбор кинематической схемы привода. Представлены данные для выбора выходной ступени привода. В дальнейшем планируется расчет быстроходных и промежуточных ступеней редуктора, определение степени точности передач для обеспечения требуемой отработки углового положения выходного звена, изучение выходного звена и рассмотрение S- образного профиля, определение жесткости системы, определение коэффициента неравномерности распределения нагрузки между сателлитами на конечно-элементной модели, при этом обеспечивая минимальные габариты и массу привода.


Библиографический список
  1. Прецизионные передачи с промежуточными телами качения для использования в приводах наведения оптических систем [Электронный ресурс]. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/pretsizionnye-peredachi-s-promezhutochnymi-telami-kacheniya-dlya-ispolzovaniya-v-privodah-navedeniya-opticheskih-sistem (дата обращения: 05.07.2015).
  2. Механика современных специальных систем / Василенко Н. В., Галибей Н. И., Янюшкин А. С., Гупалов В. К., Ереско С. П., Крайнев А. Ф. // Красноярск. 2004. Том 2. 688 с.
  3. Harmonic Drive Systems. [Электронный ресурс]. URL: https://www.hds.co.jp (дата обращения: 06.07.2015).
  4. Планетарные передачи. Справочник / Кудрявцев В.Н., Кирдяшев Ю.Н. // 1977г. 536 с.


Все статьи автора «Юлия Сайфетдинова»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Один комментарий к “Совершенствование конструкции прецизионного привода”

  1. 02.02.2016 в 11:56

    Уважаемая Юлия Рафиковна!
    Из всего набора зубчатых механизмов, которые Вы рассматриваете для использования в редукторах привода антенн, Вы прошли мимо прецессирующих передач. Они способны реализовать Ваши изделия с меньшими габаритами и весом при высоком КПД и большом передаточном отношении. О них Вы можите познакомиться в статье: Пахомов С.Н.Зубчатые передачи для авиации//Авиакосмическое приборостроение №5. 2014. С. 47-53.

    С уважением С.Н. Пахомов

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация