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.

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»