УСТРОЙСТВО ВЫСОКОТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам высокоточного позиционирования полезной нагрузки, в частности к конструкции передачи в которой ведущий элемент соединен с ведомым элементом посредством троса для передачи вращения, а именно к системе позиционирования в азимутальной и угломестной плоскостях опорно-поворотного устройства.
Из уровня техники известно устройство высокоточного позиционирования (Патент США № 4351197A, опубликован 28.09.1982), содержащее ведомый элемент, включающий в себя барабан с множеством канавок, проходящих по окружности вокруг барабана, ведущий элемент в виде винта с наружной поверхностью, и трос, соединяющий ведущий элемент с ведомым элементом.
Недостатком известного технического решения является низкая жесткость устройства высокоточного позиционирования, а также низкая точность позиционирования полезной нагрузки.
Кроме того, известно устройство высокоточного позиционирования (Заявка на патент США №175175, опубликована 18.03.2010), принятое за прототип, содержащее ведомый элемент, включающий в себя барабан с наружной поверхностью, ведущий элемент с наружной поверхностью и канавками V-образной формы, обеспечивающими заклинивание в них троса для большего сцепления, а также трос, соединяющий ведущий элемент с ведомым элементом.
Недостатком известного технического решения является преждевременный износ троса, возникающий при использовании данного принципа передачи вращения на больших скоростях (более 2-4 градусов в секунду) и передачи большого момента силы. А именно, в следствие деформации троса при заклинивании последнего в V-образной канавке, повышается риск разрыва троса при выходе из заклинивания на больших скоростях с приложением большого момента силы из-за регулярного изменения равномерности прилагаемой к тросу нагрузки в момент выхода из канавки, а также отсутствия системы натяжения троса, обеспечивающей равномерность прилегания троса к внешним поверхностям элементов при температурных изменениях среды и растяжения троса.
Общим недостатком описанных выше технических решений, в том числе прототипа, является низкая точность позиционирования полезной нагрузки при высоких скоростях работы устройств высокоточного позиционирования.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая проблема низкой точности позиционирования полезной нагрузки при больших скоростях работы устройства позиционирования.
Технический результат заключается в достижении высокой точности позиционирования полезной нагрузки при высокой скорости передачи вращающего движения.
Технический результат достигается тем, что устройство высокоточного позиционирования содержит ведомый элемент с наружной поверхностью и ведущий элемент с наружной поверхностью для вращения по угломестной оси, а также трос, соединяющий ведущий элемент с ведомым элементом, при этом ведущий элемент выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть, выполненную из полимерного материала с канавками U-образной формы, при этом на ведомом элементе закреплено устройство натяжения для натяжения троса.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно содержит дополнительный ведомый элемент с наружной поверхностью и дополнительный ведущий элемент с наружной поверхностью для вращения по угломестной оси, а также трос, соединяющий дополнительный ведущий элемент с дополнительным ведомым элементом.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что дополнительный ведущий элемент выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть, выполненную из полимерного материала с канавками U-образной формы, при этом на дополнительном ведомом элементе закреплено устройство натяжения для натяжения троса.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что оно содержит ведомый элемент с наружной поверхностью и ведущий элемент с наружной поверхностью для вращения по азимутальной оси, а также трос, соединяющий ведущий элемент с ведомым элементом.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ведущий элемент для вращения по азимутальной оси выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть, выполненную из полимерного материала, с канавками U-образной формы.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ведомый элемент выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть, выполненную из полимерного материала.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что U-образные канавки ведущего элемента выполнены с боковыми стенками, расположенными под углом, заданным из диапазона от 1 до 150 градусов.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что дно канавки ведущего элемента имеет радиус равный радиусу троса.
В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что глубина канавки ведущего элемента выполнена диаметром не менее 0,1 диаметра троса.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых показано:
Фиг.1 – устройство высокоточного позиционирования, общий вид, где 1 – ведомый элемент, 2 – ведущий элемент, 6 – дополнительный ведомый элемент, 7 – дополнительный ведущий элемент, 9 – ведомый элемент для вращения по азимутальной оси, 10 – ведущий элемент для вращения по азимутальной оси.
Фиг.2 – устройство высокоточного позиционирования, общий вид сзади, где 1 – ведомый элемент, 5 – устройства натяжения, 6 – дополнительный ведомый элемент, 8 – дополнительное устройство натяжения.
Фиг.3 – устройство высокоточного позиционирования, вид сбоку, где 1 – ведомый элемент, 1.1 – внутренняя часть ведомого элемента 1, 1.2 – внешняя часть ведомого элемента 1, 2 – ведущий элемент, 2.1 – внутренняя часть ведущего элемента 2, 2.2 – внешняя часть ведущего элемента 2, 3 – трос, 5 - устройство натяжения.
Фиг. 4 – фрагмент внешней части ведущего элемента, где 3 – трос, 4 – канавка, 11 – боковые стенки канавки 4, 12 – дно канавки 4.
Устройство высокоточного позиционирования содержит ведомый элемент 1 с наружной поверхностью и ведущий элемент 2 с наружной поверхностью для вращения по угломестной оси, а также трос 3, соединяющий ведущий элемент 2 с ведомым элементом 1. Ведущий элемент 2 выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть 2.1 в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть 2.2, выполненную из полимерного материала с канавками 4 U-образной формы, при этом на ведомом элементе 1 закреплено устройство натяжения 5 для натяжения троса 3. Для устранения возможности проворота внутренней части 2.1 относительно внешней части 2.2 ведущего элемента 2 при передачи крутящего момента внешняя часть 2.2 соединена с внутренней частью 2.1 посредством нецилиндрической формы сопрягаемых поверхностей.
В предпочтительном варианте исполнения полезной модели устройство высокоточного позиционирования содержит дополнительный ведомый элемент 6 с наружной поверхностью и дополнительный ведущий элемент 7 с наружной поверхностью для вращения по угломестной оси, а также трос, соединяющий дополнительный ведущий элемент 7 с дополнительным ведомым элементом 6. Ведущий элемент 7 выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть, выполненную из полимерного материала с канавками U-образной формы, при этом на ведомом элементе 6 закреплено устройство натяжения 8 для натяжения троса. Ведомый элемент 1 и ведомый элемент 6, а также ведущий элемент 2 и ведущий элемент 7, а также устройство натяжения 5 и устройство натяжения 8 по принципу работы и конструктивно не отличаются друг от друга, поэтому на Фиг. 3, показан один ведомый элемент 1, один ведущий элемент 2, и одно устройство натяжения 5. Однако, в описании в отношении ведомого и ведущего элемента будут ссылки на ведомый элемент 1 и ведущий элемент 2 и их внутренние части 1.1, 2.1 и внешние части 1.2, 2.2.
В предпочтительном варианте исполнения полезной модели устройство высокоточного позиционирования содержит ведомый элемент 9 с наружной поверхностью и ведущий элемент 10 с наружной поверхностью для вращения по азимутальной оси, а также трос (на фигурах не показан), соединяющий ведущий элемент 10 с ведомым элементом 9. Ведомые элементы 1 и 6, а также ведущие элементы 2 и 7, предназначенные для вращения по угломестной оси, по принципу работы не отличаются от принципа работы ведомого элемента 9 и ведущего элемента 10, предназначенные для вращения по азимутальной оси. В предпочтительном варианте выполнения полезной модели ведущий элемент 10 выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть, выполненную из полимерного материала, с канавками U-образной формы.
В предпочтительном варианте выполнения полезной модели ведомый элемент 1 выполнен в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси 1.1 и закрепленную на ней внешнюю часть 1.2, выполненную из полимерного материала, также ведомые элементы 6 и 9 выполнены в виде сборной конструкции, включающей в себя внутреннюю часть в виде металлической оси и закрепленную на ней внешнюю часть, выполненную из полимерного материала.
В предпочтительном варианте выполнения полезной модели U-образные канавки 4 ведущего элемента 2 выполнены с боковыми стенками 11, расположенными под углом, заданным из диапазона от 1 до 150 градусов. Дно 12 канавки 4 ведущего элемента 2 имеет радиус равный радиусу троса 3 с допуском N11, при этом глубина канавки 4 ведущего элемента 2 выполнена диаметром не менее 0,1 диаметра троса 3. Также U-образные канавки каждого ведущего элемента 7 и 10 выполнены с боковыми стенками, расположенными под углом, заданным из диапазона от 1 до 150 градусов. Дно канавки каждого ведущего элемента 7 и 10 имеет радиус равный радиусу троса с допуском N11, при этом глубина канавки ведущего элемента 7 и 10 выполнена диаметром не менее 0,1 диаметра троса.
В описанном устройстве высокоточного позиционирования может быть использовано один или более тросов 3 для передачи большего момента за счет распределения нагрузки по тросам. В этом случае устройства натяжения 5 и 8 обеспечивают их равномерное натяжение. Количество применяемых тросов 3 зависит от требований к массе полезной нагрузки.
Ведущий элемент 2, выполненный в виде сборной конструкции, позволяет повысить несущую способность конструкции и распределить момент прилагаемого усилия на большую площадь сопрягаемых деталей, кроме того, повысить силу сцепления с тросами 3 за счет разности в свойствах стальных тросов 3 и внешней части 2.2, выполненную из полимерного материала, в результате чего повышается точность позиционирования полезной нагрузки при высокой скорости передачи вращающего движения. За счет выполнения канавок 4 U-образной формы увеличивается площадь соприкосновения тросов 3 с внешней частью 2.2, выполненную из полимерного материала, и обеспечивается отсутствие проскальзывание тросов 3, в результате чего также повышается точность позиционирования. Стоит отметить, что сечение троса (ГОСТ 3060-80, 3062-80, 3063-80, 3064-80, 3066-80, 3067-88, 3069-80, DIN 3060, 3066, 3069) не является идеальной окружностью, поэтому с учетом разности в жесткости и вязкости материалов стальных тросов 3 и полимерного материала обеспечивается местная деформация полимерного материала в местах соприкосновения троса 3 с последующим восстановлением формы полимера без потери прочностных свойств последнего, что существенно повышает коэффициент трения при передаче вращающего момента. За счет регулирования натяжения тросов 3 устройством натяжения 5 обеспечивается равномерное распределение прилагаемых к поверхности ведомого элемента 1 усилий от натягиваемого троса 3 на большей площади, в результате чего повышается точность позиционирования полезной нагрузки при высокой скорости передачи вращающего движения. Устройство натяжения 5 позволяет обеспечить натяжение троса от 1,0 до 1000 Н/м в зависимости от применяемого диаметра троса 3 с точностью применяемого калиброванного динамометрического ключа. Ведущие элементы 7 и 10, выполненные в виде сборной конструкции, также позволяет повысить несущую способность конструкции и распределить момент прилагаемого усилия на большую площадь сопрягаемых деталей, при этом повысить силу сцепления с тросами.
Каждый ведомый элемент 1, 6 или 9, выполненный в виде сборной конструкции, также позволяет повысить несущую способность конструкции и распределить момент прилагаемого усилия на большую площадь сопрягаемых деталей, кроме того, повысить силу сцепления с тросом за счет разности в свойствах стального троса и полимерного материала.
U-образные канавки выполнены с боковыми стенками, расположенными под углом, заданным из диапазона от 1 до 150 градусов в зависимости от выбранного размера конструкции и диаметра троса, что обеспечивает лучшее позиционирование троса на каждом ведущем элементе. Выбранный угол зависит от массы, установленной на устройстве полезной нагрузки, размера самого устройства, количества используемых тросов, а также количеством витков каждого из тросов на ведущем элементе. Дно канавок имеет радиус равный радиусу троса, выполненный с допуском N11, что обеспечивает зацепление троса. Глубина канавок, выполненная диаметром не менее 0,1 диаметра троса, обеспечивает лучшее сцепление троса с ведущими элементами.
Таким образом, как показано в вышеприведённом описании полезной модели, достигается технический результат, заключающийся в достижении высокой точности позиционирования полезной нагрузки при высокой скорости передачи вращающего движения.
Предложенное техническое решение может быть использовано в системе спутниковой связи в азимутальной и угломестной плоскости опорно-поворотного устройства.