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.