Некоторые возможности управления на этапе проектирования функционально-эксплуатационными показателями зубчатых передач приводов исполнительной автоматики космических аппаратов

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космическихаппаратов

V. I. Kurenkov, V. V. Lokhmatkin State Research-and-Production Space-Rocket Center «TsSKB-Progress», Russia, Samara

THE EFFECT OF ONBOARD SYSTEM RELIABILITY INDEX UPON SPACECRAFT OUTPUT EFFECT

The paper deals with the space observation system goal efficiency effect of partial spacecraft onboard systems failures. Dependence of spacecraft reliability index effect upon sensing satellite output effect is derived on the basis of mathematical failure model. Simulation algorithm is derived for the space observation system efficiency prediction.

© Куренков В. H., HoxMaTKHH B. B., 2009

УДК 629.78:621.8

А. В. Леканов, А. Б. Гурылев, Д. А. Черепанов

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

П. Н. Сильченко, Е. С. Новиков

Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ПРИВОДОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ АВТОМАТИКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Рассматриваются методы обеспечения требуемых функционально-эксплуатационных показателей зубчатых передач приводов исполнительной автоматики космических аппаратов при уменьшенных весо-габаритных параметрах.

Надежность и работоспособность, с одновременным обеспечением требуемых функционально-эксплуатационных показателей, при повышенном коэффициенте полезного действия и низких значениях массогабаритных характеристик, приводов исполнительной автоматики (ИА), в настоящее время являются определяющим условием конкурентоспособности космических аппаратов (КА) в целом на внутреннем и мировом рынках.

К приводам исполнительной автоматики КА можно отнести приводы раскрытия антенн, механизмы поворота антенн и солнечных батарей и др.

Приводы ИА состоят из электродвигателя и, в основном, из набора обычных цилиндрических зубчатых передач с различными дополнительными приспособлениями, например ограничения нагрузки, или другими устройствами.

В зависимости от назначения к приводам ИА предъявляются различные требования по условиям их работы, нагружения и ресурса. Одни приводы эксплуатируются непрерывно, в период всего срока активного существования (САС), другие предназначены для приведения в движение какого-либо механизма один раз за весь период эксплуатации (приводы разового срабатывания, на-

пример раскрытия солнечных батарей, и др.). Следовательно, к функционально-эксплуатационным показателям зубчатых передач этих приводов должны предъявляться при проектировании и различные требования.

Одним из основных критериев работоспособности зубчатых передач, приводов однократного действия является контактная и изгибная прочность, увеличить которую можно вариацией геометрических параметров зацепления, выбором материала с наилучшими физико-механическими свойствами или применением наиболее совершенного способа упрочнения поверхности зубьев. Одним из основных критериев работоспособности зубчатых передач приводов, рассчитанных на весь САС КА, является контактная прочность поверхности сопрягающихся зубьев, изгибная прочность, а также износостойкость и точность. При этом приводы должны иметь минимальные весо-габаритные показатели.

Очевидно, что при расчете по существующим ГОСТам и выполнении всех этих требований имеются противоречия, которые необходимо решать с помощью применения новых методов расчета, приемов конструирования, применения новых материалов и методов их упрочнения. На-

Решетневские чтения

пример, одной из причин, влияющей на выход из строя какой-то зубчатой передачи привода ИА, может являться износ контактирующих рабочих поверхностей зубьев колес передач, приводящий вначале к потере требуемой точности, а в дальнейшем к критическому падению КПД и заклиниванию привода.

На основные качественные показатели, связанные с износом и прочностью зубчатых передач, определяющее влияние оказывают геометрические параметры зуба, которые можно изменять путем назначения соответствующего суммарного коэффициента смещения исходного контура x. Варьирование коэффициентами x1 и x2 приводит к существенному изменению качественных показателей зацепления, которые, в свою очередь, оказывают влияние на износостойкость, напряжение контактное на поверхности зуба и изгибное напряжение у основания зуба.

Исследования основных зависимостей показывают, что увеличение коэффициента смещения приводит к снижению коэффициента удельного давления. Пропорционально снижению коэффициента удельного давления происходит снижение контактных напряжений в зоне контакта. Но в то же время увеличение коэффициента смещения приводит к уменьшению коэффициента формы зуба, который имеет обратно пропорциональную зависимость с изгибными напряжениями, возникающими у основания зуба.

Для обеспечения всех заданных требований при минимальных массогабаритных параметрах приводов требуется обеспечить равнопрочность всех шестерен и зубчатых колес. Достигнуть рав-нопрочности можно соответствующими назначениями коэффициентов смещения исходного контура. Однако какой должна быть зависимость или взаимосвязь между коэффициентами смещения для обеспечения равнопрочности при заданном суммарном смещении, неизвестно.

Для обеспечения заданного уровня надежности и минимальных массогабаритных характеристик приводов, работающих весь САС КА, предлагается согласовать коэффициенты смещения, обеспечивающие равнопрочность, с коэффициентами смещения, обеспечивающими максимальную износостойкость.

Предлагается метод определения взаимосвязи коэффициентов смещения для обеспечения рав-нопрочности и минимальной износостойкости двух зубчатых колес в зацеплении через аналитические зависимости, выражающие взаимосвязь возникающих напряжений и коэффициентов удельного давления с коэффициентами смещений исходного контура обоих зубчатых колес.

Предполагается, что использование полученных зависимостей позволит проектировать зубчатые передачи для приводов ИА с обеспечением требуемых функционально-эксплуатационных требований в целом.

A. V. Lekanov, A. B. Gurylev, D. A. Cherepanov JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

P. N. Silchenko, E. S. Novikov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

SOME CONTROL OPPORTUNITIES OF FUNCTIONAL-OPERATIONAL PARAMETERS OF DRIVE TOOTH GEARINGS OF SPACECRAFT EXECUTIVE AUTOMATICS AT A DESIGN STAGE

The methods to maintain the required functional-operational parameters of drive tooth gearings of spacecraft executive automatics are considered at reduced weight and mass parameters.

© Леканов А. В., Гурылев А. Б., Черепанов Д. А., Сильченко П. Н., Новиков Е. С., 2009