Создание приводов повышеной нагрузочной способности для устройств исполнительной автоматики космических аппаратов

УДК 531.3

Ю. В. Ермошенко, И. В. Фомина, В. В. Сорин Иркутский государственный университет путей сообщения, Россия, Иркутск

ВИДЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ В СТРУКТУРАХ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ

Рассматриваются варианты введения дополнительных связей в структуры каскадных виброзащитных систем. Приведены алгоритмы формирования передаточных функций и формулы для расчета приведенных параметров при различных видах внешних воздействий.

Рассмотрены случаи введения в структуру звеньев в виде устройств для преобразования движения. Приведены результаты структурного синтеза в различных вариантах схемных решений построения виброзащитных систем (ВЗС).

Рассмотрены возможности комбинационного использования эффектов динамического гашения, привносимых устройствами для преобразования движения и вводимыми дополнительно упругими элементами в последовательных каскадах. Последнее позволяет избежать запирания ВЗС на высоких частотах.

Авторами анализируются различные варианты построения ВЗС с возможностями физической

реализации предлагаемых форм передаточных функций. Результаты исследований представлены в форме таблиц, содержащих систематизацию конструктивно-технических решений.

Авторами предлагается подход, основанный на построении системы, состоящей из нескольких каскадов, формирующих определенные динамические свойства при определенных частотах внешнего возмущения.

В качестве настроечного параметра выбирается коэффициент приведенной жесткости системы, определяемый соответствующей передаточной функцией.

Yu. V. Ermoshenko, I. V. Fomina, V. V. Sorin Irkutsk State University of Railway Engineering, Russia, Irkutsk

TYPES OF ADDITIONAL TIES IN STRUCTURES OF VIBROPROTECTION SYSTEMS

Abstract: variants of introduction of additional ties in structures cascade of vibroprotection systems are considered. Algorithms of transfer function formation and the formula to calculate the parameters are considered at various kinds of external influences.

© Ермошенко Ю. В., Фомина И. В., Сорин В. В., 2009

УДК 621.867

А. В. Леканов, Д. А. Черепанов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

Д. Е. Груздев, П. Н. Сильченко Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

СОЗДАНИЕ ПРИВОДОВ ПОВЫШЕНОЙ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ АВТОМАТИКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Рассматривается предложение о возможности применения в приводах устройств исполнительной автоматики космических аппаратов торцевых зубчатых передач с зацеплением по «улиткам Паскаля» для обеспечения повышенной нагрузочной способности.

Для обеспечения возрастающих по нагрузочной способности функционально-эксплуатационных требований к приводам устройств космических аппаратов при ограничениях по весога-баритным показателям необходимо применение нетрадиционных видов передаточных механиз-

мов. Существующие методы расчета и проектирования зубчатых эвольвентных передач не позволяют достичь заданных требований.

В настоящее время имеется ряд новых передаточных механизмов, использование которых позволит существенно улучшить характеристики

Механизмы специальных систем

вновь проектируемых на их основе приводов устройств исполнительной автоматики КА при сохранении или снижении весогабаритных показателей.

Одними из таких передаточных механизмов являются торцевые зубчатые передачи с зацеплением по «улиткам Паскаля». Особенностью этих передач является то, что при одних и тех же габаритах по сравнению с зубчатыми эвольвентными передачами можно создать передаточный механизм, имеющий более высокую нагрузочную способность.

Авторами разработаны методики расчета [1-4], проектирования и изготовления элементов торцевых зубчатых передач с зацеплением по «улиткам Паскаля» (рис. 1, 2). Методики позволяют рассчитывать все геометрические параметры, производить контроль формы и толщины зуба, угла зацепления, конусности зубьев колес, коэффициента перекрытия, скоростей относительного проскальзывания контактных поверхностей зубьев зубчатых колес и КПД.

Рис. 1. Торцевая зубчатая передача с непараллельными осями колес

Рис. 2. Планетарный редуктор, сочетающий торцевые и эвольвентные зубья на сателлитах

Вариации конструктивных особенностей звеньев торцевых зубчатых передач с зацеплением по «улиткам Паскаля» позволяют создавать планетарные редукторы с повышенной жесткостью и нагрузочной способностью. Наличие многопарного зацепления позволяет приводам с такими передачами конкурировать с волновыми передачами, так как в этом случае отсутствует гибкое колесо (см. рис. 1). Привод имеет переда-

точное число 625 при максимальных диаметре 72 мм, длине корпуса 47 мм и массе 560 г.

Проведенные исследования показали, что пятно контакта в торцевых передачах с зацеплением по «улиткам Паскаля» больше, чем в эвольвет-ных; соответственно, контактные напряжения ниже.

Стоимость изготовления торцевых зубчатых передач с зацеплением по «улиткам Паскаля» значительно ниже, чем стоимость изготовления эвольвентных зубчатых передач, а требования к технологии изготовления и применяемым материалам также значительно ниже.

Расположение зубьев на торце колеса позволяет проектировать комбинированные приводы (см. рис. 2). Передаточное число представленного редуктора составляет 6 934 051, т. е. один оборот выходной вал совершает за 3,32 суток при числе оборотов входного вала 1 500 мин-1. Кроме того, торцевая передача с зацеплением по «улиткам Паскаля» способна работать в среде порошковых смазок, что является наиболее актуальным для необслуживаемых механизмов и механизмов, работающих в условиях вакуума и низких температур.

Для конкретных параметров привода с использованием всех вышеприведенных принципов и преимуществ все эксплуатационные параметры приводов с торцевыми зубчатыми передачами по «улиткам Паскаля» примерно в 1,5...2,5 раза выше, чем у традиционных видов передач для одних и тех же силовых и кинематических характеристик.

Библиографический список

1. Сильченко, П. Н. Расчет торцового зубчатого зацепления по «улиткам Паскаля / Д. Е. Груздев, П. Н. Сильченко // Вестн. Краснояр. гос. техн. ун-та. 2003. Вып 32. Машиностроение. С.188-191.

2. Сильченко, П. Н. Уточнение кривизны поверхности зуба шестерни в произвольно выбранной точке контакта торцевого зубчатого зацепления по «улиткам Паскаля» / Д. Е. Груздев, П. Н. Сильченко // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2004. № 1. С. 18-23.

3. Груздев, Д. Е. Определение контактных напряжений в торцевой зубчатой передаче зацеплением по «улиткам Паскаля» / Д. Е. Груздев, П. Н. Сильченко // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2004. № 1. С. 23-28.

4. Груздев, Д. Е. Разработка методики геометрического и прочностного расчетов торцевых передач с зацеплением по «улиткам Паскаля» : ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.02.02 : защищена 28.12.04 / Д. Е. Груздев. Красноярск, 2004.

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

D. E. Gruzdev, P. N. Silchenko Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

DESIGNING DRIVES OF INCREASED LOAD CAPACITY FOR THE SPACECRAFT EXECUTIVE AUTOMATICS

The opportunity to apply face gearings with gearing on «Pascal snails» for maintenance of the increased loading capacity in space vehicle executive automatics drives is studied.

© Леканов А. В., Черепанов Д. А., Груздев Д. Е., Сильченко П. Н., 2009

УДК 531.4

А. С. Логунов, Ю. В. Ермошенко, А. А. Гордеева Иркутский государственный университет путей сообщения, Россия, Иркутск

СВЯЗИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ТИПА В КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СТРУКТУРАХ

Рассмотрены особенности динамики колебательных структур при введении различных соединений с интегральным звеном первого рода. При помощи алгебраических критериев Гурвица и Льенара-Шипара определены значения настроечных параметров виброзащитных систем, исходя из граничных условий устойчивости состояния.

Традиционная элементная база колебательных структур включает в себя упругие, демпфирующие и массо-инерционные звенья. В работе [1] показаны возможности расширения традиционной базы за счет введения звеньев двойного дифференцирования, одинарного и двойного интегрирования, чистого запаздывания. Подобные элементы можно отнести к типовым элементам первого уровня. Кроме того, можно выделить еще и элементы второго уровня, которые могут быть получены при помощи последовательного и параллельного соединений типовых элементов первого уровня. В частности, к таким звеньям относится апериодическое звено, которое с позиций структурной теории виброзащитных систем не является элементарным, а представляет собой последовательное соединение упругого звена (к) с интегрирующим первого порядка (А/р). Все синтезированные подобным образом звенья можно рассматривать как разновидности обобщенных пружин [2], поскольку обобщенная пружина отражает динамические свойства дополнительной цепи, вводимой параллельно упругому элементу базовой модели ВЗС. Авторами рассмотрен ряд соединений элементарных звеньев расширенного набора с интегрирующим звеном (см. таблицу).

Показано, что введение дополнительных связей, построенных комбинационным образом, может приводить к потере устойчивости. Для того чтобы ВЗС была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы определители Гурвица, составлен-

ные из коэффициентов ее характеристического уравнения, были больше нуля. При исследовании устойчивости при помощи алгебраических критериев нужно прежде всего проверить необходимое условие устойчивости. Если необходимое условие устойчивости выполняется, то оказывается, что для определения устойчивости нет необходимости вычислять все определители Гурвица. В этом случае используются критерии Льенара-Шипара [3]. Из условий устойчивости может быть определено граничное значение параметра А

Для приведенных в таблице видов соединений авторами построены амплитудно-частотные характеристики систем. Сравнение графиков позволяет сделать ряд частных заключений. Интегрирующее звено, работающее в «связке» с упругим звеном, может вызвать неустойчивость системы. Вместе с тем, изменяя настроечный параметр А, можно формировать необходимый вид АЧХ в соответствии с заданными требованиями.

Таким образом, интегрирующие звенья при различных соединениях (параллельных и последовательных) с другими звеньями, в том числе и интегрирующими звеньями первого и второго порядков, позволяют получать виброзащитные системы, обладающие устойчивостью. Вместе с тем обеспечение устойчивости является достаточно трудоемкой процедурой, особенно для систем высокого порядка (более пяти степеней свободы).