МОДЕРНИЗАЦИЯ ТИПОВОГО ПРИВОДА ОРИЕНТАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ КА. ЧАСТЬ 2. МЕХАНИЗМ ОРИЕНТАЦИИ ПО ТАНГАЖУ Кириловский В.В.,Лизунов А.А.,Ильин Д.В.,Тютюнник Н.Н.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана


Номер: 3-3
Год: 2017
Страницы: 62-66
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

привод ориентации солнечных батарей, ориентация по крену, ориентация по тангажу, подшипниковые опоры, the drive for orientation of the solar panels, orientation roll, orientation pitch, bearing supports, friction brake

Научная статья

Аннотация к статье

Типовой привод предназначен для ориентации солнечных батарей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - по крену и тангажу и, соответственно, состоит из двух независимых механизмов. Механизм ориентации по тангажу характеризуется следующими недостатками. В планетарном мотор-редукторе сателлиты на водилах установлены консольно. При определенных температурных условиях работоспособность подшипниковых опор приводного вала по тангажу не гарантирована. В механизме ориентации по тангажу модернизации подверглись мотор-редуктор и опоры приводного вала. Целью модернизации явилось устранение недостатков, имеющихся в типовом приводе, что, соответственно, повысит надежность функционирования космического аппарата (КА) в целом.

Текст научной статьи

Общая конструкция привода ориентации солнечных батарей, рассмотренная в предыдущей статье [1], описана ранее в [2]. Напомним основные моменты. В состав привода (рис. 1) входят механизмы ориентации по крену и ориентации по тангажу. Механизм ориентации по крену включает в себя мотор-редуктор 1, передающий вращение через муфту 2 приводному валу по крену 3. Приводной вал 3 установлен в подшипниковых опорах, которые располагаются в двух индивидуальных корпусах на внешней поверхности космического аппарата. В состав механизма ориентации по тангажу входит мотор-редуктор 8, конструкция которого аналогична мотор-редуктору 1. Мотор-редуктор 8 соединен через муфту 6 с приводным валом по тангажу 5. Валы 5 и 3 образуют единую Т-образную конструкцию. На мотор-редукторе 8 закреплена гильза 4, внутри которой расположены подшипниковые опоры приводного вала по тангажу 5. На гильзе 4 смонтирована рама 9 с панелями солнечных батарей 10. Ориентация по тангажу осуществляется при подаче питания на мотор-редуктор 8. При этом мотор-редуктор вместе с прикрепленными к нему гильзой, рамой и солнечными батареями поворачивается вокруг оси вала 5. При ориентации по тангажу вал 5 не вращается и остается неподвижным. Особенности конструкции мотор-редукторов 1 и 8, а также объем их модернизации рассмотрены в [1]. Обратим внимание на конструкцию подшипниковых опор, установленных в гильзе 2 приводного вала по тангажу (рис. 2, а). В типовом приводе применена схема установки подшипников «врастяжку» [3], которая характеризуется следующими конструктивными особенностями. Внешние кольца 1 подшипников зафиксированы от осевых перемещений в корпусе (в гильзе 2) с внутренней стороны, а внутренние кольца 3 зафиксированы на приводном валу по тангажу 4 с внешней стороны. Фиксация колец подшипников может осуществляться различными способами, например, на схеме по рис. 2, а представлена фиксация пружинными упорными плоскими наружными и внутренними кольцами по ГОСТ 13942-86 и ГОСТ 13943-86. Внутренние кольца подшипников зафиксированы на валу наружными пружинными упорными кольцами (кольцами для наружных цилиндрических поверхностей), внешние кольца подшипников зафиксированы в гильзе внутренними пружинными упорными кольцами (кольцами для внутренних цилиндрических поверхностей). Данная схема очень чувствительна к тепловому режиму работы узла [4], [5]. Это связано с особенностями тепловых деформаций гильзы 2 и вала 4. Так, при эксплуатации механизма в условиях повышенных температур нагретые гильза и вал удлинятся на величину собственных тепловых деформаций. Вместе с удлинением гильзы и вала пружинные упорные кольца, внутренние (в гильзе) и наружные (на валу), переместятся в противоположных направлениях наружу (левые - влево, правые - вправо). Соответственно, вместе с ними переместятся наружные и внутренние кольца подшипников. Если окажется, что температура гильзы выше температуры вала, она удлинится в большей степени, чем вал. Поэтому внешние кольца подшипников переместятся на большее расстояние, чем внутренние, это может вызвать защемление (заклинивание) шариков между дорожками качения наружных и внутренних колец. Тогда вращение колец подшипников, да и сама работоспособность механизма ориентации по тангажу, станут невозможными. А при низких температурах описанный процесс будет развиваться в противоположном направлении. Вал и гильза будут охлаждаться и укорачиваться. Вместе с ними пружинные упорные кольца и кольца подшипников переместятся навстречу друг другу (левые - вправо, правые - влево). Если температура охлаждения вала окажется ниже температуры гильзы, вал укоротится в большей степени, чем гильза. Это приведет к перемещению внутренних колец подшипников на большую величину, чем внешних. Поэтому шарики также могут оказаться защемленными. Отметим, что схема врастяжку значительно лучше работает в ситуации, когда вал нагрет несколько больше корпуса или корпус охлажден в большей степени, чем вал. В этой ситуации тепловые деформации вала и гильзы могут в некоторой степени ослабить фиксацию подшипников пружинными упорными кольцами и тем самым облегчить вращение шариков. Правда, многое зависит еще и от посадок, по которым кольца подшипников установлены на вал и в гильзу. Если будут приняты посадки с натягом, это может даже при благоприятном тепловом режиме вызвать заклинивание шариков. Таким образом, в связи с общей чувствительностью схемы врастяжку к тепловому режиму, особые требования предъявляются к теплоизоляции подшипникового узла. Эти требования заключаются в необходимости обеспечения подшипникам благоприятного теплового режима в течение всего срока эксплуатации. В условиях орбитального полета внешняя температура может резко изменяться в широком диапазоне. Поэтому сохранение благоприятного теплового режима подшипников при схеме врастяжку представляет непростую задачу. Все сказанное выше является большим недостатком данной схемы. Целесообразно в приводе по тангажу, также как и в приводе по крену, установить подшипники по схеме «одна опора фиксирующая, другая плавающая» (рис. 2, б). В данной схеме кольца фиксирующего подшипника 5 зафиксированы от перемещений в осевом направлении с двух сторон (слева и справа) и на валу 4, и в гильзе 2. Кольца плавающего подшипника 6 зафиксированы с двух сторон только на валу, в гильзе не зафиксированы. Представленная схема работоспособна при любой относительной температуре нагрева или охлаждения вала и гильзы и при любых их температурных деформациях. Заклинивание подшипников будет исключено, так как, даже при неблагоприятном тепловом режиме, плавающий подшипник просто переместится в гильзе на соответствующую величину влево или вправо. Все сказанное в предыдущей статье [1] об особенностях конструкции плавающей опоры в механизме ориентации по крену следует сохранить и в механизме по тангажу. А именно, необходимо предусмотреть повышенную износостойкость подшипникового гнезда плавающего подшипника и обеспечить отсутствие любых конструктивных элементов слева и справа от него, которые препятствовали бы тепловым перемещениям наружного кольца при максимально возможных температурных деформациях деталей. Внешнее кольцо правого подшипника должно быть установлено в корпус по посадке с зазором. В заключении сделаем следующие выводы. 1. Предлагаемые усовершенствования конструкции типового привода ориентации солнечных батарей позволят устранить его проблемы и недостатки. Устранение недостатков потребует незначительных дополнительных затрат. 2. В мотор-редукторах по крену и тангажу сателлиты будут надежно установлены на своих осях, упругие деформации которых не приведут к нарушению работоспособности привода в целом. 3. Предлагаемые конструкции подшипниковых опор приводных валов по крену и тангажу будут полностью работоспособны на всем температурном диапазоне эксплуатации в орбитальных условиях. Заклинивание подшипников будет исключено. Это повысит надежность работы привода и всего космического аппарата. 4. Приводной вал по крену будет зафиксирован от случайных или закономерных осевых перемещений вместе с солнечными батареями.

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.