Высокоточные нереверсивные линейные приводы на базе планетарных роликовинтовых механизмов для космической техники

Язык труда и переводы:
УДК:
621.833
Дата публикации:
25 ноября 2021, 00:27
Категория:
Секция 11. Наукоемкие технологии в ракетно-космической технике
Авторы
Носова Офеля Али кызы
АО «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева»
Блинов Дмитрий Сергеевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Носов Александр Сергеевич
АО «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева»
Денискин Денис Геннадьевич
АО «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева»
Аннотация:
Линейные приводы широко распространены в космической технике. Наиболее перспективным силовым механизмом этих приводов являются планетарные роликовинтовые механизмы (ПРВМ). Для высокоточных линейных приводов применяют беззазорные ПРВМ, которые по нагрузочной способности уступают ПРВМ с осевым люфтом в два раза, а по ресурсу — в 8–10 раз. Предложена новая патентно-чистая конструкция беззазорного ПРВМ, которая уступает по нагрузочной способности ПРВМ с осевым люфтом в 1,5 раза. Ее можно использовать только для нереверсивных приводов, которые также широко применяются в космической технике.
Ключевые слова:
новый механизм, планетарный, роликовинтовой, беззазорный, высокоточный, точность информации, надежность материалов
Основной текст труда

Линейные механические приводы широко применяются в изделиях космической техники и в технологическом оборудовании, обслуживающем эти изделия. Свое название линейные приводы получили по той причине, что их силовой механизм преобразует вращательное движение в поступательное. Силовой механизм имеет входное звено, соединенное с вращающимся валом двигателя, и выходное звено, соединенное с узлом поступательного (линейного) перемещения исполнительного механизма.

Как правило, в качестве силового механизма линейного привода используются винтовые механизмы [1]. В настоящее время наиболее перспективными винтовыми механизмами являются планетарные роликовинтовые механизмы (ПРВМ), которые выбраны объектами настоящего исследования. Входным звеном ПРВМ служит многозаходный винт, а выходным звеном — корпус с закрепленной в нем многозаходной гайкой и установленным с возможностью поворота относительно оси винта узлом, состоящим из резьбовых роликов, торцовые шейки которых входят с возможностью поворота в отверстиях двух сепараторов [2]. Резьбовые ролики для синхронизации движения дополнительно связаны с корпусом (гайкой) двумя зубчатыми зацеплениями. Каждый резьбовой ролик, обкатываясь по гайке, участвует в переносном и относительном движении, в результате чего происходит преобразование вращательного движения в поступательное.

Планетарные роликовинтовые механизмы имеют различные конструкции [2], выбор которых зависит от исходных данных. Часто к ПРВМ линейных приводов предъявляют требования по обеспечению высокой точности позиционирования выходного звена. Тогда применяют беззазорные ПРВМ, которые собирают с зазорами между сопрягаемыми резьбовыми деталями, а затем эти зазоры компенсируют различными способами [3]. Чаще всего гайку беззазорного ПРВМ выполняют сборной. Она состоит из двух полугаек и компенсатора между ними, а корпус беззазорного ПРВМ включает две детали, которые стягивают болтами с гайками. При этом корпусные детали сжимают сборную гайку. Она, взаимодействуя с резьбовыми роликами, перемещает их до контакта с винтом и выбирает зазоры. В итоге одна полугайка может воспринимать осевую силу одного направления, а другая полугайка — противоположного направления. Это приводит к основному недостатку беззазорных ПРВМ — нагрузочная способность беззазорного механизма примерно в 2 раза меньше нагрузочной способности ПРВМ с зазорами (с осевым люфтом). Еще одним недостатком этих механизмов является необходимость их регулировки, при которой не только выбираются зазоры, но и создается сила предварительного нагружения сопрягаемых витков резьбовых деталей ПРВМ. Контроль регулировки осуществляют по моменту холостого хода винта относительно корпуса или наоборот. Экспериментально установлены рекомендуемые значения момента холостого хода для различных типоразмеров ПРВМ.

Таким образом, ставится задача по повышению нагрузочной способности и ресурса беззазорных ПРВМ.

На основании выполненного обзора конструкций беззазорных ПРВМ установлено [3], что для решения этой задачи можно использовать механизмы с цельной тонкостенной гайкой. Благодаря деформированию гайки компенсируются зазоры между резьбовыми деталями ПРВМ. Однако эти механизмы имеют сложную конструкцию с дополнительными деталями, их сборка и регулировка представляет определенные сложности. Тонкостенная гайка предварительно деформируется в радиальном направлении, а при эксплуатации привода к ней прикладывается рабочая нагрузка. В результате этого гайка имеет меньшие знзачения геометрических характеристик, влияющих на прочность, и более нагружена, а значит, уступает по простоте конструкции и сборки, и самое главное — по надежности традиционной конструкции беззазорного ПРВМ со сборной гайкой (состоит из двух полугаек и компенсатора).

В связи с этим решено было модернизировать традиционную конструкцию с целью повышения ее нагрузочной способности. Для первого этапа исследования была разработана конструкция беззазорного ПРВМ со сборной гайкой для нереверсивных линейных приводов, которые применяются в космической технике. Особенно часто они используются в технологическом оборудовании, обслуживающем изделия космической техники (домкраты, кантователи, грузоподъемные устройства, пресса и т. д.).

Разработанная конструкция нереверсивного беззазорного ПРВМ защищена патентом РФ [4]. Поскольку ранее таких механизмов не было, пришлось использовать традиционные беззазорные ПРВМ со сборной гайкой с невысокой нагрузочной способностью, проигрывая в габаритах, массе, ресурсе и т. п.

В традиционном беззазорном ПРВМ со сборной гайкой полугайки имеют одинаковую длину, которая определяет одинаковую нагрузочную способность в обе стороны. Однако выше перечислено множество устройств, для работы которых нужна осевая сила, направленная только в одну сторону. Это значит, что для таких устройств традиционный беззазорный ПРВМ эксплуатируется неэффективно — одна полугайка вырабатывает свой ресурс, а другая остается практически не изношенной.

В разработанном механизме одна полугайка, которая воспринимает осевую нагрузку, имеет длину в 3 и более раз большую, чем другая полугайка. Таким образом, номинально ее нагрузочная способность на 50 % больше, чем нагрузочная способность традиционного беззазорного ПРВМ.

Для проверки работоспособности новой запатентованной конструкции нереверсивного беззазорного ПРВМ подготовлены рабочие чертежи для изготовления опытного образца, разработана методика сравнительных испытаний новой конструкции и традиционной. Выполняется комплексное теоретическое исследование по силовому анализу разработанной конструкции при сборке и регулировке, а затем при нагружении механизма рабочей осевой силой. Проводятся поисковые исследования с целью разработки и патентования новых конструкций беззазорных ПРВМ со сборной гайкой для повышения нагрузочной способности этих механизмов при реверсивном нагружении.

Литература
  1. Детали машин / под ред. О.А. Ряховского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 472 с.
  2. Блинов Д.С. Планетарные роликовинтовые механизмы. Конструкции, методы расчетов / под ред. О.А. Ряховского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 222 с.
  3. Блинов Д.С., Егоров О.В., Носов А.С. Обзор известных конструкций беззазорных планетарных роликовинтовых механизмов и разработка новых конструкций с цельной тонкостенной гайкой // Справочник. Инженерный журнал. 2018. № 12. С. 17–26.
  4. Беззазорный планетарный роликовинтовой механизм: патент № 205598 РФ/ Носова О.А., Носов А.С. и др. Заявл. 17.03.2021; опубл. 22.07.2021. Бюл. № 21.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.