WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Степанов Вилен Степанович МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДА НА ОСНОВЕ ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧИ С ТЕЛАМИ КАЧЕНИЯ Специальность: 05.02.02 Машиноведение, системы приводов и детали машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009 г.

Работа выполнена на кафедре «Системы приводов авиационнокосмической техники» Московского авиационного института (государственного технического университета)

Научный консультант: д.т.н., профессор Самсонович Семен Львович

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Ватолин Валентин Владимирович к.т.н., доцент Постников Валерий Александрович

Ведущая организация: РСК «МиГ» (г. Москва)

Защита состоится «_» 2009 г. в _ час. на заседании диссертационного совета Д 212.125.07 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, А80, г.Москва, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, главный административный корпус, зал заседаний ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета).

Ваш отзыв на автореферат в количестве двух экземпляров, заверенных печатью, просьба направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан «_» _ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.125.07 кандидат технических наук, доцент Кондратьев А.Б.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Современное состояние и перспективы развития авиационной и ракетной техники характеризуются повышенными требованиями к массогабаритным характеристикам исполнительных механизмов (ИМ) приводов ЛА. Кроме того, при разработке пассажирских, транспортных и боевых самолетов перспективно использование силовых систем с единым электрическим источником энергопитания вместо централизованных гидравлических силовых систем. Преимуществом электрических силовых систем является отсутствие в летательном аппарате системы трубопроводов централизованной системы гидропитания, что снижает вес ЛА, облегчает его эксплуатацию и повышает боевую живучесть.

Электрические силовые системы обеспечивают питание как автономных гидроприводов с дроссельным или объемным регулированием, так и электрогидростатических и электромеханических приводов. Созданные в последнее время новые механические передачи, электрические двигатели высокой удельной мощности и силовая электроника для них позволяет создать высокоэффективные электромеханические приводы управления рулевыми поверхностями ЛА различного назначения.

Применение электромеханических приводов обуславливает проблемы, значительная часть которых связана с требованиями к механической передаче. Механическая передача, используемая в ИМ привода, должна иметь:

• высокие характеристики удельной мощности (удельного момента);

• высокую надежность и большой ресурс;

• возможность реализации резервированного электромеханического привода с суммированием моментов;

• совместно с электродвигателем лучшие показатели энергопотребления по сравнению с существующими и перспективными электрогидравлическими приводами;

• характеристики точности, обеспечивающие выполнение требуемых законов движения привода, механическая передача не должна являться причиной автоколебаний;

• технологическую простоту при производстве и обслуживании, сравнительно низкую стоимость жизненного цикла.

Одним из факторов, приводящих к появлению автоколебаний, является люфт в механической передаче. Исследованию динамики электроприводов с учетом люфта посвящены работы Полковникова В.А., Рабиновича Л.В., Романцова В.П., Сергеева Б.Г., Слюденкова М.Н., Стеблецова В.Г., Терскова В.Г. Устранение люфта в механической передаче может быть осуществлено за счет использования в качестве выходной ступени редуктора передач с многопарным зацеплением, как то: шариковинтовые, роликовинтовые и волновые, над использованием которых в рулевых приводах ЛА работают ведущие отечественные и зарубежные компании (МиГ, Boeing). Вопросам проектирования этих передач посвящены работы Волкова Д.П., Иванова М.Н., Крайнева А.Ф., Самсоновича С.Л., Становского В.В., Шувалова С.А.

Зубчатые волновые передачи широко применяются в технике из-за таких свойств, как возможность получения большого передаточного числа в одной паре (60..300); существенно меньшие габариты и масса относительно других типов передач при том же передаточном числе; высокая кинематическая точность и малый люфт за счет многопарности зацепления; меньший шум при работе по сравнению с планетарной передачей; возможность передачи движения с разделением двух сред;

меньшая стоимость по сравнению с планетарной передачей при массовом производстве.

В последнее время в технической и патентной литературе появились описания волновых передач, в которых гибкое колесо выполнено в виде тел качения, расположенных в сепараторе. В этих конструкциях шарики или ролики, выполняющие функцию гибкого колеса, одновременно с передачей крутящего момента воспринимают и радиальную нагрузку, как в радиальных подшипниках, что позволяют совмещать функцию редуктора и опорного устройства. Такое совмещение свойств редуктора и опорного устройства в ИМ рулевого привода позволяет сократить массогабаритные показатели и является новым и перспективным направлением в разработке рулевых приводов ЛА.

Таким образом, создание методики проектирования электромеханических приводов ЛА на основе волновых передач шариковых (роликовых) (ВПШ(Р)) и методик проектирования самих этих передач являются актуальными задачами.

Несмотря на актуальность разработки методик проектирования и расчета волновых передач с телами качения и применения их в ИМ приводов ЛА, данные вопросы в технической литературе отсутствуют или рассмотрены недостаточно полно.

Цель работы: создание методики проектирования электромеханических приводов ЛА на основе волновых передач с телами качения и методик проектирования самих этих передач для ИМ приводов ЛА.

Задачи работы:

• Определение рациональных конструктивных параметров волновой передачи с телами качения, в зависимости от статических и динамических требований и заданных габаритных размеров ИМ привода;

• Определение безлюфтовых профилей рабочей поверхности жесткого колеса и волнообразователя волновой передачи с телами качения;

• Обоснование схем и рациональных компоновок ИМ приводов на основе ВПШ(Р), в т.ч. резервированного привода, реализация общего передаточного числа редуктора при помощи ступеней волновой передачи;

• Анализ напряжений и деформаций в ВПШ(Р);

• Исследование статических и динамических характеристик привода ЛА на основе ВПШ(Р).

Методы решения Для решения поставленных задач использованы аналитические методы расчетов технической механики, для исследования динамических характеристик использован пакет MATLAB 7.6 – SIMULINK 7.1, при создании твердотельной модели ВПШ(Р) и ИМ привода использован пакет SolidWorks 2007, программа построения профиля деталей создана в среде VisualBasic for Applications, для исследования напряжений и деформаций методом конечных элементов использован пакет COSMOSWorks 2007. Экспериментальное исследование натурного образца проведено на стенде кафедры «Машиноведение и детали машин» МАИ.

Научная новизна • Разработана методика проектирования ИМ привода ЛА на основе волновой передачи с телами качения для вращательного и поступательного движения выходного звена;

• Разработана концепция построения исполнительных механизмов приводов по принципу, получившему название «силового минипривода», при которой элементы ИМ (электрический, гидравлический или пневматический двигатель, редуктор и опорное устройство объекта управления) скомпонованы в габаритах этого опорного устройства, что существенно сокращает габариты привода;

• Разработан ряд волновых механизмов на основе стандартных тел качения, при этом конструкция элементов ряда позволяет осуществить параллельное и последовательное их соединение с целью реализации требуемых значений крутящего момента и передаточного числа;

• Создана математическая модель привода с волновой передачей с телами качения, позволяющая исследовать статические и динамические характеристики привода;

• Выявлено и исследовано влияние специфической нелинейности электромеханического привода, расположенного внутри элерона, на его динамические характеристики;

• Разработана методика расчета профилей рабочих поверхностей жесткого колеса и волнообразователя волновой передачи с телами качения, исключающая люфт;

• Создана математическая модель волновой передачи с телами качения, позволяющая проводить анализ напряжений и деформаций звеньев передачи.

Практическая значимость 1. Разработана методика расчета конструктивных параметров волновой передачи с телами качения по заданному моменту нагрузки, передаточному числу, габаритным размерам;

2. Разработана программа, необходимая для изготовления жесткого колеса волновой передачи с телами качения на станках с ЧПУ;

3. Спроектирована конструкция резервированного электромеханического привода элерона самолета на основе волновой передачи с телами качения, ИМ которого размещены внутри элерона;

4. Спроектирована конструкция ИМ рулевого привода беспилотного ЛА, размещенного в объеме опорного устройства аэродинамического руля;

5. Предложена методика проектирования ИМ привода на основе элементов ряда волновых передач с телами качения, обеспечивающая требуемый момент нагрузки, передаточное число и габаритные размеры ИМ.

Реализация результатов Материалы диссертационной работы использованы в лекциях по курсу «Основы конструирования механизмов и узлов систем приводов ЛА», курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Системы приводов авиационно-космической техники» МАИ.

Положения диссертационной работы использовались ГосМКБ «Вымпел» при рассмотрении возможных вариантов реализации исполнительных механизмов беспилотных летательных аппаратов малой, средней и большой дальности.

Результаты диссертационной работы использовались в научноисследовательских темах кафедры 702:

• 1.35.04 Развитие теории и построение приводов с регулированием направления действия потока рабочего тела на основе многоплунжерных исполнительных механизмов (2004–2005);

• 1.22.06 Развитие теории, методов расчета и проектирования электрических, гидромеханических и пневмомеханических исполнительных механизмов приводов, построенных на основе шариковолнового принципа действия (2006 –2008);

• 25270-07009 Исследование по обоснованию обликовых характеристик перспективных изделий класса “воздух-воздух” и их рулевых приводов (ГосМКБ «Вымпел», 2003 – 2006);

• 33300-07020 Исследование возможностей создания автоматизированной системы управления для многоканального электрогидравлического привода поступательного движения проходческой щитовой установки (ОАО ПМЗ «Восход», шифр «Кант-М», 2006-2007) • 34710-03100 Применение явлений сверхпроводимости в электроприводах разгонного блока кислородно-водородного тяжелого класса (ГКНПЦ имени М.В.Хруничева, шифр «Двина КВТК», 2007).

Достоверность полученных результатов Результаты работы получены с помощью апробированных современных методов расчета, компьютерного моделирования, а также подтверждены сравнением теоретических исследований и результатов моделирования с экспериментальными данными.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:

• VII-й Всероссийской юбилейной научно-технической конференции “Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов”, Москва, МАИ, 25-27 мая 2005 г.;

• XIV-й, XV-й, XVI-й и XVII-й Международных научно-технических семинарах “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”, Алушта, сентябрь 2005, 2006, 2007, 2008 гг.;

• Всероссийской научно-технической конференции “Мехатронные системы”, Тульский Государственный Университет, декабрь 2006 г.;

• XXXIV-й Всероссийской конференции «Управление движением морскими судами и специальными аппаратами» РАН, п. Новомихайловский, 2007 г.;

• Седьмой международной выставке и научно-технической конференции по гидроавиации «Студенты и аспиранты аэрокосмическому комплексу России», Геленджик, 2008 г.

• Российской конференции с международным участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» (УКИ'08), Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2008 г.

Публикации Материалы диссертации опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК:

научные статьи в журналах «Авиакосмическое приборостроение» [1] и «Известия Тульского государственного университета» [2], а также десять научных работ в трудах всероссийских и международных конференций [3 – 12].

На разработанные в рамках диссертационной работы схемы ИМ приводов ЛА получены три патента РФ [13 – 15].

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения, содержит 162 страницы, включая 62 рисунка, 6 таблиц и список литературы из 37 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показаны тенденции развития исполнительных механизмов приводов на основе проведенного патентного поиска и анализа технической литературы.

Приведены основные проблемы, побуждающие использовать электромеханические привода с современными механическими передачами в ЛА различного назначения, показано состояние вопроса по созданию исполнительных механизмов на основе волновых передач с телами качения. Обоснована актуальность темы, определена решаемая научно-техническая проблема, сформулированы цель и основные задачи диссертации.

В первой главе рассмотрены основные вопросы теории волновой передачи шариковой (роликовой): кинематические схемы ВПШ(Р), определение передаточного числа, соотношения конструктивных параметров, профили жесткого колеса для различных схем ВПШ(Р), обеспечивающие практически безлюфтовое зацепление, и силовой расчет. Также приведено сравнение габаритов ВПШ(Р) с другими типами механических передач и вопросы оптимизации по внешнему диаметру и длине передачи. Показана зависимость коэффициента полезного действия передачи от коэффициента трения в различных деталях.

Волновая передача шариковая (роликовая) содержит четыре основных элемента:

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»