Содержание к диссертации
Введение
1. Основы теории волновой передачи с телами качения 21
1.1. Кинематика волновой передачи с телами качения с вращательным характером движения выходного звена 22
1.2. Кинематика волновой передачи с телами качения с поступательным характером движения выходного звена 29
1.3. Геометрические соотношения в волновой передаче с телами качения с вращательным характером движения выходного звена 33
1.4. Геометрические соотношения в волновой передаче с телами качения с поступательным характером движения выходного звена 50
1.5. Силовой расчет волновой передачи с телами качения 59
1.6. Методика выбора конструктивных параметров волновой передачи с телами качения 62
1.7. Сравнение габаритов волновой передачи с телами качения с габаритами других передач 68
1.8. Коэффициент полезного действия волновой передачи с телами качения 72
2. Методика проектирования исполнительного механизма привода с волновой передачей с телами качения по принципу «силового минипривода» 84
2.1. Особенности схем силового минипривода 84
2.2. Реализация общего передаточного числа 89
2.3. Концепция построения силового минипривода беспилотного ЛА 91
2.4. Концепция построения резервированного силового минипривода пилотируемого ЛА 93
2.5. Обоснование и построение ряда волновых передач с телами качения .99
3. Динамические характеристики привода на основе волновой передачи с телами качения 108
3.1. Динамические характеристики привода с волновой передачей с телами качения 108
3.2. Расчет геометрических параметров рычажного механизма электромеханического привода элерона 113
3.3. Исследование динамики электромеханического привода элерона 122
4. Экспериментальные исследования 142
4.1. Определение максимального развиваемого момента и жесткости волновой передачи с телами качения 142
4.2. Экспериментальное исследование КПД макетного образца волновой передачи с телами качения 146
Общие выводы 153
Список литературы 155
Приложение
- Кинематика волновой передачи с телами качения с поступательным характером движения выходного звена
- Концепция построения резервированного силового минипривода пилотируемого ЛА
- Расчет геометрических параметров рычажного механизма электромеханического привода элерона
- Экспериментальное исследование КПД макетного образца волновой передачи с телами качения
Введение к работе
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: шариковинто-вые, 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
А,
(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 массо-габаритные 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 ВГШ1(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
Разработана методика расчета конструктивных параметров волновой передачи с телами качения по заданному моменту нагрузки, передаточному числу, габаритным размерам;
Разработана программа, необходимая для изготовления жесткого колеса волновой передачи с телами качения на станках с ЧПУ;
Спроектирована конструкция резервированного электромеханического привода элерона самолета на основе волновой передачи с телами качения, ИМ которого размещены внутри элерона;
Спроектирована конструкция ИМ рулевого привода беспилотного ЛА, размещенного в объеме опорного устройства аэродинамического руля;
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 научно-исследовательских 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.
Кинематика волновой передачи с телами качения с поступательным характером движения выходного звена
Волновая передача с телами качения, имеющая поступательный характер движения выходного звена, состоит из гайки — волнообразователя, многорядного сепаратора, тел качения (в большинстве схем - шариков) и жесткого колеса, имеющего винтообразный профиль (см. рисунок 1.4) [18]. Конструкция, описанная в [18], имеет сложный в изготовлении элемент - винтообразный профиль жесткого колеса, который может быть заменен набором профилированных реек, расположенных вдоль штока и образующих вместе жесткое колесо. В таком случае жесткое колесо передачи с поступательным характером движения выходного звена изготавливается на тех же станках, что и жесткое колесо передачи с вращательным характером движения выходного звена, а задача нахождения математического описания профиля жесткого колеса сводится к нахождению зависимостей для профилей реек на плоскости.
Т.к. сепаратор и, шток не могут совершать друг относительно друга вращательное движение, а сепаратор и гайка не могут совершать друг относительно друга поступательное движение, то возможны схемы функционирования передачи, показанные в таблице 1.1. Поскольку наибольшее передаточное число достигается при и = 1, то одноволновая конструкция, гайка - волнообразователь которой имеет форму эксцентрикового диска, является наиболее перспективной среди ВПШ(Р) с поступательным характером движения выходного звена. Возможны три кинематические схемы передачи: 1. тела качения - шарики, шток — внутри, волнообразователь — снаружи; 2. тела качения - шарики, шток - снаружи, волнообразователь - внутри; 3. тела качения - ролики, шток - снаружи, волнообразователь - внутри. Наиболее рациональной является кинематическая схема №1 с телами качения — шариками, жестким колесом, расположенным внутри сепаратора, представляющем собой шток с четырьмя - шестью профилированными поверхностями, сепаратор с соответствующим числом отверстий для шариков и внешне расположенный волнообразователь (см. рисунок 1.5). Для всех трех кинематических схем коэффициент передачи вычисляется по формуле (1.5). Определим основные геометрические соотношения волновых передач с телами качения, выразив их через диаметр шарика (ролика) (см. рисунок 1.6). Ход шарика (ролика) и глубина впадины профиля жесткого колеса равны удвоенному эксцентриситету. где RH и RBH — наружный и внутренний радиусы окружностей по впадинам жесткого колеса, е — эксцентриситет волнообразователя передачи. Если представить, что шарик расположен в центре впадины, то: где hc — толщина сепаратора, ш(р) диаметр шарика (ролика), А — зазор между сепаратором и выступами жесткого колеса и между сепаратором и диском волнообразователя. Толщину сепаратора выбираем из условия, что шарики при движении в отверстиях сепаратора постоянно касаются его стенок по окружности диаметра. При таком условии толщина сепаратора hc должна быть больше максимальной величины хода шарика, то есть hc 2e. Примем:
Величины зазоров А можно выразить в долях е или ш(р). Если принять А = 0,Ыш/рч, то получим: В результате: Для удобства расчетов примем: е = 0,2 /ш(р). (1.8) При таком допущении: Средний Rc , внутренний RQ и наружный Rc радиусы сепаратора ср вн н определяются зависимостями: WBH vcp где гд — радиус диска волнообразователя (см. рисунок 1.6), выражается зависимостью: Ъ н+е- цр). (1.13) При неподвижном сепараторе и вращении диска волнообразователя, шарик совершает возвратно-поступательное движение с амплитудой ±е. Профиль впадины жесткого колеса может быть грубо определен в виде окружности радиуса г , которая позволяет изготовлять впадины одноходо-вым инструментом.
Концепция построения резервированного силового минипривода пилотируемого ЛА
При разработке электромеханического привода элерона поставлены следующие задачи: привод должен быть резервированным с суммированием усилий на выходном звене; привод должен быть размещен внутри элерона и не занимать объема в крыле; масса ИМ привода должна быть существенно уменьшена по сравнению с существующим приводом. Реализация поставленных задач базируется на современных достижениях в области приводных систем: использовании бескорпусных электродвигателей на редкоземельных материалах; использовании высокочастотных преобразователей энергии и самолетной электросети напряжением 270В (540В); построении ИМ привода по принципу силового минипривода на основе волновых передач с шариками или роликами. Особенности кинематической схемы привода элерона в существующей конструкции заключаются в том, что используется привод с поступательным движением выходного звена. На этом основании сила, развиваемая приводом, приложена со смещением относительно оси вращения элерона. Величина смещения характеризует плечо приложения, силы.
Следует отметить, что ось вращения элерона вынесена за контур профиля крыла и элерона. Для сохранения существующей кинематики и размещения внутри эле рона электромеханического привода, имеющего вращательный характер движения выходного звена, предлагается корпус ИМ привода жестко крепить . к силовому каркасу элерона параллельно оси вращения, а выходное звено ИМ выполнить с эксцентриковой втулкой, которая через рычажный механизм шарнирно соединена с нервюрой крыла. При такой кинематической схеме момент на выходном звене ИМ привода приводит к повороту элерона вместе с корпусом ИМ относительно оси вращения элерона, а эксцентриковая втулка вместе с рычажным механизмом совершает угловое перемещение относительно оси крепления рычага к нервюре крыла. Учитывая, что толщина профиля элерона ограничена, диаметр ИМ привода не должен превышать этого размера с учетом толщины обшивки элерона. Построение резервированного электромеханического привода предполагает использование не менее двух ИМ, моменты которых складываются. На рисунке 2.4 показано расположение резервированного привода внутри элерона, на рисунке 2.5 конструктивная схема рычажного механизма привода в трех положениях элерона: нейтральном, максимально отклоненном вверх и максимально отклоненном вниз. На рисунке 2.5 буквами обозначены: О — ось крепления элерона к крылу, А — ось крепления оси привода к элерону, В - ось крепления выходного вала привода к рычагу, С — ось крепления рычага к крылу, Н — точка, в которой находится ось крепления выходного вала привода к рычагу (ось В) при нейтральном положении руля и выходного вала привода. При отказе системы управления или непосредственно электродвигателя одного из приводов этот привод должен отключаться и не нагружать исправный привод. Для этих целей в кинематическую цепь каждого ИМ привода между валом двигателя и входным валом редуктора введена электромеханическая муфта. Конструкция ИМ приведена на рисунке 2.6. Электромеханическая муфта при включенном приводе жестко соединяет вал электродвигателя с входным валом редуктора. При отказе привода муфта обесточивается и расцепляет вал двигателя с входным валом редуктора.
В режиме отказа одного из приводов исправный привод должен отклонять элерон, вместе с которым будет вращаться и выходной вал отказавшего привода, т.е. редуктор отказавшего привода работает в режиме мультипликатора. Реализация указанных режимов обуславливает требование к высокому КПД редуктора как в режиме редуктора, так и в режиме мультипликатора. Общее передаточное число редуктора ИМ рулевого привода, имеющего высокоскоростной электродвигатель, чаще всего не реализуемо одной ступенью ВПШ(Р), либо реализуемо, но при этом имеет неподходящие другие параметры (наружный диаметр, КПД). В обоих случаях применяется двух или трехступенчатая ВПШ(Р). Передаточное число редуктора определяется зависимостью где т - число ступеней редуктора, qx - общее передаточное число редуктора, qx - передаточное число первой ступени, qm - передаточное число выходной ступени, qt - передаточное число / -ой ступени. В связи с широким диапазоном реализуемых передаточных чисел в одной ступени ВПШ(Р) представляется целесообразным модульное построение редуктора путем разработки ряда ВПШ(Р) под стандартные тела качения. При этом элементы ряда, имеющие одинаковое число тел качения, но отличающиеся размером тел качения, имеют равное передаточное число, но разную нагрузочную способность. Последовательное соединение однотипных элементов ряда позволяет увеличить передаточное число, параллельное соединение - позволяет увеличить нагрузочную способность редуктора. Построение ряда В1Ш1(Р) основано на использовании стандартизованных тел качения (для шариков dm = 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 мм согласно ГОСТ 3722-81). Это позволяет использовать ступени, различающиеся как по передаточному числу ( 7 = 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20), так и по моменту нагрузки. Ступени с равным значением передаточного числа отличаются размером используемых тел качения и, соответственно, моментом нагрузки [27].
Расчет геометрических параметров рычажного механизма электромеханического привода элерона
Существуют опытные образцы резервированных электромеханических приводов с шариковинтовыми передачами для пилотируемых ЛА. На рисунке В.З показан электромеханический привод рулевой поверхности самолета, созданный по программе EPAD (США) [5]. В этом приводе имеется два электродвигателя, скорости которых суммируются при помощи дифференциала. На суммирующем валу дифференциала установлена промежуточная передача, выходной вал которой соединен с гайкой шариковинтовои передачи, винт которой совершает поступательное движение. Данная конструкция имеет одинаковую с существующими электрогидравлическим приводами схему соединения штока с рулем и корпуса с неподвижной частью ЛА. Недостатком этой конструкции является необходимость промежуточного редуктора и дифференциала, отрицательно влияющие на массу и габариты.
Роликовинтовая передача представляет собой разновидность планетарной передачи (см. рисунок В.4). Особенность конструкции заключается в том, что между витками винта и гайки расположены резьбовые ролики-сателлиты. Для синхронизации вращения роликов относительно винта и исключения их проскальзывания на концах роликов и на внутренней поверхности гайки нарезаны зубчатые венцы. Передачи различают по длине роликов.
При описании принципа действия роликовинтовых передач делается представление, что между элементами резьбы действуют соотношения, аналогичные элементам шариковинтовои передачи. При угле треугольного профиля резьбы (а = 90) в резьбовом ролике выделяют воображаемые диаметры шариков, расположенные между винтом и гайкой (см. рисунок В.4). Такое представление позволяет утверждать, что между витками трение скольжения заменяется трением качения, возрастает нагрузочная способность и долговечность передачи. Поэтому роликовинтовые передачи имеют лучшие массо-габаритные показатели по сравнению с шариковинтовыми при тех же нагрузках. Передача обратима, если направления резьбы гайки, роликов и винта одинаковы. Передача необратима, если резьба гайки и роликов имеет направление, противоположное направлению резьбы винта. КПД передачи по разным источникам составляет 0,7-0,93.
ИМ на основе роликовинтовых передач перспективны в качестве приводов стабилизации и наведения в канале угла места артиллерийских установок боевых кораблей, танков и САУ. Сведений об установке приводов на основе роликовинтовых передач в качестве приводов рулевых поверхностей в открытой печати не обнаружено, однако известно об установке подобного привода фирмы Exlar (США) для управления давлением воды в резервуаре в самолете для тушения пожаров на основе Boeing 747 (см. рисунок В.5).
Недостатком использования роликовинтовых передач, как и шарико-винтовых, в блоке рулевых приводов является необходимость использования дополнительного механизма, преобразующего поступательное движение винта во вращательное рулевой поверхности.
Использование соосных передач с многопарным или многопоточным зацеплением позволяет построить кинематическую схему редуктора без дополнительной передачи после механизма с многопарным или многопоточным зацеплением.
Электромеханические приводы с планетарной зубчатой передачей, реа-лизующей многопоточное зацепление, применяются на перспективных пилотируемых ЛА, как правило, для управления менее ответственными или менее требовательными с точки зрения динамических характеристик аэродинамическими поверхностями - носками крыльев, закрылками и т.п [6].
Достоинством этих конструкций является возможность компоновки передачи вдоль оси управляемой аэродинамической поверхности (см. рисунок В.6 а, б).
Исполнительные механизмы электромеханических рулевых приводов ЛА, использующие зубчатые волновые передачи, реализующие многопарное зацепление, представлены в патентной литературе [7]. В блоке рулевых приводов (см. рисунок В.7) ИМ содержат в качестве выходного каскада волновую передачу, расположенную соосно с валом рулевой поверхности.
Экспериментальное исследование КПД макетного образца волновой передачи с телами качения
Недостатком для широкого использования волновых передач с телами качения можно считать отсутствие в технической литературе методик проектирования этих передач под заданные габаритные размеры и вопросов проектирования следящих приводов с такими передачами.
Для разработки методики расчета были рассмотрены механизмы, звенья которых имеют аналогичные конструктивные признаки.
В работах, посвященных многоходовым роторно-поршневым гидромашинам, в которых рассматривается взаимодействие тел качения (как правило, роликов) с жестким колесом (жесткой направляющей), имеющим периодический профиль, и сепаратором (блоком цилиндров), не учитывается влияние профиля волнообразователя. В работах, посвященных планетарно-орбитальным передачам, рассматривается взаимодействие тел качения с жестким колесом (ведомым звеном) и волнообразователем (диском сателлита ведущего звена), т.е. без учета влияния сепаратора.
В 2007 г. появилась работа [14], в которой рассматривается передача, названной автором планетарной, содержащей жесткое колесо, волнообразо-ватель, сепаратор и тела качения: Исследована геометрия и кинематика передачи, выявлено число избыточных связей, проведен силовой анализ кинео-статическим методом и экспериментальное исследование КПД передачи в зависимости от скорости вращения и момента нагрузки. При этом в [14] не даны все требуемые при проектировании передачи зависимости и ограничения, позволяющие передаче работать в наилучших условиях, силовой анализ не дает возможности рассчитать параметры передачи под требуемый момент нагрузки, а вопросы оптимизации габаритных размеров и динамики передачи вообще не рассматриваются.
Современное состояние и перспективы развития авиационной и ракетной техники характеризуются повышенными требованиями к массогабарит-ным характеристикам 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 [15, 16]. 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 ЛАразличногоназначения. 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., Ро-манцова 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 G.A. 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. Из проведенного обзора исполнительных механизмов рулевых приводов ЛА и материалов по волновым передачам с телами качения следует: Перспективным направлением уменьшения массогабаритных по казателей электромеханических приводов беспилотных и пило тируемых ЛА является использование бескорпусных вентильных электродвигателей с высокой удельной мощностью, механиче ских передач с высокими значениями удельного момента и их со вместная компоновка с опорным устройством объекта управления;
