Опорное устройство

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве опорного устройства для космического аппарата при проведении его наземных испытаний. Опорное устройство содержит нижнее основание с регулируемыми по высоте винтовыми опорными узлами, устанавливаемое на него верхнее основание для установки испытуемого объекта, снабженное шестью регулируемыми подвижными узлами, выполненными с равномерным расположением парами по периметру верхнего основания и опирающимися шарами на рабочую поверхность нижнего основания, винтовыми тягами со стопорными гайками. Верхнее основание выполнено размером, меньшим размера нижнего основания, каждый его регулируемый подвижный узел выполнен в виде полого цилиндра с опорной плитой сверху и с резьбой на наружной цилиндрической поверхности для взаимодействия с резьбой, выполненной на внутренней части цилиндрической полости верхнего основания и снабженной стопорной гайкой над элементом вращения инструментом, ниже которого выполнена резьбовая заглушка с центральным отверстием для сопряженного с ним по периметру наружного выступа части шара. Технический результат заключается в расширении области применения устройства, повышении надежности работы при длительной эксплуатации, возможности уменьшения веса и повышении точности регулировки осей испытуемого объекта в процессе испытаний КА и его составных частей. 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве опорного устройства, к которому предъявляется требование по обеспечению точной регулировки осей испытуемого объекта, например космического аппарата (КА) в процессе наземных испытаний по раскрытию его трансформируемых конструкций (антенн, солнечных батарей и т.д.).

Известны рычажно-шарнирные уравнительные механизмы, обеспечивающие возможность равномерного распределения передаваемой нагрузки, применение которых исключает необходимость в дополнительных мерах для повышения жесткости основания (Кожевников С.Н. и др. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е перераб. и доп. Под ред. С.Н. Кожевникова, М.: Машиностроение, 1976, с. 508). Известные уравнительные механизмы содержат балансиры, снабженные сферическими шарнирами.

Недостатком известных уравнительных механизмов является то, что они не предполагают возможность взаимной подвижки и регулировки относительного положения элементов, между которыми они установлены.

Известно опорное устройство для экваториальной монтировки оптического телескопа по авт. св. N 1195324, G02B 23/16, 1985.

Опорное устройство содержит основание, которое установлено на закладных частях фундамента на трех опорных узлах. Два опорных узла выполнены в виде шаров, размещенных в конических гнездах верхних подпятников, закрепленных на основаниях, и нижних подпятников, которые своими опорными плоскостями установлены на расположенные в сепарирующих обоймах шарики опорных плит, закрепленных на закладных частях фундамента. Упомянутые опорные узлы выполнены регулируемыми по высоте. Третий опорный узел выполнен в виде винтового домкрата и взаимодействует с основанием при помощи шара, установленного в конусных углублениях основания и винта домкрата. При работе винтового домкрата на подъем или опускание происходит разворот основания телескопа в вертикальной плоскости вокруг шаров нерегулируемых по высоте узлов. При этом расположенные в сепарирующих обоймах шарики опорных плит обеспечивают возникающее при развороте линейное перемещение основания относительно опорных плит. Основание телескопа кинематически связано с механизмом регулировки по азимуту, закрепленным на фундаменте. При работе этого механизма происходит перемещение основания телескопа на шариках относительно опорных плит и разворот основания в горизонтальной плоскости вокруг шара винтовой опоры.

Недостатком известного опорного устройства является то, что наличие двух нерегулируемых по высоте опорных узлов усложняет горизонтальную выставку основания.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением (прототипом) является опорное устройство (патент RU 2112262). Устройство содержит основание, установленное на трех снабженных опорными плитами опорных узлах, выполненных регулируемыми по высоте. Один из узлов выполнен в виде рычажно-шарнирного уравнительного механизма, имеющего по меньшей мере один балансир, на каждом плече которого установлен подпятник с коническим гнездом, в котором размещен шар, контактирующий с опорной плоскостью основания. Остальные опорные узлы выполнены в виде домкратов с червячно-винтовой передачей, установленных на опорных плитах. На винте каждого домкрата закреплен нижний подпятник с коническим гнездом, в котором размещен шар, контактирующий с соответствующим верхним подпятником, закрепленным на основании. Верхний подпятник одного из опорных узлов выполнен в виде опорной призмы, продольная ось которой расположена в вертикальной плоскости, проходящей через центры шаров опорных узлов. Верхний подпятник другого опорного узла выполнен в виде конического гнезда. Устройство обеспечивает точную регулировку положения оборудования в горизонтальной плоскости

Недостатком известного опорного устройства является то, что оно не обеспечивает достаточно широкой области его применения, повышения надежности его работы в течение длительного срока эксплуатации, возможности его выполнения более легким по массе и управлению с обеспечением высокой точности регулировки осей испытуемого объекта в процессе испытаний КА и его составных частей.

Причиной этому является то, что оно предназначено преимущественно для крупных оптических телескопов. Опорные узлы (один из которых, регулируемый по высоте, снабжен подпятником с коническим гнездом, в котором размещен шар, взаимодействующий с основанием) не позволяют длительного всестороннего перемещения шара по рабочей поверхности основания из-за большого трения между указанным шаром и коническим гнездом, в которое он установлен. Устройство громоздко, тяжелое и сложное и недостаточно надежное для постоянной работы с ним.

Задачи изобретения состоят в обеспечении расширения области применения устройства, повышении надежности его работы в течение длительного срока эксплуатации, в возможности его выполнения более легким по массе и управлению с обеспечением высокой точности регулировки осей испытуемого объекта в процессе испытаний КА и его составных частей.

Задачи решены за счет того, что в опорном устройстве, содержащем нижнее основание, снабженное регулируемыми по высоте винтовыми опорными узлами, устанавливаемое на него верхнее основание для установки испытуемого объекта, например космического аппарата или его части, снабженное шестью регулируемыми подвижными узлами, выполненными с равномерным расположением парами по периметру верхнего основания и опирающимися шарами на рабочую поверхность нижнего основания, винтовыми тягами со стопорными гайками, верхнее основание выполнено размером, меньшим размера нижнего основания, каждый его регулируемый подвижный узел выполнен в виде полого цилиндра с опорной плитой сверху и с резьбой на наружной цилиндрической поверхности для взаимодействия с резьбой, выполненной на внутренней части цилиндрической полости верхнего основания и снабженной стопорной гайкой над элементом вращения инструментом, ниже которого выполнена резьбовая заглушка с центральным отверстием для сопряженного с ним по периметру наружного выступа части шара, опирающегося снизу на рабочую поверхность нижнего основания, а сверху внутри полого цилиндра - на три вновь введенных дополнительных шара, расположенных сопряженно по периметру внутренней поверхности полого цилиндра, подвижного узла и взаимодействующих сверху с опорной плитой, выполненной в виде сменного вкладыша из стали высокой твердости, с пониженным коэффициентом трения при взаимодействии с дополнительными шарами и установленного на дне цилиндрической полости, каждая из примененных трех винтовых тяг жестко закреплена в горизонтальной плоскости на боковой стенке верхнего основания с равномерным расположением по периметру и с равными углами между продольными осями тяг, а концы тяг выполнены выступающими через соответствующие горизонтальные продольные прорези, выполненные на вертикально выступающих над рабочей поверхностью соответствующих трех плоских гранях по периметру нижнего основания, ортогональных плоскостями продольным осям соответствующих тяг, причем концы винтовых тяг выполнены зафиксированными посредством стопорных гаек на наружных поверхностях соответствующих граней.

Опорное устройство показано на фиг. 1-4, на которых представлено соответственно: общий вид опорного устройства сверху с объектом испытаний; регулируемый подвижный узел верхней опоры в разрезе; регулируемый винтовой опорный узел нижней опоры; горизонтальная продольная прорезь.

Опорное устройство содержит верхнее основание 1 для установки испытуемого объекта 2, например космического аппарата или его части, установленное на нижнем основании 3, которое снабжено в трех точках регулируемыми по высоте винтовыми опорными узлами 4, равномерно расположенными по периметру основания.

Верхнее основание снабжено в шести точках регулируемыми по высоте подвижными узлами 5 с шаром 6, контактирующим с рабочей поверхностью 7 нижнего основания 3, тремя дополнительными шарами 8, контактирующими с верхней опорной плитой 9, винтовыми тягами 10 и стопорными гайками 11.

Верхнее основание выполнено меньшего размера, каждый регулируемый подвижный узел 5 выполнен в виде полого цилиндра с опорной плитой 9 сверху и с резьбой 12 на наружной цилиндрической поверхности для взаимодействия с резьбой 13, выполненной на внутренней части цилиндрической полости 14 верхнего основания снизу, с фиксирующей гайкой 15 над элементом вращения 16 инструментом, ниже которого выполнена резьбовая заглушка 17 с центральным отверстием 18 для сопряженного с ним по размеру наружного выступа части шара 6, опирающегося снизу на рабочую поверхность 7 нижнего основания 3, а сверху внутри цилиндрической полости 14 - на три шара 8, расположенных сопряженно по периметру внутренней поверхности полого цилиндра подвижного узла 5 и взаимодействующих сверху с опорной плитой 9, выполненной в виде сменяемого вкладыша из стали высокой твердости, с пониженным коэффициентом трения при взаимодействии с дополнительными шарами 8 и установленного на дне подвижного узла 5, каждая из примененных трех винтовых тяг 10 жестко закреплена в горизонтальной плоскости одним своим концом на боковой стенке 19 верхнего основания 1 с равномерным расположением каждой из них в своих точках крепления 20, равномерно расположенных по периметру верхнего основания 1 и с равными углами α между продольными осями тяг 10, а концы тяг 10 выполнены выступающими через соответствующие горизонтальные продольные прорези 21, выполненные на вертикально выступающих над рабочей поверхностью 7 соответствующих трех плоских гранях 22 по периметру нижнего основания 3, ортогональных продольном осям соответствующих тяг 10, причем концы винтовых тяг 10 выполнены зафиксированными посредством стопорных гаек 11 на наружных поверхностях 23 соответствующих граней 22.

Опорное устройство работает следующим образом.

Производят выставку рабочей поверхности 7 нижнего основания 3 устройства в горизонтальное положение тремя регулируемыми по высоте опорными узлами 4. После чего производят выставку рабочей поверхности верхнего основания 1 устройства в горизонтальное положение тремя регулируемыми по высоте подвижными узлами 5 и устанавливают на него объект испытаний 2 горизонтальными осями с заданным направлением, а его вертикальной осью - вверх. После чего посредством винтовых тяг 10 и стопорных гаек 11 регулируют направление вертикальной оси испытуемого объекта 2 в заданном направлении, например совпадающей с вертикальной осью вала поворотного устройства для обезвешивания раскрываемой солнечной батареи в горизонтальной плоскости.

Обеспечение точного совпадения указанных вертикальных осей необходимо для обезвешивания (сбалансирования массы раскрываемой конструкции усилием, направленным противоположно силе тяжести) раскрываемой солнечной батареи в наземных условиях, максимально приближенных к условиям пониженной гравитации при раскрытии ее на рабочей орбите.

Требование по обеспечению точного совпадения указанных вертикальных осей необходимо также для испытаний в наземных условиях раскрытия параболических антенн. Каждый испытуемый КА по данному виду испытаний должен обеспечивать раскрытие своей антенны с заданной точностью относительно координатных осей КА, что впоследствии используется в бортовых программах по управлению наведения антенн в требуемом направлении, например, на Землю.

Описанная выше конструктивная особенность регулируемых по высоте подвижных узлов 5 верхнего основания 1 обеспечивает высокоточное горизонтальное перемещение испытуемого объекта 2 по рабочей поверхности 7 для точной регулировки направления его вертикальной оси с незначительными усилиями посредством винтовых тяг 10 и их стопорных гаек 11. Это достигнуто за счет качения шаров 6 и 8 в произвольных направлениях по рабочей поверхности 7 нижнего основания 3, выполненного размером, большим размера верхнего основания 1; за счет качения дополнительных шаров 8 относительно своего шара 6 и за счет точечной нагрузки в местах их трения с верхней опорной плитой 9, выполненной из стали высокой твердости с уменьшенным трением со сталью, из которой выполнены шары 8, а также за счет того, что нагрузка силы тяжести снижена в три раза, так как она передается через три шара (а не через один шар). Это позволило обеспечить расширение области применения устройства, повысить надежность его работы в течение длительного срока эксплуатации, выполнить его более легким по массе и управлению с обеспечением высокой точности регулировки осей испытуемого объекта 2 в процессе испытаний. Дополнительно указанные положительные эффекты усилены за счет того, что перемещение верхнего основания 1 для регулировки направления вертикальной оси испытуемого объекта 2 выполняется посредством выше описанных винтовых тяг 10 со стопорными гайками 11, а также за счет того, что верхние опорные плиты 9 для шаров 8 выполнены в виде сменных вкладышей для текущего ремонта при необходимости.

В настоящее время устройство проходит этап окончательной отработки в условия производства и испытаний КА.

Опорное устройство, содержащее нижнее основание, снабженное регулируемыми по высоте винтовыми опорными узлами, устанавливаемое на него верхнее основание для установки испытуемого объекта, например космического аппарата или его части, снабженное шестью регулируемыми подвижными узлами, выполненными с равномерным расположением парами по периметру верхнего основания и опирающимися шарами на рабочую поверхность нижнего основания, винтовыми тягами со стопорными гайками, отличающееся тем, что верхнее основание выполнено размером, меньшим размера нижнего основания, каждый его регулируемый подвижный узел выполнен в виде полого цилиндра с опорной плитой сверху и с резьбой на наружной цилиндрической поверхности для взаимодействия с резьбой, выполненной на внутренней части цилиндрической полости верхнего основания и снабженной стопорной гайкой над элементом вращения инструментом, ниже которого выполнена резьбовая заглушка с центральным отверстием для сопряженного с ним по периметру наружного выступа части шара, опирающегося снизу на рабочую поверхность нижнего основания, а сверху внутри полого цилиндра - на три вновь введенных дополнительных шара, расположенных сопряженно по периметру внутренней поверхности полого цилиндра подвижного узла и взаимодействующих сверху с опорной плитой, выполненной в виде сменного вкладыша из стали высокой твердости, с пониженным коэффициентом трения при взаимодействии с дополнительными шарами и установленного на дне цилиндрической полости, каждая из примененных трех винтовых тяг жестко закреплена в горизонтальной плоскости на боковой стенке верхнего основания с равномерным расположением по периметру и с равными углами между продольными осями тяг, а концы тяг выполнены выступающими через соответствующие горизонтальные продольные прорези, выполненные на вертикально выступающих над рабочей поверхностью соответствующих трех плоских гранях по периметру нижнего основания, ортогональных плоскостями продольным осям соответствующих тяг, причем концы винтовых тяг выполнены зафиксированными посредством стопорных гаек на наружных поверхностях соответствующих граней.