RU2586014C1

RU2586014C1 - Support device

Info

Publication number: RU2586014C1
Application number: RU2014143836/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Халиманович; Иван Валентинович Романенко; Николай Васильевич Бугаёв; Михаил Дмитриевич Перминов; Владимир Михайлович Михалкин; Геннадий Иванович Овечкин
Original assignee: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-06-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and can be used as a support device for spacecraft during ground tests. Support device comprises bottom base with adjustable height screw support assemblies mounted on upper base for installation of test object with six adjustable moving assemblies made with uniform arrangement in pairs along perimeter of upper base and spheres resting on working surface of lower base, screw rods with lock nuts. Upper base is made with size smaller than size of lower base, each of its controlled movable unit is made in form of hollow cylinder with support plate on top and with thread on outer cylindrical surface to interact with thread made on inner part of cylindrical cavity of upper base and equipped with lock nut above element rotation tool, below which there is a threaded plug with central hole for conjugated with it along perimeter of external projection of part of sphere.

EFFECT: technical result consists in expansion of scope of application of device, high reliability in continuous operation, enabling reduction of weight and higher accuracy of adjustment of axes of test object during tests of spacecraft and its components.

1 cl, 4 dwg

Description

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.).The invention relates to mechanical engineering and can be used as a reference device, which is required to ensure accurate adjustment of the axes of the test object, for example, a spacecraft (SC) during ground testing to reveal its transformable structures (antennas, solar panels, etc. )

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.Known lever-hinged leveling mechanisms that provide the ability to evenly distribute the transmitted load, the use of which eliminates the need for additional measures to increase the rigidity of the base (Kozhevnikov S.N. and other Mechanisms. Handbook. Edition. 4th revised and additional ed. S.N. Kozhevnikova, Moscow: Engineering, 1976, p. 508). Known equalizing mechanisms contain balancers equipped with spherical joints.

Недостатком известных уравнительных механизмов является то, что они не предполагают возможность взаимной подвижки и регулировки относительного положения элементов, между которыми они установлены.A disadvantage of the known leveling mechanisms is that they do not imply the possibility of mutual movement and adjustment of the relative position of the elements between which they are installed.

Известно опорное устройство для экваториальной монтировки оптического телескопа по авт. св. N 1195324, G02B 23/16, 1985.A support device for the equatorial mounting of an optical telescope according to ed. St. 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.The supporting device comprises a base, which is installed on the embedded parts of the foundation on three supporting nodes. Two support nodes are made in the form of balls placed in the conical nests of the upper thrust bearings, fixed on the bases, and lower thrust bearings, which are mounted with their support planes on the balls of the base plates located in the separating cages, fixed on the embedded parts of the foundation. Mentioned support nodes are made adjustable in height. The third support node is made in the form of a screw jack and interacts with the base using a ball mounted in the conical recesses of the base and the jack screw. When the screw jack is working on raising or lowering, the base of the telescope is turned in a vertical plane around the balls of nodes of unregulated height. At the same time, the balls of the base plates located in the separating clips provide the linear movement of the base that occurs during a turn relative to the base plates. The base of the telescope is kinematically connected with the azimuth adjustment mechanism fixed to the foundation. When this mechanism works, the base of the telescope moves on balls relative to the base plates and the base rotates in a horizontal plane around the ball of the screw support.

Недостатком известного опорного устройства является то, что наличие двух нерегулируемых по высоте опорных узлов усложняет горизонтальную выставку основания.A disadvantage of the known support device is that the presence of two unregulated height support nodes complicates the horizontal exhibition of the base.

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 плоскостиThe closest set of essential features with the claimed invention (prototype) is a support device (patent RU 2112262). The device comprises a base mounted on three support nodes provided with support plates, made adjustable in height. One of the nodes is made in the form of a lever-articulated equalization mechanism having at least one balancer, on each shoulder of which there is a thrust bearing with a conical socket, in which a ball is placed in contact with the supporting plane of the base. The remaining support nodes are made in the form of jacks with a worm-screw transmission mounted on base plates. A lower thrust bearing with a conical socket is fixed on the screw of each jack, in which a ball is placed in contact with the corresponding upper thrust bearing, mounted on the base. The upper thrust bearing of one of the support nodes is made in the form of a support prism, the longitudinal axis of which is located in a vertical plane passing through the centers of the balls of the support nodes. The upper thrust bearing of another support node is made in the form of a conical socket. The device provides precise adjustment of the horizontal position of the equipment

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.A disadvantage of the known support device is that it does not provide a sufficiently wide area of its application, to increase the reliability of its operation over a long period of operation, the possibility of its implementation more light in weight and control with high precision adjustment of the axes of the test object during the test of the spacecraft and its component parts.

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.The reason for this is that it is intended primarily for large optical telescopes. The support nodes (one of which, adjustable in height, is equipped with a thrust bearing with a conical socket in which the ball is located interacting with the base) does not allow long-term comprehensive movement of the ball along the working surface of the base due to the large friction between the ball and the conical socket in which it is installed. The device is bulky, heavy and complex and not reliable enough for continuous work with it.

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.The objectives of the invention are to ensure the expansion of the scope of the device, increasing the reliability of its operation over a long period of operation, in the possibility of its implementation more light in weight and control with high precision adjustment of the axes of the test object during testing of the spacecraft and its components.

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.The problems are solved due to the fact that in a support device containing a lower base equipped with height-adjustable screw support nodes, an upper base is mounted on it for mounting a test object, for example, a spacecraft or part thereof, equipped with six adjustable movable nodes made with a uniform arrangement in pairs along the perimeter of the upper base and resting balls on the working surface of the lower base, screw rods with lock nuts, the upper base is dimensioned Ohm, smaller than the lower base, each adjustable movable node is made in the form of a hollow cylinder with a support plate on top and with a thread on the outer cylindrical surface to interact with a thread made on the inside of the cylindrical cavity of the upper base and equipped with a lock nut above the rotation element with a tool, below which there is a threaded plug with a central hole for the part of the ball that is connected with it along the perimeter of the outer protrusion, resting on the bottom surface of the lower part of the base, and on top inside the hollow cylinder - on three newly introduced additional balls located conjugate along the perimeter of the inner surface of the hollow cylinder, a movable assembly and interacting from above with a base plate made in the form of a removable liner made of high hardness steel, with a reduced coefficient of friction during interaction with additional balls and a cylindrical cavity mounted on the bottom, each of the three screw rods used is rigidly fixed in a horizontal plane on the side wall of the upper main with a uniform arrangement along the perimeter and with equal angles between the longitudinal axes of the rods, and the ends of the rods are made protruding through the corresponding horizontal longitudinal slots made on vertically protruding above the working surface of the corresponding three flat faces along the perimeter of the lower base, orthogonal to the planes of the longitudinal axes of the respective rods, and the ends of the screw rods are made fixed by means of lock nuts on the outer surfaces of the respective faces.

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.The support device is shown in FIG. 1-4, which show, respectively: a general view of the support device from above with the test object; sectional adjustable movable node of the upper support; adjustable screw support unit of the lower support; horizontal longitudinal slot.

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.The support device comprises an upper base 1 for mounting the test object 2, for example, a spacecraft or part thereof, mounted on the lower base 3, which is provided at three points with height-adjustable screw support nodes 4, evenly spaced around the perimeter of the base.

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.The upper base is equipped at six points with height-adjustable movable units 5 with a ball 6 in contact with the working surface 7 of the lower base 3, three additional balls 8 in contact with the upper base plate 9, screw rods 10 and lock nuts 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.The upper base is made smaller, each adjustable movable unit 5 is made in the form of a hollow cylinder with a support plate 9 on top and with a thread 12 on the outer cylindrical surface for interaction with a thread 13 made on the inside of the cylindrical cavity 14 of the upper base from the bottom, with a fixing nut 15 above the rotation element 16 by a tool, below which a threaded plug 17 with a central hole 18 is made for the outer protrusion of the ball 6 mating with it in size, resting on the working surface from below surface 7 of the lower base 3, and on top inside the cylindrical cavity 14, into three balls 8, located conjugate along the perimeter of the inner surface of the hollow cylinder of the movable assembly 5 and interacting from above with the base plate 9, made in the form of a replaceable insert of high hardness steel, with a reduced coefficient friction when interacting with additional balls 8 and mounted on the bottom of the movable assembly 5, each of the three applied screw rods 10 is rigidly fixed in the horizontal plane with one end on the side wall 19 of the upper base 1 with a uniform arrangement of each of them at their mounting points 20, evenly spaced around the perimeter of the upper base 1 and with equal angles α between the longitudinal axes of the rods 10, and the ends of the rods 10 are made protruding through the corresponding horizontal longitudinal slots 21, made vertically protruding above the working surface 7 corresponding to three flat faces 22 around the perimeter of the lower base 3, orthogonal to the longitudinal axes of the respective rods 10, and the ends of the screw rods 10 are made fixed bubbled through the lock nuts 11 on the outer surfaces 22, 23 of the respective faces.

Опорное устройство работает следующим образом.The supporting device operates as follows.

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.The working surface 7 of the lower base 3 of the device is exposed in a horizontal position with three height-adjustable support nodes 4. Then the working surface of the upper base 1 of the device is exposed in a horizontal position with three height-adjustable moving nodes 5 and the test object is mounted on it with 2 horizontal axes with given direction, and its vertical axis - up. Then, by means of screw rods 10 and lock nuts 11, the direction of the vertical axis of the test object 2 is adjusted in a predetermined direction, for example, coinciding with the vertical axis of the shaft of the rotary device for weightlessness of the disclosed solar battery in a horizontal plane.

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.Ensuring the exact coincidence of the indicated vertical axes is necessary for weightlessness (balancing the mass of the disclosed structure with a force directed opposite to gravity) of the disclosed solar battery in ground conditions, as close as possible to the conditions of reduced gravity when it is opened in a working orbit.

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.The requirement to ensure the exact coincidence of the indicated vertical axes is also necessary for testing in terrestrial conditions the disclosure of parabolic antennas. Each test satellite for this type of test should ensure the disclosure of its antenna with a given accuracy relative to the coordinate axes of the satellite, which is subsequently used in on-board programs for controlling the guidance of antennas in the desired direction, for example, to Earth.

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.The above-described design feature of height-adjustable movable units 5 of the upper base 1 provides high-precision horizontal movement of the test object 2 along the working surface 7 for precise adjustment of the direction of its vertical axis with little effort by means of screw rods 10 and their lock nuts 11. This is achieved by rolling the balls 6 and 8 in arbitrary directions along the working surface 7 of the lower base 3, made in a size larger than the size of the upper base 1; due to the rolling of additional balls 8 relative to its ball 6 and due to the point load in the places of their friction with the upper base plate 9 made of high hardness steel with reduced friction with the steel from which the balls 8 are made, and also due to the fact that the load gravity is reduced three times, as it is transmitted through three balls (and not through one ball). This made it possible to expand the scope of the device, increase the reliability of its operation over a long service life, and make it lighter in weight and control, ensuring high accuracy of adjustment of the axes of the test object 2 during the test. Additionally, these positive effects are enhanced due to the fact that the movement of the upper base 1 to adjust the direction of the vertical axis of the test object 2 is carried out by means of the above-described screw rods 10 with lock nuts 11, and also due to the fact that the upper base plates 9 for balls 8 are made in in the form of replaceable inserts for maintenance if necessary.

В настоящее время устройство проходит этап окончательной отработки в условия производства и испытаний КА.Currently, the device is undergoing the stage of final testing in the conditions of production and testing of spacecraft.

Claims

A support device comprising a lower base, provided with height-adjustable screw support nodes, mounted on it an upper base for mounting a test object, for example, a spacecraft or part thereof, equipped with six adjustable movable nodes made in evenly spaced pairs along the perimeter of the upper base and supported by balls on the working surface of the lower base, screw rods with lock nuts, characterized in that the upper base is made in size smaller the size of the lower base, each adjustable movable unit is made in the form of a hollow cylinder with a support plate on top and with a thread on the outer cylindrical surface for interaction with a thread made on the inside of the cylindrical cavity of the upper base and equipped with a lock nut above the rotation element with a tool below which a threaded plug with a central hole for the part of the ball that is associated with it along the perimeter of the outer protrusion, resting on the bottom of the lower working surface it, and from above inside the hollow cylinder, into three newly introduced additional balls located conjugate along the perimeter of the inner surface of the hollow cylinder of the movable unit and interacting from above with a base plate made in the form of a removable liner made of high hardness steel, with a reduced friction coefficient when interacting with additional balls and mounted on the bottom of a cylindrical cavity, each of the three screw rods used is rigidly fixed in a horizontal plane on the side wall of the upper base with equal numbered around the perimeter and with equal angles between the longitudinal axes of the rods, and the ends of the rods are made protruding through the corresponding horizontal longitudinal slots made on vertically protruding above the working surface of the corresponding three flat faces along the perimeter of the lower base, orthogonal to the planes of the longitudinal axes of the respective rods, and the ends of the screw rods are made fixed by means of lock nuts on the outer surfaces of the respective faces.