Способ тросового соединения подвижных элементов конструкции космического аппарата Российский патент 2021 года по МПК F16G11/00 B64G1/44 

Изобретение относится к способам тросового соединения для передачи движения от одного подвижного элемента другому, используемых преимущественно в механических устройствах космического аппарата в условиях открытого космоса, в частности используемых в конструкции тросовых передач для раскрытия элементов батареи солнечной космического аппарата.

Из существующего уровня техники известен способ тросового соединения для передачи движения гармоникообразно сложенным элементам (патент US 7942185B2 E05D 15/26 17.05.2011), заключающийся в том, что приводное средство, состоящее из двух дисков, каждый из которых жестко соединяют с соответствующим конструктивным элементом, и которые связывают друг с другом тросовым соединением в виде замкнутого троса, соединяют с указанными дисками для передачи движения. Приводным средством соединяют два конструктивных элемента, которые вращаются в одном и том же направлении. Путем соответствующего выбора диаметра диска определяет положение конструктивных элементов после разворачивания.

Из существующего уровня техники известен способ тросового соединения для передачи движения двух круглых шкивов (патент RU 2708403 С2 06.12.2019), заключающийся в том, что первый шкив соединяют тросовым соединением с двумя свободными блоками, которые могут вращаться вокруг своей оси. Указанным тросовым соединением, охватывают свободные блоки, формируя два полиспаста таким образом, что концы троса жестко соединяют с деталью, устанавливаемой на этом шкиве с возможностью вращения вокруг него. Второй трос соединяют со вторым шкивом, охватывая его таким образом, что концы звена соединяют с полиспастами, сформированными первым тросовым соединением, образуя две тяги.

Недостатками описанных выше способов является то, что при увеличении длины тросового соединения его жесткость уменьшается, вследствие чего трос растягивается под действием внешних сил и изменяет свою геометрию, что может привести к неправильной работе механизма. Также в случае работы механизма в условиях перепада температур трос будет растягиваться или сжиматься. Эти факторы приводят к необходимости использования дополнительных способов натяжения троса.

Из существующего уровня техники наиболее близким к заявленному решению (прототипом) является способ, описанный в изобретении «Передача для перемещения снабженных солнечными элементами панелей на космическом аппарате» (патент RU 2158702 C2, B64G 1/22, B64G 1/44, D07B 1/16, H01L 31/045), заключающийся в том, что подвижные элементы конструкции связывают друг с другом тросовым соединением, состоящим из проволочного троса, который снабжают жестко соединенной с ним пластиковой оболочкой с армированными волокнами. Изменение длины проволочного троса при изменении температуры зависит от коэффициента теплового расширения, площади поперечного сечения, и схемы армирования пластиковой оболочки.

Недостатком описанного выше устройства является то, что пластиковая оболочка является частью конструкции проволочного троса и механически жестко связана с ним. При увеличении расстояния между подвижными элементами, длина троса увеличивается, а его жесткость уменьшается, вследствие чего он растягивается под действием внешних сил и изменяет свою геометрию, что может привести к разрушению механической связи между тросом и пластиковой оболочкой, а вследствие чего - к неправильной работе тросового соединения и всего механизма. Также в условиях открытого космоса под воздействием перепадов температур вследствие различных значений величины коэффициентов теплового расширения материалов троса и оболочки возникают механические напряжения в месте соединения данных элементов, что может привести к разрушению этого соединения. При этом во время монтажа тросового соединения, длина троса должна точно соответствовать взаимному расположению роликов раскрываемых элементов. Это приводит к тому, что в случае изменения конструкции элемента космического аппарата, его изменения или доработки влекущей за собой изменение взаимного расположения роликов раскрываемых элементов, появляется необходимость изготовления нового троса и его пластиковой оболочки, а значит тросового соединения в целом. Таким образом, конструкция тросового соединения является ненадежной, сложной в эксплуатации во время работы, на этапе испытаний и не технологичной в изготовлении.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие существенные признаки: способ тросового соединения подвижных элементов конструкции космического аппарата, заключающийся в соединении подвижных элементов проволочным тросом.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является низкие эксплуатационные характеристики и технологичность конструкции тросового соединения по причине растяжения троса под действием внешних сил вследствие уменьшения его жесткости при увеличении его длины, а также растяжения и сжатия троса вследствие действия на него температурных деформаций.

Поставленная техническая проблема решается тем, что в способе тросового соединения подвижных элементов конструкции космического аппарата, подвижные элементы соединяют между собой тросовым соединением, содержащим проволочный трос, в котором формируют разрыв, равный величине участка троса, на котором он не изменяет свою прямолинейную форму во время работы системы. Два свободных конца, полученных в результате разрыва, соединяют между собой через стержень, изготавливаемый из материала, который имеет высокую жесткость и низкое значение коэффициента температурного линейного расширения (например, углепластик). На первый конец проволочного троса устанавливают наконечник, который через муфту соединяют с втулкой, закрепленной через ось с одним из наконечников стержня, другой наконечник которого через ось соединяют с наконечником второго конца троса. Муфта выполняется в виде втулки с внутренней резьбой, которая до середины этой втулки имеет разное направление. При вращении муфты в одном или другом направлении, наконечник и втулка будут вкручиваться в неё или выкручиваться из неё, тем самым изменяя величину натяжения тросового соединения.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик, в частности надежности, технологичности конструкции тросового соединения.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами:

На фиг. 1 - 3 представлена конструкция тросового соединения.

Подвижные элементы механического устройства космического аппарата, например, ролики системы синхронизации движения элементов батареи солнечной космического аппарата, соединяют через тросовое соединение, которое содержит проволочный трос 1, в котором формируют разрыв, в результате чего создают два свободных конца троса. Разрыв равен величине участка троса, на котором трос не взаимодействует с элементами механического устройства, не меняет форму и не изгибается, при этом форма этого участка троса сохраняется в виде прямой линии во время работы тросового соединения.

Два свободных конца, полученных в результате разрыва, соединяют между собой через стержень - участок троса тросового соединения, не изменяющий свою прямолинейную форму во время работы тросового соединения, изготавливаемый из материала, имеющего высокую жесткость в продольном направлении и низкое значение коэффициента температурного линейного расширения (например, углепластик).

Соединение свободных концов троса производят следующим образом.

На одном конце проволочного троса устанавливают наконечник 2, который через муфту 3 соединяют с втулкой 4. Втулку 4 соединяют через ось 5 с наконечником 6 стержня 7. При этом наконечник 6 имеет возможность вращаться относительно втулки 4 вокруг оси 5. Муфту 3 выполняют в виде втулки с внутренней резьбой, которая до середины этой втулки имеет разное направление. Вращая муфту 3 в одном или другом направлении, наконечник 2 и втулка 4 вкручиваются в неё или выкручиваются из неё, тем самым изменяют длину и величину натяжения тросового соединения. На другом конце проволочного троса 1 устанавливают наконечник 8, который через ось 5 закрепляют со вторым наконечником 6 стержня 7.

Тросовое соединение работает следующим образом.

При движении одного подвижного элемента (на фигуре не показан), это движение передается на первую часть проволочного троса 1, один конец которой соединён с этим подвижным элементом, а на второй конец установлен наконечник 2. Затем движение с части троса передаётся на наконечник 2, который через муфту 3 соединён с втулкой 4 резьбовыми соединениями и передаёт движение втулке 4. Муфта 3 выполнена в виде втулки с внутренней резьбой, которая до середины этой втулки имеет разное направление. Втулка 4 соединена через ось 5 с одним из наконечников 6 стержня 7, и передаёт движение стержню 7. При этом наконечник 6 имеет возможность вращаться относительно втулки 4 вокруг оси 5. Другой наконечник 6 стержня 7, соединённый через ось 5 с наконечником 8, передаёт движение второй части проволочного троса, которая соединена с другим подвижным элементом (на фигуре не показан). Изменение величины натяжения тросового соединения производится путём вращения муфты 3 в одном или другом направлении, при котором наконечник 2 и втулка 4 вкручиваются в неё или выкручиваются из неё.

Стержень 7, изготавливаемый из материала, имеющего высокую жесткость в продольном направлении и низкое значение коэффициента температурного линейного расширения (например, углепластик), сохраняет свои геометрические характеристики при воздействии как температурных, так и механических нагрузок, обеспечивая заданную величину натяжения троса при работе тросовой передачи, что гарантирует правильность работы механизма, в котором она задействована. Это увеличивает надежность работы механических устройств, в состав которых входят тросовые передачи такого типа.

Регулировка величины натяжения троса путём вращения муфты 3 обеспечивает возможность оперативной и удобной настройки тросовой передачи при изменении конфигурации механического устройства, или при компенсации возникших в результате изготовления и сборки погрешностей. Это повышает технологичность изготовления и сборки механических устройств космических аппаратов.

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к тросовым соединениям. Способ тросового соединения подвижных элементов конструкции космического аппарата включает связывание друг с другом тросовым соединением подвижных элементов конструкции, состоящим из проволочного троса. При этом в проволочном тросе формируют разрыв, равный величине участка троса, на котором он не изменяет свою прямолинейную форму во время работы тросового соединения. Создают два свободных конца троса, полученных в результате разрыва, которые при помощи разборных элементов соединяют между собой через стержень. При этом на одном из свободных концов троса устанавливают муфту. Достигается повышение надежности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ тросового соединения подвижных элементов конструкции космического аппарата, заключающийся в том, что подвижные элементы конструкции связывают друг с другом тросовым соединением, состоящим из проволочного троса, отличающийся тем, что в проволочном тросе формируют разрыв, равный величине участка троса, на котором он не изменяет свою прямолинейную форму во время работы тросового соединения, создают два свободных конца троса, полученных в результате разрыва, которые при помощи разборных элементов соединяют между собой через стержень, изготовленный из материала, который имеет высокую жесткость в продольном направлении и низкое значение коэффициента температурного линейного расширения, при этом на одном из свободных концов троса устанавливают муфту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стержень изготавливают из углепластика.