Исследование влияния шероховатости функциональных поверхностей деталей на момент удержания гироскопических стабилизаторов в режиме арретирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат наук Любивый, Андрей Валентинович

• Любивый, Андрей Валентинович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Любивый, Андрей Валентинович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ

1.1 Назначение и принцип работы гироскопических стабилизаторов

1.2 Методы обеспечения работоспособности гироскопических стабилизаторов в основных режимах работы

1.2.1 Методы обеспечения работоспособности первых гироскопических стабилизаторов

1.2.2 Методы обеспечения работоспособности современных гироскопических стабилизаторов

1.3 Методы повышения момента удержания фрикционных муфт

1.4 Зависимость коэффициента трения от различных параметров

1.4.1 Зависимость коэффициента трения от величины нагрузки

1.4.2 Зависимость коэффициента трения от скорости приложения нагрузки

1.4.3 Зависимость коэффициента трения от температуры

1.4.4 Зависимость коэффициента трения от шероховатости трущихся

поверхностей

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХОСНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ГИРОСКОПИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА ХТВ-01-01

2.1 Момент удержания гироскопического стабилизатора

2.2 Назначение изделия ДУГС

2.3 Особенности функционирования изделия ДУГС в режиме арретирования

2.4 Определение параметров изделия ДУГС в режиме арретирования

2.4.1 Испытания по определению момента удержания на осях

гиростабилизированной платформы изделия ДУГС

Испытания проводились по следующей методике, включенной в технические условия на изделие ДУГС (КРАТ.402113.060 ТУ)

2.4.2 Испытания по определению момента тяжения электродвигателей ДБ-001М азимутальной и тангажной осей изделия ДУГС

2.4.3 Определение параметров электромагнитных фрикционных муфт СОМШБТОР

2.5 Анализ методов повышения момента удержания на арретированных осях

изделия ДУГС

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ МОМЕНТА УДЕРЖАНИЯ НА АРРЕТИРОВАННЫХ ОСЯХ ИЗДЕЛИЯ ДУГС ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

3.1 Методика определения степени зависимости момента удержания на арретированных осях гиростабилизатора от шероховатости поверхности трения муфты

3.2 Эксперимент по определению степени зависимости момента удержания на арретированных осях изделия ДУГС от шероховатости поверхности детали «Кронштейн»

3.3 Методика повышения момента удержания гироскопических стабилизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода

3.4 Эксперимент по определению рациональной шероховатости

функциональной поверхности детали «Кронштейн»

3.4.1 Определение рациональной шероховатости функциональной поверхности детали «Кронштейн» при токарной обработке с назначением различных режимов резания

3.4.3 Определение рациональной шероховатости функциональной поверхности детали «Кронштейн» при фрезерной обработке с назначением различных режимов резания

3.4.4 Определение эталонной шероховатости функциональной поверхности детали «Кронштейн»

3.5 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ПОЛУЧЕНИЕ И КОНТРОЛЬ РАЦИОНАЛЬНОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ КРОНШТЕЙН

4.1 Статистический анализ результатов эксперимента

4.1.1 Статистический анализ результатов эксперимента по определению рациональной шероховатости поверхности при её обработке методом точения

4.1.2 Статистический анализ результатов эксперимента по определению рациональной шероховатости поверхности при её обработке методом фрезерования

4.2 Исследование возможности применения параметрических критериев для описания рациональной шероховатости функциональной поверхности детали «Кронштейн»

4.3 Определения допуска на графические критерии оценки шероховатости функциональной поверхности детали «Кронштейн»

4.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Графические зависимости коэффициента трения от времени

для пары трения «сталь 12Х18Н10Т-ретинакс»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Статистический анализ результатов эксперимента

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт о внедрении «Методики повышения момента удержания гиростабилизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния шероховатости функциональных поверхностей деталей на момент удержания гироскопических стабилизаторов в режиме арретирования»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время огромное количество задач по управлению летательными аппаратами и кораблями решается с помощью гироскопических стабилизаторов (гиростабилизаторов), которые обеспечивают стабилизацию в инерционном пространстве и управление целым рядом специальных бортовых систем (антенн бортовых радиолокационных станций, чувствительных элементов головок самонаведения, тепловизоров, авиационных и корабельных систем управления огнем, танковых прицелов и др.). Следует отметить, что от точности и надежности работы гиростабилизаторов зависит эффективность действия самолетов, ракет и кораблей.

Бортовые системы, подлежащие стабилизации в заданном положении в пространстве, обладают большим весом и моментом инерции, при этом, в условиях интенсивных колебаний носителя, эти системы испытывают значительные динамические нагрузки. Требования высокой точности стабилизации бортовых систем в заданном направлении в пространстве и тяжелые условия их эксплуатации привели к широкому и интенсивному их исследованию и многочисленным разработкам их конструкций. Разработкой и изготовлением гиростабилизаторов занимается ряд ведущих отечественных предприятий. Среди них АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», АО «НПК «КБМ», АО «ГРПЗ», АО «Изумруд», АО «НПО «Карат», АО «НИИ «Командных приборов». При этом гиростабилизаторы различных типов применяются на всех современных образцах авиационной, корабельной и ракетной техники.

Одним из основных режимов работы всех типов гиростабилизаторов является режим арретирования осей при отсутствии электропитания. При этом главным требованием к гиростабилизатору в режиме арретирования является обеспечение надежной фиксации элементов осей прибора с заданным в тактико-техническом задании (ТТЗ) значением момента удержания.

Следует отметить, что в условиях реальной работы в составе носителя невыполнение системой требований к минимальному моменту удержания на осях с

большой долей вероятности приведет к многочисленным ударным нагрузкам и поломке дорогостоящего прибора.

Отметим, что реальное значение моментов удержания (арретирования) на осях гиростабилизатора при отсутствии электропитания определяется на поздних этапах опытно-конструкторской работы (ОКР), уже после изготовления опытного образца, что объясняет чрезвычайную важность наличия методов его повышения без существенных изменений конструкции всей системы.

С учетом сказанного выше, задача повышения момента удержания на осях гироскопических стабилизаторов в режиме арретирования является актуальной.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования в настоящей работе являются гиростабилизаторы в режиме арретирования. Предметом исследования является технология изготовления и контроля шероховатости функциональных поверхностей деталей, обеспечивающей требуемое значение момента удержания.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертационной работы является исследование возможности повышения момента удержания гиростабилизаторов в режиме арретирования.

Для выполнения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- провести анализ существующих методов обеспечения работоспособности гиростабилизаторов и фрикционных муфт в основных режимах работы;

- разработать методику повышения момента удержания гиростабилизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода;

- провести экспериментальную проверку разработанной методики на поверхностях трения электромагнитной фрикционной муфты COMBISTOP, входящей в состав приводов двухосного управляемого гиростабилизатора ХТВ-01-01 (изделия ДУГС);

- определить технологию получения и контроля рациональной шероховатости функциональной поверхности трения детали «Кронштейн» в условиях производства АО «НПО «Карат».

Методы исследования

Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались основные научные положения технологии приборостроения и теории фрикционных передач. Для анализа полученных экспериментальных данных использовались методы математической статистики.

Научная новизна полученных в работе результатов:

- впервые разработана «Методика повышения момента удержания гироста-билизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода» - обеспечения и контроля шероховатости поверхностей трения с использованием графических критериев;

- разработана методика измерения моментов удержания арретированных осей изделия ДУГС;

- получены временные зависимости коэффициента трения для пары трения «сталь 12Х18Н10Т - ретинакс», работающей в моментном режиме фрикционной тормозной муфты при различной шероховатости функциональной поверхности стальных образцов;

- определены тип и коэффициенты уравнений регрессии зависимости коэффициента трения от режимов резания (подачи, подачи на зуб) для пары трения «сталь 12Х18Н10Т - ретинакс»;

- определена рациональная шероховатость функциональной поверхности детали «Кронштейн» и построены её графические критерии.

Практическая ценность работы

Методика повышения момента удержания гиростабилизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода внедрена в производство АО «НПО «Карат» (акт внедрения приведен в приложении В). Применение данной методики позволило повысить значение момента удержания аррети-рованных осей изделия ДУГС до 1 Н^м на позднем этапе ОКР.

Методика измерения моментов удержания арретированных осей изделия ДУГС включена в технические условия на изделие (КРАТ.402113.060 ТУ).

Определены и внедрены в технологический процесс изготовления детали «Кронштейн» параметры обработки её функциональной поверхности, обеспечивающие получение рациональной шероховатости.

Разработана технология контроля рациональной шероховатости функциональной поверхности детали «Кронштейн».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Методика повышения момента удержания гиростабилизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода позволяет повысить момент удержания на осях изделия ДУГС до требуемого значения (1 Нм) на позднем этапе ОКР.

2. Методика измерения моментов удержания арретированных осей изделия ДУГС позволяет определить их действительные значения после изготовления ги-ростабилизатора.

3. Графические критерии оценки шероховатости позволяют связать шероховатость поверхности с функциональным свойством изделия - моментом удержания арретированных осей гиростабилизатора.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на одиннадцатой сессии международной научной школы «Фундаментальные и Прикладные Проблемы Надежности и Диагностики Машин и Механизмов» (Санкт-Петербург, 2013 г.); на XLIII научной и учебно-методической конференции СПб НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2014 г.); на III и IV Всероссийском конгрессе молодых учёных, (Санкт-Петербург, 2014-2015 гг.).

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов, из них 6 работ опубликовано в ведущих рецензируемых научных журналах.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 108 наименований и трех приложений. Работа содержит 91 страницу машинописного текста, 36 рисунков, 23 таблицы.

В первой главе работы проводится анализ методов обеспечения работоспособности гироскопических стабилизаторов в основных режимах работы, а также методов повышения момента удержания электромагнитных фрикционных муфт.

Во второй главе работы подробно описывается двухосный управляемый ги-ростабилизатор ХТВ-01-01 (изделие ДУГС), разработанный и изготавливаемый АО «НПО «Карат». Также приводятся методика и результаты измерения моментов удержания арретированных осей изделия ДУГС. На основании результатов проверки момента удержания на осях изделия ДУГС делается вывод о необходимости его повышения за счет применения технологического метода.

В третьей главе описана методика повышения момента удержания гироста-билизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода. Также приводятся результаты экспериментальной проверки данной методики.

В четвертой главе приводятся результаты статистического анализа эксперимента по определению рациональной шероховатости функциональной поверхности детали «Кронштейн» и рассматриваются методы её контроля в условиях реального производства.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ

1.1 Назначение и принцип работы гироскопических стабилизаторов

В настоящее время в авиационной, космической и корабельной технике получили широкое распространение гиростабилизаторы, с помощью которых решаются задачи ориентации и навигации летательных аппаратов, а также стабилизации специальных приборов - зеркал антенн, прицелов, визиров, объективов камер.

Гиростабилизаторы относятся к системам автоматического регулирования, обеспечивающим на движущемся объекте сохранение определенной угловой ориентации некоторого тела относительно системы координат, называемой опорной, оси которой определенным образом ориентированы в пространстве [5].

В зависимости от конкретной задачи, в качестве опорной системы координат может быть принята инерциальная система координат или система координат, оси которой направлены по сторонам света и по вертикали места, где находится движущийся объект.

Стабилизация сводится к определению параметров углового положения некоторой площадки (платформы) с установленными на ней приборами и выработке соответствующих сигналов управления, обеспечивающих требуемое положение платформы в выбранной системе координат [51].

Параметры положения платформы и управляющие сигналы для её стабилизации могут определяться и вырабатываться различными приборами: электромеханическими измерителями угловых ускорений и скоростей, лазерными датчиками угловых скоростей, волоконно-оптическими датчиками вращения, гироскопами.

В соответствии с числом степеней свободы платформы, различают одноосные, двухосные и трехосные гиростабилизаторы.

В качестве примера, кратко опишем принцип работы гиростабилизатора, обеспечивающего стабилизацию оптической оси телескопа в условиях корабельной качки.

На рисунке 1.1 представлена стабилизируемая платформа П на движущемся объекте, представляющая из себя двухосный карданов подвес, в котором внешняя ось связана с движущимся объектом.

Рисунок 1.1 - Стабилизируемая платформа на движущемся объекте

Внешняя ось А-А подвеса связана с движущимся объектом. Оптическая ось телескопа Т, установленного на платформе, должна быть непрерывно направлена на звезду при любых положениях движущегося объекта.

Отклонения платформы от необходимых угловых положений относительно осей А-А и В-В выявляются чувствительными элементами ЧЭА и ЧЭВ. Каждый чувствительный элемент управляет соответствующим исполнительным двигателем Д через усилитель У, обеспечивая стабилизацию объекта в пространстве. Совокупность чувствительного элемента, усилителя и двигателя обычно называют каналом управления или каналом стабилизации.

В соответствии с кинематической схемой, изображенной на рисунке 1.1, система стабилизации обеспечивает создание стабилизирующих моментов двигателей, действующих по осям подвеса и компенсирующих моменты, возмущающие платформу вследствие качки носителя.

Можно выделить два основных режима работы гиростабилизаторов:

- режим гиростабилизации стабилизации и управления;

Работоспособность гиростабилизатора в режиме стабилизации и управления заключается в выполнении им точностных требований тактико-технического задания (ТТЗ) в части обеспечения заданных значений ошибок гиростабилизации и целеуказания при работе в составе носителя (вертолета, корабля, ракеты и др.).

Работоспособность гиростабилизатора в режиме арретирования заключается в выполнении им требований ТТЗ по обеспечению фиксации осей (одной, двух или трех) с заданным значением момента удержания.

Проведем анализ основных фундаментальных трудов теории гироскопических приборов и систем на предмет указания в них методов обеспечения работоспособности гиростабилизаторов в указанных режимах.

1.2 Методы обеспечения работоспособности гироскопических стабилизаторов в основных режимах работы

1.2.1 Методы обеспечения работоспособности первых гироскопических стабилизаторов

Теория построения гироскопических приборов и инерциальных систем начала формироваться еще во второй половине XVIII веке, благодаря исследованиям М.В. Ломоносова, Л. Эйлера, Ж. Лагранжа и в настоящий момент характеризуется огромным количеством работ, например, [1, 7, 9, 16, 34, 49, 50, 64, 80, 82].

Общие принципы стабилизации динамических систем, которые позволяют выявить принципиальную возможность гироскопической стабилизации объекта, рассмотрены, например, в трудах В. Томсона и П. Тэта [107], Д.Р. Меркина [67], И.И. Метелицына [68] и Н.В. Розе [79]. Основные принципы гироскопической стабилизации, как элемента теории устойчивости движения, изложены также в монографии Н.Г. Четаева [93]. Задача о гироскопической стабилизации платформы на корабле впервые была решена А.Н. Крыловым [46].

В этих работах доказывается ряд важных теорий о возможности стабилизации положения равновесия системы гироскопическими силами. Полученные результаты стали основой разработки теории гироскопических стабилизаторов.

В 1904 г. в работе О. Шлика [105] была впервые предложена конструкция гироскопического успокоителя качки пассивного типа, изображенного на рисунке 1.2 и предназначенного для уменьшения качки корабля за счет преобразования раскачивающих его волн в колебания рамы с гироскопом.

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема успокоителя качки пассивного типа (1-ротор; 2-рама; 3-стойки; 4-груз; 5-тормоз)

Основным элементом успокоителя качки Шлика является двухстепенной гироскоп, состоящий из ротора 1 и рамы 2, подвешенной в стойках 3, жестко связанных с кораблем. Ось Оуг является осью вращения рамы и параллельна поперечной оси корабля. Груз 4 придаёт раме маятниковые свойства, а погашение её колебаний осуществляется тормозом 5.

В данном приборе впервые был применен конструктивный метод арретиро-вания элементов оси вращения (рамы с ротором) гироскопического прибора за счет применения тормозного устройства, который применяется для обеспечения основного режима работы успокоителя (погашения колебаний рамы с ротором).

Разработке теории и расчету успокоителя качки Шлика посвящено большое количество исследований, например, [18, 22, 44-46, 74]. Следует отметить, что основное внимание в данных работах уделяется описанию математической модели системы «корабль - успокоитель», позволяющей выбрать оптимальные значения

кинетического момента гироскопа и коэффициента торможения колебаний рамы успокоителя.

В 1911 г. Э. Сперри в работе [106] предложил конструкцию гироскопического успокоителя качки активного типа, изображенного на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Принципиальная схема успокоителя качки активного типа (1-ротор;

2-рама; 3-стойки; 4-прецессионный двигатель; 5-вспомогательный гироскоп)

В успокоителе качки активного типа, в отличие от успокоителя пассивного типа, прецессия рамы 2 с ротором 1, установленной в стойках 3, создается искусственно, с помощью прецессионного двигателя 4, управляемого от вспомогательного гироскопа 5, который реагирует на качку корабля. Следствием прецессионного движения рамы с гироскопом является возникновение стабилизирующего момента Мс, противодействующего кренящему моменту.

Отметим, что успокоители активного типа являются одними из первых гироскопических приборов, в которых можно выделить два указанных выше режима работы (стабилизации качки корабля и арретирования оси рамы).

Теоретическим исследованиям активного успокоителя посвящено большое число работ, например, [78, 84, 97, 101]. Основное внимание в этих работах, так же как и в трудах, описывающих успокоитель пассивного типа, уделяется математическому описанию процесса стабилизации качки и инженерным расчетам успокоителя.

Анализ методов обеспечения работоспособности первых гироскопических стабилизаторов, к которым относятся пассивные и активные успокоители качки корабля, показывает, что основное внимание в исследованиях уделено описанию математических моделей обеспечения стабилизации. При этом для обеспечения режима арретирования используются исключительно конструктивные методы -применение различных механических тормозных устройств, обеспечивающих удержание рамы с гироскопом.

1.2.2 Методы обеспечения работоспособности современных гироскопических стабилизаторов

Если первые гиростабилизаторы можно отнести к гироскопическим приборам, принцип действия которых основан на использовании свойств трёхстепенного гироскопа, то современные гиростабилизаторы являются, в первую очередь, системами автоматического регулирования, в которых гироскоп является лишь датчиком измерения угловой скорости. Этим объясняется большая доля методов теории автоматического управления в работах, описывающих принципы построения современных гиростабилизаторов.

Одними из базовых работ в современной теории построения гиростабилиза-торов считаются работы отечественных ученых Д.С. Пельпора [72, 73] и В.А. Бесекерского [4, 5].

В работе [5] исследуются основные виды гироскопических стабилизаторов, рассматриваются структурные схемы, исходные уравнения движения и передаточные функции гиростабилизаторов. При этом основное внимание уделяется рассмотрению методов динамического синтеза гиростабилизаторов, основанных на постулатах теории автоматического управления и позволяющих на основе технических требований к системам произвести их динамический расчет (определение оптимальных ЛАХ, ЛЧХ и ФЧХ системы) и выбор основных параметров. Указанные вопросы рассматриваются также в ряде зарубежных работ [102, 103, 108].

В работе [10] рассматриваются принципы построения различных инерци-альных систем, в том числе гиростабилизаторов с индикаторно-силовой стабилизацией. Основное внимание уделяется анализу зависимости ошибок точностных параметров всех классов инерциальных систем от инструментальных ошибок чувствительных элементов, входящих в их состав.

В работах [25, 26, 36, 59-63] проводится описание различных конструкций гиростабилизаторов, а также исследуется возможность повышения их точностных параметров за счет применения в качестве чувствительных элементов динамически настраиваемых гироскопов и волоконно-оптических датчиков вращения. При этом обеспечение работоспособности гиростабилизаторов в режиме арретирова-ния обеспечивается применением различных конструктивных решений (электромагнитов сжатия, механических упоров и прижимов).

В работе [73] предлагается общая методика проектирования гироскопических стабилизаторов, представленная на рисунке 1.4 и примеры её применения.

Рисунок 1.4 - Методика проектирования гиростабилизаторов

Основное внимание в данной работе уделяется аспектам выбора элементов гиростабилизатора (гироскопа, электродвигателя, датчика угла, арретирующего устройства) в зависимости от тактико-технических характеристик (ТТХ) прибора.

В работах [57, 72] излагаются основы теории проектирования гироскопических приборов и инженерные методы расчета их элементов. В отличие от большинства трудов по теории проектирования гироскопических приборов в данных книгах, кроме получения точностных параметров гиростабилизаторов в режиме

стабилизации и целеуказания, рассматриваются вопросы обеспечения их работоспособности в режиме арретирования. В частности, рассматриваются кинематические схемы арретирующих устройств совмещенного и последовательного действия.

Проведенный анализ показывает, что для обеспечения работоспособности гиростабилизаторов в основных режимах работы в теории проектирования гироскопических приборов и систем рассматривается ряд методов, приведенных на рисунке 1.5.

Методы обеспечения работоспособности гиростабилизаторов

Режим стабилизации и управления

I

- Конструктивные методы;

- Математические методы;

- Методы автоматического управления.

Режим арретирования

Конструктивные методы

Рисунок 1.5 - Методы обеспечения работоспособности гиростабилизаторов

Отметим, что основное внимание в работах по теории проектирования ги-ростабилизаторов уделяется рассмотрению методов обеспечения их работоспособности в режиме стабилизации и управления. Это обеспечивается применением математических и конструктивных методов, а также методов автоматического управления. При этом указанные выше методы позволяют не только спроектировать гиростабилизатор, выполняющий требования ТТЗ, но и повысить его точностные параметры даже после изготовления опытного образца (например, за счет

программного изменения коэффициентов контура стабилизации и получения оптимальной логарифмической амплитудной характеристики системы).

Рассмотрение же методов обеспечения работоспособности гиростабилиза-торов в режиме арретирования ограничивается, в основном, анализом различных конструкций арретирующих устройств.

Известно, что в современных гироскопических стабилизаторах для аррети-рования его элементов при отсутствии электропитания применяется ряд устройств: электромагниты сжатия и растяжения, механические упоры, электромагнитные фрикционные муфты.

Использование электромагнитных фрикционных муфт в качестве аррети-рующих устройств элементов осей гиростабилизаторов имеет следующие преимущества:

- приемлемое значение момента удержания;

- небольшие массогабаритные характеристики арретирующего узла;

- минимальное значение времени разарретирования;

- приемлемый уровень электропотребления;

- высокая надежность арретирующего узла;

- устойчивость и стойкость арретирующего узла к внешним воздействующим факторам.

С учетом сказанного выше, более подробно рассмотрим принцип действия, а также методы повышения момента удержания фрикционных муфт.

1.3 Методы повышения момента удержания фрикционных муфт

Фрикционными называют муфты, в которых момент вращения (либо момент удержания) между ведущим и ведомым валом передается за счет силы трения.

В зависимости от формы поверхностей трения в работах, посвященных рассмотрению фрикционных передач, например, [28-31, 33, 48, 65, 77, 87], различают:

- дисковые фрикционные муфты, рабочими поверхностями которых являются торцевые плоскости дисков;

- конусные фрикционные муфты, рабочей поверхностью которых является конус;

- цилиндрические фрикционные муфты, у которых рабочими являются цилиндрические поверхности.

Принцип работы простейшей фрикционной муфты опишем на примере од-нодисковой фрикционной муфты, приведенной на рисунке 1.6.

13 4 2

Рисунок 1.6 - Однодисковая фрикционная муфта (1-ведущий вал, 2-ведомый вал,

3, 4-фрикционные диски)

Рассматриваемая муфта состоит из двух валов 1 и 2, на которые насажены диски 3 и 4. Диск 4 под действием пружины перемещается вдоль вала 2. Под действием силы сжатия пружины Ра, прижимающей диск 4 к диску 3 между дисками возникает сила сухого трения, обеспечивающая возникновение момента удержания муфты Ммуф, который является её основной эксплуатационной характеристикой.

Как было сказано в предыдущих разделах, одним из актуальных вопросов, возникающих при разработке гиростабилизаторов, является возможность повышения эксплуатационных характеристик их составных частей без существенных

конструктивных изменений. Так, в случае применения фрикционных муфт в качестве арретирующих устройств гиростабилизаторов, возникает задача повышения их момента удержания.

Отметим, что повышение момента удержания фрикционной муфты возможно за счет:

- увеличения среднего радиуса трения;

- увеличения усилия сжатия пружины;

- увеличения коэффициента трения в паре трения «диск муфты - ответная деталь».

При этом в ряде работ [6, 17, 21, 23, 24] рассматривается применение многодисковых фрикционных муфт, как способ увеличения момента удержания муфты за счет увеличения параметра среднего радиуса трения. Также для повышения эксплуатационных характеристик в работах [94-96] предлагается использование адаптивных фрикционных муфт.

Однако данные методы влекут за собой существенное увеличение массога-баритных характеристик муфты и не могут быть применены в случае её использования в составе гиростабилизатора (особенно на заключительных этапах разработки). Тот же вывод можно сделать и об изменении типоразмера пружины, как способе увеличения момента удержания муфты, за счет увеличения силы сжатия пружины.

С учетом сказанного выше, единственным методом повышения момента удержания фрикционных муфт, не приводящим к существенному изменению их конструкций и позволяющих использовать их в составе гиростабилизаторов, является увеличение коэффициента трения в деталях, образующих пару трения муфты.

Ниже проведем анализ зависимости коэффициента трения от различных параметров работы фрикционной муфты.

1.4 Зависимость коэффициента трения от различных параметров

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Любивый, Андрей Валентинович, 2018 год

Список литературы

1. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / под ред. Б.С. Алёшина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.

2. Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ / под ред. В.А. Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. - М.: Машиностроение: Нью-Йорк: Аллертонпресс, 1993.

3. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов / И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский, под ред. Д.Г. Грома-ковского. - Самара: Самарский государственный университет, 2000.

4. Бесекерский В.А. Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. - СПб.: Издательство «Профессия», 2003.

5. Бесекерский В.А. Фабрикант Е.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. - Ленинград: Судостроение, 1968.

6. Бойко Н.И., Гребёнкин Р.В., Лавренова Т.В. Анализ работы адаптивного фрикционного контакта твердых тел в предохранительных муфтах // Интернет-журнал «Науковедение», 2015, Том 7.

7. Борисова С.С. Синергетический синтез законов управления одноосным гиростабилизатором в условиях гармонических возмущений // Известия ЮФУ, специальный выпуск, 2014.

8. Брагов А.М., Константинов А.Ю., Ломунов А.К. Модификация метода Кольского для определения динамического коэффициента трения //Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2008, №6.

9. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992.

10. Теория инерциальных систем навигации. Бромберг П.В. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979.

11. Валетов В.А. Проблемы оптимизации микрогеометрии поверхностей деталей для обеспечения их конкретных функциональных свойств // ABC Journal

of Advanced Research. - СПб: Известия высших учебных заведений Приборостроение, 2015. - Т. 58, вып. апрель 2015. - №4. - С. 250-267. - ISSN 0021-3454.

12. Валетов В.А., Любивый А.В. Методика повышения момента удержания гиростабилизаторов в режиме арретирования за счет применения технологического метода.- СПб: Металлообработка - 2017. -№ 5.

13. Валетов В.А., Помпеев К.П. Технология приборостроения: учебное пособие. - СПб.: НИУ ИТМО, 2013.

14. Валетов В.А., Третьяков С.Д. Исследование закономерностей микрогеометрии деталей при трении-скольжении СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006.

15. Валетов В.А., Третьяков С.Д. Оптимизация микрогеометрии поверхностей деталей: учебное пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005.

16. Виниченко Н.Т. Теория гироскопических приборов: учебное пособие / Н.Т. Виниченко, Д.А. Кацай, А.А. Лысова. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010.

17. Виноградов М.В., Павлов А.А. Математический анализ взаимодействия сил в трехступенчатой фрикционной передаче // Саратовский государственный технический университет, 2008.

18. Власов В.Г. Элементарная теория гироскопического успокоителя качки. - Собрание трудов. Т. 2. Л., Судпромгиз, 1959.

19. Войнов К.Н. Триботехника и надежность механических систем.- СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014.

20. Гаркунов Д.Н., Крагельский И.В., Влияние отношения величин поверхностей трения и твердостей на условия скольжения контактирующих деталей машин. Доклады АН СССР, т. XCI, 1953, №5.

21. Детали машин и основы конструирования: учебник / С.М. Горбатюк. -М.: Издтельство МИСиС, 2014.

22. Граммель Р. Гироскоп, его теория и применение. Т. 2. М., ИЛ, 1952.

23. Гудков В.В. Фрикционные передачи маломоментных приводов // Известия высших учебных заведений, 2013, №7.

24. Детали машин и основы конструирования. Краткий курс. Примеры расчетов: учебное пособие для вузов / Л.А. Дмитриева. - М.: ИД "Спектр", 2013.

25. Дегтярев М.И., Малютин Д.М. Состояние теории и практики индикаторных гиростабилизаторов на динамически настраиваемом гироскопе // Известия ТулГУ. Технические науки, 2011.

26. Дзюба А.Н., Старосельцев Л.П. Моделирование погрешностей гиро-стабилизатора гравиметра на волоконно-оптических гироскопах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, №6.

27. Жильников Е.П., Самсонов В.Н. Основы триботехники. - Самара: Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета, 2012.

28. Зельцерман И.М., Каминский Д.М., Онопко А.Д. Фрикционные муфты и тормоза гусеничных машин - М.: Издательство "Машиностроение", 1965.

29. Иванов Е.А. Муфты приводов. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1939.

30. Методические указания "Проектировочный расчет муфт и тормозов" к выполнению курсового проекта для студентов / Каплин А.Ф., Фазулин Э.М. - М.: МГТУ "МАМИ", 2010.

31. Конструирование и расчет механизмов и деталей машин химических и нефтеперерабатывающих производств / В.С. Ким, В.А. Самойлов, Н.Н. Торубе-ров. - М.: КолосС, 2007.

32. Кислик В.А. Износ деталей паровозов. Труды Всесоюзного НИИ Железнодорожного транспорта, 1948.

33. Клепиков В.В., Бодров А.Н. Технология машиностроения: учебник. -М.: ФОРУМ, 2008.

34. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Исследование влияния электроприводов на динамику системы стабилизации наведения // Известия ТулГУ. Технические науки, 2016, №10

35. Козлова Е.С., Рогов С.В. Общая математическая модель двухосного гиростабилизатора // Известия ТулГУ. Технические науки, 2016, №11.

36. Гироскопические системы. Проектирование гироскопических систем / Ю.А. Колосов, Ю.Г. Ляховецкий, Е.Р. Рахтеенко; Под ред. Д.С. Пельпора. - М.: Высшая школа, 1977.

37. Комбалов В.С. Влияние шероховатости тел на трение и износ. - М.: "Наука", 1974.

38. Крагельский И.В. О трении несмазанных поверхностей. М., Изд-во АН СССР, 1939.

39. Крагельский И.В. Влияние шероховатости на трение при отсутствии смазки. М., Изд-во АН СССР, 1946.

40. Крагельский И.В. Трение и износ. Изд. 2-е. - М.: "Машиностроение",

1968.

41. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения: справочное пособие. - М.: Государственное научно-техническое издание машиностроительной литературы, 1962.

42. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. - М.: «Машиностроение», 1977.

43. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: справочник. - М.: "Машиностроение", 1984.

44. Крылов А.Н. Качка корабля. Л., Изд-во АН СССР, 1951.

45. Крылов А.Н., Крутков Ю.А. Общая теория гироскопов и некоторых технических их применений. Л., Изд-во АН СССР, 1950.

46. Крылов А.Н. Теория и расчет гироскопического успокоителя качки системы О. Шлика. - Морской сборник, 1909, №3.

47. Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Колмаков А.Г., Рыбакова Л.М. Методы испытаний на трение и износ. - М.: Интермет инжиниринг, 2001.

48. Детали машин и основы конструирования раздела "Муфты механические для соединения валов": Учебное пособие / под ред. Кулаева Е.В. - Ставрополь: СГАУ, 2014.

49. Лесковец Ю.А., Лукьянов Д.П. К истории создания и совершенствования гирокомпаса // Вестник ЮУрГУ, №14, 2006.

50. Лунц Я.Л. Введение в теорию гироскопов. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1972.

51. Лысов А.Н. Теория гироскопических стабилизаторов: учебное пособие. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009.

52. Любивый А.В., Исаев Р.М. Исследование влияния микрогеометрии поверхности деталей на функциональные свойства изделия // Известия высших учебных заведений. Приборостроение - 2015. - Т. 58. - № 4 - С. 283-285.

53. Любивый А.В., Исаев Р.М. Исследование возможностей улучшения функциональных свойств тормозных муфт // Известия высших учебных заведений. Приборостроение - 2015. - Т. 58. - № 4 - С. 286-288.

54. Любивый А.В., Исаев Р.М. Способы определения сил резания, возникающих в процессе обработки заготовок // Известия высших учебных заведений. Приборостроение - 2015. - Т. 58. - № 4 - С. 315-317.

55. Любивый А.В., Исаев Р.М. Моделирование термодинамических процессов системы механической обработки заготовок // Материалы докладов международной конференции «Восьмые Окуневские чтения». - СПб. - 2013. - № 1(13) - С. 370-372.

56. Любивый А.В., Исаев Р.М. Методика проверки адекватности математической модели механических воздействий, возникающих в процессе обработки заготовок // Материалы международной конференции «Региональная информатика (РИ-2012)». - СПб. - 2013. - № 1 - С. 222-224.

57. Магнус К. Гироскоп. Теория и применения - М.: Мир, 1974.

58. Магнус Я.Р., Катышев П.К., Пересецкий А.А. Эконометрика. Начальный курс: Учебник. - М.: Дело, 2004.

59. Малютин Д.М. Гироскопические системы стабилизации в информационно-измерительных и управляющих системах мини беспилотных летательных аппаратов (аналитический обзор) // Известия ТулГУ. Технические науки, 2012, №12.

60. Малютин Д.М. Система стабилизации полезной нагрузки на динамически настраиваемом гироскопе // Приборы и методы измерений, 2016. Т7, №1.

61. Малютин Д.М., Малютина М.Д. Гироскопические системы стабилизации в информационно-измерительных и управляющих системах мини беспилотных летательных аппаратов (аналитический обзор) // Известия ТулГУ. Технические науки, 2012, №12.

62. Малютин Д.М., Телухин С.В., В.Я. Распопов Гиростабилизаторы оптической аппаратуры // Известия ТулГУ. Технические науки, 2016, №10.

63. Матвеев В.А., Подчезерцев В.П., Фатеев В.В. Гироскопические стабилизаторы на динамически настраиваемых вибрационных гироскопах: Учебное пособие по курсу "Теория гироскопов и гиростабилизаторов". - М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2005.

64. Матвеев В.В. Инерциальные навигационные системы: Учебное пособие. - Тула: Издательство ТулГУ, 2012.

65. Махкамов К.Х. Расчет износостойкости машин: учебное пособие. -Ташкент, 2002.

66. Маховская Ю.Ю. Скольжение шероховатых вязкоупругих тел при наличии адгезии // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011.

67. Меркин Д.Р. Гироскопические системы. М., Гостехиздат, 1956.

68. Метелицын И.И. К вопросу о гироскопической стабилизации. - Доклад академии наук СССР, 1952.

69. Мусалимов В.М., Валетов В.А. Динамика фрикционного взаимодействия. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006.

70. Мухаметов Р.М., Юльметова О.С., Щербак А.Г. Разработка технологии формирования функциональных элементов на поверхности узлов гироприбо-ров // Научно-технический вестник ИТМО, 2013, №4.

71. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трение, смазка, износ физические основы и технические приложения трибологии. - Москва: Физматлит, 2007.

72. Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов: Учебник для вузов по специальности "Гироскопические приборы и устройства" /

Е.А. Никитин, С.А. Шестов, В.А. Матвеев.; Под ред. Д.С. Пельпора. - 2-е изд., пе-рераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1988.

73. Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы: Учебник для вузов по специальности "Гироскопические приборы и устройства" / Д.С. Пельпор, И.А. Михалев, В.А. Бауман и др.; Под ред. Д.С. Пельпора. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1988.

74. Павленко Г.Е. Качка судов. М., Гострансиздат, 1935.

75. Пенкин Н.С., Пенкин А.Н., Сербин В.М. Основы трибологии и триботехники: учебное пособие. - М.: Машиностроение, 2008.

76. Петров В.М., Буцанец А.А., Безпальчук С.Н. Исследование влияния лазерной упрочняющей технологии поверхности образцов из титанового сплава на работоспособность пары трения скольжения углепластик - титан // Вестник государственного университета морского и речного флота им. Адмирала С.О. Макарова, 2016, №6.

77. Потапцев И.С., Буцев А.А., Матвеенко Е.В. Расчет и конструирование элементов приборных устройств. Конструирование приборных муфт: Учебное пособие. - М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2003.

78. Ривкин С.С. Теория гироскопических устройств. Ч. 2. Л., «Судостроение», 1964.

79. Розе Н.В. О проблеме гироскопической стабилизации. - Л.: Труды ЛИТМО, вып.6, 1941.

80. Родионов В.И., Зайцев А.А., Каплюжников Ю.С., Волков С.А.Кинематика двухосных систем стабилизации и наведения на качающемся основании // Известия ТулГУ. Технические науки, 2012, №12.

81. Сафонов Б.П., Бегова А.В. Инженерная трибология: оценка износостойкости и ресурса трибосопряжений: учебное пособие. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004.

82. Серегин В.В. Прикладная теория и принципы построения гироскопических системы. Учебное пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007.

83. Сизова Т.М. Статистика: учебное пособие. - СПАб.: СПб НИУ ИТМО,

2013.

84. Скарборо Д. Гироскоп, теория и применения. М., ИЛ, 1961.

85. Срокин Г.М. Трибология сталей и сплавов. Москва: Недра, 2000.

86. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / А.М. Сулима, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин. - М.: Машиностроение, 1988.

87. Прикладная механика: учебное пособие / В.М. Сурин. - 3-е изд., испр. - Минск: Новое знание, 2008.

88. Сухов С.А. Исследование закономерностей сухого и граничного трения шероховатых поверхностей металлов // Трение и износ в машинах, 1950.

89. Сухов С.А. Роль шероховатости в процессе трения // Трение и износ в машинах, 1951, №4.

90. Тихомиров В.П., Горленко О.А., Порошин В.В. Трибология. Москва,

2002.

91. А.М. Фомичев, О.С. Юльметова, А.Г. Щербак. Использование плазменной и лучевой технологий для обработки узлов гироприборов // Металлообработка, 2014, №1.

92. Фролов К.В. Современная трибология: Итоги и перспективы. - М.: Издательство ЛКИ, 2008.

93. Четаев Н.Г. Устойчивость движения. М., «Наука», 1965.

94. Шишкарев М.П. Кобзев К.О. Методологические основы расчета и проектирования адаптивных фрикционных муфт // Интернет-журнал "Науковедение", 2013, №5.

95. Шишкарев М.П. Кобзев К.О. Эксплуатационные характеристики адаптивной фрикционной муфты второго поколения // Интернет-журнал "Науковедение", 2013, №4.

96. Шишкарев М.П., Лущик А.А., Угленко А.Ю., Кобзев К.О. Основы методологии расчеты и проектирования адаптивных фрикционных муфт с раздельным силовым замыканием // Интернет-журнал "Науковедение", 2013, №5.

97. Шмырев А.Н., Мореншельдт В.А., Ильина С.Г. Успокоители качки судов. Л., Судпромгиз, 1961.

98. Яковлева С.А., Гаврюсев В.И., Щербак А.Г. Особенности процесса изготовления прецизионных узлов гироприборов // Научно-технический вестник ИТМО, 2010, №6.

99. Andreev Y.S., Lubiviy A.V., Isaev R.M., Pechenko R.V. Method of creating reasonable roughness of functional surfaces for details in friction couple // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - Vol. 1015.

100. Andreev Y.S., Lubiviy A.V., Isaev R.M. Improvement of piezoelectric vibration sensors' performance characteristics via optimization of details' functional surfaces roughness // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - Vol. 1015. - Pp. 1-6.

101. Arnold R.- Гироскопические поглотители колебаний и стабилизаторы - В кн.: Проблемы гироскопии. М., «Мир», 1967.

102. Belyanin L., Doan K.V., Pozharsky T., Trong Y.N. Design and analysis of power supply and information transfer to three-axis gyroscope stabilizer platform // MATEC Web of Conferences, 2016.

103. Fang J., Yin R. An adaptive nonlinear control for gyro stabilized platform based on neural networks and disturbance observer // Mathematical Problems in Engineering, 2014.

104. Peterson M.B., Florek I.I., Lee R.E., ASLE-Transactions, 1960, №1.

105. Schlick O. The gyroscopic effect on fly-wheels on board ship. - Trans. Naval Archit., 1904.

106. Sperry E. The gyroscope for marine purposes. - Engng, 1911.

107. Thomson W., Tait P. Treatise on natural philosophy. New Ed. Cambridge Univ. Press, 1879.

108. Yi G., Xie Y., Qi Z., Xi B. Modelling of Acceleration influence on hemispherical resonator guro forcing system, 2015.