RU165704U1

RU165704U1 - ELECTRIC MOTOR-FLYWHEEL OF THE POWER MOMENT GYROSCOPE WITH THE INCREASED RESOURCE OF WORK

Info

Publication number: RU165704U1
Application number: RU2016102909/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Германович Гладышев; Герман Николаевич Гладышев; Владимир Петрович Лянзбург
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Электродвигатель-маховик силового моментного гироскопа, содержащий вакуумируемую гермокамеру, внутри которой в опорах установлен маховик с возможностью вращения от электродвигателя вращения маховика, отличающийся тем, что опоры маховика содержат четыре одинарных шарикоподшипника, расположенных попарно внутри и снаружи промежуточной втулки, имеющей возможность вращения от электродвигателя вращения промежуточной втулки.An electric motor-flywheel of a power torque gyroscope containing an evacuated pressure chamber, inside of which a flywheel is mounted in supports, which can be rotated from a flywheel rotation motor, characterized in that the flywheel supports contain four single ball bearings arranged in pairs inside and outside of an intermediate sleeve that can be rotated from a rotation motor intermediate sleeve.

Description

Полезная модель относится к электродвигателям-маховикам силовых моментных гироскопов, служащих исполнительными органами систем управления космическими аппаратами.The utility model relates to flywheel electric motors of power torque gyroscopes serving as executive bodies of spacecraft control systems.

Известен электродвигатель-маховик силового моментного гироскопа [Patent US 6,305,647 B1 B64G 1/28 «Method and apparatus for steering the attitude of a satellite»], содержащий жестко связанные между собой два маховика с возможностью вращения от электродвигателя вращения маховика, причем маховики установлены с разных сторон подшипникового узла, выполненного на одинарных шарикоподшипниках.Known electric motor-flywheel power torque gyroscope [Patent US 6,305,647 B1 B64G 1/28 "Method and apparatus for steering the attitude of a satellite"], containing two flywheels rigidly interconnected with the possibility of rotation from the electric motor of rotation of the flywheel, and the flywheels are installed from different sides of the bearing unit made on single ball bearings.

Недостатком такого электродвигателя-маховика является низкая нагрузочная способность подшипникового узла.The disadvantage of such a flywheel motor is the low load capacity of the bearing assembly.

Известен электродвигатель-маховик силового моментного гироскопа [Patent US 7,997,157 В2 G01С 19/30 «Control moment gyroscope»], выбранный в качестве прототипа, содержащий вакуумируемую термокамеру, внутри которой в сдвоенных шарикоподшипниках установлен маховик с возможностью вращения от электродвигателя вращения маховика.Known electric motor-flywheel power torque gyroscope [Patent US 7,997,157 B2 G01C 19/30 "Control moment gyroscope"], selected as a prototype, containing an evacuated heat chamber, inside of which in dual ball bearings mounted flywheel with the possibility of rotation from the rotation motor of the flywheel.

Недостатком такого электродвигателя-маховика является малый ресурс работы, вызванный необходимостью постоянного, стабилизированного вращения маховика с высокой ((2000 - 2400) с^-1) частотой [Patent US 2010/0320330 B64G 1/28 «Control moment gyroscope based momentum control systems in small satellites»]. Соответственно подшипниковые опоры, в которых установлен маховик, должны в течение длительного времени обеспечить поддержание высокой частоты вращения маховика. Долговечность шарикоподшипника, согласно [Бальмонт Б.В., Матвеев В.А. Опоры качения приборов. - М.: Машиностроение, 1984. - с. 37] определяется как

где L_h - долговечность шарикоподшипника в часах; С - динамическая грузоподъемность шарикоподшипника; Р - динамическая нагрузка на шарикоподшипник; n - частота вращения шарикоподшипника, которая определяется как n=n_ВК-n_НК при n_ВК>n_НК, или n=n_НК-n_ВК при n_НК>n_ВК, где n_ВК - частота вращения внутреннего кольца шарикоподшипника; n_НК - частота вращения наружного кольца шарикоподшипника.A disadvantage of such a motor-flywheel is small service life caused by the need for constant stabilized flywheel high ((2000 - 2400) with ¹⁾ a frequency [Patent US 2010/0320330 B64G 1/28 «Control moment gyroscope based momentum control systems in small satellites "]. Accordingly, the bearings in which the flywheel is installed must ensure that the high speed of the flywheel is maintained for a long time. The durability of the ball bearing, according to [Balmont B.V., Matveev V.A. Rolling bearings - M.: Mechanical Engineering, 1984. - p. 37] is defined as

where L _h is the durability of the ball bearing in hours; C - dynamic load bearing capacity of a ball bearing; P is the dynamic load on the ball bearing; n is the speed of the ball bearing, which is defined as n = n _VK -n _SC for n _VK > n _SC , or n = n _SC -n _VK for n _SC > n _VK , where n _VK is the speed of the inner ring of the ball bearing; _NK n - rotational speed of the outer ring of the ball bearing.

Таким образом, увеличение частоты вращения n при равной динамической нагрузке Р приводит к снижению долговечности шарикоподшипников L_h. Другим фактором, не позволяющим обеспечить значительную долговечность шарикоподшипников при больших частотах вращения является то, что скоростные шарикоподшипники, обеспечивающие большие допустимые частоты вращения n, обладают гораздо меньшей допустимой динамической грузоподъемностью С, чем низкоскоростные шарикоподшипники, которые обладают большой допустимой динамической грузоподъемностью С, но меньшей допустимой частотой вращения n.Thus, an increase in the rotational speed n with an equal dynamic load P leads to a decrease in the durability of ball bearings L _h . Another factor that does not allow to ensure significant durability of ball bearings at high speeds is that high-speed ball bearings that provide large permissible rotational speeds n have a much lower allowable dynamic load rating C than low-speed ball bearings that have a large allowable dynamic load rating C, but lower allowable speed n.

Достигаемым техническим результатом предполагаемой полезной модели является увеличение ресурса работы электродвигателя-маховика при одновременном обеспечении большой нагрузочной способности шарикоподшипниковых опор маховика.The technical result achieved by the proposed utility model is to increase the operating life of the flywheel electric motor while at the same time ensuring the large load capacity of the ball-bearing bearings of the flywheel.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом электродвигателе-маховике опоры маховика содержат четыре одинарных шарикоподшипника, расположенных попарно внутри и снаружи промежуточной втулки, имеющей возможность вращения от электродвигателя вращения промежуточной втулки.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed flywheel motor, the flywheel bearings comprise four single ball bearings arranged in pairs inside and outside the intermediate sleeve, which is capable of rotation from the rotation motor of the intermediate sleeve.

Предлагаемая полезная модель электродвигателя-маховика силового моментного гироскопа позволяет, по сравнению с прототипом, увеличить ресурс работы за счет уменьшения скорости вращения шарикоподшипников с одновременным увеличением их допустимой динамической грузоподъемности, что достигается расположением двух шарикоподшипников внутри, а двух других снаружи промежуточной втулки, причем внутренние кольца шарикоподшипников, установленных внутри промежуточной втулки, находятся на неподвижной оси, жестко связанной с корпусом термокамеры электродвигателя-маховика, а внешние кольца шарикоподшипников, установленных снаружи промежуточной втулки расположены непосредственно в маховике, а также за счет обеспечения вращения промежуточной втулки от электродвигателя вращения промежуточной втулки с частотой, равной половине частоты вращения маховика n_ПВ=0,5n_М- Поскольку направление вращения маховика и промежуточной втулки совпадают, то частота вращения любого отдельно взятого шарикоподшипника не превышает половины частоты вращения маховика, что в свою очередь позволяет обеспечить большую частоту вращения маховика, но применять в опорах маховика низкоскоростные, рассчитанные на половину частоты вращения маховика, шарикоподшипники с большой допустимой динамической грузоподъемностью.The proposed utility model of a flywheel electric motor of a torque moment gyro allows, in comparison with the prototype, to increase the service life by reducing the speed of rotation of ball bearings with a simultaneous increase in their allowable dynamic load capacity, which is achieved by the location of two ball bearings inside and two others outside of the intermediate sleeve, with inner rings ball bearings installed inside the intermediate sleeve are located on a fixed axis rigidly connected to the thermocouple body EASURES-motor flywheel and the outer rings of ball bearings, installed outside the intermediate sleeve disposed directly in the flywheel, and also by providing the intermediate sleeve by rotating the intermediate sleeve rotating the motor at a frequency equal to half the speed of the flywheel _MF n = 0,5n _M - Since the direction the rotation of the flywheel and the intermediate sleeve are the same, the speed of any individual ball bearing does not exceed half the speed of the flywheel, which in turn allows ensure greater flywheel rotation frequency, but used in low-speed flywheel bearings, designed for half of the flywheel speed, ball bearings with a large dynamic permissible carrying capacity.

На фиг. изображено меридиональное сечение электродвигателя-маховика силового моментного гироскопа с увеличенным ресурсом работы.In FIG. The meridional section of the flywheel electric motor-torque moment gyro with an increased service life is shown.

Электродвигатель-маховик состоит из маховика 1, установленного через фланцы 2 в шарикоподшипники 3. Внутренние кольца шарикоподшипников 3, через фланцы 4, 5 жестко связаны с промежуточной втулкой 6. Промежуточная втулка 6 установлена на шарикоподшипники 7, внутренние кольца которых установлены на оси 8. Ось 8 жестко закреплена в щитах 9, 10. Щиты 9, 10 и основание 11 образуют корпус блока электродвигателя-маховика. Таким образом, маховик 1 и промежуточная втулка 6 имеют возможность вращаться относительно неподвижной оси 8, ось симметрии которой совпадает с осью OZ. Статор электродвигателя вращения маховика 12 жестко связан со щитом 10, а его ротор с маховиком 1. Статор электродвигателя промежуточной втулки 13 жестко связан со щитом 9, а его ротор со стаканом 14, который жестко закреплен на промежуточной втулке 6 через фланец 4. Основание 11 соединено вакуумплотными сварными швами с кожухами 15, 16 таким образом, чтобы образовать вакуумируемую термокамеру, внутри которой находятся все детали и узлы электродвигателя-маховика. Откачивание воздуха из термокамеры и ее последующая герметизация производится через штуцер 17. Электропитание и сигналы управления на электродвигатели 12, 13 внутрь термокамеры подаются через герметичные соединители 18, 19. На основании 11 гермокамеры жестко установлены полуоси 20, с помощью которых электродвигатель-маховик устанавливается в подшипники подвеса силового моментного гироскопа и имеет возможность реверсивно вращаться на неограниченный угол вокруг оси ОХ.The flywheel motor consists of a flywheel 1, mounted through flanges 2 to ball bearings 3. The inner rings of ball bearings 3, through flanges 4, 5 are rigidly connected to the intermediate sleeve 6. The intermediate sleeve 6 is mounted on ball bearings 7, the inner rings of which are mounted on axis 8. Axis 8 is rigidly fixed in shields 9, 10. Shields 9, 10 and base 11 form the housing of the flywheel electric motor unit. Thus, the flywheel 1 and the intermediate sleeve 6 are able to rotate relative to the fixed axis 8, the axis of symmetry of which coincides with the axis OZ. The stator of the rotation motor of the flywheel 12 is rigidly connected to the shield 10, and its rotor to the flywheel 1. The stator of the electric motor of the intermediate sleeve 13 is rigidly connected to the shield 9, and its rotor to the glass 14, which is rigidly fixed to the intermediate sleeve 6 through the flange 4. The base 11 is connected vacuum-tight welds with casings 15, 16 in such a way as to form an evacuated heat chamber, inside which are all the parts and components of the flywheel motor. The air is evacuated from the heat chamber and its subsequent sealing is made through the nozzle 17. The power supply and control signals to the electric motors 12, 13 are fed into the heat chamber through the sealed connectors 18, 19. On the basis of the pressure chamber 11, the axle shafts 20 are rigidly mounted, with which the flywheel motor is installed in the bearings Suspension of the power moment gyroscope and has the ability to reverse rotate an unlimited angle around the axis OX.

Устройство работает следующим образом. Сигналы питания и управления через соединители 18, 19 поступают на электродвигатель вращения маховика 12 и электродвигатель вращения промежуточной втулки 13. Маховик 1 начинает вращаться, разгоняясь до угловой скорости n_М. Одновременно промежуточная втулка также начинает вращаться в том же направлении, что и маховик, разгоняясь до угловой скорости n_ПВ. Характеристики электродвигателей 13 и 12 подобраны так, что скорости промежуточной втулки и маховика соотносятся как n_ПВ ⁼0,5n_М, поэтому шарикоподшипники 3 вращаются с частотой n₃=n_М-n_ПВ=0,5n_М, поскольку их наружные кольца вращаются с частотой n_М, а внутренние с частотой n_М. Частота вращения шарикоподшипников 7 равна частоте вращения промежуточной втулки n₇=n_ПВ ⁼0,5n_М - Таким образом, частота вращения маховика 1 в два раза больше частоты вращения шарикоподшипников 3, 7. Маховик 1 разгоняется до фиксированной стабильной частоты, при этом вокруг оси OZ создается постоянный по величине и направлению кинетический момент Н. Электродвигатель-маховик имеет возможность реверсивного вращения с угловой скоростью ω_ПР от внешнего привода относительно оси ОХ на неограниченный угол, что приводит к формированию гироскопического управляющего момента M_У относительно оси OY в соответствии с выражениемThe device operates as follows. The power and control signals through the connectors 18, 19 are fed to the rotation motor of the flywheel 12 and the rotation motor of the intermediate sleeve 13. The flywheel 1 begins to rotate, accelerating to an angular speed of n _M. At the same time, the intermediate sleeve also begins to rotate in the same direction as the flywheel, accelerating to the angular velocity n of the _airfoil . The characteristics of the electric motors 13 and 12 are selected so that the speeds of the intermediate sleeve and the flywheel are related as n _PV ⁼ 0.5n _M , so the ball bearings 3 rotate with a frequency of n ₃ = n _M -n _PV = 0.5n _M , since their outer rings rotate with with a frequency of n _M , and internal with a frequency of n _M. Rotational speed of the ball bearings 7 equal to the frequency of rotation of the intermediate sleeve _7, n = n _px ⁼ 0,5n _M - Thus, the rotational speed of the flywheel 1 is twice the speed of ball bearings 3, 7. 1 flywheel accelerates to a stable frequency fixed at around this axis OZ creates a constant in magnitude and direction kinetic moment N. The electric motor-flywheel has the ability to reverse rotation with an angular velocity ω _PR from an external drive relative to the OX axis by an unlimited angle, which leads to the formation of a gyroscopic control torque M _Y relative to the axis OY in accordance with the expression

Управляющий момент M_У через полуоси 20 передается на корпус силового моментного гироскопа, а через его посадочную плоскость воздействует на космический аппарат.The control moment M _U is transmitted through the axles 20 to the body of the power torque gyroscope, and through its landing plane it acts on the spacecraft.

Claims

An electric motor-flywheel of a power torque gyroscope containing an evacuated pressure chamber, inside of which a flywheel is mounted in supports, which can be rotated from a flywheel rotation motor, characterized in that the flywheel supports contain four single ball bearings arranged in pairs inside and outside of an intermediate sleeve that can be rotated from a rotation motor intermediate sleeve.