Souhrnná zpráva o provedených přípravných pracích včetně definice požadavků pro rotační aktuátor

Summary report on the preparatory work carried out, including the definition of requirements for the rotary actuator

souhrnná výzkumná zpráva - smluv. výzkum

čeština

Dokument popisující dílčí činnosti a zároveň výstupy/výsledky provedené v roce 2017 v souladu s projektovou žádostí a schválenou změnou. V rámci této zprávy byly popsány dílčí kroky řešení technických a technologických postupů a problémů, které nastali v důsledku vývoje hlavního budoucího výstupu, a to konkrétně rotačního aktuátoru pro vesmírne aplikace. Cílem bylo vytvoření know-how v oblasti rotačních aktuátoru a zároveň byl důraz kladen na nejmodernější trendy v oblasti kosmických technológií. Mezi nejdůležitejší kroky patřilo nadefinovaní požadavků pro samotní rotační aktuátor. Dále to byly úkoly spojené s možnostmi dosažení konfigurovatelnosti, škálovatelnosti a modularity samotního aktuátoru, popřípadě celého budoucího mechanizmu, a to výběrem takých dodavatelů a komponent, kteří splňili tyto požadavky. Dalším důležitým krokem byl vývoj aktuátoru po systémové stránce a jeho předběžný návrh, který byl podpořen různyma výpočtama a analýzama. Výzkum v oblasti mazání tribologických uzlů a možnosti použití či už kapalného nebo tuhého maziva vedl k návrhu a výroby testovacího zařízení, které bude simulovat reální pohyb ložisek v samotním aktuátoru a výsledky testů se budou revidovat a aplikovat v detailních výpočtech. Tyto získané poznatky budou sloužit k dalším informacím o vlastnostech lubrikantů pro tyto aplikace. Další součást projektu byl výzkum v oblasti výpočetních nátrojů pro konstrukci a analýzu zajišťující maximální využití materiálu tzv. topologická optimalizace. Z důvodu maximálního využití materiálu byla vybrána součást mechanizmu, u které byly nadefinované funkčni požadavky s maximálním využitím materiálu. Použitím topologické optimalizace byl několika interacemi navrhnut nový design držáku, tak aby splňoval nadefinované požadavky. Mezi hlavní požadavky patřili tuhost a váha. Výchozí design byl nadefinován tak, aby sloužil jako referenční model, se kterým se budou porovnávat další návrhy jako výstupy topologické optimalizace. Byl navržen konstrukční prostor, který maximálně zahrnoval oblast možného nového návrhu a zároveň nadefinoval části držáku, popřípadě funkční plochy u kterích není žádaná změna po topologické optimalizaci. Byly to díry pro spojovací materiál, dále prostory důležité pro instalaci a dosedací plochy. V rámci výchozího designu, byla vypočítaná tuhost a odečtena hmotnost držáku. V rámci první interace byl navržen nový design držáku, u kterého byla snížená hmotnost o 18 % ale také snížená tuhost, která nebyla v tomto procesu vítaná. Z důvodu už výše zmíněné tuhosti a revizi výsledků prvního optimalizovaného modelu byl navržen druhý model. Výsledkem topologické optimalizace byl návrh, kde byla hmotnost snížená o 47 % a zároveň byla zvýšená tuhost ve všech vypočítaných směrech oproti výchozímu návrhu, kromě jedného parametru. Po zrevidování všech parametrů, bylo toto snížení akceptováno, protože je nejvyšší ze všech směrů vypočtených tuhostí. V rámci tohoto úkolu byl připraven 3D model a výkres, u kterého byly přídány přídavky pro obrábění funkč

A document describing the sub-activities and outputs / results made in 2017 in accordance with the project application and the approved change. This report outlined the partial steps of solving technical and technological procedures and issues that have arisen as a result of the development of the main future output, namely a rotating actuator for space applications. The aim was to create know-how in the field of rotary actuators, while at the same time the emphasis was placed on the most modern trends in the field of space technologies. The most important steps included defining the requirements for the rotary actuator itself. Furthermore, these were tasks related to the possibilities of achieving the configurability, scalability and modularity of the actuator itself or of the entire future mechanism by selecting such suppliers and components that met these requirements. Another important step was the development system of the actuator and its preliminary design, supported by various calculations and analyzes. Research in the area of tribological nodal lubrication and the possibility of using either liquid or solid lubricants has led to the design and production of a test device that will simulate the actual movement of the bearings in the actuator itself, and the test results will be revised and applied in detailed calculations. This knowledge will provide additional information on the properties of lubricants for these applications. Another part of the project was research in the field of computational tools for design and analysis ensuring maximum use of material called topological optimization. Because of the maximum utilization of the material, a part of the mechanism was chosen, in which the functional requirements were defined with the maximum utilization of the material. Using topological optimization, a number of interactions designed a new holder design to meet predefined requirements. Main requirements included stiffness and weight. The default design was defined to serve as a reference model to compare other designs as topological optimization outputs. A design area was designed that maximally covered the area of possible new design and also defined portions of the holder or functional areas for which the desired change after topological optimization was not required. They were holes for the fasteners, and important areas for installation and bearing surfaces. As part of the initial design, the stiffness was calculated and the weight of the bracket was deducted. In the first interaction, a new design of the bracket was designed, which reduced the weight by 18%, but also reduced stiffness, which was not welcomed in the process. Due to the above-mentioned stiffness and revision of the results of the first optimized model, the second model was designed. The result of topological optimization was the design where the weight was reduced by 47% and at the same time increased stiffness in all calculated directions compared to the original design except one parameter. After reviewing all parameters, this reduction was accepted because it is the highest of all calculated stiffness directions. As part of this task, a 3D model and a drawing were prepared, with the addition of functional surface machining. In addition, another drawing was created, which included all dimensions and tolerances for post-machining of the material. As a result of this task, the aforementioned functional sample produced by the additive technology and a report describing detailed tasks to achieve the result.

vesmír, aktuátor, AlBeMet, požadavky, mechanismus, aditivní výroba, topologie, optimalizace

space;actuator;rotary;AlBeMet;requirements;mechanisms;additive manufacturing;topology optimization

KOŠŤÁL, D.; ŠPERKA, P.; KŘUPKA, I.

23. 4. 2020

1

38

38