Шаровой трехстепенный электростатический подвес

 

Изобретение относится к точному приборостроению , более конкретно к приборам с бесконтактным шаровым подвесом, и предназначено для использования в электростатических гироскопах и акселерометрах . Целью изобретения является повышение точности и технологичности изготовления подвеса Указанная цель достигается тем, что корпус подвеса выполнен сборным, состоящим из четырех секторов, образующих замкнутую боковую поверхность , несущих на внутренних сторонах электроды и имеющих наружные продольные и торцовые фланцы, примыкающих друг к другу по боковым плоскостям, выставляемых друг относительно друга посредством штифтов и стягиваемых по продольным фланцам болтам, и двух торцовых крышек, несущих торцовые электроды и упоры-ограничители , имеющих фланцы и прилегающих установочными плоскостями фланцев к торцовым плоскостям, образованным торцовыми участками секторов, выставляемых относительно секторов посредством штифтов и стягиваемых болтами по фланцам с торцовыми фланцами секторов. 2 ил, w f ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 С 19/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4 с©

О

Яб

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4936227/22 (22) 13.04.90 (46) 07.12.92, Бюл. М 45 (71) Научно-производственное объединение

"Ротор" (72) О.В.Зензинов (56) Патент Франции М 1462195, кл. G 01 Р, 1965. (54) ШАРОВОЙ ТРЕХСТЕПЕННЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ПОДВЕС (57) Изобретение относится к точному приборостроению, более конкретно к приборам с бесконтактным шаровым подвесом, и предназначено для использования в электростатических гироскопах и акселерометрах, Целью изобретения является пОвышение точности и технологичности изготовления подвеса, Указанная цель достиИзобретение относится к точному приборостроению, более конкретно к приборам с бесконтактным шаровым подвесом, и предназначено для использования в электростатических гироскопах и акселерометрах.

Основным узлом названных приборов является электростатический подвес, состоящий из корпуса, обычно керамического, в полости которого установлены изолированные между собой металлические электроды, охватывающие ротор, создающие электрическое поле и осуществляющие непосредственное взвешивание ротора. В ряде конструкций применяются дополнительно упоры-а гран ичители поступ ател ьных перемещений ротора, исключающие его контакт с электродами и предотвращающие тем са„„5Q „„1779926 А1 гается тем, что корпус подвеса выполнен сборным, состоящим из четырех секторов, образующих замкнутую боковую поверхность, несущих на внутренних сторонах электроды и имеющих наружные продольные и торцовые фланцы, примыкающих друг к другу по боковым плоскостям, выставляемых друг относительно друга посредством штифтов и стягиваемых по продольным фланцам болтам, и двух торцовых крышек, несущих торцовые электроды и упоры-ограничители, имеющих фланцы и прилегающих установочными плоскостями фланцев к тор- . цовым плоскостям, образованным торцовыми участками секторов, выставляемых относительно секторов посредством штифтов и стягиваемых болтами по фланцам с торцовыми фланцами секторов, 2 ил, мым появление электрического заряда нв поверхности ротора в момент его взвешивания.

Известны два типа конструкции шарового трехстепен ного электростатического подвеса: с корпусом, выполненным в виде двух керамических полусферических чашек, скрепляемых по фланцам, на внутренней полости которых изготовлены электроды, например, методами металлизации керамики; с корпусом-каркасом, в отверстия которого вставлены крышки-пробки, имеющие на торцах электроды.

В известных разработках фирмы

"Rockwell 1пт Corp" США, используются электростатические гироскопы, корпус под1779926

15 веса ротора которых выполнен в виде двух полусферических керамических чашек, На внутренней сфере каждой из чашек нанесены по четыре электрода треугольной формы (подвес ротора — четырехосный). Доводка сферы электродов производится раздельно для каждой чашки с последующей выставкой чашек по эталонному шару с использованием специального зажимного кольца, Недостаток конструкции. сложность изготовления электродов на полусфере. трудности обеспечения сферичности рабочей поверхности электродов при раздельной доводке полусфер и выставки их без сдвига.

Аналогична конструкция подвеса шаро8oro ротора трехстепенных электростатических гироскопов, используемых фирмой

"Honeywell Inc" США, Здесь те же трудности изготовления подвесов, они несколько уменьшаются при наличии окон в корпусе под оптические датчики. через которые возможно осуществить доводку одновременно всей сферы электродов шаровым притиром, Известна конструкция трехстепенного подвеса шаровой инерционной массы микроакселерометра с корпусом-каркасом в виде полусферических чашек, сопрягаемых по фланцу, каждая из которых имеет по три отверстия, в которые вставлены цилиндрические крышки-пробки, на заглубленных торцах которых изготовлены электроды в форме сферических сегментов, схваченных сферическими кольцами, Оси противоположных пар электродов взаимно ортогональны, Рабочие поверхности кольцевых (силовых) электродов расположены ближе к центру подвеса по сравнению с поверхностями электродов-секторов (индикаторных) электродов, то есть электроды-секторы "заглублены" по отношению к электродамкольцам.

Недостатки конструкции те же, что и у названных выше: трудности доводки и сборки (выставки элементов) подвеса. Кроме того, данная конструкция не позволяет максимально использовать внутреннюю полость корпуса под электроды, что может оказаться существенным в приборах иного назначения (акселерометры типа "Cactus" предназначены для работы на космических обьектах в условиях малых перегрузок).

В качестве прототипа настоящего изобретения выбран другой вариант конструкции подвеса электростатического микроакселерометра, в котором корпус выполнен в виде каркаса-куба со сквозными цилиндрическими отверстиями в центрах граней, со вставными крышками-пробками, на торцах когорых имеются электроды круглой формы (сферические секторы, охва20

ЗО

55 ченные сферическими кольцами). Данная конструкция в отличие от упоминавшейся выше позволяет максимально использовать внутреннюю полость корпуса под электроды, К недостаткам йрототипа следует отнести консольное крепление электродов, при котором обеспечение достаточной жесткости и прочности подвеса связано с увеличением габаритов каркаса-куба и фланцев электродных блоков-пробок, а также трудности точной выставки электродов при сборке подвеса (посадочными местами являются цилиндрические отверстия каркасадуба и цилиндрические поверхности пробок-электродов). Эти трудности резко возрастают при использовании конструкции подвеса в приборах с малыми зазорами при роторах малого диаметра.

Цель изобретения — повышение точности и технологичности изготовления подвеса, Предложенное устройство позволяет повысить точность сборки (прилегание элементов корпуса по плоскостям и применение точной штифтовой фиксации их как в процессе проведения доводочных операций, так и при окончательной сборке подвеса); сделать конструкцию подвеса более технологичной (простота конфигурации элементов, образующих корпус, и соответственно легкость их изготовления, возможность доступа внутрь подвеса, например, путем поочередного удаления любого из элементов(крышки или сектора) и вращения через образовавшееся отверстие притирашара при одновременной обработке всей сферы электродов.

Наряду с этим достигается снижение габаритов и повышение прочности конструкции (опорные плоскости электродов и плоскости прилегания крепежных элементов (винтов и гаек) разделены практически только стенкой корпуса, фланцы же непосредственно примыкают к стенкам корпуса и играют одновременно роль ребер жесткости).

Следует отметить также. что повышение прочности конструкции дает воэможность использовать при доводке поверхности электродов вибрационные и инерционные методы изготовления закрытых шаровых поверхностей, Указанная цель достигается тем, что корпус подвеса выполнен сборным, состоящим из четырех секторов, образующих замкнутую боковую поверхность, несущих на внутренних сторонах электроды и имеющих наружные продольные и торцовые фланцы.

1779926

50

55 примыкающие друг к другу по боковым плоскостям, выставляемые друг относительно друга посредством штифтов и стягиваемые по продольным фланцам болтами, и двух торцовых крышек, несущих торцовые электроды и упоры-ограничители, имеющих фланцы и прилегающих установочными плоскостями фланцев к торцовым плоскостям, образованным торцовыми участками секторов, выставляемых относительно секторов посредством штифтов и стягиваемых болтами по фланцам с торцовыми фланцами секторов.

В процессе сборки и доводки подвеса последовательно по плоскостям сопрягаются, выставляются посредством штифтов и стягиваются болтами только две детали, два сектора (по смежной продольной плоскости), две противоположные пары секторов (с доводкой плоскости прилегания), крышки и собранные в виде монолитного блока боковые секторы (с притиркой торцовых плоскостей собранных воедино секторов), Предлагаемое устройство и его работа поясняются фиг.1 и 2.

На фиг,1 показан возможные вариант шарового трехстепен ного электростатического подвеса. Шаровой ротор 1 чувствительного элемента помещен в керамический корпус подвеса. Корпуса состоит из четырех секторов 2, образующих его боковую поверхность, и двух торцовых крышек 3. Секторы сопрягаются по боковым плоскостям В-B и Г-Г. Торцы секторов в сборке образуют плоскости Д-Д и Е-Е, к которым прилегают плоскости фланцев крышек. На каждом элементе корпуса (секторе, крышке) механически закреплена пара металлических электродов 4 (сферический сегмент, схваченный сферическим кольцом), На крышках 3 помимо электродов 4 установлены упоры-ограничители 5 (на каждой крышке по четыре упора), проходящие внутрь подвеса в промежутках между электродами. Для крепления секторов междусобой и крепления крышек к секторам крышки секторы имеют наружные фланцы. Относительное положение секторов и крышек фиксируется в процессе изготовления (сборки подвеса и доводки сферы электродов, выставки упоров) штифтами 6. Фланцы крышек и секторов стягивают между собой болтами 7, На фиг.2 показана работа подвеса в составе чувствительного элемента. Подвес с находящимся внутри него ротором установлен в вакуумируемом кожухе и подключен к регулятору потенциалов (показан один канал регулятора — оси OZ). Цифрами 1 — 7 обозначены те же элементы подвеса, что и на фиг,1, Подвес (поз.2-7) с ротором 1 закреплен на металлическом приборном кольце 8.

Электроды 4 при помощи проводников 9 подсоединены к гермовводам 10, установленным в боковой стенке кольца 8, Помимо гемовводов в кольце имеется отверстие, в которое впаян штенгель с присоединенным к нему вакуумным насосом 12, Само кольцо по фланцу закреплено на приборной плате

13, Со стороны торцов на кольце установлены металлические крышки 11, места соединений герметизированы (пропаяны), Крышки 11 и кольцо 8 образуют вакуумируем ы и кожух.

Каждый из трех каналов регулятора потенциалов электродов подвеса состоит из последовательно соединенных дифференциального усилителя переменного тока (ДУ)

14, синхронного детектора (СД) 15, фильтра низких частот (ФНЧ) 16, корректирующего контура {КК) 17 и регулятора высокого напряжения (РВН) 18. Высокое напряжение, преобразуемое РВН, подается на него от высоковольтного источника питания (ВИП)

20. Имеется генератор переменного тока (ГС) 19, соединенный через разделительные емкости Ср2 и гермовводы с кольцевыми. электродами. Центральные электроды через гермовводы и разделительные емкости

Cpl соединены с входами ДУ (R, — нагрузочные сопротивления). Сигнал ГС поступает также на СД.

РВН вырабатывает две пары сигналов равной величины и противоположной полярности, Амплитуды сигналов каждой пары меняются в противофазе,в зависимости от величины и полярности сигнала на входе

PBH.

В исходном положении ротор находится на нижних упорах. Перед запуском производится включение насоса 12 и осуществляется откачка кожуха. После этого следует включение регулятора потенциалов, ГС и происходит взвешивание ротора.

ГС 19 создает слабый сигнал возбуждения . частоты fg, поступающий на кольцевые электроды, и через центральные электроды пар вызывает появление сигналов на входах

ДУ 14, амплитуды которых зависят от значения емкостей, а следовательно, и оТ величин зазоров ротор — электроды. Разностный сигнал с выхода ДУ 14, пропорциональный величине смещения ротора от центра подвеса фаза которого зависит от направления смещения, проходит через СД 15, ФНЧ 16, КК

17 и подается на Р8Н 18, вырабатывающий сигналы обратной связи, удерживающие ротор в центральном положении.

1779926

Сигнал,на выходе ФНЧ 16 пропорционален смещению ротора hZ от центра подвеса и при линейной характеристике регулятора прямо. пропорционален ускорению, действующему на прибор вдоль оси

02.

Ф о р мул а изобретения

Шаровой трехстепенный электростатический подвес, содержащий корпус с полостью, электрически изолированные металлические электроды и упоры, закрепленные в корпусе, причем металлические упоры размещены между металлическими электродами,отличающийся тем,что, с целью повышения точности и технологичности изготовления, корпус выполнен в виде четырех секторов с наружными продольнымии и торцевыми фланцами и с внутренней профилированной поверхностью каждый и

5 двух торцевых крышек с кольцевым фланцем и профилированной поверхностью каждая, а полость подвеса образована скрепленными между собой разъемными соединениями четырех секторов по про10 дольным фланцам и двух торцевых крышек, причем две торцевые крышки соединены своими кольцевыми фланцами с торцевыми фланцами четырех секторов посредством разъемного соединения, а. металлические

15 упоры закреплены на крышках.

1779926

Составитель О.Зензинов

Тех ред М. Моргентал Корректор Н.Слободяник з

Редактор И.Савина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4429 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5