Способ разгрузки осей подвеса гироскопического чувствительного элемента в центрирующих опорах

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании поплавковых приборов, например двухстепенных гироскопов. Сущность: способ осуществляется за счет компенсации веса чувствительного элемента выталкивающей силой поддерживающей жидкости и освобождения чувствительного элемента от действия центрирующих опор. После этого периодически восстанавливают действие центрирующих опор, центрируют чувствительный элемент относительно корпуса прибора возвращением центрирующих опор в исходное состояние. Затем освобождают чувствительный элемент от действия центрирующих опор. Технический результат: уменьшение вредных моментов на оси подвеса чувствительного элемента. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании поплавковых приборов, например двухстепенных гироскопов, являющихся прецизионными датчиками в инерциальных системах наведения, ориентации и стабилизации подвижных объектов.

Известен способ уменьшения вредных моментов на оси подвеса чувствительного элемента (ЧЭ), заключающийся в гидростатической разгрузке центрирующих опор подвеса, т.е. в компенсации веса ЧЭ выталкивающей силой поддерживающей жидкости (см. книгу Е.А.Никитина и А.А.Балашовой "Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров", М.: 1969, с. 105, 106).

Известный способ имеет тот недостаток, что из-за остаточной плавучести и момента дифферента ЧЭ на оси подвеса возникают вредные моменты, снижающие точность прибора (например, момент трения в случае камневых центрирующих опор подвеса).

Известен способ уменьшения вредных моментов, действующих на ЧЭ поплавкового прибора, заключающийся в гидростатической разгрузке центрирующих опор, освобождении ЧЭ от действия центрирующих опор, на время измерений и центрировании ЧЭ за счет демпфирования его движений относительно корпуса при помощи поддерживающей жидкости (см. авт. св. №1840255 по кл. G 01 С 19/20).

Известный способ имеет тот недостаток, что погрешность центрирования ЧЭ, которое осуществляется за счет демпфирования движений ЧЭ поддерживающей жидкостью, возрастает с течением времени. При этом в процессе измерений увеличивается неопределенность пространственного положения связанной с ЧЭ измерительной системы координат и, как следствие, нарастает погрешность измерений, например из-за увеличения перекрестной ошибки.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерений, производимых поплавковым прибором.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе уменьшения вредных моментов на оси подвеса ЧЭ, основанном на гидростатической разгрузке центрирующих опор и освобождении ЧЭ от действия центрирующих опор во время измерений, периодически восстанавливают действие центрирующих опор и центрируют ЧЭ относительно корпуса прибора за счет возвращения центрирующих опор в исходное состояние, предшествовавшее освобождению ЧЭ. Периодическое восстановление действия центрирующих опор в процессе измерений и последующее центрирование ЧЭ позволяют устранить нарастающую со временем погрешность центрирования ЧЭ, сохраняя при этом эффект уменьшения вредных моментов на оси подвеса за счет временного освобождения ЧЭ от действия центрирующих опор.

Предложенный способ поясняется схемами. На фиг.1, 2 показаны сцентрированное (заарретированное) и освобожденное (разарретированное) положения ЧЭ; на фиг.3 представлена временная диаграмма, отражающая периодическое освобождение и восстановление действия центрирующих опор подвеса.

Способ включает в себя следующие операции: в процессе измерений освобождают (разарретируют) ЧЭ 1 от действия центрирующих опор, например, сдвигая при помощи встроенных электромагнитов каждый подшипник 2 опоры относительно цапфы 3 с двумя сопряженными по конусу цилиндрическими поверхностями в сторону поверхности с меньшим диаметром. После этого центрирование ЧЭ 1 относительно корпуса 4 происходит за счет демпфирования движения ЧЭ поддерживающей жидкостью в осевом, поперечно-поступательном и поперечно-угловом направлениях (т.е. вдоль оси подвеса, поперек оси подвеса и вокруг поперечной оси, проходящей через центр ЧЭ). Спустя время t ₁, в течение которого ЧЭ 1 находится в освобожденном состоянии, восстанавливают действие центрирующих опор на время t₂ и центрируют (арретируют) ЧЭ 1 относительно корпуса 4 за счет возвращения центрирующих опор в исходное состояние, предшествовавшее освобождению ЧЭ. Возвращение опор в исходное состояние осуществляют, например продольным перемещением каждого подшипника 2 по сопрягающему конусу цапфы 3 в первоначальное положение над ее поверхностью с большим диаметром. После возвращения центрирующих опор подвеса в исходное состояние, спустя время t₂ снова освобождают ЧЭ 1 от их действия на время t₁ и так далее, т.е. периодически повторяют указанную выше последовательность операций с периодом Т.

С точки зрения снижения вредных моментов на оси подвеса ЧЭ (например, момента трения) время t₂ восстановленного действия центрирующих опор должно быть как можно меньшим. Однако возвращению опор в исходное состояние и, как следствие, центрированию ЧЭ после восстановления действия центрирующих опор препятствует демпфирование движений ЧЭ поддерживающей жидкостью. Поэтому время t₂ выбирается таким, чтобы под действием восстанавливающего усилия ЧЭ успел занять свое исходное положение. Поскольку за время t₂ под действием восстанавливающего усилия ЧЭ должен вернуться из положения, в которое он переместился за время t₁ под действием остаточной нагрузки, то минимально допустимое время t_2min , не вызывающее накапливания погрешности центрирования, выбирается из условий:

при горизонтальном положении оси подвеса, и

при вертикальном положении оси подвеса, где ΔМ - остаточная моментная нагрузка на ЧЭ относительно поперечной оси (например, момент дифферента);

ΔР - остаточная плавучесть ЧЭ;

F - осевое усилие, развиваемое подшипником опоры при возвращении в исходное положение;

l - расстояние между сопрягающими конусами цапф (длина ЧЭ);

γ - угол при вершине конуса, сопрягающего цилиндрические поверхности цапфы.

Для реального поплавкового гироприбора ΔМ≤0,2 Г·см, ΔР≤0,1 Г, l≈6 см, γ≈20°, F≈10 г и согласно приведенным выше формулам t_2min ≥0,001 t₁ при горизонтальном положении оси подвеса и t_2min≥0,01 t₁ при вертикальном положении оси подвеса.

Таким образом, при периодическом восстановлении действия центрирующих опор (с соотношением t₂≈0,01 t₁ ) ЧЭ в процессе измерений большую часть времени (свыше 99%) находится в освобожденном состоянии, и при этом не происходит накапливания с течением времени погрешности центрирования ЧЭ и, как следствие, ухудшения точности выполняемых измерений.

Предлагаемый способ был проверен на макете двухстепенного поплавкового интегрирующего гироскопа с камневыми центрирующими опорами подвеса. Как показали эксперименты, при помощи освобождения ЧЭ от действия опор подвеса и периодического восстановления их действия в процессе измерений удалось снизить момент трения примерно в 10 раз без нарастания погрешности центрирования ЧЭ.

Таким образом, использование предлагаемого способа уменьшения вредных моментов на оси подвеса ЧЭ поплавкового прибора по сравнению с существующим способом обеспечивает повышение точности производимых прибором измерений без дополнительных расходов на совершенствование прецизионных опор подвеса.

Формула изобретения

Способ разгрузки осей подвеса гироскопического чувствительного элемента на центрирующих опорах, заключающийся в компенсации веса чувствительного элемента (ч.э.) выталкивающей силой поддерживающей жидкости и освобождении чувствительного элемента от действия центрирующих опор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения вредных моментов на оси подвеса чувствительного элемента, после освобождения чувствительного элемента от действия центрирующих опор периодически восстанавливают действие центрирующих опор, центрируют чувствительный элемент относительно корпуса прибора возвращением центрирующих опор в исходное состояние и освобождают чувствительный элемент от действия центрирующих опор.

РИСУНКИ