Способ контроля опор скольжения с газовой смазкой подвеса ротора гироскопа
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к диагностированию технического состояния рабочих поверхностей опор скольжения с газовой смазкой прецизионных гироскопов и может быть использовано при сборке и эксплуатации гироскопов с газовым подвесом ротора. Способ заключается во вращении ротора гироскопа в режиме сухого трения и измерении и сравнении с эталонным значением моментной характеристики контактирующих опорных поверхностей. Техническим результатом является определение технического состояния поверхностей опор в рабочих условиях работы гироскопа.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к диагностированию технического состояния рабочих поверхностей опор скольжения с газовой смазкой прецизионных гироскопов и может быть использовано при сборке и эксплуатации гироскопов с газовым подвесом ротора.
Вопрос определения технического состояния рабочих поверхностей опор скольжения с газовой смазкой имеет существенное значение для оценки надежности работы опор и гироскопа в целом. Всякая опора скольжения с газодинамической смазкой имеет два режима: режим сухого трения при пуске и остановке гироскопа и режим газодинамического трения. Режим сухого трения, в основном, определяется состоянием рабочих поверхностей контактирующих деталей опоры. От режима сухого трения зависит надежность запуска гиродвигателя, т.е. надежность работы гироскопа.
Известен способ контроля рабочих поверхностей опор с газовой смазкой подвеса ротора гироскопа (см. "Подшипники с газовой смазкой" под редакцией Грэссема и Пауэлла, "Мир", 1966 г., стр.261), основанный на визуальной оценке состояния рабочих поверхностей с использованием микроскопа в начальной стадии сборки гироскопа, который взят за прототип. Определение технического состояния рабочих поверхностей опоры производится только на стадии сборки гироскопа и в дальнейшем этот параметр не контролируется.
При эксплуатации гироскопа состояние рабочих поверхностей опоры может изменяться из-за температурных воздействий, вибрационных и ударных нагрузок, осаждения на рабочих поверхностях конденсата органических веществ, присутствующих в конструкции гироскопа, появления продуктов износа в результате сухого трения в зоне контакта. Техническое состояние рабочих поверхностей без разборки гироскопа оценить невозможно и, тем более, прогнозировать дальнейшую работу гироскопа.
Целью настоящего изобретения является повышение точности и достоверности диагностирования технического состояния рабочих поверхностей опоры гироскопа путем оценки состояния поверхностей в рабочих условиях методом неразрушающего контроля.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения технического состояния рабочих поверхностей подвеса ротора гироскопа перед сборкой прибора, измеряют моментную характеристику сухого трения сопряженных опорных поверхностей на оборотах ротора гироскопа, при которых происходит устойчивое вращение в режиме сухого трения, и о техническом состоянии рабочих поверхностей опоры судят по измеренным величинам.
Способ определения технического состояния рабочих поверхностей опоры гироскопа заключается в измерении моментной характеристики сухого трения контактирующих опорных поверхностей в режиме устойчивого контактного вращения на специальном приборе для снятия механических характеристик электродвигателей с малыми моментами.
Корпус контролируемого гироскопа механически связан с подвижной осью измерителя, на которой укреплены роторы датчика угла и датчика момента. Под действием реактивного момента со стороны вращающегося ротора гиродвигателя на статор корпуса, корпус поворачивается вместе с осью измерителя. В датчике угла возникает сигнал, который через усилитель обратной связи подается на датчик момента. Датчик момента создает момент, равный моменту, вызвавшему поворот оси измерителя, но направленный в противоположную сторону, который накладывается на статор двигателя, т.е.
Мст.+Мд.м.=0,
где Мст. - момент реакции статора,
Мд.м - момент, накладываемый датчиком момента.
Поскольку датчик момента имеет линейную характеристику, то величина момента Мд.м прямо пропорциональна величине тока в его обмотке. Этот сигнал подается на регистрирующее устройство (самописец). При записи самописцем моментной характеристики получаем кривую, по которой определяем момент сухого трения опоры.
Известно, (см. "Справочник по физике", Яворский, Детлаф, "Наука", 1974 г., стр.54), что момент сухого трения пропорционален силе трения скольжения. Сила трения скольжения в случае сухого трения в основном вызывается механическим зацеплением между неровностями поверхностей тел в областях непосредственного соприкосновения. Сила трения F скольжения прямо пропорциональна силе N нормального давления между поверхностями трущихся тел
F=f·N,
где f - безразмерный коэффициент трения скольжения, зависящий от качества обработки поверхностей, наличия на них загрязнений, т.е. в конечном итоге от технического состояния поверхностей.
Поэтому моментная характеристика опоры скольжения на оборотах ротора, при которых происходит устойчивое вращение в режиме сухого трения, является показателем технического состояния рабочих поверхностей.
Предложенный способ был реализован при определении технического состояния рабочих поверхностей опор скольжения с газовой смазкой, состоящей из 2 симметрично расположенных полусферических подшипников, упроченных алмазной пленкой, подвеса ротора гироскопов типа ЦЕ99.
Результаты измерений выглядели следующим образом
Mc.тр [г·см] Эталонная характеристика Мс.тр [г·см] I пол.II пол. Гироскоп №1 1,01,2 Гироскоп №2 2,41,8 Гироскоп №31,0 0,93,5Гироскоп №412,115,0 Гироскоп №5 2,621,2 где I пол. - положение гироскопа, когда вектор кинетического момента направлен вдоль оси измерителя вверх,II пол. - положение гироскопа, когда вектор кинетического момента направлен вдоль оси измерителя вниз.
Из полученных результатов хорошо видно, что гироскопы №4 и №5 не соответствуют предъявляемым требованиям по параметру внешнего вида рабочих поверхностей опоры, о чем свидетельствует превышение величины моментов сухого трения над эталонной моментной характеристикой.
При контрольной разработке гироскопов №4 и №5 были обнаружены следующие дефекты: в гироскопе №4 обнаружен на рабочих поверхностях опоры вязкий темно-коричневый налет органического происхождения, в гироскопе №5 обнаружены на одном газовом подшипнике следы загрязнений в виде отслоившихся микрочастиц алмазной пленки. Эти дефекты изменили техническое состояние рабочих поверхностей опор, что и отразилось на их моментных характеристиках.
В результате накопленного опыта составлены эталонные моментные характеристики по отдельным видам дефектов, ухудшающих техническое состояние рабочих поверхностей опоры, что позволило увеличить точность определения технического состояния опорных поверхностей.
Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет получить следующие преимущества:
1. Точное определение технического состояния рабочих поверхностей опор скольжения подвеса ротора гироскопа в рабочих условиях методом неразрушающего контроля на любой стадии изготовления и эксплуатации прибора.
2. Позволяет установить параметр момента сухого трения как браковочный признак на стадии установки гироскопа в гиростабилизированную платформу.
3. Дает возможность прогнозировать работу газовой опоры и гироскопа на весь требуемый технический ресурс прибора.
Формула изобретения
Способ контроля опор скольжения с газовой смазкой подвеса ротора гироскопа, включающий вращение одного из элементов, измерение при этом выходного параметра и сравнение его с эталонной величиной, отличающийся тем, что, с целью определения технического состояния поверхностей опор в рабочих условиях работы гироскопа, измеряют и сравнивают с эталонным значением моментную характеристику контактирующих опорных поверхностей, причем измерения этой характеристики производят при вращении ротора гироскопа в режиме сухого трения.
