Упругий кардановый подвес гироскопа

 

Использование: в области гироскопической техники в динамически настраиваемых гироскопах. Сущность изобретения: упругий кардановый подвес гироскопа содержит выполненные за одно целое приводной вал, ротор, одну или две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановую рамку (или рамки) с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, на приводном валу выполнены четыре спицы, оси которых лежат в плоскости осей подвеса и ориентированы по отношению к ним под углами, кратными 45o, на концах спиц установлены кольцевые цилиндрические насадки, а в кардановой рамке (или рамках) и роторе выполнены отверстия, оси которых совпадают с осями спиц, если совмещены оси вращения приводного вала и ротора, при этом каждая спица свободно проходит через отверстия в кардановой рамке (или рамках), а боковые поверхности отверстий в роторе и насадок спиц приводного вала отделены друг от друга кольцевым зазором, ограничивающим поступательные и угловые относительные смещения приводного вала и ротора, при этом величина зазора выбирается из условия непревышения максимально возможными напряжениями в упругих опорах предела упругости материала. 5 ил.

Изобретение относится к области гироскопической техники и предназначено для использования в динамически настраиваемых гироскопах.

В современных динамически настраиваемых гироскопах [1] обязательной составной частью которых является упругий кардановый подвес, защита опор которого от возможных перенапряжений предусмотрена только при наклонах ротора гироскопа по отношению к приводному валу и достигается с помощью установки на приводном валу дискового упора, ограничивающего углы наклона ротора. При иных же относительных перемещениях приводного вала и ротора, а именно при поступательных перемещениях и развороте вокруг главной оси гироскопа, деформация опор подвеса, по существу, не ограничена, что делает вероятным повреждение их как во время сборки, так и при эксплуатации прибора, что снижает его надежность.

Известен также кардановый подвес гироскопа [2] содержащий выполненные за одно целое из цилиндрической заготовки приводной вал, ротор, две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановые рамки с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, расположенным в плоскости, ортогональной оси вращения приводного вала и ротора при их взаимном совмещении. Относительный разворот приводного вала и ротора вокруг осей подвеса ограничен небольшими углами за счет наличия на боковых поверхностях кардановых рамок, в местах их перекрещивания, обращенных друг к другу выступов-упоров.

Очевидно, гироскоп с таким кардановым подвесом будет также недостаточно надежен, поскольку упругие опоры подвеса не защищены от возможных перенапряжений при относительных поступательных перемещениях и развороте вокруг главной оси приводного вала и ротора.

Данное изобретение позволяет повысить надежность гироскопа за счет ограничения на безопасном уровне возможных деформаций упругих опор подвеса при произвольных относительных угловых и поступательных смещениях приводного вала и ротора.

Это достигается за счет того, что в упругом кардановом подвесе, содержащем выполненные за одно целое приводной вал, ротор, одну или две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановую рамку (или рамки) с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, на приводном валу выполнены четыре спицы, оси которых лежат в плоскости осей подвеса и ориентированы по отношению к ним под углами, кратными 45o, на концах спиц установлены кольцевые цилиндрические насадки, а в кардановой рамке (или рамках) и роторе выполнены отверстия, оси которых совпадают с осями спиц, если совмещены оси вращения приводного вала и ротора, при этом каждая спица свободно проходит через отверстия в кардановой рамке (или рамках), а боковые поверхности отверстий в роторе и насадок спиц приводного вала отделены друг от друга кольцевым зазором, ограничивающим поступательные и угловые относительные смещения приводного вала и ротора, при этом величина зазора выбирается из условия непревышения максимально возможными напряжениями в упругих опорах предела упругости материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 дана упрощенная конструктивная схема однорамочного варианта предлагаемого подвеса; на фиг. 2 схема двухрамочного подвеса; на фиг. 3 пример выполнения двухрамочного подвеса (вид с торца); на фиг. 4 вид на боковую поверхность подвеса со стороны одной из упругих опор; на фиг. 5 сечение подвеса в плоскости Б-Б (фиг. 3).

Упругий кардановый подвес гироскопа содержит одну кардановую рамку 1 (фиг. 1) или две 1 и 2 (фиг. 2), которые располагаются между ротором 3, предназначенным для закрепления на нем маховика гироскопа, и приводным валом 4, служащим для соединения с валом приводного двигателя. Кардановая рамка 1 по оси X соединена парой упругих опор 5 с ротором 3, а по оси Y с помощью другой пары опор 6 с приводным валом 4. Кардановая рамка 2 развернута в плоскости рисунка относительно рамки 1 на угол 90o и соединена по оси Y парой упругих опор 7 с ротором 3, а по оси X парой опор 8 с приводным валом 4. На приводном валу имеются четыре спицы 9, оси которых, как и оси X, Y подвеса, лежат в плоскости рисунка, повернуты по отношению к ним на углы кратные 45 и пересекаются в геометрическом центре подвеса О. Каждая из спиц 9 вала свободно (с большим зазором) проходит через отверстия 10 в кардановых рамках и заканчивается в отверстиях 11 ротора 3, образуя своей боковой цилиндрической поверхностью и боковой поверхностью отверстий 11 малый равномерный кольцевой зазор в том случае, когда рамки подвеса не наклонены относительно осей X и Y и, следовательно, оси вращения приводного вала и ротора, проходящие через центр подвеса, совпадают.

Ротор 3 двухрамочного подвеса (фиг. 3) отделен от кардановых рамок 1, 2 замкнутым пазом 12 a1b1c1d1a2b2c2d2 a3b3c3d3a4b4c4d4 и восемью пазами 13 b1l1, a1k1, b2l2, a2k2, b3l3, a3k3, b4l4, a4k4. Паз 12 насквозь прорезает тело детали на участках b1c1, d1a2, b2c2, d2a3, b3c3, d3a4, b4c4, d4a1; на участках c1d1, c2d2, c3d3, c4d4 он, начинаясь с обоих торцев, выходит в кольцевые отверстия, ограниченные с одной стороны цилиндрической поверхностью отверстий 10, а с другой стороны - боковой цилиндрической поверхностью спиц 9.

Участки a1b1, a2b3, a3 b3, a4b4 паза 12 в совокупности с пазами 13 и четырьмя парами расточенных со стороны полуосей X и Y цилиндрических отверстий 14 (фиг. 4), между которыми оставлены тонкие перемычки 15, образуют четыре упругие опоры, которыми кардановые рамки 1 и 2 соединяются с ротором 3. Глубина h участков a2b2 и a4b4 пазов 12, открытых с лицевой стороны подвеса (по фиг. 3), показана на фиг. 4, на такую же глубину выполнены участки a1b1 и a3b3, но с тыльной стороны подвеса. Половина из пазов 13, а именно пазы a1k1, b1l1, a3k3, b3l3, начинается с лицевой стороны подвеса и выходит в отверстия 14, другая половина a2k2, b2l2, a4k4, b4l4 начинается с тыльной стороны и также выходит в отверстия 14.

Приводной вал 4 отделяется от кардановых рамок 1 и 2 круговым пазом 16 переменной глубины (фиг. 3) и восемью пазами 17 e1k1, l1f1, e2k2, l2f2, e3k3, l3f3, e4k4, l4f4. Паз 16 сквозной на участках f1g1, h1e2, f2g2, h2e3, f3g3, h3e4, f4g4, h4e1; его участки g1h1, g2h2, g3h4 выполнены аналогично участкам c1d1, c2d2, c3d3, c4d4, а участки e f, e f, e f, e f участками a b, a b, a b, a b паза 12. Участки e1f1, e2f2, e3f3, e4f4 паза 16 в совокупности с пазами 17, которые выполнены аналогично пазам 13, и отверстиями 14 образуют четыре упругие опоры, которыми кольца 1 и 2 соединены с приводным валом.

Продольные оси перемычек 15 упругих опор в целях обеспечения равножесткости подвеса в осевом и радиальном направлениях выполнены наклоненными под некоторым углом v к оси вращения Z (фиг. 5). Рамки 1 и 2 разделены друг от друга четырьмя круговыми сквозными пазами 18 - n1m2, n2m3, n3m4, n4m1.

В теле кардановых рамок 1 и 2 имеются резьбовые отверстия 19 для регулировочных винтов, с помощью которых может производиться балансировка рамок и изменение их моментов инерции.

Спицы 9 выполнены заодно с приводным валом (фиг. 3) и снабжены кольцевыми цилиндрическими насадками 20, боковая поверхность которых отделена от боковой поверхности отверстий 11 ротора малыми кольцевыми зазорами D Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Приводной вал, как ведущее звено подвеса, жестко соединяется с валом приводного двигателя, а ротор 3 (ведомое звено) с маховиком гироскопа. При передаче вращающегося момента от двигателя к маховику, наклонах оси маховика по отношению к оси двигателя, под действием веса маховика, а на движущемся основании также под действием сил инерции переносного движения, перемычки 15 упругих опор 5, 6, 7, 8 подвеса испытывают нагрузки и, будучи податливыми, деформируются. Благодаря наличию на приводном валу 4 подвеса спиц 9, которые свободно (с зазором не менее нескольких десятков долей мм) расположены в отверстиях 10 кардановых рамок, а в отверстиях 11 ротора 4 с малым зазором D (порядка нескольких сотых долей мм), возможные перемещения маховика гироскопа относительно вала приводного двигателя, а следовательно, деформации перемычек ограничиваются, когда боковые поверхности насадок (20) спиц вала и отверстий (11) ротора входят в соприкосновение. Так угол взаимного разворота маховика и вала вокруг их оси вращения не может превышать величины D/R где R расстояние от центра подвеса до точки контакта спиц со стенками отверстий 11; углы наклона маховика по отношению к оси вала ограничены величиной поступательные перемещения маховика вала в осевом направлении не превосходят величины а в радиальном Указанные выше величины предельных углов разворота и поступательных перемещений маховика и вала по отношению друг к другу справедливы, если изгибная жесткость спицы значительно превышает изгибные жесткости упругой опоры в направлениях осей X, Y, Z подвеса. В противном случае выбор величины зазора должен производиться с учетом изгибной жесткости спиц.

Для того чтобы не допустить появления остаточных деформаций в перемычках, необходимо выбрать величину зазора исходя из прочности перемычек, т.е. при выполнении условия, что напряжения в них при вышеуказанных относительных перемещениях маховика и вала не превосходят предела упругости материала подвеса. В этом случае обеспечивается надежная работа гироскопа, что и является достоинством изобретения.

Формула изобретения

Упругий кардановый подвес гироскопа, содержащий выполненные за одно целое приводной вал, ротор, одну или две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановую рамку (или рамки) с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, отличающийся тем, что на приводном валу выполнены четыре спицы, оси которых лежат в плоскости осей подвеса и ориентированы по отношению к ним под углами, кратными 45o, на концах спиц установлены кольцевые цилиндрические насадки, а в кардановой рамке (или рамках) и роторе выполнены отверстия, оси которых совпадают с осями спиц, если совмещены оси вращения приводного вала и ротора, при этом каждая спица свободно проходит через отверстия в кардановой рамке (или рамках), а боковые поверхности отверстий в роторе и насадок спиц приводного вала отделены друг от друга кольцевым зазором, ограничивающим поступательные и угловые относительные смещения приводного вала и ротора, при этом величина зазора выбирается из условия непревышения максимально возможными напряжениями в упругих опорах предела упругости материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5



 

Похожие патенты:
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

Изобретение относится к приборам систем ориентации, а более точно к силовым гироскопическим стабилизаторам

Изобретение относится к гироскопическим устройствам и может быть использовано для преобразования энергии угловых перемещений объекта в другой какой-либо вид энергии, например электрический. Предложенное гироскопическое устройство содержит плоское основание, на каждой из сторон которого соосно закреплены опоры в виде шарниров Гука, на которых установлены на одной линии осей два одинаковых гироскопа с противоположными направлениями вращения роторов. На корпусах гироскопов выполнены опорные площадки, расположенные параллельно основанию устройства, а между опорными площадками и основанием закреплены на равных радиусах и через равные угловые промежутки как минимум по три механоэлектрических преобразователя. Использование предлагаемого гироскопического устройства позволяет расширить область применения гироскопического устройства за счет его конструктивного выполнения, обеспечивающего преобразование сил прецессии противоположно вращающихся гироскопов в другой необходимый вид энергии, например электрический. 1 ил.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для создания прецизионных систем инерциальной навигации подвижных объектов. Опора карданова подвеса гиростабилизатора содержит стабилизирующий двигатель, преобразователь координат, цапфу оси подвеса, шарикоподшипник, редуктор, корпус, токоподвод коллекторного типа. Особенность конструкции опоры карданова подвеса гиростабилизатора состоит в том, что в нее введены: косозубое люфтовыбирающее колесо с фланцем, четыре люфтовыбирающие пружины, дополнительный фланец опоры, при этом шарикоподшипник выполнен в виде дуплексного шарикоподшипника, цапфа выполнена с косозубым зубчатым венцом, редуктор представляет собой два конических зубчатых колеса и червяк, который находится в зацеплении с косозубым венцом цапфы и косозубым венцом люфтовыбирающего колеса, токоподвод расположен внутри цапфы. Техническим результатом является повышение точности разворота рамок карданова подвеса, уменьшение массы и габаритов конструкции опоры, улучшение технологичности конструкции опоры карданова подвеса гиростабилизатора. 3 ил.
Наверх