ИМИТАТОР СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ РОТОРА СИЛОВОГО ГИРОСКОПА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при проведении испытаний и лабораторных исследований для определения собственной частоты колебаний роторов гироприборов при калибровке и аттестации оборудования.
При проведении исследований из уровня техники не выявлены решения, которые могли бы быть использованы в качестве аналогов.
Техническим результатом полезной модели является создание конструктивно простого имитатора собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа (СГ), использование которого обеспечивает быструю и качественную калибровку оборудования, измеряющего и регистрирующего собственную частоту колебаний гироприборов.
Указанный технический результат достигается тем, что имитатор собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа содержит статор и ротор, соединенные по торцам друг с другом мембранами, имитатор оснащен демпфирующим устройством, содержащим установленный на роторе магнитный фланец, магниты, закрепленные по внешней образующей ротора и внутренней образующей магнитного фланца, а также закрепленное на статоре проводящее немагнитное кольцо, имеющее кольцевой выступ, размещенный между магнитами ротора и магнитного фланца, при этом, на статоре имеются посадочные места для установки и закрепления имитатора, а на роторе размещены компенсирующие кольца и имеются посадочные места для присоединения вибропреобразователя и толкателя.
В процессе работы имитатор закрепляется неподвижно в приспособлении и через толкатель соединяется с возбудителем механических колебаний. С генератора подается синусоидальное электрическое напряжение, дискретно регулируемое по частоте, через усилитель мощности на возбудитель механических колебаний - магнитоэлектрический обратный преобразователь (МЭОП). Дискретно изменяя частоту возмущающей силы, регистрируют с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) сигнал с вибропреобразователя, установленного на роторе имитатора, и сигнал, пропорциональный току, протекающему в обмотках МЭОП (т.е. пропорциональный возбуждающей силе, создаваемой МЭОП).
Эти сигналы обрабатываются блоком управления: вычисляется разность между фазой возбуждающей силой и фазой сигнала с вибропреобразователя, собственная частота определяется по переходу через 90° полученной фазовой характеристики.
Сравнивая измеренное значение осевой собственной частоты колебаний ротора имитатора с имитируемой частотой силового гироскопа, принимается решение о необходимости регулировки мембран имитатора до получения нужного значения осевой собственной частоты колебаний ротора имитатора. Настроенный на нужную осевую собственную частоту колебаний ротора имитатор можно использовать при испытании оборудования, определяющего и регистрирующего осевую собственную частоту.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 - имитатор собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа, общий вид;
- на фиг.2 - имитатор собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа, осевой разрез.
- на фиг.3 - схема работы имитатора собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа в составе гироскопа.
Имитатор 1 собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа содержит статор 2 и ротор 3, соединенные по торцам между собой двумя мембранами 4 с помощью прижимов 5 и 6. На роторе 3 установлены компенсирующие кольца 7 с помощью винтовых соединений. На статоре 2 и роторе 3 установлено демпфирующее устройство 8, которое включает в себя магнитный фланец 9, закрепленный на роторе 3, магниты 10, закрепленные по внешней образующей ротора 3 и внутренней образующей магнитного фланца 9 поочередно северным и южным полюсом, а также проводящее немагнитное кольцо 11, закрепленное на статоре 2. На кольце 11 образован кольцевой выступ, размещенный между магнитами 10. На магнитном фланце 9 образован паз (позицией не обозначен), который обеспечивает поворот фланца 9 относительно ротора 3, и тем самым, изменяет значение коэффициента затухания имитатора 1. На статоре 2 имеются посадочные места 12 для закрепления имитатора 1 неподвижно в приспособлении 13. На роторе 3 имеются посадочное место 14 для присоединения вибропреобразователя 15 и посадочное место 16 для присоединения толкателя 17.
Статор 2 и ротор 3 подбираются по массе и габаритным размерам под значения массы и габаритов элементов конкретного силового гироскопа.
Мембраны 4 имитатора собственной частоты колебаний ротора СГ, изготовленные из материала с пружинными свойствами, например, БрБ2, позволяют подбирать необходимую жесткость для получения заданного значения собственной частоты колебаний ротора. По заданной массе ротора силового гироскопа собственная частота колебаний определяется известным выражением:
где:
ω - собственная частота колебаний ротора СГ в Гц;
с - жесткость мембран имитатора собственной частоты в Н/м;
m - масса ротора имитатора собственной частоты в кг.
Поэтому, регулируя жесткость мембран имитатора, можно подобрать значение собственной частоты колебаний ротора с допустимой погрешностью. Жесткость мембран может регулироваться несколькими известными способами: изменением толщины мембраны, количеством или размером отверстий в мембране, выполнением на мембране канавок.
Имитатор 1 работает следующим образом.
П
П
П
К
П
Определяют вес элементов М, присоединяемых к ротору 3 для определения собственной частоты, а именно - вес толкателя 17, катушки 18 магнитоэлектрического обратного преобразователя (МЭОП) 19, крепежных элементов и вес вибропреобразователя 15. Так как вес ротора 3 при добавлении веса присоединяемых элементов М увеличится, то изменится также и собственная частота колебаний ротора 3 (см. формулу 1), поэтому полученный вес М необходимо снять с ротора 3 за счет веса М компенсирующих колец 7. Таким образом, при присоединении элементов общим весом М к ротору 3, снимаются с ротора 3 компенсирующие кольца 7 для сохранения значения собственной частоты колебаний ротора имитатора силового гироскопа.
Далее имитатор 1 через посадочные места 12 закрепляется неподвижно, например, винтовым соединением в приспособлении 13. К посадочному месту 16 имитатора присоединяется толкатель 17, соединенный с катушкой 18 МЭОП, вибропреобразователь 15 устанавливается на посадочное место 14 на роторе 3. Возбудитель механических колебаний - МЭОП 19, соединяется через усилитель мощности 20 с генератором сигналов 21. Вибропреобразователь 15 со встроенной электроникой через АЦП 22 соединяется с блоком управления 23.
Далее собственная частота колебаний ротора 3 имитатора определяется известным методом вынужденных колебаний [2-4]. С генератора 21 подается синусоидальное электрическое напряжение, дискретно регулируемое по частоте, через усилитель мощности 20 на МЭОП 19, который через толкатель 17 за счет пружинных свойств мембран 4 возбуждает колебания ротора 3 и всех установленных на нем элементов - мембраны 4 с прижимами 6, магнитный фланец 9, магниты 10. Статор 2 вместе с присоединенными к нему элементами - проводящее немагнитное кольцо 11, прижимы 5, зажимающие верхнюю часть мембраны 4, остаются неподвижными. Компенсирующие кольца 7 сняты с имитатора 1.
При движении ротора 3 и магнитного фланца 9 относительно статора 2 в выступе проводящего немагнитного кольца 11 возникают вихревые токи (токи Фуко) в магнитном поле устройства 8, что обеспечивает демпфирование подвижных частей имитатора 1 собственной частоты колебаний ротора СГ.
Дискретно изменяя частоту возмущающей силы, регистрируют с помощью АЦП 22 сигнал с вибропреобразователя 15, установленного на роторе 3 имитатора, и сигнал, пропорциональный току, протекающему в обмотках МЭОП 19 (т.е. пропорциональный возбуждающей силе, создаваемой МЭОП 19). Эти сигналы обрабатываются блоком управления 23: вычисляется разность между фазой возбуждающей силой и фазой сигнала с вибропреобразователя 15, собственная частота определяется по переходу через 90° полученной фазовой характеристики.
Сравнивая измеренное значение осевой собственной частоты колебаний ротора имитатора с частотой имитируемого силового гироскопа, принимается решение о необходимости изменения жесткости имитатора (1) за счет регулировки мембран имитатора до получения нужного значения осевой собственной частоты колебаний ротора имитатора.
Настроенный на нужную осевую собственную частоту колебаний ротора имитатор можно использовать при испытании оборудования, определяющего и регистрирующего осевую собственную частоту.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авторское свидетельство SU 1329328 Al G01C25/00.
2. Вибрации в технике. Справочник в 6-ти т./Ред. совет: В.Н.Челомей (пред.). -М.: Машиностроение, 1981 - Т.5. Измерения и испытания. - Под ред. М.Д.Генкина. 1981., 496 с., ил.
3. Гироскопические системы. Учеб. пособие для вузов по специальности «Гироскопические приборы и устройства»/ Е.А.Никитин, Е.А.Шестов, В.А.Матвеев.; под ред. Д.С.Пельпора. - 3-я часть. - М.: Высш. школа», 1972. - 472 с., ил
4. Технология производства гироскопических приборов/Б.А.Хохлов, П.В.Сыроватченко, Е.П.Чернышев, В.В.Ильин. - М.: Машиностроение, 1969. -416 с., ил.