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.
Известен имитатор собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа, содержащий 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 закрепленные на статоре проводящее немагнитное кольцо, имеющее кольцевой выступ, размещенный между магнитами ротора и магнитного фланца, при этом на статоре имеются посадочные места для закрепления имитатора, а на роторе размещены компенсирующие кольца и имеются посадочные места для присоединения вибропреобразователя и толкателя.
В процессе работы имитатор закрепляют неподвижно в приспособлении и через толкатель соединяют с возбудителем механических колебаний. С генератора подают 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 силовой катушки, 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.
(см. патент РФ №130694 кл. G01C 25/100, 2013 г.) - наиболее близкий аналог.
Недостаток известного решения заключается в том, что на ротор имитатора устанавливается дополнительная масса в виде вибропреобразователя, толкателя, крепежных элементов, катушки магнитоэлектрического обратного преобразователя, масса которых исключается из измерений компенсирующими кольцами, тем самым увеличивается погрешность собственной частоты за счет погрешности компенсирующих колец и дополнительной массы.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей имитатора собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа за счет:
- установки силовой и измерительной катушки в один корпус;
- стабильности значения собственной частоты имитатора в не зависимости от подвеса на котором он установлен;
- создаваемой обратной связи между силовой и измерительной катушками.
Указанный технический результат достигается тем, что в имитаторе собственной частоты колебаний ротора силового гироскопа, содержащем статор и ротор, имитирующие массово-габаритные параметры силового гироскопа, две мембраны, позволяющие подобрать необходимую жесткость для заданной собственной частоты имитируемого гироприбора, силовую и измерительную катушки обеспечивающие демпфирование, что позволяет регулировать коэффициент затухания имитатора, новым является то, что ротор имитатора является сборным, состоящим из оси, полукорпусов, крепящихся друг к другу болтовым соединением, магнитных колец, прижимаемых магнитопроводами, а на статор установлены силовая и измерительная катушки.
В процессе работы имитатор закрепляется неподвижно. С генератора сигналов подается синусоидальное электрическое напряжение, дискретно регулируемое по частоте, через усилитель мощности на силовую катушку, установленную на статоре. Дискретно изменяя частоту возмущающей силы, регистрируют с помощью АЦП сигнал с измерительной катушки, установленной на статоре имитатора.
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, соединенные по торцам между собой двумя мембранами 3 с помощью прижимов 4 и 5. Ротор состоит из оси 6, прикрепленной торцами к мембранам 3, на оси установлены два полукорпуса 7 прижимаемые друг к другу винтами (позицией не обозначены). Через диски 8 к полукорпусам 7 пристыкованы магнитные кольца 9 прижимаемые стальными магнитопроводами 10. На статоре 2 установлены немагнитые катушки, силовая 11 и измерительная 12. На катушках 11 и 12 образованы кольцевые выступы размещенные в магнитопроводящих полостях полукорпусов 7 сборочного ротора. На статоре 2 имеются посадочные места 13 для закрепления имитатора 1 неподвижно в приспособлении. Так же на статоре 2 расположены два прижима 15 для проводов и кронштейн разъемов 16 с разъемами 17, предназначенными для подключения обмоток силовой 11 и измерительной 12 немагнитных катушек.
Статор 2 и ротор подбираются по массе и габаритным размерам под значения массы и габаритов элементов конкретного силового гироскопа.
Мембраны 3 имитатора 1 собственной частоты колебаний ротора СГ, изготовлены из материала с пружинными свойствами, например, БрБ2 и 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 или меняя их, можно подобрать значение собственной частоты колебаний ротора с допустимой погрешностью. Жесткость мембран регулируется несколькими способами: изменением толщины мембраны, количеством или размером отверстий в мембране, выполнением на мембране канавок.
Имитатор 1 работает следующим образом.
Имитатор 1 через посадочные места 13 закрепляют неподвижно, например, винтовым соединением в приспособлении. Силовая катушка 11 соединяется через усилитель мощности 18 с генератором сигналов 19. Измерительная катушка 12 через АЦП 20 соединяется с блоком управления 21.
Далее собственная частота колебаний ротора имитатора 1 определяется известным методом вынужденных колебаний. С генератора сигналов 19 подается синусоидальное электрическое напряжение, дискретно регулируемое по частоте, через усилитель 18 мощности на силовую катушку 11, которая возбуждает колебания ротора и всех установленных на нем элементов - мембраны 3 с прижимами 5 и магнитными кольцами 9. Статор 2 вместе с присоединенными к нему элементами - силовая 11 и измерительная 12 катушки, прижимы 4, зажимающие верхнюю часть мембраны 3, остаются неподвижными.
Дискретно изменяя частоту возмущающей силы, регистрируют с помощью АЦП 20 сигнал с измерительной катушки 12, установленной на статоре имитатора 2, и сигнал, пропорциональный току, протекающему в обмотках силовой катушки 11. Эти сигналы обрабатываются блоком управления 21: вычисляется разность между фазой возбуждающей силой и фазой сигнала с измерительной катушки 12, собственная частота определяется по переходу через 90° полученной фазовой характеристики.
Сравнивая измеренное значение осевой собственной частоты колебаний сборочного ротора имитатора с частотой имитируемого силового гироскопа, принимается решение о необходимости изменения жесткости имитатора 1 за счет регулировки мембран имитатора 3 до получения нужного значения осевой собственной частоты колебаний сборочного ротора имитатора.
Настроенный на нужную осевую собственную частоту колебаний ротора имитатор 1 можно использовать при испытании оборудования, определяющего и регистрирующего осевую собственную частоту.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авторское свидетельство SU 1329328 A1 G01C 25/00.
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.