СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ ГИРОКАМЕРЫ ДВУХСТЕПЕННОГО ПОПЛАВКОВОГО ГИРОСКОПА
METHOD OF BALANCING OF GYROSCOPIC CHAMBER OF TWO-STAGE FLOAT-TYPE GYROSCOPE

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом ротора гиромотора.
Известен способ балансировки гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа (М.П. Ковалев, С.П. Моржаков, К.С Терехова. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств. // Москва: Машиностроение, 1974, с. 226-236). Способ предполагает выполнение следующих технологических операций.
1. Размещение поплавковой гирокамеры в технологической ванне, заполненной жидкостью с плотностью, соответствующей плотности поддерживающей жидкости в гироскопе.
2. Измерение остаточной плавучести гирокамеры как разницы между выталкивающей силой и силой веса камеры.
3. Обеспечение нулевой плавучести гирокамеры путем установки/съема балансировочных грузов до обеспечения равенства между выталкивающей силой и силой веса камеры.
4. Измерение момента дифферента гирокамеры.
5. Устранение момента дифферента гирокамеры путем перемещения дифферентных балансировочных грузов, установленных на торцах гирокамеры.
6. Измерение момента разбалансировки гирокамеры, действующего относительно ее продольной оси.
7. Устранение момента путем перемещения балансировочных грузов, установленных на торце гирокамеры вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, перпендикулярных продольной оси гирокамеры, в положение, при котором измеряемый момент станет равным нулю.
Недостатком способа является низкая точность балансировки. Указанный недостаток обусловлен отличием условий, в которых проводилась балансировка гирокамеры в технологической ванне, от условий работы гирокамеры в составе гироскопа.
Известен также способ балансировки гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа (Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов. Под ред. Д.С. Пельпора//Москва: Машиностроение, 1988, с. 210-214), который принимаем за прототип. Способ предлагает выполнение следующих технологических операций:
1. Установка гироскопа на неподвижном основании в положение, при котором его выходная ось, совпадающая с осью подвеса поплавковой гирокамеры, горизонтальна, а ось вращения ротора гиромотора - вертикальна.
2. Включение системы термостабилизации гироскопа и системы обратной связи: датчик угла - усилитель-преобразователь - датчик момента.
3. Нагрев гироскопа до рабочей температуры, соответствующей температуре нулевой плавучести гирокамеры.
1
1
1
4. Измерение момента M, действующего относительно оси подвеса гирокамеры, например, путем измерения тока I в цепи датчика момента обратной связи, пропорционального моменту М.
1
1
5. Перемещение центра масс поплавковой гирокамеры путем перемещения балансировочных грузов вдоль оси, параллельной измерительной оси гироскопа в положение, при котором измеряемый момент M (ток I в цепи датчика момента) станет равным нулю.
6. Разворот гироскопа вокруг выходной оси на угол 90°.
2
2
2
7. Измерение момента М (измерение тока I в цепи датчика момента обратной связи, пропорционального моменту М).
2
2
8. Перемещение центра масс поплавковой гирокамеры путем перемещения балансировочных грузов, установленных на гирокамере, вдоль оси, параллельной оси вращения ротора гиромотора, в положение, при котором момент М (ток I в цепи датчика момента) станет равным нулю.
Недостатком способа является низкая точность балансировки гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора. Указанный недостаток обусловлен:
1. Погрешностью балансировки гирокамеры из-за действия относительно оси ее подвеса помимо момента разбалансировки, пропорционального действующему ускорению, момента, независящего от ускорения (зависящего от тяжения токоподводов, реактивного момента датчика угла, реактивного момента датчика момента), и действующего во всех ориентациях прибора (У. Ригли и др. Теория, проектирование и испытания гироскопов. // Москва, Мир, 1972, с. 268-271, 287). При перемещении балансировочных винтов в положение, при котором измеряемый момент (ток в цепи датчика момента обратной связи) равен нулю, происходит уравновешивание момента, независящего от ускорения, моментом от разбалансировки гирокамеры. В результате поплавковая камера балансируется с погрешностью, определяемой величиной момента, независящего от ускорения. В реально изготавливаемых гироскопах этот момент обуславливает появление погрешности, эквивалентной скорости ухода на уровне 0,2…0,6 град/ч.
2. Погрешностью от неоднозначности измеряемого момента разбалансировки гирокамеры из-за неоднозначного расположения ротора гиромотора в рабочем зазоре газодинамической опоры ротора гиромотора при его перемещении в процессе переориентации прибора в поле силы тяжести.
Задачей настоящего изобретения является совершенствование технологического процесса производства гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора.
Достигаемый технический результат - повышение точности балансировки гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе балансировки гирокамеры двухстепенный поплавковый гироскоп устанавливают на неподвижном основании в положение, при котором выходная ось гироскопа горизонтальна, а ось вращения ротора гиромотора вертикальна; включают систему термостабилизации и систему обратной связи; нагревают гироскоп до рабочей температуры; измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи; перемещают балансировочные грузы, установленные на торце гирокамеры, вдоль оси, параллельной измерительной оси гироскопа; разворачивают гироскоп вокруг выходной оси на угол 90°, измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи; перемещают балансировочные грузы, установленные на торце гирокамеры, вдоль оси, параллельной оси вращения ротора гиромотора.
Согласно изобретению перед началом балансировки гироскоп устанавливают в положение, при котором его выходная ось вертикальна; измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи, а при горизонтальном положении выходной оси и оси вращения ротора гиромотора после разворота на 90° дополнительно разворачивают гироскоп вокруг выходной оси на угол 180° в ту же сторону; измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи, вычисляют среднее значение тока в цепи датчика момента обратной связи при горизонтальных положениях выходной оси и оси вращения ротора гиромотора, а перемещение балансировочных грузов вдоль измерительной оси гироскопа и оси вращения ротора гиромотора производят соответственно до совпадения значения тока, измеренного при вертикальной оси вращения ротора гиромотора, и среднего значения тока, определенного при горизонтальных положениях выходной оси и оси вращения ротора гиромотора, с величиной тока, измеренного при вертикальном положении выходной оси.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором изображен общий вид гироскопа. На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - двухстепенной поплавковый гироскоп (далее - гироскоп);
2 - неподвижное основание;
3 - поплавковая гирокамера (далее - гирокамера);
4 - датчик угла;
5 - усилитель-преобразователь;
6 - датчик момента обратной связи (далее - датчик момента);
7 - опоры поплавковой гирокамеры;
8, 9 - балансировочные грузы;
ОХ - выходная ось гироскопа (далее - выходная ось);
ОУ - измерительная ось гироскопа (далее - измерительная ось);
OZ - ось вращения ротора гиромотора (далее - ось вращения ротора).
Реализация предлагаемого способа осуществляется при выполнении следующей последовательности технологических операций.
о
1. Установка гироскопа 1 на неподвижном основании 2 в положение, при котором его выходная ось ОХ, совпадающая с осью подвеса гирокамеры 3, вертикальна, а ось OZ вращения ротора гиромотора (ротор гиромотора на рисунке не показан) - горизонтальна. В этой ориентации относительно оси подвеса гирокамеры 3 действует момент М, независящий от ускорения.
2. Включение системы термостабилизации и системы обратной связи: датчик 4 угла -усилитель - преобразователь 5 - датчик 6 момента.
3. Нагрев гироскопа 1 до рабочей температуры. При этом в опорах 7 гирокамеры 3 будут действовать минимальные силы, обусловленные ее остаточной плавучестью, и минимальные моменты трения.
o
o
4. Измерение тока I в цепи датчика 6 момента обратной связи, пропорционального моменту М, независящему от ускорения.
1
o
ри
o
ри
5. Установка гироскопа 1 в ориентацию, при которой его выходная ось ОХ горизонтальна, а ось OZ вращения ротора гиромотора вертикальна. После установки относительно выходной оси ОХ будет действовать суммарный момент M=(M+M), где M - момент, независящий от действующего ускорения, М - момент, обусловленный разбалансировкой гирокамеры 3 (смещением центра масс гирокамеры 3 вдоль измерительной оси OY).
1
1
6. Измерение тока I в цепи датчика 6 момента обратной связи, пропорционального моменту М
1
o
o
ри
o
o
7. Перемещение балансировочных грузов 8 гирокамеры 3 вдоль измерительной оси ОУ гироскопа 1 до совпадения значения тока I, измеренного при вертикальном положении оси OZ вращения ротора гиромотора, с током I, измеренного при вертикальном положении выходной оси ОХ, до выполнения равенства (М+М)=М, из которого следует, что момент М, независящий от действующего ускорения, из результатов измерений исключается. Точность балансировки повышается.
2
o
pp
1гм
о
рр
1гм
8. Разворот гироскопа 1 на 90° вокруг выходной оси ОХ в ориентацию, при которой выходная ось ОХ гироскопа 1 и ось OZ вращения ротора гиромотора горизонтальны. При этом ротор гиромотора (не показан), перемещаясь в рабочем зазоре газодинамической опоры, располагается в зазоре случайным образом, например, слева относительно измерительной оси ОУ. В этой ориентации на гирокамеру 3 будет действовать суммарный момент M=(M+M+M), где М - момент, независящий от действующего ускорения, М - момент, обусловленный смещением центра масс гирокамеры 3 вдоль оси OZ. М - момент, обусловленный смещением центра масс гиромотора в рабочем зазоре газодинамического подвеса ротора гиромотора вдоль оси OZ.
2
2
9. Измерение тока I в цепи датчика 6 момента, пропорционального моменту М.
2
o
рр
2гм
10. Разворот гироскопа 1 вокруг выходной оси ОХ на угол 180° в ту же сторону. При этом ротор гиромотора, перемещаясь в рабочем зазоре газодинамической опоры, за счет сил трения расположится справа относительно измерительной оси ОУ. Относительно оси подвеса гирокамеры 3 будет действовать суммарный момент М=(М-М-М).
3
3
11. Измерение тока I в цепи датчика момента обратной связи, пропорционального моменту М.
ср2
ср2
12. Вычисление среднего значения момента М (тока I) в цепи датчика момента 6 при горизонтальных положениях выходной оси ОХ и оси OZ вращения ротора гиромотора.
ср2
o
o
ср2
o
o
13. Перемещение балансировочных грузов 9 гирокамеры 3 вдоль оси вращения ротора гиромотора до совпадения среднего значения тока I, определенного при горизонтальных положениях выходной оси ОХ и оси OZ вращения ротора гиромотора, с величиной тока I, измеренного при вертикальном положении выходной оси ОХ, до выполнения равенства (М+М)=М, из которого следует, что момент М, независящий от действующего ускорения, из результатов измерений исключается. Точность балансировки повышается.
При реализации предлагаемого способа точность балансировки поплавковой гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа по сравнению со способом, принятым за прототип, повышается. Повышение происходит за счет:
- исключения из результатов балансировки гирокамеры составляющей погрешности, обусловленной наличием в гироскопе момента, независящего от действующего ускорения;
- уменьшения погрешности балансировки гирокамеры из-за неоднозначного положения ротор гиромотора в рабочем зазоре газодинамической опоры при переориентациях прибора в процессе балансировки за счет осреднения результатов измерений.
На предприятии предлагаемый способ экспериментально проверен. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого способа при производстве поплавковых двухстепенных гироскопов.