СПОСОБ ВЫСТАВКИ ОСЕВОГО ЗАЗОРА В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОМ ПОДВЕСЕ ОСИ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ГИРОМОТОРА
METHOD OF AXIAL GAP SETTING IN GAS DYNAMIC SUSPENSION OF ROTATION AXIS OF GYROMOTOR ROTOR

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве гиромоторов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора, состоящим из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец [Гиродвигатели // под редакцией И.Н. Орлова // М.: Машиностроение, 1983, с.38].
Известен способ сборки опоры на газовой смазке [АС СССР №609132, 1984], в котором для выставки рабочего зазора предусматривается количественная оценка величины зазора по частоте собственных колебаний ротора. Недостатком способа является то, что он обладает высокой трудоемкостью, так как реализуется в уже собранном гироскопе.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному изобретению является способ выставки рабочего зазора газодинамической полусферической опоры [АС СССР №1840673, 1985], который принимается за прототип. В способе-прототипе выполняются следующие технологические операции:
1. Предварительная сборка гиромотора с установкой опор на оси вращения ротора.
рас
2. Фиксация опор на оси гайками с моментом затяжки, равным М, определенным, исходя из надежности фиксации опор при всех заданных внешних воздействиях.
3. Установка гиромотора в положение, при котором ось вращения ротора вертикальна.
ос
4. Определение суммарного осевого зазора δ между сферическими рабочими поверхностями опор и фланцев при перемещении оси с опорами по вертикали до механического контакта поочередно с верхним и нижним фланцем.
5. Определение величины съема материала с внутренней базовой поверхности опор на величину, определяемую формулой:
,
где:
1
2
Δ, Δ - величина съема материала с внутренней базовой поверхности опор,
ос
δ - измеренный суммарный осевой зазор,
δ - требуемый суммарный осевой зазор.
6. Разборка гиромотора.
7. Съем материала с внутренней базовой поверхности опор на величину, рассчитанную по поз.5.
8. Окончательная сборка гиромотора с установкой опор на оси вращения ротора в новое положение, определяемое величиной съема материала.
рас
9. Фиксация опор на оси гайками с моментом затяжки, равным М.
Недостатком способа является малая точность выставки осевого зазора между рабочими сферическими поверхностями опор и фланцев. Указанный недостаток обусловлен:
- Неравнозначностью замены линейного перемещения от касания опор и фланцев в верхней и нижней точке перемещением от центра сферы верхнего до центра сферы нижнего фланца из-за имеющейся неопределенности места касания вверху и внизу, а также имеющейся фактической разницей (в пределах поля допуска на детали) величин радиусов опор и фланцев, формирующих верхний и нижний сферический аэродинамический зазор в опоре.
рас.
- Возможностью изменения осевого зазора при циклических внешних воздействиях. Затяжка резьбового соединения ось-гайка тарированным моментом М создает в резьбовом соединении концентраторы напряжений, весьма близкие к пределу текучести материала. Как известно, концентраторы напряжений, близкие к пределу текучести, имеют неизбежную тенденцию к релаксации. Релаксации концентраторов напряжений особенно способствует и провоцирует ее течение имеющаяся при эксплуатации широкая гамма внешних воздействий, связанных с запуском и остановкой гиромотора, его вибрацией от остаточной динамической неуравновешенности и внешними вибронагрузками при испытаниях, значительными (+70°C÷50°C) термическими нагрузками при проведении тех же испытаний. Релаксация концентраторов напряжений приводит к переходу упругой деформации сжатия в резьбе в пластическую, что однозначно дает в итоге изменение осевого зазора.
Задачей настоящего изобретения является совершенствование технологического процесса производства гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора.
Достигаемый технический результат - повышение точности выставки осевого зазора между рабочими сферическими поверхностями опор и фланцев в газодинамическом подвесе оси вращения ротора гиромотора и, как следствие, повышение его равномерности.
рас
доп
рас
рас
Поставленная задача решается тем, что в известном способе выставки осевого зазора в газодинамическом подвесе оси вращения ротора гиромотора, состоящего из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец, включающем предварительную сборку гиромотора с установкой опор на оси вращения ротора, фиксацию опор гайками, определение величины перемещения опор в каждом из двух полусферических опорных узлов, разборку гиромотора, съем материала с внутренней базовой поверхности опор в каждом из двух полусферических опорных узлов, окончательную сборку гиромотора с установкой опор на оси вращения ротора, фиксацию опор гайками с моментом затяжки равным М, после предварительной сборки гиромотора с установкой опор с гайками на оси осуществляют их затяжку моментом М>М>М, выдерживают в этом состоянии не менее 24-х часов, изменяют момент затяжки до значения равного нулю, затем увеличивают до М, после чего измеряют расстояния между внешними базовыми плоскостями опор и между внешними базовыми плоскостями фланцев, а величину перемещения опор в каждом опорном узле определяют по формуле:
,
где:
1
2
Δ, Δ - величина перемещения опор на оси вращения ротора до совмещения центра ее сферической рабочей поверхности с центром сферической рабочей поверхности фланца в каждом из двух полусферических узлов,
1
2
K=M+k+k,
1
2
k, k - положение центра сферической поверхности опоры относительно ее внешней базовой поверхности.
1
2
И=L+h+h,
L - расстояние между внешними базовыми поверхностями фланцев,
1
2
h, h - положение центра сферической поверхности фланца относительно ее внешней базовой поверхности.
М - расстояние между внешними базовыми поверхностями опор,
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами фиг.1 и 2.
На фиг.1 приведена принципиальная схема гиромотора.
На фиг.2 приведена схема измерений для совмещения центров сферических рабочих поверхностей опоры и фланца. На фиг.2 ось вращения ротора гиромотора не показана.
На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:
1 - ось вращения ротора гиромотора (деталь конструкции),
2, 4 - опоры газодинамического подвеса,
3, 5 - фланцы газодинамического подвеса,
6 - гайки, фиксирующие опоры 2 и 4 на оси 1,
7 - ротор гиромотора,
8 - винты для сборки ротора с фланцами 3 и 5,
A, Б - внутренняя базовая поверхность опор 2 и 4,
B, Г - внешняя базовая поверхность опор 2 и 4,
Е, Д - внешняя базовая поверхность фланцев 3, 5
O2
O4
O, O - центры сферических рабочих поверхностей опор 2 и 4,
Ф3
Ф5
О, О - центры сферических рабочих поверхностей фланцев 3 и 5,
М - расстояние между внешними базовыми поверхностями Г и В опор 2 и 4,
1
2
O2
O4
k, k - положение центров O, O сферических рабочих поверхностей опор 2 и 4 относительно внешних базовых поверхностей Г и В,
L - расстояние между внешними базовыми поверхностями Е и Д фланцев 3 и 5,
1
2
Ф3
Ф5
h, h - положение центров О, О сферических рабочих поверхностей фланцев 3 и 5 относительно внешних базовых поверхностей Е и Д.
Реализация предлагаемого способа осуществляется при выполнении следующей последовательности технологических операций:
1) Предварительная сборка гиромотора (фиг.1) с установкой опор 2 и 4 на оси 1 вращения ротора 7.
доп
рас
рас
доп
т
2) Фиксация опор 2 и 4 на оси 1 гайками 6 с моментом М затяжки, значение которого находится в пределах М>М>М, где М определяется, как и в способе-прототипе, исходя из надежности фиксации опор при всех заданных внешних воздействиях. М - момент затяжки, при котором напряжения в резьбовом соединении становятся равны пределу текучести σ.
3) Выдержка в этом состоянии не менее 24-х часов. При этом происходит процесс релаксации концентраторов напряжений в резьбовом соединении и сглаживание микронеровностей на поверхности гаек 6, внутренней базовой поверхности В, Г опор 2 и 4, и на соответствующих им базовых поверхностях оси 1 ротора 7. Время выдержки определено по методике [Федосьев П.И. и др. Курс сопротивления материалов // М.: Машгиз, 1996, с.440], заключающейся в определении скорости прохождения 95% релаксационных изменений напряженных состояний материала 40ХНЮ-ВИ [ТУ 14-2740 -79, НИИ черн. мет. им. Бардина].
4) Изменение момента затяжки до М=0. При этом снимаются все концентраторы напряжений и фиксируются положения всех контактных поверхностей в соединении, деформация которых перешла из упругой формы в пластическую.
рас
5) Увеличение момента до М. При этом, поскольку контактные поверхности уже релаксировались под действием большего момента, предпосылки к последующей релаксации под действием меньшего момента существенно уменьшаются.
6) Измерение расстояния М между внешними базовыми плоскостями В и Г опор 2 и 4 и расстояния L между внешними базовыми поверхностями Е и Д фланцев 3 и 5.
1
2
О2
О4
Ф3
Ф5
7) Определение величин перемещений Δ и Δ опор 2 и 4 вдоль оси 1 вращения ротора 7 в каждом из двух полусферических опорных узлов, необходимых для совмещения центров О, O сферических рабочих поверхностей опор 2 и 4 с центрами О, О сферических рабочих поверхностей фланцев 3 и 5 по выше приведенной формуле:
,
1
2
1
2
при этом величины k, k и h, h определяются соответственно при изготовлении опор и фланцев.
8) Разборка гиромотора.
O2
O4
Ф3
Ф5
9) Совмещение центров O, O сферических рабочих поверхностей опор 2 и 4 с центрами О, О сферических рабочих поверхностей фланцев 3 и 5 путем перемещения опор 2 и 4 вдоль оси 1 вращения ротора 7 путем съема материала с внутренних базовых поверхностей А и Б опор 2 и 4 на величины определенные по пункту 6.
10) Окончательная сборка гиромотора с установкой опор 2 и 4 на оси 1 вращения ротора 7.
рас
11) Фиксация опор 2 и 4 гайками 6 с моментом затяжки, равным М.
При реализации предлагаемого способа, точность выставки осевого зазора в газодинамическом подвесе оси вращения ротора гиромотора, по сравнению со способом, принятым за прототип, повышается. Повышение происходит за счет использования прямых измерений положений центров сфер опор 2, 4 и фланцев 3, 5 и операций по их совмещению, а не косвенных измерений, как в прототипе, а также за счет исключения вероятности изменения зазора в процессе последующей эксплуатации гироскопа путем изменения усилий затяжки и порядка фиксации опор на оси.
На предприятии предлагаемый способ проверен. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого технического решения при производстве поплавковых двухстепенных гироскопов.