книги из ГПНТБ / Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств

Допуск на точность статического уравновешивания поплавковых гироскопов

Допуск на плавучесть АG может быть положительным и от­ рицательным. Он определяет наибольшую допустимую разность силы тяжестей поплавкового узла и вытесненного этим узлом объема жидкости.

Допуск на дифферент AD поплавкового узла задается в виде приведенной к цапфам узла допустимой реакции. Ом определяет наибольший допустимый момент, действующий вокруг попереч­ ной оси поплавкового узла, который вызван несовпадением его центра тяжести с центром тяжести жидкости, вытесненной поп­ лавковым узлом.

Допуск на остаточный момент статической неуравновешенно­ сти поплавкового узла относительно оси его цапф AM и опреде­ ляет наибольший допустимый момент, действующий на узел изза несовпадения его центра тяжести с осью вращения.

В технологический процесс1 статического уравновешивания поплавковых узлов входят следующие операции:

—подготовка поплавкового узла;

—регулирование плавучести, устранение дифферента и урав­ новешивание поплавкового узла относительно его цапф;

—контроль.

Вспециальных ваннах поплавковый узел вакуумируется. Ста­

тическое уравновешивание поплавкового узла по всем парамет­ рам (плавучести, дифференту и статической неуравновешенности) производится при погружении его в специальную жидкость, тем­

плавучести, дифферента и уравновешивания поплавкового узла относительно оси его цапф, предварительно помещаются в ва­ куум, где.с их поверхности откачивается воздух, затем они хра­ нятся в ванне с рабочей жидкостью при температуре, указанной в ТУ.

Качество регулирования плавучести поплавкового узла про­ веряется контрольными грузиками, сила тяжести Gr которых оп­

где рг и рж — плотность материалов грузиков и жидкости в г/см3 при температуре, указанной в ТУ;

AG — допуск на плавучесть.

Если после прикрепления контрольного грузика поплавковый узел перестанет всплывать или тонуть, то его плавучесть находит­ ся в пределах допуска.

1 Разработан канд. техн. наук 3. Ф. Уразаевым.

228

Дифферент поплавкового узла устраняется в рабочей жидко­ сти перестановкой специальных винтов, гаек или шайб вдоль оси цапф по резьбовым направляющим без вынимания их.из жидко­ сти.

Технологический допуск на дифферент поплавкового узла про­ веряется контрольным грузиком, сила тяжести которого рас­ считывается по формуле

где AD — допуск на дифферент.

Если дифферент находится в пределах допуска, то под дей­ ствием контрольного грузика, навешенного на подымающуюся вверх цапфу поплавкового узла, этот узел начнет поворачиваться вокруг поперечной оси в обратную сторону.

При контроле диффе­ рента поплавковый узел помещается в ванну из прозрачного материала, на стенках которой нано­ сится ряд линий под оп­ ределенным углом. Это позволяет визуально дос­ таточно точно определить заданный угол дифферен­ та (рис. 10.11).

Время измерения угла наклона оси XX поплавко­ вого узла к горизонталь-1 мой оси при соответствую­ щей плотности и темпера-і туре рабочей жидкости

устанавливается экспериментально для каждой конструкции поплавкового узла.

Статическая неуравновешенность поплавкового узла вызыва­ ет его поворот вокруг оси XX. Точность статического уравно­ вешивания -поплавкового узла проверяется завинчиванием или вывинчиванием контрольных винтов в радиальном направлении на.контрольный угол ф, определяемый из уравнения

360- AM(аг — рж)

( 10.8)

S?rQv

где s — шаг резьбы винта и гайки в м; Qo— сила тяжести гайки на воздухе в Н.

Остаточная статическая неуравновешенность ДМ поплавко­ вого узла относительно оси XX проверяется навешиванием конт­

229

рольных гаек на выступающие концы винтов, расположенных на окружности радиусом R.

где R — радиус окружности, на которой размещаются контроль­ ные гайки.

Повышение точности статического уравновешивания поплавковых гироскопов

Одной из составляющих суммарного дрейфа интегрирующих поплавковых гироскопов является дрейф, обусловленный дей­ ствием момента трения в опорах поплавкового узла, .который ра­ вен

230

Специальные балансировочные ампулы с индивидуальным обогревательным элементом размещаются во внутренней полости поплавкового узла.

Рис. 10.13. Типы балансировочных ампул:

ры) внутренней полости поплавкового узла при рабо­ тающем гиродвигателе.

Легкоплавкий сплав, который помещен в специальные балан­ сировочные ампулы, имеет фиксированную точку плавления, те­ кучесть, адгезию с материалами ампулы, стабильную форму в твердом состоянии.

Специальные и балансировочные ампулы сферической, ци­ линдрической или тарельчатой формы имеют ровную, чистую по­ верхность.

С помощью ампул в, г, д (см. рис. 10.13) осуществляется уравновешивание поплавкового узла относительно оси вращения путем перемещения его центра тяжести как по каждой из двух взаимно перпендикулярных осей поплавкового узла отдельно, так и по двум осям одновременно [27].

С помощью ампул типа а, б, е (см. рис. 10.13) перемещение центра тяжести осуществляется одновременно по двум взаимно перпендикулярным осям.

231

При перемещении центра тяжести поплавкового узла одновре­ менно по двум осям предварительно определяется угловое поло­ жение плоскости NN (рис. 10.14), в которой должен произво­ диться наклон поплавка. Это положение определяется из соот­ ношения

мотрен специальный подогрев, обеспечивающий регулируемое термостатирование в пределах ±0,1°С.

Контроль статической неуравновешенности поплавковых гироскопов

Контроль статической неуравновешенности поплавкового ги­ роузла производится в технологической ванне и в собранном поп­ лавковом гироприборе.

Контроль статической неуравновешенности, плавучести и диф­ ферента поплавкового узла (поплавка) в технологической ванне производится с помощью двух граммометров (рис. 10.15). При­ меняемый электромеханический граммометр двустороннего дей­ ствия с ценой деления не менеё 10 мг.

Опущенный в ванну поплавок 1 устанавливается в отверстия тяг 2 двух граммометров. При контроле плавучести и дифферен­ та поплавка измеряется давление на тягу. Поворот стрелки 5 граммометра относительно нулевого положения шкалы 4 про-

232

порционален величине давления на тягу. Чувствительным эле­ ментом граммометра является закрученная бронзовая лента 6.в При статической неуравновешенности создаются моменты, кото­ рые действуют иа тягу 2, опуская или поднимая ее, благодаря

Рис. 10.15. Схема установки для измерения плавучести и дифферен­

чему стрелка 5, закрепленная на среднем участке чувствительно­ го элемента, поворачивается в ту или другую сторону.

По алгебраической сумме показаний граммометров опреде­ ляется допуск на плавучесть AG (рис. 10.16)

где gi — показание левого граммометра; gV— показание правого граммометра;

AG — сила тяжести, пропорциональная допуску на плаву­ честь.

По полуразности показаний граммометров определяется до­ пуск иа дифферент АD

<Д£>. (10.13)

При контроле статической уравновешенности поплавкового уз­ ла в собранном интегрирующем поплавковом гироприборе опре*- деляется величина суммарного момента на выходной оси при вертикальном и горизонтальном положении оси ротора гиродви­ гателя при выключенном питании обмоток статора гиродвигателя.

233

Датчик момента поплавкового гироприбора предварительно

момента и по величине тока в датчике момента оценивается ве-

A D LLI

Рис. 10.16. Схема сил при расчете допуска на плавучесть и дифферент поплавка

личина суммарного момента на выходной оси при различном уг­ ловом положении ротора. Поворот ротора вокруг собственной осп вращения производится периодическим включением питания об­ моток статора. Эта операция повторяется многократно, при этом считают, что все угловые положения ротора гиродвпгателя рав­ новероятны. Значение суммарного момента на выходной оси без учета статической неуравновешенности ротора гиродвигателя оп­ ределяется по формуле

Чем больше будет произведено замеров, тем точнее будет опре­ делен момент М0.

Для повышения точности статического уравновешивания поп­ лавковых гироскопов применяют новые материалы с минималь­ ным коэффициентом линейного расширения, производят тщатель­ ное обезгаживание как узлов поплавкового гироскопа, так и ра­ бочей жидкости, термостабилизацию сварных узлов, а также повышают точность и термостатирования.

234

Применение специальных балансировочных ампул с легко­ плавкими сплавами значительно сократило процесс статического уравновешивания поплавкового узла. Кроме того, представляет большой практический интерес использование лазерных устано­ вок для автоматизации процесса статического уравновешивания поплавковых узлов.

10.4. СТАТИЧЕСКОЕ УРАВНОВЕШИВАНИЕ ГИРОУЗЛОВ В РЕЖИМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРУЖИНЫ

Для статического уравновешивания гироузлов в режиме электрической пружины применяются различные установки, отлича­ ющиеся друг от друга типами опор.(аэростатические и электро­ магнитные опоры).

Наибольшей точности статического уравновешивания можно достичь на установках, в конструкции которых используются аэростатические опоры, обладающие минимальным моментом трения.

Перед статическим уравновешиванием гироузла на установке с двухрядными шарикоподшипниками (вращающимися в разные стороны) в режиме электрической пружины производится урав­ новешивание подвижной рамки установки с ненагретым и не­ вращающимся ротором гиродвигателя (рис. 10.17).

Уравновешивание осуществляется перемещением балансиро­ вочных грузов 2а и 2. Точность статического уравновешивания равна моменту трения в опорах подвеса. После включения пита-

235

ноя гнродвигателя и достижения рабочей частоты вращения ги­ роузел прогревают в течение заданного времени и измеряют мо­ мент статической неуравновешенности.

Для уменьшения момента трения в опоре производится вра­ щение средних колец шарикоподшипниковых опор 5а, 3 в разные стороньг Сила тока моментного датчика, пропорционального ста­

аэростатическими опорами усложняет уравновешивание, так как при этом необходимо соблюдать дополнительные требования: минимальная запыленность помещений, минимальная вибрация основания, специальная повышенная очистка подводимого воз­ духа, поддержание постоянной температуры ±0,5° С. Установка с аэростатическими опорами изготовляется из материала повы­ шенной прочности, имеющего минимальный коэффициент ли­ нейного расширения. Гироузлы с силой тяжести до 2-9,8 Н могут быть уравновешены на данной установке с точностью

(0,005)9,8-ІО-8 Н-м.

При работе установок с электромагнитными опорами (рис. 10.19) в режиме электрической пружины используются силы маг­ нитного взаимодействия. В качестве электромагнитной опоры ис­ пользуются специальные индуктивные датчики [16, 29].

Индуктивный датчик электромагнитной опоры состоит из рото­ ра, насаженного на ось технологической рамки подвижной систе- - мы 12, и двенадцатиполюсного статора, закрепленного в корпусе установки. Подвижная система предохраняется от смещения в осевом направлении опорами 13, имеющими малый момент тре­ ния [16]. Подвижная система установки находится во взвешенном состоянии благодаря действию магнитных радиальных сил, ко­

236

торые центрируют систему в магнитном центре при помощи бло­ ка 8. В блок 8 входят электростатические датчики, следящие за положением оси подвижной системы, высокочастотные колеба­ тельные контуры с генератором питания и усилитель постоянного тока.

При радиальном смещении вала подвижной системы индук­ тивность обмоток датчика, в направлении которого происходит смещение вала, увеличивается и вызывает уменьшение тока в статорных обмотках неподвижных опор и соответствующее уменьшение магнитного притяжения. Статическое уравновеши­ вание гнроузлов с силой тяжести до 0,5-9,8Н может быть прове­ дено с точностью 0,05-9,8 • ІО-5 Н- м.

10.5. СТАТИЧЕСКОЕ УРАВНОВЕШИВАНИЕ ГИРОУЗЛОВ НА СТЕНДАХ, РАБОТАЮЩИХ В РЕЖИМЕ ОДНООСНОГО ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА

При статическом уравновешивании гироузла на стенде, рабо­ тающем в режиме одноосного гиростабилизатора, момент от ста­ тической неуравновешенности относительно центра подвеса опре­ деляется посредством измерения дрейфа подвижной платформы стенда и рассчитывается по формуле (10.16).

Проверяемый гиродвнгатель устанавливается в технологиче­ ский корпус, являющийся внутренней рамкой одноосного гиростабилнзатора. В качестве опор по оси прецессии можно приме­ нять ножевые, шарикоподшипниковые или аэростатические опоры.

Стенды данной конструкции используют как для контроля смещения центра тяжести гиродвигателя в осевом направлении относительно центра подвеса, так и для контроля статической не­ уравновешенности гироузлов двухстепенных поплавковых интег­ рирующих гироскопов, а также для статического уравновешива­ ния рам карданова подвеса. Для разгрузки оси стабилизации применяется бесконтактный датчик угла, фазочувствительный усилитель, датчик момента.

Контроль смещения центра тяжести гиродвигателя, статичес­ кой неуравновешенности гироузлов проводится при постоянной окружающей температуре благодаря применению термостатиро­ ванного корпуса.

На рис. 10.20 представлена схема стенда с ножевыми опора­ ми, работающего в режиме одноосного гиростабилизатора.

Гиродвнгатель 1 закрепляется в технологический корпус с но­ жевыми опорами 2 на две стойки, имеющие металлические зака­ ленные пластинки. Сначала производится статическое уравнове­ шивание технологического корпуса с закрепленным неподвижным гиродвигателем непосредственно на установке при помощи балан­ сировочных грузов 11.

Технологический корпус с закрепленным неподвижным гиро­

237