книги из ГПНТБ / Соловьев А.И. Проектирование механизмов приборов и аппаратов
.pdfинерции отдельных, условно выделенных тел I , I I , I I I (рис. 83),
геометрически определимых радиусами (табл. 26), R;
r2 ; п и длинами В, В ь h, lu I, принятыми конструктивно. Преимущественное распространение получили асинхронные гн-
ромоторы, характеристические параметры которых приводятся в табл. 26.
В авиации используются гирокомпасы 'С пневматическим гиромотором [12, 38].
Скорость вращения ротора пневматического гиромотора
|
со |
bSr |
|
2 А Р |
1 |
+ |
4А |
- |
1 |
(423) |
||
|
2А |
|
|
|
bSrd |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
b — опытный |
коэффициент удара |
струи (Ь = 2); |
|
||||||||
|
S — площадь |
сечения сопла; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
г — радиус расположения лопаток; |
|
|
|
|
|||||||
|
А—коэффициент формы ротора и качества обработки его |
|||||||||||
|
поверхности [12]; |
|
|
|
н/м2); |
|
|
|
||||
ЛР — перепад |
давлений |
(670+3500 |
|
|
|
|||||||
|
Р — плотность |
единицы |
объема |
воздуха. |
|
|
||||||
Рассмотрим кинематический расчет чувствительного элемента |
||||||||||||
морского гирокомпаса. Исходные данные. |
|
|
|
|
||||||||
1. Угловая |
скорость |
СУТОЧНОГО |
вращения |
|
Земли |
ю с = 7 , 2 9 - |
||||||
-10~5 |
сек~К |
|
|
|
|
|
|
км. |
|
|
|
|
2. |
Радиус |
земного шара |
R = 6370 |
|
|
|
|
|||||
3. Ускорение силы тяжести g = |
981 |
см/сек2. |
|
|
||||||||
4. |
Широта |
места |
ср = |
60°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
Кинетический |
момент |
гироскопов |
(гирокомпаса |
«Курс-3») |
|||||||
Н=• 157610 Г • см • сек.
6.Маятниковый момент гироскопов еР = 6750 Г • см, где е — расстояние центра тяжести гиросферы от начала координат, Р—вес гиросферы с внутренним устройством.
7.Направляющий момент жидкостного успокоителя при его
наклоне на единицу угла С = |
4070 |
Г-см. |
|
||||||
|
8. Момент |
инерции |
гиросферы |
относительно горизонтальной |
|||||
оси |
1=1891 |
Г-см-сек2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
9. Угол наклона осей собственного вращения |
гироскопов по от |
|||||||
ношению к горизонтальной оси 0 = |
45°. |
|
|
||||||
|
Р а с ч е т . |
1. Период |
собственных колебаний |
гиросферы |
|||||
|
|
j |
2 |
|
/ |
2Ir |
cos Є |
|
|
|
|
|
|
У |
СеР |
' |
(424) |
||
где |
І г—собственный момент |
инерции |
гироскопа; |
||||||
|
С — момент успокоения, |
Г • см. |
|
|
|||||
Характеристические параметры асинхронных гиромоторов [8; 22]
Тип гиромотора Материал ротора
ГМ-4
ГМ-4М
СГМ-4
ГМ-0,5 ГМ-0,2
ГС-0,1
Гироком
пас
«Курс»
ГА(18)10
Гироком пас •
«Гиря»
Г-5/30 Г-7/15 Г-7/30
ГА-7,5/16,5
Латунь ЛС-59-1 Латунь ЛС-59-1 Сталь 4x1-3 Сталь 4x13
Сталь
20
Латунь ЛС 59-1 Легиро ванная сталь
То же
Режим питания |
Кинетический |
Скорость |
|
|
вращения |
||
|
момент, |
||
|
ротора, |
||
|
кГ-м2 |
- сек. |
|
|
об\ман. |
||
|
|
|
|
Полярный мо мент в инер ции, кГ-м*
36 |
400 |
0,392 |
21500 |
17,25-10-5 |
36 |
400 |
0,392 |
21900 |
17,25-10-5 |
'36 |
40;0 |
0,392 |
21500 |
16,8-10-5 |
36 |
400 |
0,049 |
21500 |
2,09-10-5 |
36 |
400 |
0,0196 |
21600 |
0,85-10-5 |
36 |
400 |
0,0098 |
24000 |
0,43-10-5 |
36 |
400 |
0,0020 |
22000 |
0,78 -10-4 |
120 |
330 |
10,8 |
20000 |
5,16-Ю-з |
120 |
500 |
64,2- |
10000 |
61,3-Ю-з |
120 |
500 |
3,04 |
30000 |
0,98-10-3 |
120 |
500 |
0,196 |
30000 |
6,96-10-5 |
120 |
500 |
0,632 |
15000 |
45,8-10-5 |
120 |
500 |
1,26 |
30000 |
45,8-10-5 |
65 |
275 |
0,735 |
16500 |
49,0-10-5 |
Наруж ный диа метр
D, мм
55
55
56
37
32
27
25
130
180
96
50
70
70
75
2. |
Влияние |
качки |
на |
одногпроскопиып |
компас |
оценивается |
||||||||||
углом |
интеркардинальной девиации (отклонение гиросферы в ази |
|||||||||||||||
муте) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А Кі2 |
|
|
(425) |
|
|
|
|
( ш с |
COS <р)ї |
1 |
- |
^ |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где k —частота |
собственных |
колебаний |
гиросферы |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(к = |
1,24-Ю-3 |
сек"1 ); |
|
|
|
||||
ki — частота |
качки; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
є |
—ускорение |
отклонения |
|
гироскопа |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
еР |
|
|
|
|
(426) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А — амплитуда |
качки; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
я|) —курсовой |
угол |
судна |
(см. рис. 17). |
|
|
|
||||||||||
Угол |
а к равен |
нулю, |
когда |
|
курсовой |
угол |
ф = 0; |
; я, т. е. |
||||||||
когда судно идет по кардинальному |
курсу (на север, |
восток, юг, |
||||||||||||||
запад) |
и достигает |
максимума |
в интеркардинальных |
курсах |
(се |
|||||||||||
веро-запад; северо-восток; юго-запад; юго-восток). |
Между |
ин- |
||||||||||||||
теркардинальными |
|
и |
кардинальными |
курсами угол ак меняется |
||||||||||||
по синусоидальному |
закону. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Интеркардинальная девиация у . двухроторного гирокомпаса |
||||||||||||||||
значительно меньше |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГеР |
|
|
|
(427) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(21 cos 9 ) а |
|
|
||||
3. |
Период |
собственных |
колебаний |
гирокомпаса |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Т |
= 2іс і / |
- |
|
, |
|
(428) |
||||
уеР <i>ccos <р
тде Н — результирующий момент собственных моментов гиро скопов.
Собственные колебания пироскопа внутри гиросферы гасятся жид костным успокоителем, показанным на рис. 82, г.
Исключение из отсчетов курса судна скоростной |
погрешности |
||||
гирокомпаса |
осуществляется |
электромеханическим |
корректором, |
||
решающим |
формулу скоростной девиации |
|
|
|
|
|
t g 3 = |
Х£2ІІ |
, |
(429) |
|
|
& |
900cos ф+Vsin <р |
' |
v |
' |
тде V'—скорость судна;
Ф — курсовой угол; ф — ш и р о т а места судна.
На рис. 84 показан корректор скорости, который работает сле дующим образом. Нижний диск 4 через палец 6 связан со следя щей сферой гирокомпаса и разворачивается на одинаковый с неюугол. Палец 7, закрепленный на каретке 8, перемещающейся в на правляющей диска 4, связан с верхним диском 3. С помощью руч ки 2 центры дисков 4 и 3 разводят (рассогласовывают) на вели чину б, равную скоростной девиации, взятой с обратным знаком.
На стойке верхнего диска укреплена шкала 11 грубого отсчета курса, кинематически связанная со шкалой 10 точного отсчета. Последняя кинематически связана с ротором азимут-мотора 9. Ки нематическая связь осуществлена зубчатыми передачами. Устано вочное деление находится по номограмме 12 и контролируется по
шкале 13. |
Автоматическая |
установка корректора осуществляется |
с помощью |
пост-корректора |
15. |
Поворотом ручки 20 включается двигатель 1, который через зубчатую передачу воздействует на каретку 5, перемещающую
верхний диск 3 корректора, как и при настройке ручкой 2. |
|
||
Слежение за |
автоматическим |
перемещением • диска 3 |
осуще |
ствляется сельсином-датчиком 18 |
и сельсином-приемником |
14. |
|
Включением |
ручки 20 держат |
двигатель / под током |
до тех |
пор, пока стрелка 17 не остановится против деления шкалы 19, соответствующего скорости судна. Предварительная установка шкалы 19 по широте производится поворотом ручки 16.
Полученные кинематическим расчетом данные сверяем с при веденными характеристическими параметрами и нормами погреш ностей 'Морских гирокомпасов.
Силовой расчет ротора гиромотора сводится к следующему.
1. Принимаем тот или иной тип ротора (см. табл. 26), вычер чиваем его диаметральное сечение и, разбивая на геометрически правильные фигуры, определяем вес ротора
|
п |
|
|
і, |
(430)- |
где G,- —вес 1-й геометрически правильной фигуры; |
|
|
O. = |
T V , |
(431)- |
где у — удельный вес материала |
ротора; |
|
V — объем рассматриваемой |
фигуры. |
|
Рис. 84
|
2. Определяем силы, действующие на ось ротора |
|
||||||
|
|
Q — G p + |
Р ц + |
Т*. |
|
(432) |
||
где |
G p — вес ротора и оси |
(если |
ротор |
вращается вместе |
с осью); |
|||
|
Р ц — ц е н т р о б е ж н а я |
сила, |
возникающая |
вследствие |
смещения |
|||
|
центра тяжести |
относительно |
оси |
вращения ротора; |
||||
|
Т — сила одностороннего |
магнитного притяжения. |
|
|||||
|
|
Р ц = |
G |
и*е, |
|
|
(433) |
|
|
|
ZL |
|
|
||||
где |
g — ускорение силы |
тяжести; |
|
|
|
|
||
|
со — угловая скорость |
ротора |
(см. табл. 26); |
|
||||
|
е — смещение центра |
тяжести ротора. |
|
|
||||
Смещение центра тяжести вращающегося диска или в нашем
случае |
ротора гиромотора (см. [50], рис. 45, |
г) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
е = |
(у + |
еи ), |
|
|
(434) |
||
где у |
—упругий |
прогиб |
вала |
ротора |
|
|
|
|||||
При |
ец —эксцентриситет ротора. |
|
|
|
|
|
||||||
сосредоточенной |
нагрузке |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
У |
= |
—1 |
, |
|
|
(435) |
|
где |
а |
и b — расстояния от центра |
тяжести ротора до левой |
и пра |
||||||||
|
|
вой опор |
его |
вала; |
|
|
|
|
|
|||
|
|
/— расстояние между опорами |
вала; |
|
||||||||
|
Е |
и I — модуль упругости |
первого |
рода |
и момент инерции се |
|||||||
|
|
чения предварительно конструктивно принятого дна- |
||||||||||
|
|
метра |
вала [50]. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Т |
= |
(1,75 |
|
+ 2,5) |
Т0 ; |
|
(436) |
|
|
|
|
|
Т 0 |
= |
а^ - 2Ь - / . 4 - 10 5 В а , |
• |
(437) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
о к |
|
|
|
|
|
где |
а — коэффициент |
полюсного |
|
перекрытия; |
|
|||||||
|
D — диаметр |
ротора; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В — индукция |
в |
воздушном |
зазоре; |
|
|
||||||
|
к — коэффициент |
воздушного |
зазора; |
|
|
|||||||
|
б — воздушный зазор |
(б = |
0,5+-1,5 мм); |
|
||||||||
|
L — осевая длина |
воздушного |
зазора, м! |
|
|
|||||||
* В |
уточненном расчете учитываются |
и силы, |
обусловленные гироскопи |
ческим |
моментом и ускорением поворотного |
движения |
судна. |
|
I — смещение ротора вдоль оси (при шейке вала |
под подшип |
|||||||||||||
|
|
ник |
d = 2—4; 5—9; |
10—17 мм; / = 0,007; |
0,09 мм; 0,011). |
||||||||||
3. Определяем |
реакции в опорах |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
RA |
= |
Q a-fb |
|
|
|
|
(438) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R B = |
Q |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
a+b |
|
|
|
|
|
|||||
4. По большей из реакций опор |
определяем минимальный до |
||||||||||||||
пустимый диаметр |
вала |
ротора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
/ |
|
R | X |
| |
|
|
|
|
|
|
(439) |
|
|
|
|
|
V |
0,1 |
Мк |
|
|
|
|
|
|
||
где |
Ri |
н xi |
— б о л ь ш а я |
из реакций |
опор и расстояние от нее цент |
||||||||||
|
|
|
ра |
тяжести |
ротора; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
[ст]„— допускаемое напряжение изгиба вала |
ротора |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
М = |
^ , |
|
|
|
|
(440) |
|||
где |
ов |
— временное сопротивление изгибу |
материала |
вала |
|
ротора; |
|||||||||
|
к |
—коэффициент запаса прочности. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
к |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
(441) |
где |
|
ел- — предел выносливости |
материала при |
симметричной |
|||||||||||
|
|
|
знакопеременном |
|
цикле; |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
эффективный |
коэффициент |
концентрации |
напряже |
|||||||||
|
|
|
ний при изгибе; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
є — масштабный |
фактор, |
учитывающий |
влияние |
разме |
|||||||||
|
|
|
ров сечения |
вала; |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
р |
- коэффициент упрочнения, вводимый для валов с по |
||||||||||||
|
|
|
верхностным |
упрочнением; |
|
|
|
|
|
||||||
|
СХа |
И d m |
— переменная |
и |
постоянная |
составляющая |
напряже |
||||||||
|
|
|
ния; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф = 2 |
о |
~ 1 ~ С а ; |
|
|
|
|
(442) |
|||
где |
я|э— коэффициент, |
характеризующий |
чувствительность |
мате |
|||||||||||
|
|
риала к асимметрии |
цикла напряжений; |
|
|
|
|
||||||||
|
со — предел |
выносливости |
|
материала . при |
пульсационном |
||||||||||
|
|
цикле. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обычно к s£(l,5-f-3). |
|
5. |
Уточняем упругий прогиб у (435) по расчетному диаметру |
вала |
(439). |
6. Проверяем динамический прогиб вала е„ по критической
скорости вращения |
[50] |
|
|
|
|
|
п к ^ 3 0 0 |
— 1 — , |
об/мин. |
|
|
Фактическая скорость вращения |
ротора (см. табл. |
26) и |
рас |
||
четная критическая |
скорость |
должны разниться не |
менее |
чем |
|
на 20%. |
|
|
|
|
|
Высокоскоростные шарикоподшипниковые опоры роторов гиромоторов выбираются конструктивно [8], а затем 'проверяются рас четом по моменту трения, гироскопическому моменту [50] надеж ности и долговечности.
Расчет успокоения |
гиросферы. |
|
|||
1. Закон |
изменения |
жидкости |
в сосудах |
успокоителя |
|
|
|
|
в - Т = ( 9 - Т о ) е - " , |
(443) |
|
где 0 — угол |
наклона |
оси ротора |
гиромотора; |
||
у — угол |
изменения уровней |
жидкости |
в сосудах успокоителя; |
||
f — коэффициент затухания |
колебаний |
гиросферы; |
|||
t — время |
колебаний. |
|
|
||
2. Время |
т, |
необходимое для |
приемлемого двукратного умень |
||
шения разности уровней жидкости в сосудах жидкостного успо
коителя, находится из приведенного выше закона, |
переписанно |
||||
го так: |
|
|
|
|
|
- L p |
= |
|
|
p e - , |
|
где |
|
|
|
|
|
р = |
е |
- |
у |
; |
|
f T = |
/n2. |
|
|
|
|
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
ІП |
2 |
|
1ЛАЛ\ |
х = |
— |
. |
(444) |
||
Коэффициент затухания колебаний чувствительной гиросферы или, как его именуют в литературе по судовым гироскопическим навигационным приборам, фактор перетекания, зависящий'от кон струкции сосудов и свойств жидкости для гирокомпасов типа «Курс»
где |
г — радиус |
соединительной |
трубки; |
|
|||||
|
р — плотность |
жидкости; |
|
|
|
||||
|
g — ускорение |
силы |
тяжести; |
|
|
||||
|
S — площадь |
поперечного |
сечения |
соединительной трубки; |
|||||
|
т] — коэффициент вязкости |
жидкости; |
|
||||||
|
L — длина |
соединительной |
трубки; |
|
|||||
|
F — площадь поперечного |
сечения |
сосуда. |
||||||
Для |
гироскопа |
типа «Курс» г = 2 мм; р = 0,87; |
|||||||
|
|
|
S = |
|
0,785-0,33 ; |
||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
32,3; |
L = 30 см; F « |
27 см* |
||||
|
|
f |
2 |
|
|
S-32,3-30-27 |
= |
0,0015. |
|
|
|
|
а |
|
а |
|
|||
|
|
|
|
- 0,87 -9,81-0,785 -0,3 |
|
|
|||
Время успокоения
I 0,0015
Таково время полувыравнивания масла в сосудах успокоения.
.Момент, создаваемый весом избытка жидкости,
|
М у = с 0, |
(446) |
|
где с — удельный |
направляющий |
момент, приходящийся |
на еди |
ницу угла |
наклона 8 чувствительного элемента |
|
|
|
с = у |
F р /2 , |
(447) |
где / — расстояние между центрами тяжести поперечных сечений сосудов.
Для гирокомпаса «Курс-3»
с = 4070 г-см.
Выравнивание положения гиросферы в течение времени т про исходит под воздействием момента М у .
Морские гирокомпасы могут выдавать сигнал не только на релитеры курса, ио и на репитер направки пеленга антенны радио локационной станции.
Управление вращением приемно-излучающей системы станции производится с помощью дистанционного следящего привода, ра ботающего по схеме синхронной передачи, составленной из трех элементов: 1) датчика (дающего ключа), угловые перемещения вала которого дают в известном масштабе меру передаваемой ве-
личины; 2) принимающего механизма или двигателя, поворот вала которого воспроизводит в определенном масштабе передаваемую поворотом датчика величину; 3) линии связи между датчиком и принимающим механизмом.
Функции датчика выполняет простой коллекторный преобразо
ватель постоянного тока в переменный, приближающийся |
по виду |
к трехфазному с частотой, зависящей от угловой скорости |
враще |
ния ключа. |
|
Рис. 85
Упрощенная схема системы вращения показана на рис. 85. Принцип действия системы состоит в следующем. При повороте гидроакустиком коромысла 2 с подвижными щетками / и 9 на тре-' буемый угол положительное напряжение подается с кольца 4 на одно из двух полуколец 8 через колесо 7 и далее на правую или левую катушку реле 10 через кольца 5 или 6. После срабатыва ния реле ток поступает на якорную обмотку исполнительного элек тродвигателя 11, вращающего через конические шестерни 18 и две червячные передачи 16 и 17 приемно-излучающую систему.
С двигателем 11 механически связан дающий ключ 12 как дат чик синхронной передачи. Ключ вращает принимающий электро двигатель. В период покоя коромысла его.ось соединена через фрикционную муфту 20 с осью принимающего электродвигателя 19.
При изменении курса судна датчик гирокомпаса поворачивает вал электродвигателя 11, а вместе с тем и коромысла 2 на угол, образованный изменением курса. Осуществляется автоматическая стабилизация направления приемно-излучающей системы; сохра няется пеленг, заданный гидроакустиком.
Сельсины 13 и 15 через червячные передачи синхронно воздей-