Файл: Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.06.2024
Просмотров: 157
Скачиваний: 0
М.П.КОВАЛЕВ
ДИНАМИЧЕСКОЕ И СТАТИЧЕСКОЕ
УРАВНОВЕШИВАНИЕ
ГИРОСКОПИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ
* #
>
* *
л*
М. П. КОВАЛЕВ, С. П. МОРЖАКОВ, К. С. ТЕРЕХОВА
ДИНАМИЧЕСКОЕ И СТАТИЧЕСКОЕ
УРАВНОВЕШИВАНИЕ
ГИРОСКОПИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ
Издание третье, переработанное и дополненное
Москва
«МА Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е : 1974
К56
УДК 629.7.054.011.2
Ковалев М. П., Моржаков С. П., Терехова К. С. Динамическое
истатическое уравновешивание гироскопических устройств. М., «Ма шиностроение», 1974, 252 с.
Вкниге изложена современная теория и технология статического
идинамического уравновешивания роторов и других узлов гироско пических устройств. Рассмотрено влияние качества опор вращения и других элементов гироскопических устройств на их точность и надеж ность.
Третье издание книги (2-е нзд. 1965 г.) существенно переработано и дополнено новыми материалами. Изложены результаты исследова ния зависимости дрейфа гироскопа от неперпеидикулярности осей карданова подвеса, динамической неуравновешенности внутреннего кольца подвеса и динамической неуравновешенности деталей и узлов гироскопических устройств.
В настоящем издании впервые излагается теория расчета жест* костных характеристик опор вращения и их влияние на работу гиро скопических устройств. Рассмотрены системы различных современ ных балансировочных машин и даны рекомендации по их расчету и использованию. Изложены основные пути автоматизации процесса уравновешивания роторов гироскопов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников машино- и приборостроительных предприятий, проектно-конструктор ских н исследовательских организаций и может быть полезна препо давателям и студентам высших и средних специальных учебных за
ведений.
Табл. 5, ил. 159, список лит. 56 пазв.
_4 ± .
Рецензент д-р техн. наук С. А. Майоров
31305—000
К038(01)—74
© Издательство «Машиностроение», 1974 г.
П Р Е Д И С Л О В И Е
Повышение точности современных гироскопических приборов " такими известными ранее способами, как увеличение кинетичес кого момента и снижение моментов трения ,в опорах, не обеспе чивает требуемых характеристик. Основная проблема сейчас — борьба с помехами, ограничивающими дальнейшее увеличе ние чувствительности и точности гироскопических приборов. Ре шение этой проблемы может быть достигнуто путем устранения причин, вызывающих нестабильность момента, действующего вокруг выходной оси прибора.
Среди возмущающих воздействий, вызывающих эту неста бильность, особое место занимает вибрация. Действие вибрации не ограничивается только снижением точности работы гироско пических приборов. В условиях вибрации создаются дополни тельные динамические нагрузки на детали, материал конструк ций подвергается усталостным напряжениям, что может явить ся причиной поломок и неисправностей.
У гироскопических приборов вибрация ускоряет износ под шипников и приводит к появлению зазоров, а гироскопический прибор с зазорами в подшипниках не может выполнять своей роли в системе управления. Влияние вибрации особенно велико при совпадении частоты вынуждающей силы с частотой нута ции гироприбора. В этом случае уходы гироприборов особенно велики.
На вибрационное перемещение деталей затрачивается допол нительная энергия. Наиболее эффективным 'методом борьбы с вибрацией является уменьшение сил, возбуждающих ее.
Настоящая книга посвящена уравновешиванию роторов и узлов гироскопических приборов. В третьем издании значитель ное внимание' уделено изложению теории расчета уходов гиро приборов в зависимости от динамической неуравновешенности узлов вращения, и жесткостных характеристик опор. В нем изло жены теоретические положения, методы уравновешивания сфе рических роторов и принципы построения балансировочных ма шин.
Стремление к увеличению чувствительности и точности изме рительных устройств балансировочных машин привело к разра ботке новых датчиков перемещения емкостного типа, что также нашло отражение в книге.
3
Первая и вторая главы посвящены анализу основных харак теристик элементов гироскопов, исследованию зависимости точности гироскопических устройств от качества сборки карданова узла, влияния внешних моментов и перекосов осей ротора и подвеса, упругих элементов и вибраций на дрейф гироскопа. Рассмотрено влияние статической и динамической неурав новешенности деталей и узлов на работу гироскопических уст ройств.
Третья глава посвящена исследованию зависимости точно сти уравновешивания роторов и гироскопических узлов от каче ства опор вращения.
В четвертой главе изложена теория расчета жесткости и равножесткости опор вращения и влияние жесткостных характе ристик на работу гироскопических устройств.
Пятая глава посвящена основам теории динамического урав новешивания роторов гироскопов, в ней рассмотрены различные механические системы балансировочных машин и даны рекомен дации по их расчету и применению.
Глава шестая посвящена измерительным устройствам совре менных балансировочных машин. В ней рассмотрены измеритель ные схемы с резонансными и полосовыми усилителями на тран зисторах, а также схемы, использующие избирательные свой ства электродинамических приборов и фазовых различителен
В главе седьмой рассмотрены основные пути автоматизации процесса уравновешивания роторов гироскопов.
В восьмой главе рассмотрено уравновешивание шаровых роторов. Даны способы уравновешивания, а также описаны бло ки измерительных устройств.
В девятой главе даны методы расчета начальной и допусти мой неуравновешенности роторов гиромоторов в зависимости от их конструктивных параметров.
Десятая глава посвящена вопросам, связанным с применяе мыми методами статического уравновешивания гироскопов.
Описаны схемы стендов для контроля дрейфа гироскопов, |
в |
том числе поплавковых гироскопов. |
не |
В десятой главе рассмотрено влияние составляющих |
уравновешенности ротора на дрейф двухстепенных и трехсте пенных гироскопов. Приведены формулы и даны примеры рас чета дрейфа гироскопов и гироинерциальных систем из-за не уравновешенности роторов гиродвигателей.
Главы I—IV написаны д-ром техн. наук М. П. Ковалевым, главы IV—VIII — канд. техн. наук С. П. Моржаковым, главы V, IX—X — инж. К. С. Тереховой.
Гл а в а I.
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Точное выдерживание заданной траектории полета современ ных летательных аппаратов любого назначения обеспечивается системами автоматики в управлении и стабилизации. В систе мах стабилизации и навигации летательных аппаратов особое место принадлежит гироскопическим устройствам, к которым предъявляются весьма высокие требования, вытекающие из спе цифики их эксплуатации. Самые высокие требования предъяв ляются к гироскопическим прибора'м инерциальной системы навигации. Основным из этих требований является высокая точ ность, так как инерциальная система, будучи автономной, долж на надежно работать при любых условиях, быть нечувствитель ной к внешним помехам.
Указанные требования обеспечиваются рациональным выбо ром принципиальной схемы гироскопического устройства, его конструкцией, а также технологией изготовления роторов гиро двигателей, гироузлов, кардановых подвесов, опор вращения и сборки гироскопических устройств в целом.
1.1. РОТОРЫ ГИРОДВИГАТЕЛЕИ
Основным элементом современных гироскопических уст ройств, использующих стабилизирующие свойства быстро вра щающегося тела (ротора), является гиродвигатель.
Совершая собственное вращение с большой угловой ско ростью, ротор гиродвигателя создает кинетический момент, не обходимый для сохранения неизменным положения главной оси гироскопа в инерциальном пространстве [6, 21, 33].
RoTop гиродвигателя должен иметь наибольший момент инерции при наименьших габаритах, постоянное положение центра тяжести, высокую надежность в эксплуатации.
Для уменьшения угловой скорости систематического ухода (дрейфа) гироскопа при проектировании, и изготовлении рото ров гироскопических устройств необходимо добиваться макси мальной точности их динамического уравновешивания, т. е. как
5
можно точнее совмещать ось собственного вращения ротора с главной центральной осью инерции последнего.
Точность гироскопических устройств зависит также от кон струкции ротора гнродвигателя и его жесткостных характери стик. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы сила тяже сти ротора, отношение силы тяжести к кинематическому момен ту H = JQ гироскопа, а также разность жесткостей ротора в осевом и радиальном направлениях имели бы как можно мень шие значения. При этом конструкция ротора должна обладать максимально возможными величинами жесткостей как в осевом, так и в радиальном направлениях.
Наиболее рациональной формой обода ротора гнродвигате ля является форма полого цилиндра, которая позволяет обеспе чить лучшие соотношения между основными конструктивными параметрами и тем самым получить более точные гироскопиче ские устройства [2, 33].
Обод ротора должен быть изготовлен из однородного проч ного металла наибольшей удельной плотностью. Как правило, обод роторов гироскопов изготавливают из латуни, стали, брон зы и специальных тяжелых сплавов.
1.2.ГИРОДВИГАТЕЛИ И ГИРОУЗЛЫ
Всовременных гироскопических устройствах применяются электрические гиродвигатели переменного и постоянного тока, которые являются двигателями обращенного типа [2, 11, 33].
Некоторые технические характеристики основных типов ги
родвигателей приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Технические характеристики основных типов гнродвигателей
Тип гиро- |
Материал |
|
обода |
||
двигател я |
||
ротора |
||
|
Режим питания |
|
|
cL, |
Наружный диаметр, м |
|
напряже ние, В |
частота, Гц |
Кинети ческий момент, Н • м • с |
Угловая скорость, рад/с |
Полярный момент ин' цнн, Н-м-с |
ГМА-4 |
Латунь |
36 |
. 400 |
39,2-Ю-з |
2251 |
1,72-10-4 |
5,5-10-2 |
|
ЛС59-1 |
36 |
400 |
39,2-Ю-з |
2291 |
1,72-10-4 |
5,5-10-2 |
ГМА-4М Латунь |
|||||||
|
ЛС59-1 |
36 |
400 |
39,2-Ю-з |
2251 |
1,68-Ю -і |
5,6-10-2 |
СГМ-4 |
Сталь |
||||||
|
4X13 |
36 |
400 |
4,9-10-з |
2251 |
2,08-10-5 |
3,7-10-2 |
ГМА-05 |
Сталь |
||||||
|
4X13 |
36 |
400 |
1,96-Ю-з |
2251 |
0.8 --10 -5 |
3,2-10-2 |
ГМА-02 |
Сталь 20 |
||||||
ГМС-01 |
Латунь |
36 |
400 |
0,98- Ю-з |
2512 |
0.4--10-5 |
2,7-10-2 |
|
ЛС59-1 |
|
|
|
|
|
|
Наиболее широкое распространение получили гиродвигате ли переменного тока, представляющие собой трехфазный двух-
б
полюсный асинхронный электродвигатель, ротор которого с ко роткозамкнутой обмоткой и является ротором гироскопа, а ста тор с трехфазной обмоткой располагается внутри ротора
(рис. 1.1).
Асинхронный гиродвигатель, помещенный в корпус (кожух) с.деталями, называется гпроузлом (рис. 1.2).
Гпроузел |
с |
гиродвигате |
|
|
|||
лем постоянного тока (рис. |
|
|
|||||
1.3) состоит из узла корпу |
|
|
|||||
са 1, узла крышки 2, узла |
|
|
|||||
ротора 3, узла статора 5, |
|
|
|||||
подшипников ротора 4 и 'б и |
|
|
|||||
других деталей. |
|
|
|
|
|||
На рис. 1.4 представлен |
|
|
|||||
узел |
ротора |
гиродвигателя |
|
|
|||
постоянного тока. |
|
|
|
||||
Основным требованием к |
|
|
|||||
гироузлам является высокая |
|
|
|||||
точность |
статического урав |
|
|
||||
новешивания |
|
относительно |
|
|
|||
оси |
вращения |
внутренней |
|
|
|||
рамки [2, |
15, |
32]. |
внешний |
|
|
||
Известно, |
что |
|
|
||||
момент М от статической не |
|
|
|||||
уравновешенности |
гироузла, |
|
|
||||
действуя |
на |
гироскоп отно |
Рис. 1.1. |
Гиродвнгатель переменного |
|||
сительно оси вращения внут |
|
тока: |
|||||
ренней |
рамки |
|
карданова |
/ — обод ротора; 2 — статор; 3 — подшипни |
|||
|
ки; ‘1 — ось |
(оал) статора; 5 — обойма под |
|||||
подвеса, |
будет |
вынуждать |
|
шипника |
ось гироскопа поворачивать
ся (прецессировать) вокруг оси вращения наружной рамки под веса.
При этом для возникновения прецессии гироскопа необходи мо, чтобы абсолютная величина внешнего момента от статиче ской неуравновешенности гироузла была больше момента тре ния в подшипниках внутренней рамки карданова подвеса.
Весьма существенное влияние на работу гироскопических устройств оказывают правильность установки подшипников в номинально соосных опорах внутренней рамки гироузла, момент трения и величина зазоров в опорах.
Несоосность парных подшипников в опорах внутреннего кольца гироузла, приводит к перекосу осей внутреннего и на ружного колец шарикоподшипников, к увеличению момента трения и более интенсивному износу внутренних поверхностей колец и шариков.
Увеличение момента трения и зазоров в опорах внутренней рамки карданова подвеса выше нормы, установленной техниче скими условиями, может привести к снижению точности работы гироскопических устройств.
7