Файл: Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств.pdf

Однако после уравновешивания ротора в гироузле сохраня­ ются колебания, отличающиеся от устраненных частей фазой и амплитудой (высшие гармоники). Эти колебания, источниками которых являются конструктивные дефекты и технологические погрешности опор ротора, могут быть обнаружены и частично устранены при корректировании процессов сборки опор.

Большинство колебаний, вызванных дефектами подшипников, можно устранить только сменой подшипников.

При правильном уравновешивании можно добиться, что ди­ намические реакции, возникающие в роторах с гибкими связями, будут отсутствовать. Для этого уравновешивание надо произво­ дить при рабочей угловой скорости ротора. Если же уравновеши­ вание будет производиться при критической угловой скорости, то динамические реакции обнаружатся при эксплуатации гиро­ скопов.

Дефекты, вызывающие динамические реакции и создающие колебания высших гармоник, могут быть обнаружены в собран­ ном узле, но не могут быть устранены в процессе изготовления. Обнаруживаются эти колебания благодаря тому, что их частоты находятся в верхних пределах слышимости (2000—3000 Гц). Эти неучтенные динамические реакции могут быть обнаружены лишь при испытании гпроузла и при эксплуатации. Колебания гиро­ узла, связанные с этими реакциями, могут быть частично устра­ нены за счет повышения качества сборки гироузла и смазки под­ шипников.

Динамические реакции вследствие погрешностей в опорах об­ наруживаются в процессе сборки и частично устраняются дина­ мическим уравновешиванием.

Некоторые методы и средства, применяемые для контроля ос­ новных характеристик опор гироскопических устройств, не явля­ ются еще совершенными. Для объективной оценки качества опор необходимо пользоваться специальными контрольными прибора­ ми. Для этого может быть использована обычная сейсмическая упругая система, применяемая в балансировочных машинах с наблюдением по осциллографу. Чувствительные датчики подклю­ чают к электронному усилителю либо непосредственно к катод­ ному осциллографу. При этом необходим частотомер для анали­ за колебаний гироузла.

При установке ротора и подшипников в гирокамеру может произойти сдвиг фаз биения опор. Чтобы избежать этого, при сборке гироузла сохраняют то же положение и ту же затяжку подшипников, что и при уравновешивании.

Тогда динамические реакции опор не возникают и на экране осциллографа колебания с частотой, равной частоте вращения ротора, не появляются.

Если же при установке ротора положение подшипников не будет сохранено, то уравновешивание следует производить в собранном узле.

46

Биение подшипников вследствие эллиптичности колец обнару­ живается на экране осциллографа в виде синусоидальной кривой. Устранить это биение можно только заменой колец или подшип­ ников.

Если торцевое биение рабочих канавок одного подшипника сдвинуто по фазе относительно торцевого биения канавок друго­ го подшипника, то в оси ротора возникнут продольные динамиче­ ские напряжения. В этом случае на экране оциллографа появит­ ся искаженная синусоидальная кривая.

Указанный дефект может быть устранен лишь сменой подшип­ ников. Зажим или перекос подшипников вследствие их непра­ вильной установки в гирокамеру обнаруживается так же, как и торцевое биение канавок.

3.5. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР

Повышение точности, надежности и долговечности шарико­ подшипниковых опор гироскопических устройств осуществляется главным образом путем совершенствования конструкции, повы­ шения точности геометрических размеров деталей, улучшения ка­ чества сборки, применения новых материалов и высококачествен­ ных смазок, обеспечением объективного жесткого контроля.

Конструктивно шарикоподшипники карданова подвеса выпол­ няются из трех колец. Такие подшипники обладают высокой чув­ ствительностью. При этом поверхность среднего кольца может не иметь желоба, благодаря чему уменьшается трение и обеспечи­ вается температурная компенсация.

В ряде конструкций в опорах стремятся уменьшить число де­ талей. Применяются опоры совмещенного типа с подшипниками без внутреннего кольца. Благодаря этому упрощается конструк­ ция опорного узла, уменьшается количество сопряженных дета­ лей, а следовательно, и суммарная погрешность при сборке опо­ ры, повышается жесткость и точность, уменьшаются габариты.

Имеет место тенденция создания шарикоподшипников с разъ­ емными кольцами. Это, как правило, уменьшает размеры опорно­ го узла, облегчает и улучшает качество монтажа подшипников.

Для увеличения объема смазки, лучшего ее направления, рас­ пределения и циркуляции, все большее применение получают под­ шипники с циркулирующей смазкой, на внутренних поверхностях колец и на сепараторе делают кольцевые проточки.

Перспективным является применение сухих смазок и самосма­ зывающихся подшипников [18, 39].

Для уменьшения сил трения в опорах гироскопов в последние годы начали применять вибрирующие и пульсирующие опоры или подшипники карданова подвеса, у которых наружные кольца принудительно вращаются. При этом направление вращения пе­ риодически изменяется [15, 18].

47

Г л а в а IV.

ж е с т к о с т ь ш а р и к о п о д ш и п н и к о в ы х

ОПОР ГИРОСКОПОВ

На точность современных гироскопов влияет не только точ­ ность размеров и форм вращающихся деталей опор, но и упругие смещения, вызываемые внешней нагрузкой. Эти смещения могут быть вызваны деформациями в местах контакта шариков с.до­ рожками качения колец, прогибом свободно (без натяга^ поса­ женных колец, деформациями деталей, сопряженных с подшип­ никами, смятием микронеровностей и др.

Влияние большинства перечисленных факторов на относитель­ ное смещение колец подшипников учесть не представляется воз­ можным. Точность вращения ротора зависит не только от степени точности деталей опор, подчиняющейся, как правило, нормально­ му распределению, но также от относительного положения по­ грешностей у сопряженных неподвижных деталей. Поэтому при расчете жесткости приборных подшипников исходят из следую­ щих допущений:

1 ) .кольца, шарики, а также цапфы и отверстия имеют пра­

вильную геометрическую форму; 2 ) кольца и сопряженные с ними детали, а также шарики яв­

ляются абсолютно твердыми телами; 3) упругие деформации имеют место лишь в местах контакта

шариков с дорожками качения колец; изгиб колец и смятие по­ садочных поверхностей не принимаются во внимание.

В дальнейшем будем определять жесткость гироскопических подшипников при радиальной, осевой или комбинированной на­ грузке с учетом указанных допущений.

4.1. УПРУГИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИБОРНЫХ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ. ЖЕСТКОСТЬ РАДИАЛЬНОГО ШАРИКОПОДШИПНИКА

Под упругой деформацией шарикоподшипника подразуме­ вается перемещение одного кольца подшипника относительно другого под действием внешней нагрузки. При этом перемещения в пределах внутренних зазоров не учитываются, хотя эти зазоры

49

оказывают влияние на распределение внешней нагрузки между телами качения и, следовательно, на величину относительных смещений колец.

Даже при принятых выше допущениях установить связь меж­ ду внешней нагрузкой и упругими смещениями является нелег­ кой задачей. Объясняется это тем, что шарикоподшипник, содер­ жащий большое число тел качения, представляет собою многократно статически не­

определимую систему. Впервые задача о рас­

пределении внешней нагруз­ ки между телами качения в радиальном шарикоподшип­ нике решена Р. Штрибеком, который рассмотрел случай, когда внутренний радиаль­ ный зазор в подшипнике ра­ вен нулю, а комплект шари­ ков расположен таким обра­ зом, что один из них в на­ груженной зоне находится на липни действия внешней радиальной нагрузки. Позд­ нее другие ученые распро­ странили указанное решение на случай произвольного по­ ложения комплекта шари­ ков. В рассматриваемой за­ даче внешняя радиальная

нагрузка К будет восприниматься лишь шариками, расположен­ ными ниже горизонтальной оси подшипника, тогда как шарики, расположенные выше этой оси, будут ненагруженными.

Пусть Рі — нагрузка на і-й шарик, расположенный в ненагру­

шариками, а 2 — общее число шариков в рассматриваемом под­

шипнике (рис. 4.1).

Условие равновесия подшипника в проекциях на направление

50