УПРУГИЙ КАРДАНОВЫЙ ПОДВЕС ГИРОСКОПА Российский патент 1997 года по МПК G01C19/16 

Изобретение относится к области гироскопической техники и предназначено для использования в динамически настраиваемых гироскопах.

В современных динамически настраиваемых гироскопах [1] обязательной составной частью которых является упругий кардановый подвес, защита опор которого от возможных перенапряжений предусмотрена только при наклонах ротора гироскопа по отношению к приводному валу и достигается с помощью установки на приводном валу дискового упора, ограничивающего углы наклона ротора. При иных же относительных перемещениях приводного вала и ротора, а именно при поступательных перемещениях и развороте вокруг главной оси гироскопа, деформация опор подвеса, по существу, не ограничена, что делает вероятным повреждение их как во время сборки, так и при эксплуатации прибора, что снижает его надежность.

Известен также кардановый подвес гироскопа [2] содержащий выполненные за одно целое из цилиндрической заготовки приводной вал, ротор, две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановые рамки с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, расположенным в плоскости, ортогональной оси вращения приводного вала и ротора при их взаимном совмещении. Относительный разворот приводного вала и ротора вокруг осей подвеса ограничен небольшими углами за счет наличия на боковых поверхностях кардановых рамок, в местах их перекрещивания, обращенных друг к другу выступов-упоров.

Очевидно, гироскоп с таким кардановым подвесом будет также недостаточно надежен, поскольку упругие опоры подвеса не защищены от возможных перенапряжений при относительных поступательных перемещениях и развороте вокруг главной оси приводного вала и ротора.

Данное изобретение позволяет повысить надежность гироскопа за счет ограничения на безопасном уровне возможных деформаций упругих опор подвеса при произвольных относительных угловых и поступательных смещениях приводного вала и ротора.

Это достигается за счет того, что в упругом кардановом подвесе, содержащем выполненные за одно целое приводной вал, ротор, одну или две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановую рамку (или рамки) с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, на приводном валу выполнены четыре спицы, оси которых лежат в плоскости осей подвеса и ориентированы по отношению к ним под углами, кратными 45^o, на концах спиц установлены кольцевые цилиндрические насадки, а в кардановой рамке (или рамках) и роторе выполнены отверстия, оси которых совпадают с осями спиц, если совмещены оси вращения приводного вала и ротора, при этом каждая спица свободно проходит через отверстия в кардановой рамке (или рамках), а боковые поверхности отверстий в роторе и насадок спиц приводного вала отделены друг от друга кольцевым зазором, ограничивающим поступательные и угловые относительные смещения приводного вала и ротора, при этом величина зазора выбирается из условия непревышения максимально возможными напряжениями в упругих опорах предела упругости материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 дана упрощенная конструктивная схема однорамочного варианта предлагаемого подвеса;
на фиг. 2 схема двухрамочного подвеса;
на фиг. 3 пример выполнения двухрамочного подвеса (вид с торца);
на фиг. 4 вид на боковую поверхность подвеса со стороны одной из упругих опор;
на фиг. 5 сечение подвеса в плоскости Б-Б (фиг. 3).

Упругий кардановый подвес гироскопа содержит одну кардановую рамку 1 (фиг. 1) или две 1 и 2 (фиг. 2), которые располагаются между ротором 3, предназначенным для закрепления на нем маховика гироскопа, и приводным валом 4, служащим для соединения с валом приводного двигателя. Кардановая рамка 1 по оси X соединена парой упругих опор 5 с ротором 3, а по оси Y с помощью другой пары опор 6 с приводным валом 4. Кардановая рамка 2 развернута в плоскости рисунка относительно рамки 1 на угол 90^o и соединена по оси Y парой упругих опор 7 с ротором 3, а по оси X парой опор 8 с приводным валом 4. На приводном валу имеются четыре спицы 9, оси которых, как и оси X, Y подвеса, лежат в плоскости рисунка, повернуты по отношению к ним на углы кратные 45 и пересекаются в геометрическом центре подвеса О. Каждая из спиц 9 вала свободно (с большим зазором) проходит через отверстия 10 в кардановых рамках и заканчивается в отверстиях 11 ротора 3, образуя своей боковой цилиндрической поверхностью и боковой поверхностью отверстий 11 малый равномерный кольцевой зазор Δ в том случае, когда рамки подвеса не наклонены относительно осей X и Y и, следовательно, оси вращения приводного вала и ротора, проходящие через центр подвеса, совпадают.

Ротор 3 двухрамочного подвеса (фиг. 3) отделен от кардановых рамок 1, 2 замкнутым пазом 12 a₁b₁c₁d₁a₂b₂c₂d₂ a₃b₃c₃d₃a₄b₄c₄d₄ и восемью пазами 13 b₁l₁, a₁k₁, b₂l₂, a₂k₂, b₃l₃, a₃k₃, b₄l₄, a₄k₄. Паз 12 насквозь прорезает тело детали на участках b₁c₁, d₁a₂, b₂c₂, d₂a₃, b₃c₃, d₃a₄, b₄c₄, d₄a₁; на участках c₁d₁, c₂d₂, c₃d₃, c₄d₄ он, начинаясь с обоих торцев, выходит в кольцевые отверстия, ограниченные с одной стороны цилиндрической поверхностью отверстий 10, а с другой стороны - боковой цилиндрической поверхностью спиц 9.

Участки a₁b₁, a₂b₃, a₃ b₃, a₄b₄ паза 12 в совокупности с пазами 13 и четырьмя парами расточенных со стороны полуосей X и Y цилиндрических отверстий 14 (фиг. 4), между которыми оставлены тонкие перемычки 15, образуют четыре упругие опоры, которыми кардановые рамки 1 и 2 соединяются с ротором 3. Глубина h участков a₂b₂ и a₄b₄ пазов 12, открытых с лицевой стороны подвеса (по фиг. 3), показана на фиг. 4, на такую же глубину выполнены участки a₁b₁ и a₃b₃, но с тыльной стороны подвеса. Половина из пазов 13, а именно пазы a₁k₁, b₁l₁, a₃k₃, b₃l₃, начинается с лицевой стороны подвеса и выходит в отверстия 14, другая половина a₂k₂, b₂l₂, a₄k₄, b₄l₄ начинается с тыльной стороны и также выходит в отверстия 14.

Приводной вал 4 отделяется от кардановых рамок 1 и 2 круговым пазом 16 переменной глубины (фиг. 3) и восемью пазами 17 e₁k₁, l₁f₁, e₂k₂, l₂f₂, e₃k₃, l₃f₃, e₄k₄, l₄f₄. Паз 16 сквозной на участках f₁g₁, h₁e₂, f₂g₂, h₂e₃, f₃g₃, h₃e₄, f₄g₄, h₄e₁; его участки g₁h₁, g₂h₂, g₃h₄ выполнены аналогично участкам c₁d₁, c₂d₂, c₃d₃, c₄d₄, а участки e f, e f, e f, e f участками a b, a b, a b, a b паза 12. Участки e₁f₁, e₂f₂, e₃f₃, e₄f₄ паза 16 в совокупности с пазами 17, которые выполнены аналогично пазам 13, и отверстиями 14 образуют четыре упругие опоры, которыми кольца 1 и 2 соединены с приводным валом.

Продольные оси перемычек 15 упругих опор в целях обеспечения равножесткости подвеса в осевом и радиальном направлениях выполнены наклоненными под некоторым углом v к оси вращения Z (фиг. 5). Рамки 1 и 2 разделены друг от друга четырьмя круговыми сквозными пазами 18 - n₁m₂, n₂m₃, n₃m₄, n₄m₁.

В теле кардановых рамок 1 и 2 имеются резьбовые отверстия 19 для регулировочных винтов, с помощью которых может производиться балансировка рамок и изменение их моментов инерции.

Спицы 9 выполнены заодно с приводным валом (фиг. 3) и снабжены кольцевыми цилиндрическими насадками 20, боковая поверхность которых отделена от боковой поверхности отверстий 11 ротора малыми кольцевыми зазорами D
Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Приводной вал, как ведущее звено подвеса, жестко соединяется с валом приводного двигателя, а ротор 3 (ведомое звено) с маховиком гироскопа. При передаче вращающегося момента от двигателя к маховику, наклонах оси маховика по отношению к оси двигателя, под действием веса маховика, а на движущемся основании также под действием сил инерции переносного движения, перемычки 15 упругих опор 5, 6, 7, 8 подвеса испытывают нагрузки и, будучи податливыми, деформируются. Благодаря наличию на приводном валу 4 подвеса спиц 9, которые свободно (с зазором не менее нескольких десятков долей мм) расположены в отверстиях 10 кардановых рамок, а в отверстиях 11 ротора 4 с малым зазором D (порядка нескольких сотых долей мм), возможные перемещения маховика гироскопа относительно вала приводного двигателя, а следовательно, деформации перемычек ограничиваются, когда боковые поверхности насадок (20) спиц вала и отверстий (11) ротора входят в соприкосновение. Так угол взаимного разворота маховика и вала вокруг их оси вращения не может превышать величины D/R где R расстояние от центра подвеса до точки контакта спиц со стенками отверстий 11; углы наклона маховика по отношению к оси вала ограничены величиной поступательные перемещения маховика вала в осевом направлении не превосходят величины Δ а в радиальном
Указанные выше величины предельных углов разворота и поступательных перемещений маховика и вала по отношению друг к другу справедливы, если изгибная жесткость спицы значительно превышает изгибные жесткости упругой опоры в направлениях осей X, Y, Z подвеса. В противном случае выбор величины зазора должен производиться с учетом изгибной жесткости спиц.

Для того чтобы не допустить появления остаточных деформаций в перемычках, необходимо выбрать величину зазора исходя из прочности перемычек, т.е. при выполнении условия, что напряжения в них при вышеуказанных относительных перемещениях маховика и вала не превосходят предела упругости материала подвеса. В этом случае обеспечивается надежная работа гироскопа, что и является достоинством изобретения.

Использование: в области гироскопической техники в динамически настраиваемых гироскопах. Сущность изобретения: упругий кардановый подвес гироскопа содержит выполненные за одно целое приводной вал, ротор, одну или две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановую рамку (или рамки) с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, на приводном валу выполнены четыре спицы, оси которых лежат в плоскости осей подвеса и ориентированы по отношению к ним под углами, кратными 45^o, на концах спиц установлены кольцевые цилиндрические насадки, а в кардановой рамке (или рамках) и роторе выполнены отверстия, оси которых совпадают с осями спиц, если совмещены оси вращения приводного вала и ротора, при этом каждая спица свободно проходит через отверстия в кардановой рамке (или рамках), а боковые поверхности отверстий в роторе и насадок спиц приводного вала отделены друг от друга кольцевым зазором, ограничивающим поступательные и угловые относительные смещения приводного вала и ротора, при этом величина зазора выбирается из условия непревышения максимально возможными напряжениями в упругих опорах предела упругости материала. 5 ил.

Упругий кардановый подвес гироскопа, содержащий выполненные за одно целое приводной вал, ротор, одну или две кардановые рамки и упругие опоры, которые связывают кардановую рамку (или рамки) с приводным валом и ротором по двум взаимно перпендикулярным осям, отличающийся тем, что на приводном валу выполнены четыре спицы, оси которых лежат в плоскости осей подвеса и ориентированы по отношению к ним под углами, кратными 45^o, на концах спиц установлены кольцевые цилиндрические насадки, а в кардановой рамке (или рамках) и роторе выполнены отверстия, оси которых совпадают с осями спиц, если совмещены оси вращения приводного вала и ротора, при этом каждая спица свободно проходит через отверстия в кардановой рамке (или рамках), а боковые поверхности отверстий в роторе и насадок спиц приводного вала отделены друг от друга кольцевым зазором, ограничивающим поступательные и угловые относительные смещения приводного вала и ротора, при этом величина зазора выбирается из условия непревышения максимально возможными напряжениями в упругих опорах предела упругости материала.