СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР РОТОРА ПОРОХОВОГО ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ПРИБОРА И ПОРОХОВОЙ ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ПРИБОР Российский патент 2001 года по МПК G01C19/12 

Изобретение относится к гироскопическим приборам и может быть использовано при разработке гироскопических приборов для управляемых реактивных снарядов.

В конструкциях современных управляемых реактивных снарядов нашли широкое применение гироскопические приборы, ротор которых разгоняют истекающими пороховыми газами через выполненные в нем тангенциальные сопла. При этом ротор гироскопа устанавливают в кардановом подвесе на подшипниковых опорах. К одним из недостатков гироскопов такой конструкции можно отнести увеличение трения в осях из-за адсорбирования на подшипниках твердых несгоревших частиц порохового заряда, что приводит к снижению точности работы прибора.

Известен способ защиты подшипниковых опор ротора порохового гироскопического прибора и гироскоп для его осуществления [1]. Гироскоп содержит ротор, состоящий из двух свинчивающихся полых частей, в котором размещены пороховой заряд и электровоспламенитель. Ротор подвешен в кардановом подвесе на подшипниковых опорах.

Особенностью способа является применение на осях ротора подшипников скольжения, выполненных из пластмассы и не требующих защиты от несгоревших частиц порохового заряда. В то же время в процессе горения порохового заряда внутри ротора развивается высокое давление (порядка 500 кг/см²), приводящее к осевому расширению в пределах упругих деформаций деталей ротора, которое передается на подшипниковую опору. Помимо этого, в интервале рабочих температур (±50^oC) возникают осевые температурные деформации деталей ротора и карданова подвеса. Эти факторы могут привести к "зажиму" подшипников в опоре, повышению момента трения и уменьшению времени вращения ротора.

Известен способ защиты подшипниковых опор ротора гироскопического прибора от заклинивания во время его разгона пороховыми газами и устройство для его осуществления [2], наиболее близкие к решаемой технической задаче.

Гироскопический прибор размещен внутри корпуса. Ротор, с размещенными внутри пороховым зарядом и электровоспламенителем, выполнен цилиндрическим с тангенциальными соплами и подвешен в кардановом подвесе на подшипниковых опорах, соединенных с внутренней рамкой подвеса при помощи резьбовых втулок. Наружная рамка подвеса закреплена в корпусе гироскопа также в подшипниковых опорах.

Способ защиты подшипниковых опор ротора основан на разгрузке подшипниковых опор за счет установки осевого люфта в этих опорах при помощи резьбовых втулок. Недостатком данного способа является неопределенная величина осевого люфта, что может привести к нежелательным явлениям, так как при недостаточном люфте может произойти заклинивание ротора в подшипниковой опоре, а слишком большой люфт может явиться причиной возникновения динамического дебаланса, снижающего точность прибора и его полезное время работы.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение времени работы гироскопического прибора путем уменьшения трения в подшипниковых опорах.

Для этого в известном способе защиты подшипниковых опор ротора порохового гироскопического прибора в кардановом подвесе от заклинивания во время его разгона пороховыми газами, заключающемся в разгрузке подшипниковых опор путем установки осевого люфта в опорах, предварительно при сборке прибора устанавливают люфт, требуемый для обеспечения необходимого времени выбега ротора при нормальных температурных условиях, увеличивают его на величину разности осевых температурных деформаций деталей внутренней рамки карданова подвеса и ротора в интервале рабочих температур (±50^oC), а на время разгона ротора давлением истекающих из ротора пороховых газов дополнительно увеличивают люфт в подшипниковых опорах на величину, определяемую зависимостью δ = (1,1. ..1,2) Δ p, где Δ p - величина упругой осевой деформации ротора при нагружении его внутренним давлением пороховых газов.

На фиг. 1 показан общий вид порохового гироскопического прибора для реализации предлагаемого способа в разрезе; на фиг. 2 - вид по стрелке А; на фиг. 3 - фрагмент I на фиг. 1.

Гироскопический прибор содержит корпус 1, цилиндрический ротор 2 с пороховым зарядом 3, пиротехническим воспламенителем 4 и соплами 5. Ротор установлен на оси 6 во внутренней 7 и наружной 8 рамках карданова подвеса с подшипниковыми опорами 9, связанного с датчиком координат 10. Внутренняя рамка выполнена с упругими пластмассовыми крышками 11 и стальным кольцом 12 с радиальными окнами 13, расположенными в плоскости сопл. Внутренняя рамка расположена эквидистантно наружной поверхности ротора, образуя с ней замкнутую полость 14. В упругих крышках 11 перпендикулярно боковой поверхности 15 ротора выполнены дроссельные отверстия 16 и равномерно расположены на равноудаленном расстоянии от оси ротора. По оси ротора упругие крышки армированы фланцами 17, к которым винтами 18 прикреплены упорные кольца 19.

Упругие крышки 11 выполнены из пластмассы с целью адсорбирования на их поверхностях твердых частиц продуктов сгорания пороха и исключения попадания их в подшипники. Кольцо 12 выполнено из стали для исключения его "вымывания" струями горячего газа, выходящего из сопл ротора через окна в кольце.

Предлагаемый способ защиты подшипниковых опор ротора порохового гироскопического прибора реализуется следующим образом.

При сборке гироскопа с помощью упорных колец 19 и винтов 18 устанавливают величину люфта, предварительно определенную теоретически или экспериментально, исходя из того, что люфт Δ o, выставляемый для необходимого выбега ротора в нормальных климатических условиях, увеличивают на величину Δ т разности осевых температурных деформаций деталей внутренней рамки карданова подвеса и ротора в интервале рабочих температур (см. фиг. 3). Затем в процессе работы прибора на время разгона ротора давлением истекающих из ротора пороховых газов дополнительно увеличивают люфт на величину δ, которая автоматически обеспечивается конструкцией прибора.

Пороховой гироскопический прибор для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом. При подаче тока поджигается пиротехнический электровоспламенитель 4, газами которого воспламеняется пороховой заряд 3. За счет реактивной силы, возникающей при истечении пороховых газов через сопла 5, ротор 2 начинает набирать обороты, при этом давление пороховых газов внутри ротора, достигающее 500 кг/см², "раздувает" ротор в пределах упругих деформаций. В осевом направлении деформация ротора достигает величины 0,1 - 0,15 мм. Пороховые газы, истекающие через сопла 5 в замкнутую полость 14, создают в ней давление, "раздувающее внутреннюю рамку 7 в осевом направлении в 1,1...1,2 раза больше ротора. Фланцы 17 с упорными кольцами 19 отодвигаются на величину осевой деформации рамки, обеспечивая постоянство люфта в подшипниковых опорах при любых увеличениях размеров ротора.

В формуле для определения люфта δ коэффициент выбран равным 1,1...1,2 из следующих соображений. При коэффициенте меньшем, чем 1,1, может происходить заклинивание оси ротора в подшипниковой опоре из-за выполнения деталей с отклонениями от заданных размеров при существующей точности изготовления. А при коэффициенте большем, чем 1,2, возникает динамический дебаланс, снижающий точность работы прибора.

Для выполнения вышеуказанного соотношения осевых деформаций деталей ротора и внутренней рамки карданова подвеса внутренняя рамка расположена эквидистантно наружной поверхности ротора, образуя с ней замкнутую полость, и выполнена с крышками из упругого, преимущественно из пластмассы, материала со стальным кольцом с радиальными окнами, расположенными в плоскости сопл ротора, а в крышках перпендикулярно боковой поверхности ротора выполнены дроссельные отверстия и расположены равномерно на равноудаленном расстоянии от оси ротора. Стальное кольцо ужесточает конструкцию рамки в поперечном направлении, заставляя рамку деформироваться больше в осевом направлении. Постоянный зазор между ротором и рамкой обеспечивает единообразное условие течения пороховых газов. В суммарная площадь дроссельных отверстий и радиальных окон, через которые истекает пороховый газ (см. фиг. 1), и их расположение в крышке рассчитаны и выполнены таким образом, что внутри рамки создается необходимое давление.

Пример. При сборке ротора гироскопа с внутренней рамкой, используя точные подшипники, например, ОА000083 ЕТУ 100/6, и точные посадки по ГОСТ 520-89, можно обеспечить минимальное трение в подшипниковых опорах и, соответственно, минимальный дебаланс, установив люфт Δo = 0,01 мм. Экспериментальным путем определено, что наибольший перепад температур между ротором и рамкой возникает во время работы прибора при температуре минус 50^oC и может достигать ΔT = 100^oC. Если принять, что ротор и внутренняя рамка выполнены из одинакового материала, например, стали с коэффициентом теплового расширения K_т, а длину образца выбрать равной L = 35 мм, то можно рассчитать разницу температурных деформаций Δт: Δт = K_т· ΔT·L = 12·10^-6·100·35=0,042 мм
На такую величину нужно увеличить люфт при сборке. С помощью упорных колец и винтов в подшипниковой опоре устанавливают люфт, равный 0,052 мм. А в процессе работы прибора при разгоне ротора автоматически обеспечивают дополнительное увеличение люфта.

Предлагаемый способ защиты подшипниковых опор ротора порохового гироскопического прибора и пороховой гироскопический прибор позволяют увеличить время работы прибора без увеличения масс порохового заряда и ротора, что значительно повысит надежность управляемых реактивных снарядов.

В настоящее время предложенный способ и устройство прошли испытания в составе разрабатываемого предприятием изделия.

Источники информации
1. Патент Франции N 1274793, опубл. 29.10.60 г.

2. Патент Великобритании N 842775, опубл. 27.07.60 г.

Способ и устройство предназначены для использования при разработке гироскопических приборов для управляемых реактивных снарядов. Предварительно при сборке прибора увеличивают люфт в подшипниковых опорах на величину разности осевых температурных деформаций деталей ротора и внутренней рамки карданова подвеса в интервале рабочих температур, а на время разгона ротора дополнительно увеличивают люфт давлением истекающих из ротора пороховых газов. Для этого в гироскопическом приборе внутренняя рамка карданова подвеса выполнена с упругими пластмассовыми крышками с дроссельными отверстиями и стальным кольцом с радиальными окнами, размещенными в плоскости сопл ротора, и расположена эквидистантно наружной поверхности ротора, образуя с ней замкнутую полость, а подшипниковая опора выполнена с фланцами, контактирующими по оси ротора с упругими крышками, при этом к фланцам крепятся упорные кольца. Обеспечивается увеличение времени работы прибора путем уменьшения трения в подшипниковых опорах. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ защиты подшипниковых опор ротора порохового гироскопического прибора в кардановом подвесе от заклинивания во время его разгона пороховыми газами, основанный на разгрузке подшипниковых опор при разгоне ротора, отличающийся тем, что предварительно при сборке прибора увеличивают люфт в подшипниковых опорах на величину разности осевых температурных деформаций деталей внутренней рамки карданова подвеса и ротора в интервале рабочих температур, а на время разгона ротора давлением истекающих из ротора пороховых газов дополнительно увеличивают люфт в подшипниковых опорах на величину, определяемую зависимостью δ=(1,1...1,2)Δp где Δр - величина упругой осевой деформации ротора при нагружении его внутренним давлением пороховых газов. 2. Пороховой гироскопический прибор, содержащий корпус, цилиндрический ротор с пороховым зарядом и соплами, установленный на оси во внутренней и наружной рамках карданова подвеса с подшипниковыми опорами, датчик координат, винты, отличающийся тем, что внутренняя рамка выполнена с упругими пластмассовыми крышками с дроссельными отверстиями, перпендикулярными боковой поверхности ротора, и стальным кольцом с радиальными окнами, размещенными в плоскости сопл ротора, и расположена эквидистантно наружной поверхности ротора, при этом между внутренней поверхностью внутренней рамки и наружной поверхностью ротора образована замкнутая полость, подшипниковая опора выполнена с фланцами, контактирующими по оси ротора с упругими крышками, а к фланцам прикреплены посредством винтов упорные кольца, контактирующие с подшипниковой опорой.