ГИРОКАМЕРА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА Российский патент 2002 года по МПК G01C19/24 

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано в производстве малогабаритных гироскопов с электростатическим подвесом ротора.

Известна гирокамера [Технический отчет по НИР "Фрегат", разработки предприятия ЦНИИ "Электроприбор", т. 1, стр.18., 1987 г.], содержащая сферический ротор, установленный в полости между электродами подвеса, корпус гирокамеры, выполненный в виде двух полусфер, сваренных методом диффузионной сварки между собой торцевыми плоскостями. Взаимное смещение в плоскости сварки предотвращает центрирующее кольцо, охватывающее сварной шов. Электроды выполнены по трехосной схеме. Сварной шов полусфер выполнен так, что он обеспечивает электрическую связь долей каждого электрода, размещенных в разных полусферах [Я. А. Некрасов, B.C. Фрезинский. "Активные электростатические подвесы", ЦНИИ "Румб". Отраслевая система НТИ. Обзоры по судостроительной технике УДК 531.383-337.2+531.768, стр. 33-34]. Электроды выполнены на внутренней сферической поверхности гирокамеры путем вакуумного напыления с последующей механической доводкой сферической их поверхности, обращенной к ротору. Форма рабочей поверхности каждого электрода может быть различной, в том числе и в виде части сферы, ограниченной окружностью (см. указанный выше источник информации). Гирокамера включает в себя также узел съема информации в виде оптически прозрачного окна по одной из осей подвеса, а также канал для обезгаживания внутренней полости гирокамеры в виде, например, штенгеля, установленного в центрирующем кольце.

В качестве прототипа гирокамеры по наибольшему количеству существенных признаков и по основному признаку принимаем гирокамеру [Ю.А, Осокин, В.Н. Герди, К. А. Майков, Н.Н. Станкевич "Теория и применение электромагнитных подвесов." Москва, "Машиностроение", 1980 г., стр.243-244], содержащую:
1. Сферический ротор из материала с высокой электропроводностью.

2. Корпус гирокамеры (керамический кожух). Корпус выполняют из двух керамических полусфер, сваренных своими торцами (методом диффузионной сварки, например, через алюминиевую прослойку). Состыкованы полусферы в центрирующем кольце. Полусферы выполнены тонкостенными, т.к. от толщины зависит эффективность разгонного устройства, катушки которого размещены на наружных поверхностях полусфер.

3. Электроды подвеса, размещенные (напыленные) на внутренней поверхности гирокамеры (например, по трехосной схеме). Рабочая поверхность каждого электрода представляет собой часть сферы, ограниченная окружностью.

4. Гермовводы. Очевидно, что гермовводы на каждой полусфере должны быть размещены в зонах электродов, т.е. выполнены на корпусах полусфер в наиболее тонкой их части. В противном случае необходимо проводить внутренний монтаж, что недопустимо по точностным и технологическим соображениям. Сферические выступающие концы гермовводов после их установки и запекания при высокой температуре (для получения герметичного соединения) доводятся до совпадения со сферической поверхностью полусферы. Это делается для получения электродов высокого качества методом напыления после доводки гермовводов.

4. Узел съема информации в виде оптически прозрачного окна по одной из осей подвеса.

5. Канал для обезгаживания внутренней полости гирокамеры. Недостатком прототипа является сложность технологии изготовления такой гирокамеры и малая надежность гирокамеры.

Сложность технологии обусловлена необходимостью выполнения последовательной цепочки технологических процессов (формирования деталей, сварки, напыления, доводки и т.д.), каждый из которых сам по себе очень сложный и требует длительной подготовки, очистки, промывки. Каждая операция изготовления требует прецизионного выполнения предыдущей операции.

Малая надежность гирокамеры обусловлена тем, что даже при правильном выполнении всех операций по изготовлению сама конструкция гирокамеры не позволяет обойтись без силового воздействия, например, при установке гермовводов. А это создает возможность релаксации напряжений в гирокамере и раз герметизации в местах их установки (в конструкции как минимум 6 гермовводов).

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии изготовления и повышение надежности гирокамеры.

Поставленная задача решается тем, что в гирокамере электростатического гироскопа, содержащей корпус, сферический ротор, систему электродов трехосного подвеса, рабочая поверхность каждого из которых выполнена в виде части сферы, узел съема информации в виде оптически прозрачного окна по одной из осей подвеса, канал для обезгаживания внутренней полости гирокамеры, корпус гирокамеры представляет собой куб с тремя сквозными отверстиями одинакового диаметра с осями, проходящими через геометрический центр гирокамеры, при этом ось каждого отверстия перпендикулярна плоскостям двух противоположных граней куба, а каждый электрод установлен в соответствующем отверстии со стороны соответствующей грани куба, причем между корпусом и каждым электродом расположена вновь введенная изоляционная втулка.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, фиг.1-3.

На фиг.1 изображен общий вид корпуса гирокамеры.

На фиг.2 - схема сборки гирокамеры.

На фиг.3 - общий вид электрода с оптически прозрачным окном.

Предлагаемая гирокамера электростатического гироскопа (фиг.1 и 2) содержит сферический ротор 1, установленный в полости 2 между электродами 3 подвеса (на фиг.2 показан только один электрод), выполненного по трехосной схеме. Рабочая поверхность 4 каждого из электродов 3 (всего электродов 6 штук) представляет собой часть сферы, ограниченной окружностью (со стороны ротора 1). Камера снабжена узлом съема информации в виде оптически прозрачного окна 5 (в одном или во всех электродах).

Корпус гирокамеры представляет собой куб 6 (например, керамический) с тремя сквозными отверстиями 7, 8, 9 одинакового диаметра, превышающего диаметр ротора 1.

Каждое отверстие 7, 8, 9 выполнено так, что его ось проходит через геометрический центр О гирокамеры и перпендикулярна плоскостям двух противоположных граней куба 6 (например, ось 10 отверстия 8 перпендикулярна плоскостям граней 11 и 12 куба 6). Каждый электрод 3 представляет собой массивный элемент, установленный в одном из указанных отверстий 7, 8, 9 со стороны своей грани куба 6. При этом гальваническая связь каждого электрода 3 с корпусом камеры должна отсутствовать. Этого достигают:
- или выполнением корпуса из керамики,
- или установкой изоляционных втулок между корпусом и каждым электродом 3.

Куб 6 снабжен каналом для обезгаживания внутренней полости 2 гирокамеры, например, в виде отверстия 13. Таких каналов может быть несколько, кроме того, они могут быть выполненными в других местах куба 6. На фиг.2 показан индикатор 14 и схема контроля размеров при установке электрода 3.

Для изготовления предлагаемой гирокамеры необходимо выполнить следующую последовательность технологических операций:
1. Выполнение электродов 3. При этом массивный электрод 3 снабжают сферической рабочей поверхностью 4, радиус которой паспортизуется (фиг.3). Обеспечивается высокая соосность наружного диаметра d, цилиндрической части электрода 3 и рабочей сферической поверхности 4 электрода 3. Осуществляется измерение положения центра О₁ сферической рабочей поверхности 4 каждого электрода 3 относительно его торцевой базовой плоскости 15 (то есть размер 1, на фиг.3). По такой схеме выполняют все 6 электродов.

2. Выполнение корпуса гирокамеры. (Операция 1 и 2 могут опережать друг друга). При этом в керамическом (например) кубе 6 сверлят отверстия 7, 8, 9. Затем (или перед сверлением) доводят грани куба 6, доводят отверстия 7, 8, 9. После этого замеряют и паспортизуют для пары грани размеры L_к, l_1к, l_2к (фиг. 1). Размеры l_1k и l_2к характеризуют положение оси отверстия 8 относительно двух граней 16 и 17 куба 6. Аналогичную операцию проводят и для двух других пар граней (на фиг.1 не показано).

3. Обеспечение жесткой связи электродов 3 с корпусом гирокамеры. При этом осуществляют:
1. С помощью диффузионной сварки (например, через промежуточную прослойку 18) при базировании (фиг.2) на грань куба 6 в отверстии 9 обеспечивают фиксирование одного из электродов 3 в кубе 6. При сварке осуществляют контроль положения торцевой базовой плоскости 15 электрода 3 относительно грани 17. На фиг.2 показана схема этого процесса.

2. В отверстие, например, 8, с любой грани (в частности, грани 12) устанавливают второй электрод 3 и по схеме п.1 фиксируют этот электрод 3.

3. В отверстие, например, 7, с любой грани устанавливают третий электрод 3 и по схеме п.1 фиксируют этот электрод 3.

4. В межэлектродное пространство 2 помещают ротор 1.

5. В любое отверстие, например, 9 со стороны грани 16 устанавливают четвертый электрод 3 и по схеме п.1 фиксируют этот электрод.

6. Операции фиксирования диффузионной сваркой осуществляют по отношению к оставшимся электродам. Эти операции осуществляют аналогично вышеописанным. Технологический процесс обеспечения жесткой связи электрода 3 с корпусом гирокамеры одновременно обеспечивает совмещение центра 01 сферической рабочей поверхности 4 электрода с геометрическим центром 0 корпуса.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет упростить технологию изготовления и повысить надежности гирокамеры. Упрощение технологии обусловлено тем, что в предлагаемой конструкции отсутствуют операции установки, запекания, доводки внутренних частей гермовводов, а также напыление на них электродов. Роль гермовводов выполняют сами массивные электроды.

Повышение надежности гирокамеры обусловлено следующим:
1. Отсутствием гермовводов, которые в прототипе являются "слабым звеном" конструкции.

2. В прототипе процесс напыления электродов практически не позволяет регулировать шероховатость напыляемой поверхности. А это ведет к появлению микровыступов, являющихся в дальнейшем причиной концентраций электронов снижения за этот счет жесткости подвеса и локального пробоя зазора. В предлагаемой конструкции шероховатость рабочих поверхностей электродов контролируется.

На предприятии ЦНИИ "Электроприбор" предлагаемое техническое решения реализовано. При испытаниях получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для его применения при производстве малогабаритных электростатических гироскопов.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в упрощении технологии изготовления и повышении надежности гирокамеры.

В связи с отсутствием сведений о потребностях страны в таких гироскопах, экономический эффект изобретения подсчитать не представляется возможным.

Гирокамера предназначена для использования при производстве гироскопов с электростатическим подвесом ротора. Гирокамера содержит корпус, сферический ротор, систему электродов трехосного подвеса, оптически прозрачное окно по одной из осей подвеса, канал для обезгаживания полости гирокамеры. Корпус выполнен в виде куба с тремя сквозными отверстиями одинакового диаметра. Оси отверстий проходят через геометрический центр гирокамеры. Ось каждого отверстия перпендикулярна плоскостям двух противоположных граней куба. Электроды установлены в отверстиях со стороны граней куба. Рабочая поверхность каждого электрода выполнена в виде части сферы. Упрощается технология изготовления и повышается надежность гирокамеры. 3 ил.

Гирокамера электростатического гироскопа, содержащая корпус, сферический ротор, систему электродов трехосного подвеса, рабочая поверхность каждого из которых выполена в виде части сферы, узел съема информации в виде оптически прозрачного окна по одной из осей подвеса, канал для обезгаживания внутренней полости гирокамеры, отличающаяся тем, что корпус гирокамеры представляет собой куб с тремя сквозными отверстиями одинакового диаметра, с осями, проходящими через геометрический центр гирокамеры, при этом ось каждого отверстия перпендикулярна плоскостям двух противоположных граней куба, а каждый электрод установлен в соответствующем отверстии со стороны соответствующей грани куба, причем между корпусом и каждым электродом расположена вновь введенная изоляционная втулка.