СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА Российский патент 2002 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано в производстве электростатических гироскопов со сферическим ротором и оптическим датчиком угла.

Известен способ изготовления электростатического гироскопа [Ebert W. et. al. Micron. Phase 1A. Final Report Autonetics Devision of North American Rockwell Corp. 1972].

Способ реализуется при выполнении следующих технологических операций.

1. Осуществляют формообразование поверхности ротора.

2. Осуществляют операции по формированию преимущественной оси инерции ротора, включающие:
- сверление в теле ротора по его экватору четырех отверстий,
- изготовление четырех цилиндрических грузов из материала большей плотности, чем материал ротора,
- вклеивание грузов внутрь отверстий ротора.

3. Устраняют осевой дисбаланс путем направленной доводки его сферической поверхности до допустимой величины. Радиальный дисбаланс - до значения, равного расчетному, определяющему порог чувствительности датчика углового перемещения ротора, построенного на принципе биений.

Недостатком способа является малая точность гироскопа с таким ротором. Недостаток обусловлен наличием остаточного радиального момента дисбаланса ротора, являющегося с одной стороны источником информационного сигнала, а с другой стороны - источником возмущающего момента, уменьшающего точность гироскопа.

Известен также способ изготовления ротора [Е.А. Никитин и др. Гироскопические системы: Элементы гироскопических приборов, под ред. Д.С. Пельпора, М.: Высшая школа, 1988 г., стр. 356-359], который принимаем за прототип.

Способ предполагает выполнение следующих технологических операций.

1. Осуществляют формообразование поверхности ротора при одновременном выполнении средств, обеспечивающих ротору неявно выраженную ось максимального момента инерции, например, полости заданной конфигурации внутри ротора.

2. Производят предварительную доводку сферической поверхности ротора.

3. Устанавливают ротор в технологическом подвесе.

4. Измеряют дисбаланс ротора.

5. Производят устранение этого дисбаланса до допускаемого значения путем направленной доводки сферической поверхности.

6. Осуществляют фиксирование оси вращения ротора (например, ставят отметку на его полюсе).

7. Выполняют в полюсной зоне поверхность, обеспечивающую оптический съем сигнала об угловом положении ротора относительно корпуса. Для этого на сферической поверхности полюса ротора механическим путем выполняют площадку, плоскость которой параллельна экваториальной плоскости ротора, для автокалимационного датчика угла или наносят на сферическую поверхность рисунок, для авторефлекторного датчика [Осокин Н.М. и др. Теория и применение электромагнитных подвесов", М.: Машиностроение, 1980 г., стр. 246-250].

Недостатками способа являются cледующее.

1. Сложность изготовления (регулирования) гироскопа с таким ротором.

2. Сложность конструкции гироскопа.

3. Малая точность работы гироскопа.

Указанные недостатки обусловлены следующим. В реальных приборах отражающая поверхность (площадка), выполненная на полюсе ротора, имеет технологические погрешности (не параллельна экваториальной плоскости ротора). Поэтому в выходных сигналах оптического датчика угла (автокалимационного типа) имеются систематические составляющие погрешности, уменьшающие точность измерений. Для устранения указанного недостатка в схему прибора введено устройство выставки нулевых сигналов датчика, а в технологический процесс изготовления прибора введена операция по регулированию (выставке) нулевых сигналов. Наличие устройства усложняет конструкцию прибора, наличие операций по регулированию нулевых сигналов усложняет процесс изготовления прибора. Кроме того, при реализации данного способа изготовления нарушается сферическая поверхность ротора, нарушается его балансировка, что ведет к появлению дополнительного возмущающего момента, к уменьшению точности работы гироскопа.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и способа изготовления гироскопа, повышение его точности.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления ротора электростатического гироскопа производят дополнительное измерение положения вектора дисбаланса в роторе, а упомянутую поверхность выполняют, например, путем электрохимического маркирования в виде затемненной части поверхности ротора, ограниченной полуокружностью, с центром в полюсе и дугой большого круга ротора, плоскость которого перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вращения ротора и совпадающей с вектором дисбаланса.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами фиг.1,2, на которых приведена принципиальная схема ротора гироскопа.

На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - сферический ротор,
2 - затемненный рисунок на полюсе ротора,
3 - полуокружность,
4 - отметка направления смещения центра масс ротора,
O₁X₁Y₁Z₁ - оси, связанные с рисунком,
а-а - плоскость большого круга,
O₁,О - центр масс и геометрический центр ротора соответственно, П - полюс ротора.

Предлагаемый способ реализуется при выполнении следующих технологических операций.

1. Осуществляют формообразование сферической поверхности ротора 1 (фиг.1 и 2) путем ее механической обработки.

2. Осуществляют операции по формированию неявно выраженной оси ОХ инерции ротора путем вклеивания в экваториальные отверстия ротора 1 цилиндрических грузов из материала большей плотности.

3. Производят предварительную доводку сферической поверхности ротора.

4. Измеряют дисбаланс ротора 1 (определяют величину и направление смещения центра O₁ масс ротора 1 относительно его геометрического центра О).

5. Устраняют этот дисбаланс путем направленной доводки его сферической поверхности до допустимой величины.

6. Повторно определяют направление смещения центра O₁ тяжести (определяют положение вектора дисбаланса).

7. Делают отметку на поверхности ротора 1, указывающую направление смещения центра O₁, например, лазерным лучом.

8. Помещают ротор 1 в газодинамический подвес. Приводят его во вращение.

9. На свободно вращающемся роторе 1 (после затухания нутационных колебаний) осуществляют фиксирование оси ОХ его вращения. Для этого делают на полюсе П ротора 1 отметку, например, лазерным лучом.

10. В полюсной зоне выполняют поверхность, обеспечивающую оптический съем сигнала о положении ротора 1 относительно корпуса прибора. Для этого, на его полюсе П наносят затемненный рисунок 2, поверхность которого ограничена полуокружностью 3 с центром в полюсе и дугой а-а большого круга ротора 1, плоскость которого перпендикулярна плоскости OXZ₁, проходящей через ось ОХ вращения ротора 1 и совпадающей с вектором дисбаланса (плоскости, проходящей через две отметки 4 и П на поверхности ротора 1),
Нанесение рисунка не нарушает сферическую форму ротора 1, не приводит к нарушению его балансировки. При установке такого ротора в гироскоп точность работы гироскопа увеличивается (за счет исключения источника возмущающего момента).

Нанесение рисунка на полюсе ротора приведенным выше способом исключает также необходимость в регулировании нулевого сигнала датчика угла, значение которого определяется сдвигом фаз между информационным сигналом (в данном случае сигналом модулированным вращением рисунка) и опорными сигналами, необходимыми для работы блока преобразователя (демодулятора) информационного сигнала в сигнал постоянного тока. В данном случае в качестве опорных сигналов используются сигналы радиального биения ротора.

При неправильно выбранной ориентации рисунка на полюсе относительно центра масс между сигналами биения (опорными) и информационными сигналами имеется неопределенный сдвиг фаз, у различных экземпляров приборов различный. Это обуславливает необходимость их регулировки.

В предлагаемой ориентации рисунка сдвиг между сигналами постоянен от прибора к прибору и равен нулю. Становится не нужной операция регулирования нулевых сигналов, а также устройство, с помощью которого происходит указанная регулировка.

Таким образом, при реализации данного способа изготовления ротора технология изготовления (регулирования) и конструкция упрощаются, точность прибора повышается. Поставленная задача решена.

На предприятии ЦНИИ "Электроприбор" предлагаемое техническое решение реализовано. При испытаниях получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для его применения при производстве электростатических гироскопов со сферическим ротором и оптическим датчиком угла.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в упрощении технологии изготовления (регулирования), в упрощении конструкции прибора, повышении его точности.

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

Способ может быть использован в производстве электростатических гироскопов со сферическим ротором и оптическим датчиком угла. Способ включает формообразование ротора, предварительную доводку сферической поверхности ротора, измерение дисбаланса ротора и его устранение путем доводки сферической поверхности ротора. Ротор приводят во вращение в газодинамическом подвесе. Фиксируют лазерным лучом положение оси вращения. Производят дополнительное измерение положения вектора дисбаланса ротора. Для обеспечения оптического съема сигнала в полюсной зоне ротора выполняют затемненную поверхность, ограниченную полуокружностью с центром в полюсе и дугой большого круга ротора, плоскость которого перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вращения ротора и совпадающей с вектором дисбаланса. Упрощается способ изготовления гироскопа и повышается его точность. 2 ил.

Способ изготовления ротора электростатического гироскопа, содержащий формообразование ротора, при одновременном выполнении средств, обеспечивающих ротору неявно выраженную ось максимального момента инерции, предварительную доводку сферической поверхности ротора, измерение его дисбаланса, устранение этого дисбаланса путем направленной доводки его сферической поверхности до допустимой величины, приведение ротора в свободное вращение в газодинамическом подвесе и фиксирование положения его оси вращения путем, например, отметки лазерным лучом положения его полюса, выполнение в полюсной зоне поверхности, обеспечивающей оптический съем сигнала, отличающийся тем, что перед выполнением в полюсной зоне поверхности, обеспечивающей оптический съем сигнала, производят дополнительное измерение положения вектора дисбаланса в роторе, а упомянутую поверхность выполняют, например, путем электрохимического маркирования в виде затемненной части поверхности ротора, ограниченной полуокружностью, с центром в полюсе и дугой большого круга ротора, плоскость которого перпендикулярна плоскости, проходящей через ось вращения ротора и совпадающей с вектором дисбаланса.