СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПРУГОГО ПОДВЕСА ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМОГО ГИРОСКОПА Российский патент 2013 года по МПК G01C19/22 G01C25/00 

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться для изготовления упругих подвесов чувствительных элементов динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ).

Как известно, чувствительный элемент таких гироскопов совершает непрерывное колебание на своей резонансной частоте, набирая за время эксплуатации прибора огромное количество циклов деформаций.

Известен способ изготовления чувствительных элементов из цилиндрических заготовок путем токарно-фрезерной обработки поверхностей рабочей части чувствительного элемента ДНГ, термообработки и электроэрозионного удаления материала в отверстиях крестовины с получением толщины крестовин, обеспечивающей требуемую жесткость чувствительного элемента [1], [2].

Недостатком известного способа является снижение прочности и твердости подвеса из-за образования интерметаллических включений в структуре материала во время термообработки его при температуре 700- 750°C в течение 3,4 часов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления упругого подвеса ДНГ с радиусным изменением профиля путем вырезки заготовки с учетом направления проката, термообработки полученной заготовки, механической двухсторонней ее обработки для получения предварительного профиля детали, дисперсионного твердения детали и вырезки окончательного профиля подвеса электроэрозионной обработкой и электрохимического травления полученной детали до получения требуемой жесткости упругого подвеса [3].

Недостатком известного способа является слабая усталостная прочность полученного упругого подвеса, т.к. и механическая обработка, и последующее электрохимическое травление нарушают волокнистую структуру материала, вследствие чего имеющиеся волокна обрезаются и образуются межкристаллические растравы рабочей поверхности материала подвеса, что резко снижает его эксплуатационную стойкость.

Задачей настоящего изобретения является повышение усталостной прочности и стабильности в работе упругого подвеса ДНГ.

Поставленная задача достигается за счет того, что согласно способу изготовления упругого подвеса ДНГ, заключающегося в получении заготовки подвеса, поэтапной термообработки, механическом удалении материала путем токарно-фрезерной обработки, после механической и стабилизирующей термообработки и электроэрозионного удаления материала в конструкционных пазах и отверстиях крестовины получают толщину крестовин, обеспечивающую требуемую жесткость чувствительного элемента.

Отличительным признаком заявленного способа является изменение режима термообработки с целью формирования максимально твердой, однородной, стабильной структуры материала чувствительного элемента. При таком способе изготовления обеспечиваются усталостная прочность и стабильность чувствительных элементов, изготовленных из материала 44НХТЮ.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Согласно заявленному варианту из исходного материала вырезают заготовку детали подвеса. После предварительной термообработки (закалки), необходимой для повышения пластических свойств материала, осуществляется механическая обработка заготовки, заключающаяся в токарно-фрезерной обработке с целью придания необходимых конструкционных форм. Механическую обработку производят таким образом, чтобы после нее остался припуск на окончательную механическую обработку. Затем деталь опять проходит термообработку с целью осуществления ее дисперсионного твердения и окончательного формирования структуры упругого подвеса ДНГ. И, наконец, на электроэрозионном станке вырезают пазы крестообразной конфигурации, которые позволяют осуществить упругие колебания чувствительного элемента ДНГ, чем завершается получение окончательного профиля упругого подвеса ДНГ (Пример 1).

Применение заявленной технологии изготовления упругих подвесов ДНГ позволило повысить их стойкость по сравнению с известной технологией-прототипом, что подтверждается результатами испытаний на усталостную прочность и частотную стабильность чувствительного элемента.

Пример реализации предложенного способа изготовления упругого подвеса динамически настраиваемого гироскопа

Получают заготовку в виде прутка диаметром 15 мм.

На токарном станке из прутка получают заготовку в виде стакана с толщиной стенки 1,2 мм (фиг.1).

Производят термообработку, например, для стали 44НХТЮ: нагрев 940-960°C (в чугунной стружке), с последующей выдержкой 30 минут, охлаждение - в воде, затем проводят дисперсионное твердение (в чугунной стружке) при температуре 680-700°C в течение 1-1,5 часа (вместо 4 часов по Справочнику Пятина). Далее проводят цикл токарно-фрезерных предварительных и окончательных обработок с целью получения заготовки для чувствительного элемента, затем проводится стабилизирующее старение при Т=+160…+170°C в течение 6-8 часов, после чего, путем электроэрозионного удаления материала в конструкционных пазах и отверстиях крестовины 1 получают необходимую толщину 2 крестовин, обеспечивающую требуемую жесткость чувствительного элемента.

Применение заявленной технологии изготовления упругих подвесов позволит повысить их твердость и получить равновесную структуру материала, что повысит их усталостную прочность и частотную стабильность чувствительных элементов. Чувствительные элементы, изготовленные по предлагаемой технологии, установлены в приборах и подтверждены положительными результатами испытаний.

Источники информации

1. «Материалы в приборостроении и автоматике». Справочник. Под редакцией проф. д.т.н. Ю.М. Пятина. «Машиностроение», 1969 стр.304.

2. ГОСТ 14119-85 «Прутки из прецизионных сплавов для упругих элементов. Технические условия», стр.4.

3. Патент РФ №2245210 на изобретение от 21.03.2003 МПК G01C 19/22 (ближайший аналог).

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться для изготовления упругих подвесов чувствительных элементов динамически настраиваемых гироскопов. Использование для изготовления подвеса сплава 44НХТЮ позволяет уменьшить время дисперсионного твердения с 4 часов до 1-1,5 часов, а также повысить усталостную прочность и стабильность в работе упругого подвеса динамически настраиваемого гироскопа. 1 ил.

Способ изготовления упругого подвеса динамически настраиваемого гироскопа, включающий изготовление чувствительных элементов из цилиндрической заготовки путем предварительной токарно-фрезерной обработки поверхностей чувствительного элемента динамически настраиваемого гироскопа, термообработки, заключающейся в нагреве заготовки до 940-960°С с последующей выдержкой в течение 30 мин, охлаждении в воде, дисперсионном твердении при температуре 680-700°С и стабилизирующем старении при температуре 160-170°С в течение 6-8 ч и последующего электроэрозионного удаления материала в отверстиях крестовины с получением толщины крестовин, обеспечивающей требуемую жесткость чувствительного элемента, отличающийся тем, что дисперсионное твердение при температуре 680-700°С для сплава 44НХТЮ проводят в течение 1-1,5 ч.