СПОСОБ ОПЕРАТИВНОЙ ПРОВЕРКИ ГИРОМОТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройствам проверки гиромотора (ГМ) с шарикоподшипниками (ш/п) в опорах ротора, и может быть использовано в производстве гироскопических приборов.

Поиск аналогов проведен в части способов и устройств, позволяющих реализовать задачу изобретения, направленную на установление контроля по предотвращению случаев попадания некомплектного шара при проведении операций сборки ГМ в магнетные (разборные) ш/п опоры ротора, что приводит к отбраковке гироприбора.

Известен способ определения разноразмерных шариков в подшипниках, авторское свидетельство, SU №624134, G01M 13/04, приоритет от 20.05.1977 г. В способе вращают подшипник с постоянной скоростью и измеряют сопротивление вращению, измеряют амплитуду гармонической составляющей момента с частотой вращения сепаратора, полученную величину амплитуды сравнивают с амплитудой тарировочного графика и по тарировочному графику находят величину разноразмерности шариков.

Недостатком способа является опосредованный характер определения искомой величины (разноразмерности шариков), имеющей размерность длин, через величину другого наименования (сопротивление вращению), что приводит к зависимости точности результата от преобразования величины одной размерности в другую.

Известен способ прогнозирования переменной составляющей выходного сигнала электромеханического датчика угловой скорости (ДУС) на этапе изготовления его гиромотора по характеристикам угловых вибраций, возбуждаемых гиромотором и установка для реализации способа», патент RU 2427801, G01C 25/00, приоритет от 11.11.2009 г. В способе устанавливают ГМ с ш/п опорами ротора в устройство для реализации способа, включают питание ГМ, осуществляют быстрое вращение ротора, регистрируют угловые вибрационные движения быстро вращающегося ротора, выделяют в них составляющую с периодом обращения сепаратора в ш/п ГМ, и по ее уровню судят о разноразмерности шаров в ш/п ГМ.

Недостатком способа является необходимость расхода ресурса работы ГМ для проведения проверки, с затратой времени для разгона ротора, стабилизации температуры ГМ, регистрации и анализа вибраций, и при выбеге ротора (для электромеханических гироприборов с ш/п опорами ротора ГМ ресурс является одним из важных параметров, так как точностные параметры гироприбора гарантируются в пределах назначенного ресурса ГМ, расходу ресурса при проведении технологических операций уделяется большое внимание, и его учет ведется с занесением в формуляр на всех этапах производства и эксплуатации ГМ).

Техническим результатом заявленного способа является исключение необходимости расхода ресурса работы ГМ и снижении затрат времени на проведение проверки.

Технический результат способа достигается тем, что фиксируют статор ГМ в устройстве проверки, производят в одном направлении число оборотов ротора, не меньше наименьшего целого кратного величине отношения угла поворота ротора к углу поворота сепаратора в шарикоподшипниках ГМ, регистрируют значения радиальных перемещений обода ротора, возникающих в результате каждого оборота ротора, и по величине значений судят о качестве сборки системы сепаратора в шарикоподшипниках ГМ.

При этом исключение необходимости расхода ресурса работы ГМ и снижении затрат времени на проведение проверки достигается путем проведения проверки без включения ГМ.

Известна установка для реализации способа, патент RU 2427801, G01C 25/00, приоритет от 11.11.2009 г., имеющая корпус, подвес к корпусу с узлом прикрепления ГМ к подвесу и электрический датчик, установленный с возможностью регистрации вибраций подвеса, а также источник питания для обеспечения вращения ротора ГМ.

Недостатком известного устройства является сложное исполнение устройства, необходимость иметь подвес, датчик вибраций подвеса, источник питания ГМ.

Техническим результатом заявленного устройства является исключение необходимости расхода ресурса работы ГМ и снижении затрат времени на проведение проверки.

Технический результат достигается в устройстве реализации способа, содержащем корпус, выполненный с возможностью прикрепления статора ГМ, средство фиксации ротора ГМ и бесконтактный емкостной датчик, обкладками которого являются обод ротора ГМ и пластина, закрепленная на корпусе с зазором к ободу ротора, электрически связанные с клеммами входа измерителя емкости.

Кроме того, средство фиксации ротора ГМ представлено в виде стопора, имеющего подвижную часть, связанную с винтом, обеспечивающим возможность ее перемещения в радиальном направлении ротора до упора в одно из балансировочных сверлений на ободе ротора, причем с подвижной частью стопора электрически связана клемма входа измерителя емкости, имеющая электрическую связь с ободом ротора.

Упрощение устройства достигается отсутствием необходимости иметь подвес, датчик вибраций подвеса, источник питания ГМ.

На фиг. 1 показана схема реализации операций в примере способа, на фиг. 2 - пример исполнения устройства.

Так как шары находятся в ш/п ГМ под действием осевой нагрузки, они перекатываются без проскальзывания. В рассматриваемом примере способа сепаратор конкретного ГМ вращается в 2,5 раза медленнее ротора, за оборот ротора сепаратор поворачивается на угол 144°. Отношение угла поворота (оборота) ротора к углу поворота сепаратора равно 2,5, наименьшее (целое) кратное равно 5. Поэтому ротор должен быть повернут не менее, чем на 5 оборотов для выявления некомплектного шара. На фиг. 1 показаны шесть положений ротора и «большого» шара после задания первого оборота (1 об), после второго оборота (2 об), и так далее, первое и шестое положения повторяют друг друга. Таким образом, некомплектный («большой») шар перекатывается и значение зазора изменяется (происходит радиальное перемещение обода ротора ГМ), как показано на фиг. 1 а)…е).

На фиг. 1 а) условно, в виде концентричных окружностей, показаны обод ротора 1, являющийся подвижной обкладкой емкостнорго датчика и скрепленное с ним вращающееся кольцо 2 ш/п ГМ. В системе сепаратора 3 ш/п ГМ, обозначенной осевой линией по окружности сепаратора, для наглядности показаны только три шара (число шаров не принципиально), один из которых -некомплектный («большой»). Неподвижное кольцо ш/п, установленное на оси статора ГМ, обозначено 4 и имеет ось О, перпендикулярную плоскости чертежа. Между ободом ротора 1 и неподвижной обкладкой емкостного датчика 5 существует зазор, обозначенный через δ₀.

Величина зазора зависит от расположения «большого» шара по окружности 3 сепаратора, которое является случайным. За начальное значение δ₀ зазора в способе принимается его произвольное значение в положении «О об» начала измерений. В этом положении измеряют и регистрируют его величину. Производят первый оборот ротора, в положении «1 об» измеряют и регистрируют первое от начала задания оборотов значение δ₁ зазора (фиг. 1б). Производят второй оборот ротора, в положении «2 об» измеряют и регистрируют второе от начала задания оборотов значение δ₂ зазора (фиг. 1 б). И так далее, причем все производят обороты в одном (любом) направлении. Положения «1 об», «2 об» …, «5 об» получены после оборотов ротора по часовой стрелке. Задано целое число оборотов (5 об), не меньше наименьшего целого кратного величине 2,5 отношения угла поворота ротора к углу поворота сепаратора в шарикоподшипниках конкретного ГМ. Величину изменений зазора каждого оборота вычисляют по формуле:

где j - порядковое число оборота, первый, второй и т.д. Вычисленные значения величин изменения зазора Δδ_j (j=l, 2, …) могут быть сравнены с допускаемой величиной изменения зазора:

где [δ] - допускаемая величина изменения зазора проверки.

Условие (2) относится к качественно собранной системе сепаратора (некомплектный шар отсутствует). Условие (3) относится к не качественно собранной системе сепаратора (некомплектный шар присутствует). Знак равенства в условии (3) относится к минимальному несоответствию «большого» шара размеру остальных, при котором должен быть отбракован ГМ. Согласно фиг. 1 ГМ с минимально «большим» шаром должен быть отбракован по результатам четвертого оборота, так как в положении «3 об» (фиг. 1г) зазор минимален, в положении «4 об» (фиг. 1д) зазор δ₄ максимален, и наибольшая величина их разности выявляется по формуле Δδ₄=|δ₀₄-δ₃|.

Таким образом, способ заключается в характере предложенных операций и условиях их проведения, а именно (в отличие от аналогов), производят обороты ротора (без включения питания ГМ, вручную) и измеряют радиальные перемещения обода ротора относительно корпуса, к которому прикреплен статор ГМ, причем осуществляют однонаправленное выполнение оборотов с учетом кинематического соотношения ш/п ГМ.

Устройство для реализации способа показано на фиг. 2 в состоянии готовности к проверке (с установленным ГМ). ГМ открытого типа (без кожуха) прикреплен за концы оси 4 статора к стойкам 6 корпуса 7. Обкладками емкостного датчика являются обод 1 ротора и изолированная пластина 5, закрепленная на корпусе с зазором δ к ободу ротора. Стойки и корпус электропроводны (металлические), и обод ротора имеет электрическую связь с корпусом через шары ш/п ГМ. Пластина 5, образующая зазор с ободом ротора, прикреплена к корпусу через изолятор 8. Отводы 9, 10 от пластины 5 и корпуса 7, являющиеся отводами обкладок емкостного датчика, подключены к входу измерителя емкости 11 (ИЕ), в качестве которого используется стандартный электроизмерительный прибор, например, измеритель L, С, R цифровой Е7-8 или измеритель LCR-817, фирмы «Good Will instrument Со». Устройство имеет средство фиксации ротора ГМ в виде стопора, выполненного в виде закрепленного в корпусе упругого (металлического) стержня 12 с отогнутым свободным концом. В резьбовом отверстии корпуса установлен винт 13, с возможностью упора в среднюю часть упругого стержня 12, его изгиба и перемещения отогнутого конца стержня до упора в дно 14 одного из имеющихся на ободе ротора балансировочных сверлений (углублений). Подвижная (отогнутая) часть стопора является электрически связанной с корпусом 7 и через отвод 10 с клеммой входа измерителя.

Рассмотрим принцип действия бесконтактного емкостного датчика. Так как радиус обода ротора много больше, чем зазор δ, величина емкости между обкладками достаточно точно определятся формулой емкости плоского конденсатора:

где С - емкость датчика (пФ);

ε - диэлектрическая проницаемость воздуха;

S - площадь пластины (S=Const) (мм);

δ - величина зазора (мм).

Изменение зазора Δδ выражается формулой (1), при этом бесконтактный емкостной датчик осуществляет измерение радиальных перемещений обода ротора относительно корпуса устройства.

Устройство работает следующим образом. После установки ГМ в устройство оператор проверки заворачивает винт стопора, подвижная часть стопора перемещается до упора в дно одного из балансировочных сверлений на ободе ротора (используется любое, но одно и то же во всех оборотах сверление). Это приводит к фиксации углового положения ротора относительно оси статора, а также к замыканию электрической цепи между ободом ротора и корпусом устройства, повышающему надежность электрической связи обода ротора с корпусом через шарики ш/п.Отвод от изолированной пластины емкостного датчика и отвод от корпуса устройства обеспечивают связь емкостного датчика с измерителем емкости. В начальном фиксированном стопором положении ротора («О об», фиг. 1 а) осуществляется съем начального показания емкостного датчика (С₀). Затем оператор отворачивает винт стопора, подвижная часть стопора под действием сил упругости перемещается в исходное положение, освобождая ротор. Оператор вручную поворачивает ротор на один (первый) оборот, фиксирует ротор винтом, в положении «1 об» после первого оборота (фиг. 1 б), снимает первое показание емкостного датчика (С₁), и так далее. В результате будут получены значения емкости C_j (j=l, 2, …), соответствующие согласно формуле (4) значениям зазора δ_j (j=1, 2, …), которые отражены на фиг. 1 и характеризуются в способе. Для получения результата проверки не обязательно использовать формулу (4) и вычислять зазоры δ_j (j=l, 2, …). Допуск в проверке, реализуемой устройством по фиг. 2, назначается статистически на допускаемую величину изменений емкости. Результат проверки обрабатывается и оценивается по формулам и условиям, аналогичным формуле (1) и условиям (2), (3):

где j - порядковое число оборота, первый, второй и т.д.

где [С] - допуск проверки.

Способ и устройство применены при производстве гироскопических поплавковых датчиков угловой скорости (ДУС), имеющих малогабаритный ГМ (разработан техпроцесс, акт применения способа и устройства прилагается). Применение способа и устройства решает задачу изобретения, направленную на установление контроля по предотвращению случаев попадания некомплектного шара при проведении операций сборки ГМ в магнетные (разборные) ш/п опоры ротора, что приводит к недопустимому уровню вибраций ГМ, установленного в ДУС, на частоте вращения сепаратора, отказу ДУС по переменной составляющей нулевого сигнала, отбраковке, полной разборке и передаче в изолятор брака узлов поплавкового (дорогостоящего) ДУС.Заметим, что данная актуальная задача решена по существу технической проблемы, существующей в производстве ДУС, которая заключается в том, что на сборку ГМ шарикоподшипники от производителя приходят в виде комплекта деталей, в том числе и комплекта шаров с разноразмерностью 0,25-0,5 мкм, которые устанавливаются слесарем-сборщиком в ГМ на этапе сборки ГМ. Учитывая, что размеры шаров в малогабаритных ГМ составляют 1-3 мм, вероятность потерять один шар из комплекта высока. Утеря и перепут шаров своевременно контролируются техпроцессом проверки, дефектный ГМ не будет установлен в изготавливаемый ДУС, подлежит переборке с заменой ш/п. Контроль повышает дисциплину сборочных операций ГМ, способствует повышению культуры производства и таким образом предотвращает попадание некомплектного шара в магнетные (разборные) ш/п ГМ. Изобретение не подменяет контроль разноразмерности шаров в комплекте ш/п, который существует до поступления ш/п на сборку ГМ, так как направлено на предотвращение последующего не санкционированного разукомплектования магнетных (разборных) ш/п.

Способ и устройство позволяют осуществить оперативные проверки и обеспечивают возможность сплошного (для всех ГМ) контроля качества сборки системы сепаратора в разборных ш/п собранного ГМ, на любом из этапов технологического процесса, на которых производится разборка ГМ и существует вероятность попадания некомплектного шара. В результате устраняются отказы гироприбора (ДУС), связанные с попаданием некомплектного шара, вызывающего вибрацию ГМ в ДУС. Таким образом заявлены:

1. Способ оперативной проверки гиромотора (ГМ) с шарикоподшипниковыми опорами ротора, заключающийся в том, что фиксируют статор ГМ в устройстве проверки, производят в одном направлении число оборотов ротора, не меньше наименьшего целого кратного величине отношения угла поворота ротора к углу поворота сепаратора в шарикоподшипниках ГМ, регистрируют значения радиальных перемещений обода ротора, возникающих в результате каждого оборота ротора, и по величине значений судят о качестве сборки системы сепаратора в шарикоподшипниках ГМ.

2. Устройство реализации способа, содержащее корпус, выполненный с возможностью прикрепления статора ГМ, средство фиксации ротора ГМ и бесконтактный емкостной датчик, обкладками которого являются обод ротора ГМ и пластина, закрепленная на корпусе с зазором к ободу ротора, электрически связанные с клеммами входа измерителя емкости.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройствам проверки гиромотора (ГМ) с шарикоподшипниками (ш/п) в опорах ротора, и может быть использовано в производстве гироскопических приборов. Способ заключается в том, что фиксируют статор ГМ в устройстве проверки, производят в одном направлении число оборотов ротора, не меньше наименьшего целого, кратного величине отношения угла поворота ротора к углу поворота сепаратора в шарикоподшипниках ГМ, регистрируют значения радиальных перемещений обода ротора, возникающих в результате каждого оборота ротора, и по величине значений судят о качестве сборки системы сепаратора в шарикоподшипниках ГМ. Устройство реализации способа содержит корпус, выполненный с возможностью прикрепления статора ГМ, средство фиксации ротора ГМ и бесконтактный емкостной датчик, обкладками которого являются обод ротора ГМ и пластина, закрепленная на корпусе с зазором к ободу ротора, электрически связанные с клеммами входа измерителя емкости. Технический результат заключается в исключении необходимости расхода ресурса работы ГМ и снижении затрат времени на проведение проверки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ оперативной проверки гиромотора (ГМ) с шарикоподшипниковыми опорами ротора, заключающийся в том, что фиксируют статор ГМ в устройстве проверки, производят в одном направлении число оборотов ротора, не меньше наименьшего целого кратного величине отношения угла поворота ротора к углу поворота сепаратора в шарикоподшипниках ГМ, регистрируют значения радиальных перемещений обода ротора, возникающих в результате каждого оборота ротора, и по величине значений судят о качестве сборки системы сепаратора в шарикоподшипниках ГМ.

2. Устройство реализации способа, содержащее корпус, выполненный с возможностью прикрепления статора ГМ, средство фиксации ротора ГМ и бесконтактный емкостной датчик, обкладками которого являются обод ротора ГМ и пластина, закрепленная на корпусе с зазором к ободу ротора, электрически связанные с клеммами входа измерителя емкости.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что средство фиксации ротора ГМ представлено в виде стопора, имеющего подвижную часть, связанную с винтом, обеспечивающим возможность ее перемещения в радиальном направлении ротора до упора в одно из балансировочных сверлений на ободе ротора, причем с подвижной частью стопора электрически связана клемма входа измерителя емкости, имеющая электрическую связь с ободом ротора.