СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕБАЛАНСА ГИРОУЗЛА ВИБРАЦИОННЫМ МЕТОДОМ Российский патент 2024 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации двухстепенных или трехстепенных свободных гироскопов с различными опорами подвеса гироузла.

В общем случае чувствительным элементом подобных систем является гироузел, закрепленный в приборе и создающий возмущающее воздействие, которое прямо пропорционально измеряемой угловой скорости. Паразитные возмущающие моменты, возникающие в подобных системах, такие как небаланс или момент трения в опоре, приводят к уменьшению точности данной измерительной системы в целом.

Существуют различные способы уменьшения влияния данных факторов, таких как введение технологических операций балансировки, как и самого гироузла, так и вращающихся элементов свободного гироскопа.

Известен способ балансировки поплавковых узлов гироскопических приборов, описанный в патенте на изобретение SU 300797 A1, где поплавковый узел устанавливают в опоры и на воздухе приводят его центр тяжести к оси вращения, перемещая тяжелые грузы, затем помещают поплавковый узел вместе с опорами в жидкость и приводят центр давления к оси вращения, перемещая легкие грузы.

Недостатками данного способа являются наличие различной величины сухого трения в опорах из-за различных сред, окружающих гироузел, и обусловленного зоной нечувствительности, несовпадения центра масс и центра давления.

Наиболее близкой к предлагаемому способу является способ балансировки гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа, предложенный в патенте на изобретение RU 2648023 С1. В данном способе балансировки гирокамеры двухстепенный поплавковый гироскоп устанавливают на неподвижном основании в положение, при котором выходная ось гироскопа горизонтальна, а ось вращения ротора гиромотора вертикальна. Затем включают систему обратной связи и измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи. Далее перемещают балансировочные грузы, установленные на торце гирокамеры, вдоль оси параллельной измерительной оси гироскопа; разворачивают гироскоп вокруг выходной оси на угол 90°; измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи; перемещают балансировочные грузы, установленные на торце гирокамеры, вдоль оси, параллельной оси вращения ротора гиромотора. При этом перед началом балансировки гироскоп устанавливают в положение, при котором его выходная ось вертикальна, измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи, а при горизонтальном положении выходной оси и оси вращения ротора гиромотора после разворота на 90° дополнительно разворачивают гироскоп вокруг выходной оси на угол 180° в ту же сторону и измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи. Далее вычисляют среднее значение тока в цепи датчика момента обратной связи при горизонтальных положениях выходной оси и оси вращения ротора гиромотора, а перемещение балансировочных грузов вдоль измерительной оси гироскопа и оси вращения ротора гиромотора производят соответственно до совпадения значения тока, измеренного при вертикальной оси вращения ротора гиромотора, и среднего значения тока, определенного при горизонтальных положениях выходной оси и оси вращения ротора гиромотора, с величиной тока, измеренного при вертикальном положении выходной оси.

Недостатком данного способа построения является зона нечувствительности измерительной системы, обусловленной моментами трения в опорах гироузла. При уменьшении трения путем уменьшения веса гироузла и путем помещения гироузла в жидкость возникает ошибка из-за несовпадения центров массы и давления, которую частично решает один из вышеописанных методов. Математические вычисления, предложенные во втором методе по измерениям, сделанным в четырех положениях, не позволяют измерить величину небаланса, чей момент меньше момента трения.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности предложенного метода. Поставленная задача решается путем введения автоколебаний в контур датчика момента для компенсации момента трения. При этом величина момента, генерирующего автоколебания, должна быть существенно больше момента трения в подвесах гироузла. Данное изменение позволит избавиться от зоны нечувствительности измерительной системы и повысить точность балансировки в целом.

При колебании гироузла на собственной резонансной частоте, точность определения величины небаланса увеличивается за счет компенсации дисси-пативными моментами колеблющегося гироузла моментов вязкого трения в подвесах, которое присутствует практически во всех типах подвесов. Учитывая изменение частоты собственного резонанса при проведении балансировочных операций, необходимо колебательный контур оснащать функцией автоподстройки.

Учитывая, что резонансная частота угловых колебаний гироузла зависит от момента инерции, положения центра масс гироузла относительно оси колебаний и жесткости подвесов, то при уменьшении расстояния между центром масс и осью колебаний данная величина будет увеличиваться. При этом разница между резонансными частотами при положении центра масс и оси колебаний в вертикальной плоскости будет наибольшей.

Балансировка при наличии резонансных колебаний осуществляется таким образом, что при наличии измеряемого небаланса величина отклонений в одну сторону будет больше на величину, прямо пропорциональную измеряемому небалансу. Компенсируемое замкнутым контуром воздействие прямо пропорционально току, протекающему в контуре. По величине тока определяется небаланс гироузла.

При этом величину небаланса можно определять по разнице частот резонансов гироузла при его плавном повороте вокруг оси отклонения начального положения для определения угла положения центра масс и расстояния между центром масс и осью колебаний.

Совокупность содержащихся в материалах заявки предложений по новому методу определения небаланса обеспечивает повышение точности измерения небаланса и, как следствие, балансировки в целом. Одновременное измерение небаланса по разнице резонансных частот позволит в дальнейшем реализовать принципиально новые алгоритмы обработки данных и компенсации небаланса.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации двухстепенных или трехстепенных свободных гироскопов с различными опорами подвеса гироузла путем введения автоколебаний в контур датчика момента для компенсации момента трения. При этом величина момента, генерирующего автоколебания, должна быть существенно больше момента трения в подвесах гироузла. Данное изменение позволит избавиться от зоны нечувствительности измерительной системы и повысить точность балансировки в целом. При колебании гироузла на собственной резонансной частоте точность определения величины небаланса гироузла увеличивается за счет компенсации диссипативными моментами колеблющегося гироузла моментов вязкого трения в подвесах, которое присутствует практически во всех типах подвесов. Учитывая изменение частоты собственного резонанса при проведении балансировочных операций, необходимо колебательный контур оснащать функцией автоподстройки. Величину небаланса можно определять по разнице частот резонансов гироузла при плавном повороте начального положения гироскопа для определения угла положения центра масс и расстояния между центром масс и осью колебаний, которое обратно пропорционально величине собственного резонанса колебаний. Технический результат – повышение точности балансировки гироузла.

Способ определения небаланса гироузла в различных, но не менее четырех, положениях, заключающийся в том, что двухстепенный поплавковый гироскоп устанавливают на неподвижном основании в положение, при котором выходная ось гироскопа горизонтальна, а ось вращения ротора гиромотора вертикальна, затем включают систему обратной связи и измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи, далее перемещают балансировочные грузы, установленные на торце гирокамеры, вдоль оси, параллельной измерительной оси гироскопа; разворачивают гироскоп вокруг выходной оси на угол 90°; измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи; перемещают балансировочные грузы, установленные на торце гирокамеры, вдоль оси, параллельной оси вращения ротора гиромотора, при этом перед началом балансировки гироскоп устанавливают в положение, при котором его выходная ось вертикальна, измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи, а при горизонтальном положении выходной оси и оси вращения ротора гиромотора после разворота на 90° дополнительно разворачивают гироскоп вокруг выходной оси на угол 180° в ту же сторону и измеряют ток в цепи датчика момента обратной связи, далее вычисляют среднее значение тока в цепи датчика момента обратной связи при горизонтальных положениях выходной оси и оси вращения ротора гиромотора, а перемещение балансировочных грузов вдоль измерительной оси гироскопа и оси вращения ротора гиромотора производят соответственно до совпадения значения тока, измеренного при вертикальной оси вращения ротора гиромотора, и среднего значения тока, определенного при горизонтальных положениях выходной оси и оси вращения ротора гиромотора, с величиной тока, измеренного при вертикальном положении выходной оси, отличающийся тем, что раскачивают балансируемый узел на частоте собственного резонанса, а величину и положение небаланса определяют по разнице резонансных частот при плавном повороте подвижного узла гироскопа вокруг оси его отклонения.