СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ОПОР РОТОРА ГИРОСКОПА Советский патент 2008 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к техническому диагностированию прецезионных гироскопов с газовым подвесом ротора, и может быть использовано при сборке и эксплуатации гироскопов инерциальных навигационных систем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является способ диагностики ротора гироскопа на ГДО [2], включающий определение на выбеге ротора скорости вращения в момент контакта подвижных и неподвижных элементов опоры и время от момента контакта до полного останова ротора.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является его сложность реализации при массовом производстве гироскопов с ГДО из-за тех же причин, что указаны в вышеприведенном аналоге, т.е. из-за сложности измерения характеристик гироскопа, характеризующих его качество.

Поэтому назрела проблема разработки простого и надежного способа диагностики гироскопа с газодинамической опорой подвеса ротора, который успешно мог работать в условиях серийного производства прецезионных гироскопов.

Целью настоящего изобретения является упрощение способа диагностики гироскопа на ГДО.

Указанная цель достигается благодаря тому, что в известном способе диагностики гироскопа на ГДО, включающем определение времени ротора на выбеге, в соответствии с предложенным техническим решением дополнительно в процессе испытаний регистрируют каждый раз время выбега ротора, затем определяют изменение времени выбега и по соотношению Δt≤0,2t_в.монт,

где Δt=t_в.монт-t_исп.i - изменение времени выбега,

t_в.монт - время выбега ротора после монтажа опоры,

t_в.исп.i - время выбега ротора после i-го испытания,

диагностируют техническое состояние гироскопа.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

После монтажа газодинамической опоры в процессе дальнейшей сборки, испытаний и эксплуатации гироскопа в результате воздействия больших угловых скоростей вращения ротора, остаточной несбалансированности ротора, эксплуатационных нагрузок, повышенной температуры качество прибора может измениться, т.е. может измениться рабочий зазор ГДО; состояние рабочих поверхностей опоры из-за появления осадочной пленки продуктов газовыделения клеев и пропиточных составов, присутствующих в сборке гироскопа; возможной разгерметизации прибора. Все эти дефекты отражаются на времени выбега ротора гироскопа. На чертеже представлена кривая выбега ротора гироскопа. Кривая выбега состоит из двух временных отрезков: t₁ - время, за которое ротор преодолевает аэродинамическое сопротивление, и t₂ - время преодоления ротором сил сухого трения в опоре. В гироскопических устройствах с ГДО, где рабочие обороты двигателей составляют 30000 об/мин, время t₁ значительно (на порядок) превосходит t₂, поэтому выбег гироскопа, в основном, будет характеризовать время на преодоление момента аэродинамического сопротивления.

Рассмотрим, какие параметры прибора влияют на время t₁, для чего проанализируем моменты сопротивления в точке ω_к.

где M_сопр. - момент аэродинамического сопротивления ротора на выбеге;

M_а - момент сопротивления обода ротора;

M_тр. - момент динамического трения в газовой опоре.

Известно [3], что

где K - конструктивный коэффициент газовой опоры;

μ - коэффициент динамической вязкости газовой среды;

ω - скорость вращения ротора;

С - рабочий зазор в опоре.

Тогда момент аэродинамического сопротивления в конце выбега практически составит величину

Данный момент сопротивления уравновешивается моментом инерции ротора, который находится по известной формуле (1)

J - момент инерции ротора.

Приравнивая 3 и 4, получим

Выражение (5) можно упростить, принимая , что для навигационной гироскопии статистически подтверждено, тогда

Преобразуя это выражение относительно t=t₁, получим

где А - функциональный коэффициент,

т.е. время выбега будет зависеть от величины рабочего зазора ГДО и вязкости газовой смазки. Т.о., любое изменение состояния рабочего зазора, будь то подвижка сопрягаемых элементов или изменение зазора в результате налета органических веществ на рабочие поверхности опоры, а также изменение состояния газовой среды отразится на величине выбега.

Определим допустимые значения изменения времени выбега, исходя из нормированной величины рабочего зазора, которая составляет C_монт.=С_опт.±0,1С_опт.,

где С_опт. - оптимальная расчетная величина рабочего зазора, обеспечивающая нужную точность гироскопа.

Т.е. все поле допуска на величину зазора составляет 0,2С_опт. Тогда время выбега при любом испытании гироскопа должно быть не менее

И допустимое изменение составит

Δt=t_в.монт-t_исп.=0,2t_в.монт

Всякое изменение времени выбега на величину, превышающую значение 0,2t_в.монт, говорит о недопустимом изменении состояния рабочего зазора ГДО.

Рассмотрим, как изменяется параметр Δt при случайной разгерметизации прибора, заполненного, например, водородом. В этом случае в объем гироскопа попадает воздух, у которого Подставляя значения μ_в в (8) и преобразуя, получим

Δt=0,5t_в.монт

Это изменение Δt превосходит изменение выбега от изменения состояния рабочего зазора, поэтому за критерий качества выбираем Δt≤0,2t_в.монт

Предложенный способ диагностики гироскопа с ГДО подвеса ротора максимально упростил оценку качества сборки прибора и без каких-либо дополнительных затрат может быть внедрен в серийное производство.

Источники информации

1. Ковалев В.М. и др. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств. М., Машиностроение, 1965 г.

2. Авт. свид. СССР №1840738, МКИ G01С 25/00 от 26.12.84.

3. "Подшипники с газовой смазкой для оси ротора гироскопа". Источник: Technical Report of Mechanical Technology Incorporated по MTI-68 TK 29.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к техническому диагностированию прецизионных гироскопов с газовым подвесом ротора, и может быть использовано при сборке и эксплуатации гироскопов инерциальных навигационных систем. Способ заключается в определении изменения времени выбега ротора в процессе испытаний по сравнению с временем выбега его после завершения монтажа ротора с опорами. При превышении этого изменения допустимой величины судят о наличии дефекта в опорах. Техническим результатом является повышение точности за счет фиксации изменения состояния опор. 1 ил.

Способ диагностики состояния опор ротора гироскопа, включающий определение времени выбега ротора после завершения его монтажа с опорами и оценку состояния опор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, за счет фиксации изменения состояния опор, в процессе испытаний гироскопа определяют изменение времени выбега ротора гироскопа по сравнению с временем выбега его после завершения монтажа ротора с опорами и при превышении разности между временем выбега ротора после завершения монтажных работ и временем выбега в процессе испытаний допустимой величины, определяемой исходя из нормированного параметра: рабочего зазора или момента трения, - характеризующего конкретный вид опоры, судят о наличии дефектов в опорах.