Одноосный маятниковый акселерометр

Изобретецие относится к точному приборостроению и может найти применение в акселерометрах для инерциальных навигационных систем.Целью изобретения является повьппение точности измерений за счет стабилизации величины нулевого сигнала акселерометра.На Фиг, 1 представлена конструк" тивная схема одноосного маятникового акселерометра с упругим подвесом; на Фиг. 2 - схема нагружения упруго го шарнира перерезывающей силой ( и изгибающим моментом И; на Фиг. 3 Форма упругой линии упругого шарнира и положение центра тяжести С маятника при смещении и повороте подвижного конца упругого шарнира с критической длиной 1;на Фиг,4 - геометрическое со"10г отношение между расстоянием от подвижного конца упругого шарнира до центра тяжести и смещением центра тяжести маятника относительно первоначального положения; на фиг. 5 - упру гий шарнир, образованный двумя цилиндрическими выточками; на Фиг. 6- Форма поперечного сечения упругого шарнира.Одноосный маятниковый акселерометр 30 содержит упругий подвес 1 маятникового чувствительногц элемента с двумя упругими шарнирами 2, расположенными соосно и на равных расстояниях1 от продольной оси маятника х-х, центр тяжести С чувствительного элемента расположен на расстоянии 1,(плечо маятника) от оси подвеса у-у, расстояние между каждым упругим шарниром и продольной осью чувствитель- О ного элемента 1 равно расстоянии от оси подвеса до центра тяжести чувс."- вительного элемента, т.е. 1=1(Фиг. 1).Указанное соотношение геометричес ких размеров обеспечивает оптимальное соотношение между прочностью упругого подвеса и его габаритами. Действительно, при 1 с 1. величина критической ударной перегруякиф кОтОРую может 50 Фвыцержать прибор, прямо пропорционально возрастает с увеличением расстояния между упругими шарнирами. При 11.крутизна рассматриваемой харак. теристики резко уменьшается, Следова тельно, расстояние от упругого шарнира до продольной Оси маятника 1 1 является оптимальным с точки эрминия обеспечения высокой прочности упРугого подвеса, так как дальнейшее увеличение расстояния между упругими шарнирами не дает существенного возрастания значений критических ударных"перегрузок, но приводит к неоправданному увеличению габаритов акселерометра.Упоры 3 расположены под углом0к продольной оси чувствительного элемента и на расстоянии Ь отоси подвеса, превышающем расстояниедо центра удара Ь.Из теоретической механики известно, что при ударе по твбудому телу,закрепленному на оси, в точках закрепления этой оси импульсные реакциине возникают, если упор расположен вцентре удара,Однако это справедливо только дляслучая использования жестких шарниров,допускающих только угловое перемещение, и несправедливо в случае использования упругих шарниров, допускающихне только угловое, но и линейное перемещение чувствительного элемента(ч.э.).Оптимальное расстояние от оси подвеса до упора определяется исходя издвух условий:время движения ч.э. до упораравновремени, за которое максимальные на-,пряжения в поперечных сечениях упругих шарниров достигают предела текучести;после удара об упор ч.э, останавливается, т.е. прекращается его поступательное и вращательное движения,при этом упругие шарниры не нагружаются дополнительно перерезывающей силой и изгибающим моментом.Оптимальное местоположение упороврассчитывается по ФормулеЭЬ---аьазпппгней- радиус инерции ч.з,; 1 - длина упругого шарнира, при которой последнийможно рассматривать как балку 19 фрасстояние от оси подвеса до центра5тяжести; 01- рабочий угол акселерометра; А, А 2 - коэЪЬициенты, учитывающие переменность попере ного сечения упругих шарниров; Е - модуль упругости 1 рода материала упругих шарниров; Ь,ч 1 и - высота наименьшего поперечного сечения; 5 ) - динамическийпредел текучести материала упругихшарниров; г - радиус цилиндрическойвыточки, образующей тонкую перемычку 15в упругом шарнире,Работа одноосного маятникового акселерометра с упругим подвесом привоздействии ударных нагрузок заключается в следующем. 20При приложении к корпусу прибораударного импульса, направленногопараллельно оси чувствительности Е-Е(йиг. 1), чувствительньи элемент акселерометра с момента приложения удар ного импульса до момента остановкикорпуса прибора движется. поступательно вместе с корпусом акселерометра.С момента остановки корпуса прибора, т.е, с момента окончания действия 30ударного импульса, до момента ударачувствительного элемента об упор 3,ограничивающий его отклонение от нулевого положения, чувствительный элемент начинает колебаться относительно оси подвеса с двумя резко отличающимися друг от друга частотами; низкой, совершая лишь часть периода колебаний, ивысокой, совершаянесколькоколебаний до момента удара об упор. Деформации упругих шарниров 2 (Лиг. 1)определяются в основном наличием высокочастотных колебаний.В момент остановки корпуса прибора упругие шарниры оказываются нагруженными перерезывающей силой О и изгибающим моментом М (Аиг, 2). Упоры 3расположены на таком расстоянии отоси подвеса, что даже, если к моменту удара об упор в опасном поперечномсечении упругих шарниров и возникаютмаксимально допустимые нормальные напряжения, после удара чувствительного элемента об упор не происходит увеличения этих напряжений. 55Следовательно, пластические деформации в поперечных сечениях упругихшарниров возникают при больших значениях ускорений ударной нагрузки, что уменыиает веролтост.и:ии яч нуоного синпГа Якое.е 110 етрп и лабос режиме.При воздействии угсарчого и втузьсп, направленного вдоти осн подпсс у-у чувствительного элемента (Ьг, 1), один из упругих шарипров 2 окпзыпается нагруженным сяимаюие." силой, а другой - растягивающей; три этом оба шарнира нагружены геререзываюией силой. Расстояние между упругимп шарнирами 21 =21позволяет снизить максимальные нормальные напряжения в опас - ных поперечных сече нипх упр у сих шарнировов, поэтому значения допустимых ударных перегрузок повышаются. Равенство плеч 1 и 1 создает равенство нормальных и касательных напряжений в поперечных сечениях упругих шарниров, что обеспечивает равнопрочность упругого подвеса. Таким образом повыщает-. ся устойчивость упругого подвеса к воздействию ударных нагрузок; появление пластических деформаций происходит при больших значениях ударных нагрузок, что снижает вероятность появления пластических дейорыаций и смеиения нулевого сиг.ала акселеро - мстра в рабочем ремдже при включении следящей системы.Технический эййект изобретениязаключается в повышении точностныххарактеристик акселерометра за счет стабилизации величины пчлевого сигнала акселерометра путем повышения его устокчивости к воздействию динамических нагр уз ок .Так, гри расстоянии межпу упругими шарнирами, равном 1,882 см, критическое значение ударного ускорения вдоль оси чувствительности при синусоидальном ударном импульсе равно 73 я, а при расстоянии 0,2 см - 21 р. Следовательно, при ускорении ударной нагрузки 25 я коэдхЪициент запаса прочности в 1 случае составляет 2,9, а во 11 - 0,84, т.е. вслучае величина нулевого сигнала акселерометра будет стабильной, а во 1 Е - изменяется более чем на 3,5 мВ, не удовлетворяя требованиям ТУ,т,е. точность акселерометра не обеспечена.Аналогично, при установке упоров под центром тяжести чувствительного элемента и в центре удара допустимые ударные скорости соответствепно на 16и 77. меньше, чем при установке нарасстоянии от оси подвеса, равном2,432 см. Кроме того, при установкеупоров в точке, отличной от расчетной5в момент удара упоры дополнительнонагружаются перерезывающей силой и изгнбающим моментом, вследствие чегодопустимые ударные скорости максимально уменьшаются на 30% и соответственно увеличивается вероятность смещения нулевого сигнала акселерометрав рабочем режиме.1176/09 едактор 0.1 Эркова Техред А авчук Корректор Л.Патай при ГКНТ Л:СР изводственно-нз,наедь:кий комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Зака ВНИИП 722Госуда Т У Рог.5 Тираж 3 Я,Ь Подписноетве.ного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб , д.