Гировертикаль

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1789858 9) 5 6 01 С 19/44 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) 96 еЩ 9 ЭВМщи-ЩВФмииМЙФВНА ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛ ЬСТ 2 К АВТОРСКО торское оскопичеия являет- прощении ржит внут- нова подтоящий из акже кор- утренней ент Н явпарамет. П ляетстически кинетическиим сновным определяющи(56) Авторское свидетельство СССЬЬ 415863, кл. 6 01 С 19/44, 1986.(57) Изобретение относится к гирским приборам. Целью изобретенся повышение точности при уконструкции,Гировертикаль содереннюю 1 и внешнюю рамки кардавеса, корпус, гиродвигатель 4, сосротора 5 с осью 6 и статора 7, а тректор 8, установленный на вн Изобретение относится к гироскопическим приборам и может найти применение при определении положения искусственного горизонта или вертикали и измерении углов крена и тангажа объекта, например летательного аппарата (ЛА).Известна гировертикаль, содержащая карданов подвес с корректором и ротор гиродвигателя с устройством создания нижней маятниковости при невращающемся роторе, причем это устройство содержит подвижные элементы, расположенные в цилиндрических замкнутых полостях, выполненных наклонно сверху вниз непосредственно в роторе, Подвижные элементы преимущественно выполнены в виде шаров.При отсутствии электропитания шарообразные массы, находящиеся в крайнем нижнем положении, создавая нижнюю маятниковость, удерживают ось ротора гироскопа в положении, близком к рамке 1, На нижнеи торцовои поверхности ротора 5 с помощью осей 10 и 11 шарнирнс установлены пластины 12, 13 с грузам (инерционными массами) 14, 15, а также вы фрезерованы пазы под пластины 12, 13выемки 18, 19 под грузы 14, 15. При невра щающемся роторе 5 гиродвигателя 4 пла стины 12, 13 с грузами 14, 15 опущены и расположены вертикально вдоль оси 6. При вращающемся роторе 5 гиродвигателя 4 под действием центробежных сил пластины 12, 13 с грузами 14, 16 поворачиваются нэ осях 10, 11 до тех пор, пока не займут горизонтальное положение. При этом пластины 12, 13 заходят в пазы выфрезерованные на нижней поверхности 9 ротора 5, а грузы 14, 15 - (Д в выемки 18, 19. 3 ил. вертикальному. При подаче электропитания ротор начинает вращаться, под действием составляющих центробежных сил подвижные шарообразные массы перемещаются в крайние верхние положения, в результате чего гироскоп переходит из состояния со смещенным центром масс в уравновешенное состояние, т.е, в астатическое состояние.Недостатком известной гировертикали являются сложность конструкции и невысокая точность. Кэк известно, точность гироскопического прибора в большой степени зависит от величины кинетического момента Н ротора гироскопа, так как дрейф (уход) гироскопа под действием вредных моментов Мв определяется выражениемМвш/хОдд = Мром гироскопических приборов, в том числе и гировертикали (эвиагоризонта).Наличие вгеле ротора гироскопа цилиндрических полостей ведет к уменьшению кинетического момента ротора.У современной гировертикали (авиагоризонта) моменты трения по осям карданова подвеса, т.е, по оси внутренней и наружной размок, достигают величины 3 г.см - трениев шарйкойодшипниках, токо- подводах Ь датчиках угла (например, в потенциоме 1 рах) Крометого, в авиагоризонтах- и "гировертикалях широко применяется шариковый корректор, При отключении питания и остановке ротора гироскопашарик стремится скатиться к краю корректора и отклоняет рамки карданова подвеса от их рабочего нулевого положения на углы более 90 О, Поэтому, чтобы после отключения питания и остановки ротора гироскопа его ось удерживаласьв положении, близком к вертикальному, требуется создавать момент маятниковости Мм 1 = 70 г см, Чтобы получитьтакую маятниковость в известной гировертикали, ротор гироскопа снабжен 14 цилиндрическими полостями и 14 шарами диаметром 8,5 мм, Наличие 14 полостей примерно на 250/О уменьшает кинетический момент гироскопа, а следовательно, на 25 О снижает точность гировертикали.. Чтобы сохранить необходимую точность гировертикали, приходится увеличивать Н, в частности, за счет увеличения наружного диаметра ротора гироскопа, т,е. за счет существенного увеличения габаритных размеров ротора и гировертикали в целом,Теоретически возможно увеличение Н за счет наращивания массы ротора в нижней его части (под диаграммой), т.е. с полусферой внизу, Однако практически так не поступают по следующим соображениям:- реально ротор гироскопа выполняют в виде цилиндра без полусферы внизу, так как придание диафрагме полусферической формы делает конструкцию нетехнологичной вследствие сложности при изготовлении полусферы в серийном производстве;- за счет введения полусферы под диафрагмой значительно увеличивается масса ротора и несущественно увеличивается кинетический момент Н. Это объясняется тем, что Н =,3 Й, где,3 - момент инерции ротора; Й - скорость вращения ротора, Причем Л= вй, где т - масса участков ротогра; В - радиус вращения участка ротора относительно оси вращения ротора, Как видно из формулы, в формировании момен та инерции большую роль играет не масса в. а радиус В (в формуле он в квадрате), У полусферы участки с большой массой имеют малый радиус В, а участки с большим В имеют незначительную массу. Поэтому увеличение Н за счет выполнения диафрагмы в виде полусферы неэффективно. Общепринято увеличение Н за счет увеличения наружного диаметра ротора 10 Недостатком известной гировертикали 35 40 де по крайней мере двух Г-образных рычагов, каждый из которых закреплен в роторе на своей оси с возможностью поворота в плоскости, проходящей через ось вращения ротора, при этом горизонтальный конец плеча каждого Г-образного рычага направлен к центру ротора и кинематически связан с наружным кольцом дополнительно введенного радиально-упорного шарикоподшипника, жестко закрепленного на валу 45 ротора, причем в качестве опор ротора использованы шарикоподшипники с наружным или внутренним кольцом типа гладкой втулки.Недостатками гиродатчика авиагори 50 55 зонта являются:Значительная конструктивная сложность, повышающая его себестоимость, так как в него вводится дополнительный шарикоподшипник, а в теле ротора необходимо выполнять полости для размещения Г-образных рычагов. Полости имеют сложную форму, поэтому их можно изготовить только в случае применения конструкции ротора, состоящей из двух частей, а это ведет к является значительная сложность, так как вее роторе выполнено с достаточно высокой точностью и хорошей чистотой 14 наклонных отверстий. Большой угол наклона зада вать невозможно, так как это ведет кувеличению толщины стенки ротора, а следовательно, и к увеличению габаритов ротора, что вызывает увеличение габаритов гировертикали, Из-зэ малости угла наклона 20 невелика и подъемная сила шаров (угол наклона равен нулю - подъемная сила также равна нулю). Поэтому, чтобы шары не застревали в цилиндрических полостях, поверхности полостей приходится шлифовать, 25 что приводит к усложнению технологического процессаНаиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемому результату является гироскопический датчик 30 (гировертикаль) авиагоризонта, содержащий ротор гиродвигателя, установленный на шарикоподшипниках в кардановом подвесе и содержащий устройство создания нижней маятниковости, выполненное в ви10 15 20 поднять ротор, Но в этом случае величина кинетического момента Н, а следовательно, и точность гировертикали, будут небольшими, Недостаточная надежность гиродвигателя и гироприбора в целом, так как в качестве главных опор ротора используются шарикоподшипники с гладкими втулками. В гиродвигателях в качестве главных опор преимущественно используются радиально-упорные шарикоподшипники. Как показал опыт эксплуатации авиагоризонта АГБ - ЗК, у которого шарикоподшипники с гладкими втулками установлены на осях карданова подвеса (здесь нагрузки значительно меньше, чем в роторе гиродвигателя), на поверхности гладких втулок образуются лунки и вмятины от шаров, что ведет к увеличению момента трения шарикоподшипников, их перегреву и отказу,Целью изобретения является повышение точности при упрощении конструкции,Указанная цель обеспечивается тем, что в гировертикали, содержащей ротор, установленный на шарикоподшипниках в кардановом подвесе, и устройство для создания нижней маятниковости при невращающемся роторе, включающее по крайней мере два подвижных элемента, шарнирно связанных с ротором с возможностью поворота в плоскости, проходящей через ось вращения ротора, согласно изобретению подвижные элементы выполнены в виде пластин с инерционными массами (грузами) и установлены на нижней поверхности ротора, на которой под пластины выполнены пазы с выемками для инерционных масс.На фиг. 1 изображена внутренняя рамка карданова подвеса гировертикали, час, тичный разрез; на фиг, 2 - разрез А - А на усложнению ротора, технологии его изготовления и сборки.Большие габариты гиродвигателя, аследовательно, и гироприбора, так как для размещения в теле ротора Г-образных рычагов, способных поднять ротор гиродвигателя, толщина стенок ротора должна быть большой.Невысокая точность гировертикали, таккак для того, чтобы уменьшить габаритные размеры ротора гиродвигателя и особенночтобы уменьшить наружный диаметр обода ротора, его изготавливают из стали, латуниили тяжелого сплава. Но при большой толщине стенок ротора, которая необходима для размещения Г-образных рычагов, масса ротора, изготовленного из стали, становится чрезмерно и недопустимо большой, Поэтому ротор известной гировертикали придется делать из легкого сплава. Только в этом случае Г-образные рычаги смогут 25 30 35 40 45 50 55 фиг. 1; на фиг, 3 - кинематическая схемагировертикали в обесточенном состоянии.Гировертикаль содержит внутреннюю 1и внешнюю 3 рамки карданова подвеса (фиг,1, 3), корпус 3, гиродвигатель 4, состоящийиз ротора 5 с осью 6 и статора 7, а такжекорректор 8, установленный на внутреннейрамке 1 (фиг.1). На нижней торцовой поверхности 5 с помощью осей 10 и 11 шарнирноустановлены пластины 12, 13 с грузами(инерционными массами) 14, 15, а.также выфрезерованы пазы 16, 17 и выемки 18, 19под грузы 14, 15. На фиг, 1, 3 показаны такжеосновной 20 и смещенный 21 центры масс,Масса грузов 14, 15 устанавливаетсяэкспериментально или определяется расчетным путем в зависимости от конструкциикорректора 8. Выше указывалось на то, чтов случае использования в гировертикалишарикового корректора требуется создавать момент маятниковости Мм = 70 г см.Для создания такой маятниковости впредложенном устройстве достаточно четырех грузов 14, 15 с размерами 0,8 х 1 хх 1,2 см (объем одного груза 0,96 см, массаР = Чр, Для сталир= 7,8 з, Масса одногогсмгруза Р = 0,96 7.8 = 7,5 г, Масса четырехгрузов Х Р= 30 г. При расстоянии от центрагруза до оси поворота пластины= 2,3 сммомент маятниковости М = 30 2,3=70 г см),Обычно рамка 2 охватывает гиродвигатель 4, повторяя его форму. На верхней торцовой площадке рамки 1 закрепляюткорректор (например, шариковый корректор 8), на нижней площадке могут быть закреплены балансировочные грузы.Наиболее оптимальной формой ротора (сточки зрения получения оптимального кинетического момента, наименьших габаритови с точки зрения наилучшей технологичности при изготовлении) является цилиндр,Увеличение массы ротора за счет выполнения его нижней части в виде полусферы,размещенной в полусферической зоне рамки 1 (фиг,1) малоэффективно. В результатепространство под нижней торцовой поверхностью ротора 5 оказывается свободным,В предложенном техническом решенииэто пространство используется для размещения пластин 12, 13 с грузами 14, 15 (фиг,1, 3),Гировертикаль работает следующим образом,При отключенном питании ротор 5 гиродвигателя 4 не вращается, пластины 12, 13 с грузами 14, 15 опущены вниз и располага 1789858ются вертикально (или почти вертикально) вдоль оси 6,В результате у рамок 1 и 2 карданова подвеса образуется нижняя маятниковость, под действием которой ось 6 гиродвигателя 4 устанавливается в положение, близкое к вертикальному. Это обстоятельство способствует при включении питания быстрому приведению оси 6 гиродвигателя 4 корректором 8 в вертикальное положение т,е, уменьшению времени готовности гировертикали.При включении питания гировертикали ротор 5 гиродвигателя 4 начинает вращаться, набирая обороты. Под действием центробежных сил пластины 12, 13 с грузами 14, 15 поворачиваются на осях 10, 11 до тех пор, пока не займут горизонтальное положение 11(фиг, 1). При этом пластины 12, 13 заходят в пазы 16, 17, выфрезерованные на нижней поверхности 9 ротора 5, а грузы 14, 15 - в выемки 18, 19, Центр масс гироскопа устанавливается в точке 20 (фиг. 1, 3) на пересечение осей Х-Х, У-У, Е, Гироскоп превращается в астатический, т,е, в полностью уравновешенный, не имеющий маятниковостей. Такой гироскоп не чувствителен к действию линейных ускорений. Если ось 6 перед запуском гировертикали не совпадала с вертикалью, корректор 6 устранит это несовмещение.После отключения питания обороты ротора 5 постепенно уменьшаются, вследствие чего уменьшаются и центробежные силы, воздействующие на грузы 14, 15, при этом постепенно пластины с грузами опускаются вниз и располагаются вертикально (положение на фиг, 2). В результате пластины 12, 13 с грузами 14, 15 создают гироскопу нижнюю маятниковость. Центр масс гироскопа смещается в точку 21 (фиг. 1), благодаря чему ось 6 ротора 5 гиродвигателя 4 устанавливается в положение, близкое к вертикальному. Гировертикаль готова к очередному запуску.Поскольку вес грузов 14, 15 достаточно велик (Р = 7,5 г см и выше), прецизионная шарнирная подвеска пластины 12, 13 с грузами 14, 15 не требуется, так как при разгоне ротора 5 и достижении им такой большой угловой скорости, как 0= 20000 об/ мин, на грузы будут действовать достаточные усилия, чтобы перевести их в горизонтальное положение и чтобы грузы зашли в выемки нижней торцовой поверхности ротора 5,При отключении питания гировертикали с последующим уменьшением оборотов ротора и его полной остановкой груза 14, 15опустятся вниз, пластины 12, 13 займут примерно вертикальное положение. Но если даже пластины 12, 13 из-за грубости шарнирных подвесов и не дойдут до вертикального положения на 1 - 2 О, особыми неприятностями это не грозит, так как момент нижней маятниковости М =70 г все равно будет создан. Кроме того, задача состоит не в том, чтобы перед запуском гировертикали установить ось ротора гироскопа строго по вертикали, а в том, чтобы установить ось ротора в положение, близкое к вертикальному,Пластины 12, 13 и грузы 14, 15 преимущественно изготавливаются из того же материала, что и ротор 5, Грузы могут выполняться в виде параллелепипедов, в виде усеченных пирамид, им может быть придана полусферическая форма, Пластины 12, 13 в горизонтальном положении заходят в пазы 16, 17 заподлицо с нижней торцовой поверхностью 9 ротора 5. Благодаря этому кинетический момент гироскопа и аэродинамические характеристики ротора остаются практически такими же, как в случае изготовления ротора без пазов 16, 17 и без выемок 18, 19 под грузы 14, 15.Пластин с грузами должно быть по крайней мере две, располагаться они должны симметрично относительно оси 6 ротора 5. В этом случае создаются оптимальные условия для балансировки ротора 5 и рамок 1, 2 карданова подвеса,Таким образом, упрощение конструкции гировертикали достигается за счет того, что подвижные элементы, создающие гироскопу нижнюю маятниковость, размещаются не во внутренних частях ротора, а на наружной его поверхности, причем подвижные элементы имеют простую форму и состоят.из пластин и грузов. Следует также отметить, что в предложенном техническом решении традиционный принцип построения гиродвигателя гировертикали (хорошо отработанный, а потому и надежный) сохраняется; применение двух радиально-упорных шарикоподшипников, использования температурной компенсации в главных опорах гиродвигателя и т,д. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Повышение точности гировертикали достигается благодаря тому, что в теле ротора, по сравнению с известными гировертикалями, отсутствуют полости, не заполненные металлом, Вследствие этого кинетический момент гироскопа предложенной гировертикали на 25 больше, чем у известных гировертикалей, соответственно на 25 овыше и точность,Формула изобретения Гировертикаль, содержащая гиродвигатель с ротором, вектор кинетического момента которого расположен вертикально, установленный в двухосном кардановом подвесе, устройство для создания нижней маятниковости при невращающемся роторе, включающее подвижные элементы, шарнирно связанные с ротором с возможностью поворота в плоскости, проходящей через ось вращения ротора, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности при упрощении конструкции, подвижные элементы выполнены в виде пластин с инерционными массами и установлены на нижней торцевой поверхности ротора, в которой выполнены пазы с возможностью размещения в них инерционных масс при горизонтальном расположении пластин.1789858 Составитель Н, СтанкевичРедактор Г. Бельская Техред М,Моргентал Корре В, Петраш роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро гарина, 10 Заказ 344 Тира.к ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР5, Раушская наб., 4/5