книги из ГПНТБ / Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств

* #

>

М. П. КОВАЛЕВ, С. П. МОРЖАКОВ, К. С. ТЕРЕХОВА

ДИНАМИЧЕСКОЕ И СТАТИЧЕСКОЕ

УРАВНОВЕШИВАНИЕ

ГИРОСКОПИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВ

Издание третье, переработанное и дополненное

Москва

«МА Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е : 1974

К56

УДК 629.7.054.011.2

Ковалев М. П., Моржаков С. П., Терехова К. С. Динамическое

истатическое уравновешивание гироскопических устройств. М., «Ма­ шиностроение», 1974, 252 с.

Вкниге изложена современная теория и технология статического

идинамического уравновешивания роторов и других узлов гироско­ пических устройств. Рассмотрено влияние качества опор вращения и других элементов гироскопических устройств на их точность и надеж­ ность.

Третье издание книги (2-е нзд. 1965 г.) существенно переработано и дополнено новыми материалами. Изложены результаты исследова­ ния зависимости дрейфа гироскопа от неперпеидикулярности осей карданова подвеса, динамической неуравновешенности внутреннего кольца подвеса и динамической неуравновешенности деталей и узлов гироскопических устройств.

В настоящем издании впервые излагается теория расчета жест* костных характеристик опор вращения и их влияние на работу гиро­ скопических устройств. Рассмотрены системы различных современ­ ных балансировочных машин и даны рекомендации по их расчету и использованию. Изложены основные пути автоматизации процесса уравновешивания роторов гироскопов.

Книга предназначена для инженерно-технических работников машино- и приборостроительных предприятий, проектно-конструктор­ ских н исследовательских организаций и может быть полезна препо­ давателям и студентам высших и средних специальных учебных за­

ведений.

Табл. 5, ил. 159, список лит. 56 пазв.

_4 ± .

Рецензент д-р техн. наук С. А. Майоров

31305—000

К038(01)—74

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Повышение точности современных гироскопических приборов " такими известными ранее способами, как увеличение кинетичес­ кого момента и снижение моментов трения ,в опорах, не обеспе­ чивает требуемых характеристик. Основная проблема сейчас — борьба с помехами, ограничивающими дальнейшее увеличе­ ние чувствительности и точности гироскопических приборов. Ре­ шение этой проблемы может быть достигнуто путем устранения причин, вызывающих нестабильность момента, действующего вокруг выходной оси прибора.

Среди возмущающих воздействий, вызывающих эту неста­ бильность, особое место занимает вибрация. Действие вибрации не ограничивается только снижением точности работы гироско­ пических приборов. В условиях вибрации создаются дополни­ тельные динамические нагрузки на детали, материал конструк­ ций подвергается усталостным напряжениям, что может явить­ ся причиной поломок и неисправностей.

У гироскопических приборов вибрация ускоряет износ под­ шипников и приводит к появлению зазоров, а гироскопический прибор с зазорами в подшипниках не может выполнять своей роли в системе управления. Влияние вибрации особенно велико при совпадении частоты вынуждающей силы с частотой нута­ ции гироприбора. В этом случае уходы гироприборов особенно велики.

На вибрационное перемещение деталей затрачивается допол­ нительная энергия. Наиболее эффективным 'методом борьбы с вибрацией является уменьшение сил, возбуждающих ее.

Настоящая книга посвящена уравновешиванию роторов и узлов гироскопических приборов. В третьем издании значитель­ ное внимание' уделено изложению теории расчета уходов гиро­ приборов в зависимости от динамической неуравновешенности узлов вращения, и жесткостных характеристик опор. В нем изло­ жены теоретические положения, методы уравновешивания сфе­ рических роторов и принципы построения балансировочных ма­ шин.

Стремление к увеличению чувствительности и точности изме­ рительных устройств балансировочных машин привело к разра­ ботке новых датчиков перемещения емкостного типа, что также нашло отражение в книге.

3

Гл а в а I.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Точное выдерживание заданной траектории полета современ­ ных летательных аппаратов любого назначения обеспечивается системами автоматики в управлении и стабилизации. В систе­ мах стабилизации и навигации летательных аппаратов особое место принадлежит гироскопическим устройствам, к которым предъявляются весьма высокие требования, вытекающие из спе­ цифики их эксплуатации. Самые высокие требования предъяв­ ляются к гироскопическим прибора'м инерциальной системы навигации. Основным из этих требований является высокая точ­ ность, так как инерциальная система, будучи автономной, долж­ на надежно работать при любых условиях, быть нечувствитель­ ной к внешним помехам.

Указанные требования обеспечиваются рациональным выбо­ ром принципиальной схемы гироскопического устройства, его конструкцией, а также технологией изготовления роторов гиро­ двигателей, гироузлов, кардановых подвесов, опор вращения и сборки гироскопических устройств в целом.

1.1. РОТОРЫ ГИРОДВИГАТЕЛЕИ

Основным элементом современных гироскопических уст­ ройств, использующих стабилизирующие свойства быстро вра­ щающегося тела (ротора), является гиродвигатель.

Совершая собственное вращение с большой угловой ско­ ростью, ротор гиродвигателя создает кинетический момент, не­ обходимый для сохранения неизменным положения главной оси гироскопа в инерциальном пространстве [6, 21, 33].

RoTop гиродвигателя должен иметь наибольший момент инерции при наименьших габаритах, постоянное положение центра тяжести, высокую надежность в эксплуатации.

Для уменьшения угловой скорости систематического ухода (дрейфа) гироскопа при проектировании, и изготовлении рото­ ров гироскопических устройств необходимо добиваться макси­ мальной точности их динамического уравновешивания, т. е. как

5

можно точнее совмещать ось собственного вращения ротора с главной центральной осью инерции последнего.

Точность гироскопических устройств зависит также от кон­ струкции ротора гнродвигателя и его жесткостных характери­ стик. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы сила тяже­ сти ротора, отношение силы тяжести к кинематическому момен­ ту H = JQ гироскопа, а также разность жесткостей ротора в осевом и радиальном направлениях имели бы как можно мень­ шие значения. При этом конструкция ротора должна обладать максимально возможными величинами жесткостей как в осевом, так и в радиальном направлениях.

Наиболее рациональной формой обода ротора гнродвигате­ ля является форма полого цилиндра, которая позволяет обеспе­ чить лучшие соотношения между основными конструктивными параметрами и тем самым получить более точные гироскопиче­ ские устройства [2, 33].

Обод ротора должен быть изготовлен из однородного проч­ ного металла наибольшей удельной плотностью. Как правило, обод роторов гироскопов изготавливают из латуни, стали, брон­ зы и специальных тяжелых сплавов.

1.2.ГИРОДВИГАТЕЛИ И ГИРОУЗЛЫ

Всовременных гироскопических устройствах применяются электрические гиродвигатели переменного и постоянного тока, которые являются двигателями обращенного типа [2, 11, 33].

Некоторые технические характеристики основных типов ги­

родвигателей приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Технические характеристики основных типов гнродвигателей

Наиболее широкое распространение получили гиродвигате­ ли переменного тока, представляющие собой трехфазный двух-

б