Технология МАЛОГАБАРИТНЫХ ГИРОМОТОРОВ

ГИРОСКОП И ЕГО ПРЕЦЕССИЯ

Гиромотор, являясь основным элементом всякого гироскопи­ческого прибора, решающим образом влияет на точность прибора и надежность его работы. Гироскоп для обеспечения требований за­данной точности, как правило, должен обладать большим кинети­ческим моментом в отведенных ему габаритах, высокой стабиль­ностью положения своего центра тяжести, высоким постоянством величины кинетического момента, низким уровнем вибрации и др. Надежность работы гироскопа во многом зависит от запаса ресур­сов работы скоростных шарикоподшипников, запаса прочности маховика ротора, запаса электрической прочности изоляции. Обе­спечение же последних требований зависит не только от правиль­ности выбора основных параметров гироскопического прибора и его конструкции, но и от правильности технологии изготовления дета­лей и узлов гироскопической системы.

Основными технологическими задачами, которые должны быть решены при изготовлений и испытании гироскопических приборов, являются: /

1. Получение высоких классов шероховатости поверхности де­талей, в частности посадочных мест. -

Это необходимо для уменьшения количества и высоты гребеш­ков на поверхности деталей, задерживающих на них посторонние частицы после обработки, а также для облегчения возможности очистки деталей от этих частиц. Выполнение данного требования (вместе с обеспечением чистоты в сборочных помещениях) способ­ствует повышению надежности и точности гироскопов, так как при этом снижается вероятность повышения вибрации и выхода из строя шарикоподшипников из-за попадания в них посторонних частиц, понижается вероятность динамической разбалансировки ротора за счет перемещения относительно него дополнительных частиц, вероятность смещения центра тяжести за счет смятия дополнитель­ных частиц в посадочных местах и др.

2. Обеспечение сохранения геометрической формы деталей.

Это необходимо для предотвращения появления дефектов, вы­зываемых изменением геометрической формы деталей, из которых собран гиромотор, в результате их естественного старения или сня­тия внутренних напряжений, что может быть при испытаниях и эксплуатации гиромоторов.

К таким дефектам относится, например, нарушение динамиче­ской балансировки ротора, нарушение стабильности положения центра тяжести, нарушение соосности цапф.

3. Обеспечение возможности дальнейшего сужения допусков на размеры деталей и на их отклонения от правильной геометри­ческой формы.

Это требование преследует цель создания условий для дальней­шего повышения стабильности статической и динамической балан­сировки гиромоторов, обеспечения большей надежности посадок колец шарикоподшипников, стабилизирования веса деталей.

Решение перечисленных вопросов может быть обеспечено при условии изготовления всех деталей гироскопов по правильно составленному и проверенному в производстве технологическому процессу. Однако технология изготовления и испытания гиромо­торов еще недостаточно широко освещена в отечественной литера­туре. В иностранной литературе по указанному вопросу имеются лишь отдельные журнальные статьи.

Целью настоящей книги является ознакомление с технологией изготовления гиромоторов некоторыми отечественными и зарубеж­ными заводами.

В книге кратко рассмотрены вопросы общей технологии и об­работки на металлорежущих станках, увязанные с технологией изготовления деталей гиромоторов. Последовательность изложения материала близка к последовательности обработки деталей и сборки узлов гиромоторов на приборостроительных заводах.

Основным элементом любого гироскопического прибора яв­ляется быстро вращающийся ротор. Ротор 1 гироскопа (рис. 1), смонтированный на двух опорах во внутреннем кардановом кольце 3, имеет свободу вра­щения вокруг оси АА. Вну - треннее кольцо 3 может свободно вращаться вокруг своей оси ВВ на опорах в на­ружном кардановом кольце 2. Наружное кольцо свободно вращается вокруг наружной оси СС в опорах, смонтиро­ванных в корпусе прибора К - Все три указанные оси долж­ны быть попарно взаимно-пер­пендикулярными и пересе­каться в одной точке О, назы­ваемой точкой подве­са гироскопа. Оси АА, ВВ и СС соответственно на­зываются главной, внут­ренней и наружной осями подвеса гиро­скопа. По аналогии с осями подвеса опоры, обеспечиваю­щие вращение ротора вокруг

Оси АА, называются главными опорами подвеса, или просто главными, а опоры, обеспечивающие вращение во­круг осей ВВ и СС, опорами подвеса.

Кардановый подвес обеспечивает гироскопу свободу вращения вокруг трех осей А А, ВВ и СС и тем самым позволяет оси А А ротора принимать в пространстве любое положение. В зависимости от количества осей подвеса гироскопы имеют две или три степени
свободы. В описываемой модели гироскопа (рис. 1) ротор может поворачиваться вокруг трех осей АА, ВВ и СС. Такой гироскоп принято называть гироскопом с тремя степенями свободы. Если в этом гироскопе одно кольцо подвеса сделать неподвижным, то гироскоп будет иметь только две степени свободы. В зависимости от числа степеней свободы гироскоп приобретает разные свойства, широко используемые в технике.

Вращение ротора гироскопа наиболее часто осуществляется с помощью либо пневматического, либо электрического привода.

В обоих случаях мощность двигателя должна обеспечивать вращение ротора с большими оборотами (десятки тысяч в минуту), а его конструкция гаранти­ровать сохранение постоянства рабочих оборотов ротора. и его бесперебойную fl работу в течение длительного времени в условиях резкого изменения темпера­туры, а также наличия вибраций и ускорений основания прибора. Гироско­пические приборы работают в тяжелых климатических условиях и механиче­ских воздействий. Приборы, а следова­тельно и гироскопы с гиромоторами, должны безотказно работать при темпе­ратуре от +50 до — 60° и вибрации 80 гц с амплитудой до 0,15 мм и выдер­живать отдельные значительные толчки. При этом должна обеспечиваться точ­ность показаний и надежность при дли­тельной эксплуатации.

Большое значение в работе гироскопического прибора имеет не­изменность положения центра тяжести гироскопа относительно его корпуса. Так, например, при перемещении центра тяжести ротора вдоль оси АА (рис. 2) на величину осевого зазора в главных опо­рах возникает прецессионное движение гироскопа вокруг оси СС с угловой скоростью

Со=±^, (1)

/Й

Где ш — угловая скорость прецессии; Р — вес ротора; *

А— величина зазора; I — момент инерции ротора; й — угловая скорость ротора.

Из приведенного равенства следует, что осевые зазоры в глав­ных опорах гироскопа необходимо сводить к возможному минимуму. Последнее обычно достигается затягиванием главных опор, что влечет увеличение момента сил трения в них, а тем самым, как
правило, увеличение мощности двигателя, приводящего во враще­ние ротор гироскопа. Этот недостаток окупается уменьшением осе­вого зазора главных опор, а также повышением общей точности гироскопического прибора.

Уравнение (1) выражает закон прецессионного движения, или, сокращенно, прецессии гироскопа, являющийся основным в эле­ментарной теории гироскопических явлений. Из уравнения следует, что скорость со возрастает до тех пор, пока возрастает приложенный момент. При постоянно действующем моменте угловая скорость прецессии остается неизменной и после прекращения действия мо­мента прецессионное движение прекращается. При этом вращение главной оси АА гироскопа будет не в плоскости приложения мо­мента, а в плоскости, перпендикулярной ему по оси СС (рис. 2).