способ динамической балансировки гироскопа и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ динамической балансировки гироскопа, содержащего ротор на шаровом подвесе и датчик угла, включающий в себя вращение ротора, измерение дисбаланса и его коррекцию путем удаления материала с поверхности ротора, отличающийся тем, что до вращения ротора на его поверхность вращения наносят метку и при вращении ротора генерируют сигнал, соответствующий вращению, сравнивают этот сигнал с амплитудой модуляции сигнала датчика угла, изменяют положение метки на поверхности вращения ротора до совпадения сигнала вращения с максимумом амплитуды модуляции сигнала датчика угла и путем удаления материала на месте метки и диаметрально противоположном, симметричном относительно плоскости центра массы месте устраняют дисбаланс.

2. Способ балансировки по п.1, отличающийся тем, что сначала удаляют пробное количество материала и по изменению амплитуды модуляции сигнала датчика угла судят о правильности выбора мест удаления материала, при уменьшении амплитуды продолжают удалять материал до устранения дисбаланса, а при ее увеличении удаляют материал напротив выбранных мест, но симметрично относительно плоскости центра массы.

3. Способ балансировки по п.1, отличающийся тем, что на поверхности вращения ротора на одинаковом расстоянии от плоскости центра массы выполняют кольцевые проточки, на которых производят удаление материала, причем количество удаленного материала определяют по минимуму амплитуды модуляции сигнала датчика угла.

4. Устройство для динамической балансировки гироскопа, содержащего ротор на шаровом подвесе и датчик угла, включающее в себя блок питания гиромотора, метку, нанесенную на ротор, и фотодатчик, установленный напротив плоскости вращения ротора, отличающееся тем, что датчик угла подключен через устройство съема сигнала ко входу устройства выделения модуляции, выход которого подключен к измерителю амплитуды сигнала и первому входу сравнивающего устройства, к второму входу которого подключен фотодатчик, а выход является выходом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике динамической балансировки вращающихся тел и может быть использовано для коррекции дисбаланса роторов, в частности ротора гироскопа на шаровом подвесе.

Известен способ балансировки, заключающийся в самоустановке несбалансированного ротора в поле сил тяжести [1].

Недостатком данного способа является отсутствие динамической балансировки.

Известен также способ балансировки, при котором вращают ротор, измеряют и корректируют осевой и радиальный дисбалансы [2].

Недостатком данного способа является отсутствие коррекции дисбаланса, вызывающего модуляцию сигнала датчика угла гироскопа на шаровом подвесе.

Известно устройство для балансировки роторов [1], выполненное в виде установки, включающей силовой агрегат, средство передачи вращения на ось ротора, средства балансировки.

Недостатком данного устройства является его сложность и отсутствие динамической балансировки.

Известно также устройство для балансировки ротора гиромотора [3], содержащее опору для закрепления оси ротора, блок питания гиромотора, фотодатчик.

Недостатком данного устройства является его сложность и отсутствие коррекции дисбаланса, вызывающего модуляцию сигнала датчика угла гироскопа на шаровом подвесе.

Достигаемым техническим результатом настоящих изобретений является повышение точности динамической балансировки гироскопа на шаровом подвесе путем устранения дисбаланса, вызывающего модуляцию сигнала датчика угла.

В способе динамической балансировки гироскопа, содержащего ротор на шаровом подвесе и датчик угла, включающем в себя вращение ротора, измерение дисбаланса и его коррекцию путем удаления материала с поверхности ротора, согласно изобретению до вращения ротора на его поверхность вращения наносят метку и при вращении ротора генерируют сигнал, соответствующий вращению, сравнивают этот сигнал с амплитудой модуляции сигнала датчика угла, изменяют положение метки на поверхности вращения ротора до совпадения сигнала вращения с максимумом амплитуды модуляции сигнала датчика угла и путем удаления материала на месте метки и диаметрально противоположном, симметричном относительно плоскости центра массы, месте устраняют дисбаланс.

При этом согласно изобретению сначала удаляют пробное количество материала и по изменению амплитуды модуляции сигнала датчика угла судят о правильности выбора мест удаления материала; при уменьшении амплитуды продолжают удалять материал до устранения дисбаланса, а при ее увеличении удаляют материал напротив выбранных мест, но симметрично относительно плоскости центра массы.

Кроме того, на поверхности вращения ротора на одинаковом расстоянии относительно центра массы выполняют кольцевые проточки, на которых производят удаление материала, при этом количество удаленного материала определяют по минимуму амплитуды модуляции сигнала датчика угла.

К существенным отличиям предложенного способа относится то, что сначала определяют места расположения неоднородностей на роторе путем сравнения фазы модулирующего сигнала датчика угла с сигналом фотодатчика, который соответствует вращению ротора, затем, изменяя положение метки на поверхности вращения ротора, добиваются совпадения обоих сигналов по фазе, при этом место расположения метки указывает на наличие на нем неоднородности, после чего удаляют материал с этого места и диаметрально противоположного, симметричного относительно центра массы. Окончание балансировки определяется минимальным значением амплитуды сигнала модуляции с датчика угла. Такой способ позволяет с высокой точностью определять место неоднородности и путем удаления материала устранять дисбаланс.

В устройстве для динамической балансировки гироскопа, содержащего ротор на шаровом подвесе и датчик угла, включающем в себя блок питания гиромотора, метку, нанесенную на ротор, и фотодатчик, установленный напротив плоскости вращения ротора, согласно изобретению датчик угла подключен через устройство съема сигнала ко входу устройства выделения модуляции, выход которого подключен к измерителю амплитуды сигнала и первому входу сравнивающего устройства, ко второму входу которого подключен фотодатчик, а выход является выходом устройства.

К существенным признакам предложенного устройства относится введенные в него устройство съема сигнала, устройство выделения модуляции, сравнивающее устройство и измеритель амплитуды сигнала. Такое включение позволяет снимать с датчика угла сигнал модуляции, вызванный дисбалансом ротора, и сравнивать фазу этого сигнала с фазой сигнала фотодатчика. При изменении положения метки на роторе фазы этих сигналов совпадают, что указывает места расположения неоднородностей, т.е. те места, где необходимо удалять материал и тем самым устранять дисбаланс ротора.

На фиг.1 представлен чертеж ротора, поясняющий способ балансировки, на фиг.2 показана структурная схема устройства для балансировки, на фиг.3 показаны эпюры сигналов.

На фиг.1 представлены ротор 1, шаровой подвес 2, датчик 3 угла, метка 4, фотодатчик 5, неоднородности 6, места 7, 8 удаления материала, плоскость 9 центра массы, проточки 10, опора 11, поверхность 12 вращения, ось 13 вращения, вертикальная ось 14, сигнал 15 датчика угла, генерированный сигнал 16 вращения, места 17, 18 удаления материала.

На фиг.1 ротор 1 вращается относительно оси 13 вращения на шаровом подвесе 2, ось которого закреплена в опоре 11. Около торцевой поверхности ротора 1 установлен датчик 3 угла, состоящий из двух обмоток В и С. С выхода датчика 3 угла снимается сигнал 15. На поверхности 12 вращения ротора 1 нанесена метка 4, напротив которой установлен фотодатчик 5, с выхода которого снимается генерированный им сигнал. В роторе 1 имеются неоднородности 6, а на роторе 1 выполнены проточки 10, на которых располагаются места 7, 8, 17, 18 удаления материала. Ротор 1 отцентрирован относительно плоскости 9 центра массы, а ось 13 вращения отклонена от вертикальной оси 14 на угол .

На фиг.2 представлены ротор 1 гироскопа, датчик 3 угла, опора 11, блок 19 питания гиромотора, фотодатчик 5, устройство 20 съема сигнала, устройство 21 выделения модуляции, сравнивающее устройство 22, выход 23, метка 4, статор 24, измеритель 25 амплитуды сигнала.

На фиг.2 ротор 1 гироскопа с нанесенной на него меткой 4 вращается на опоре 11 под действием поля статора 24, который подключен к блоку 19 питания гиромотора, датчик 3 угла подключен через устройство 20 съема сигнала ко входу устройства 21 выделения модуляции, к выходу которого подключен измеритель 25 амплитуды сигнала и первый вход сравнивающего устройства 22, второй вход которого подключен к выходу фотодатчика 5, а выход 23 является выходом устройства.

Способ динамической балансировки гироскопа осуществляется следующим образом.

В процессе изготовления ротора 1 на поверхности 12 вращения выполняют кольцевые проточки 10 на одинаковом расстоянии от плоскости 9 центра массы. В непосредственной близости от торца ротора 1 расположен датчик 3 угла, например индукционного типа, состоящий из двух частей В и С, которые находятся диаметрально противоположно друг от друга, включены последовательно по дифференциальной схеме и с них снимается модулированный сигнал 15. На поверхность 12 вращения ротора 1 наносят метку 4, например тушью, и располагают, например, фотодатчик 5, с помощью которого генерируют сигнал 16, соответствующий вращению ротора 1 (фиг.3а).

Предположим, что в теле ротора 1 имеются некоторые неоднородности 6, имеющие удельный вес выше, чем остальной материал ротора 1.

При вращении ротора 1 относительно оси 13 вращения на неоднородности 6 начинают действовать центробежные силы, вызывающие моменты

M ₁=F₁·l₁ , M₂=F₂·l ₂,

где F₁ и F ₂ - центробежные силы, действующие на неоднородности 6;

l₁ и l₂ - расстояние от плоскости 9 центра массы до неоднородностей 6,

которые складываются, и по законам гироскопии (кинетический момент ротора 1 гироскопа движется к возмущающему моменту по кратчайшему пути) ось 13 вращения ротора 1 наклонится под углом от вертикали 14, и при этом расстояния между торцами ротора 1 и частями датчика 3 В и С меняются, например до части В расстояние увеличится, до части С - уменьшится. При повороте ротора 1 на 180° расстояния поменяются местами и уже до части С расстояние будет больше, чем до В. Таким образом происходит модуляция сигнала датчика 3 угла, причем частота модуляции равна частоте вращения ротора 1 (фиг.3в).

Если метка 4 совпадает с местом расположения неоднородности 6, то сигнал 16 вращения совпадает по фазе с максимумом амплитуды модуляции сигнала 15 (фиг.3а, в), если же не совпадает, то сигнал 16 вращения не совпадает по фазе с максимумом амплитуды модуляции сигнала 15 (фиг.3в, с, d). Если теперь первоначально нанесенную метку 4 убрать и нанести в другом месте, то по соотношению фазы сигналов 15 и 16 можно судить, в каком направлении необходимо смещать метку 4 до их совпадения. Таким образом, определяется месторасположение неоднородности 6, после чего начинают удалять материал в месте 7 ротора 1, например высверливать в месте расположения метки 4 и диаметрально противоположном месте 8, но симметричном относительно плоскости 9 центра массы. Если амплитуда М (фиг.3в) уменьшилась по сравнению с первоначальной, значит место удаления материала выбрано правильно, если же амплитуда М (фиг.3в) увеличилась, то материал необходимо удалять в местах 17, 18 напротив выбранных мест 7, 8, но симметрично относительно плоскости 9 центра массы. Проточки 10 выполнены для удобства удаления материала и выполнения условия симметричности мест удаления. Таким образом, удаляя материал, добиваются минимального значения амплитуды модуляции сигнала 15 датчика угла, и гироскоп окажется сбалансированным.

Устройство для балансировки гироскопа работает следующим образом.

На поверхности вращения ротора 1 гироскопа нанесена метка 4 черного цвета, ось ротора 1 гироскопа закреплена в опоре 11. Ротор 1 гироскопа приводится во вращение полем статора 24, питание которого осуществляется от блока 19 питания гиромотора. При вращении ротора 1 гироскопа черная метка 4, проходя мимо фотодатчика 5, создает на его выходе электрический сигнал (фиг.3а), частота которого равна частоте вращения ротора 1 гироскопа.

С датчика 3 угла модулированный сигнал поступает на устройство 20 съема сигнала, а с него на вход устройства 21 выделения модуляции, где происходит выделение модулирующего сигнала, частота которого равна частоте вращения ротора 1 гироскопа (фиг.3в). На сравнивающем устройстве 22 оба сигнала сравниваются, и совпадение положительной полуволны модулирующего сигнала с сигналом фотодатчика 5 означает, что наиболее тяжелое место на поверхности вращения ротора 1 гироскопа находится в районе метки 4. Для балансировки удаляют материал и контролируют показания измерителя 25 амплитуды сигнала. Минимальное значение амплитуды означает окончание балансировки.

Предложенные изобретения использованы при динамической балансировке гироскопа на шаровом подвесе и показали значительное упрощение и сокращение времени балансировки.

Источники информации

1. Заявка на изобретение РФ №2004132605, МПК G01M 1/30, 2004 г.

2. Патент РФ №1487627, МПК G01M 1/34, 2005 г.

3. М.П.Ковалев, С.П.Мортаков, К.С.Терехова. Динамическое уравновешивание роторов гироскопических систем. Оборонгиз, М., 1962 г., с.188-195.