Гироскоп

Гироскоп

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости с двухстепенным упругим подвесом чувствительного элемента.

Известны гироскопы [1], содержащие двигатель, ротор, преобразователи положения, преобразователи момента магнитоэлектрического типа, узел двухстепенного упругого подвеса.

Наиболее близким по технической сущности является гироскоп [2], содержащий корпус, первую и вторую крышки на противоположных торцах корпуса, установленные в корпусе статор двухфазного гистерезисного двигателя, внешние кольца шарикоподшипников привода, неподвижные части первого и второго преобразователей положения, оправку с бескаркасными компенсационными катушками первого и второго преобразователей момента магнитоэлектрического типа, установленный во внутренних кольцах шарикоподшипников привода вал с ротором двигателя со стороны первой крышки и расположенным со стороны второй крышки узлом двухстепенного упругого подвеса, на котором расположен узел ротора гироскопа с постоянными магнитами преобразователей момента, причем узел двухстепенного упругого подвеса содержит первый узел однорамочного подвеса и второй узел однорамочного подвеса; первый узел однорамочного подвеса содержит подвижную часть, внутреннюю рамку и неподвижную (относительно вала) часть, внутренняя рамка соединена с подвижной частью двумя упругими перемычками, расположенными в двух диаметрально противоположных положениях относительно продольной оси вала в первой плоскости, неподвижная часть соединена с внутренней рамкой двумя упругими перемычками, расположенными в двух диаметрально противоположных положениях относительно продольной оси вала в перпендикулярной первой плоскости второй плоскости, второй узел однорамочного подвеса содержит первую и вторую торцевые части и расположенную между ними центральную часть, первая торцевая часть соединена с центральной частью двумя упругими перемычками, расположенными в двух диаметрально противоположных положениях относительно продольной оси вала в третьей плоскости, перпендикулярной продольной оси вала, центральная часть соединена с второй торцевой частью двумя расположенными в третьей плоскости упругими перемычками в двух диаметрально противоположных положениях, развернутых на 90° относительно положения в третьей плоскости упругих перемычек, соединяющих первую торцевую часть с центральной частью, каждая из расположенных в первой, второй и третьей плоскостях упругих перемычек образована промежутком между двумя отверстиями, в центральном отверстии внутренней рамки первого узла однорамочного подвеса установлена цанга со штангой, в гироскопе выполнен упор, ротор двигателя имеет втулку и установленную на ней активную часть, вал выполнен с центральным отверстием по его продольной оси, узел ротора гироскопа имеет состоящий из внешней и внутренней частей маховик с устройствами балансировки, бескаркасные компенсационные катушки преобразователей момента с одной стороны закреплены по окружности на перпендикулярной продольной оси вала торцевой плоскости оправки, внутренняя полость гироскопа, заключенная между корпусом и двумя крышками, заполнена газовой средой, отличной от воздуха.

Однако такими гироскопами недостаточно решаются задачи миниатюризации конструкции, повышения точности измерения угловой скорости вследствие сложности и нестабильности устройств балансировки, нестабильности динамической настройки и возмущающих моментов при температурных воздействиях и во времени. Кроме того, при миниатюризации конструкции может произойти уменьшение диапазона измерения угловой скорости.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения угловой скорости, повышение диапазона измерения угловой скорости, миниатюризация конструкции гироскопа.

Данный технический результат достигается в гироскопе, содержащем корпус, первую и вторую крышки на противоположных торцах корпуса, установленные в корпусе статор двухфазного гистерезисного двигателя, внешние кольца шарикоподшипников привода, неподвижные части первого и второго преобразователей положения, оправку с бескаркасными компенсационными катушками первого и второго преобразователей момента магнитоэлектрического типа, установленный во внутренних кольцах шарикоподшипников привода вал с ротором двигателя со стороны первой крышки и расположенным со стороны второй крышки узлом двухстепенного упругого подвеса, на котором расположен узел ротора гироскопа с постоянными магнитами преобразователей момента, причем узел двухстепенного упругого подвеса содержит первый узел однорамочного подвеса и второй узел однорамочного подвеса; первый узел однорамочного подвеса содержит подвижную часть, внутреннюю рамку и неподвижную (относительно вала) часть, внутренняя рамка соединена с подвижной частью двумя упругими перемычками, расположенными в двух диаметрально противоположных положениях относительно продольной оси вала в первой плоскости, неподвижная часть соединена с внутренней рамкой двумя упругими перемычками, расположенными в двух диаметрально противоположных положениях относительно продольной оси вала в перпендикулярной первой плоскости второй плоскости, второй узел однорамочного подвеса содержит первую и вторую торцевые части и расположенную между ними центральную часть, первая торцевая часть соединена с центральной частью двумя упругими перемычками, расположенными в двух диаметрально противоположных положениях относительно продольной оси вала в третьей плоскости, перпендикулярной продольной оси вала, центральная часть соединена с второй торцевой частью двумя расположенными в третьей плоскости упругими перемычками в двух диаметрально противоположных положениях, развернутых на 90° относительно положения в третьей плоскости упругих перемычек, соединяющих первую торцевую часть с центральной частью, каждая из расположенных в первой, второй и третьей плоскостях упругих перемычек образована промежутком между двумя отверстиями, в центральном отверстии внутренней рамки первого узла однорамочного подвеса установлена цанга со штангой, в гироскопе выполнен упор, ротор двигателя имеет втулку и установленную на ней активную часть, вал выполнен с центральным отверстием по его продольной оси, узел ротора гироскопа имеет состоящий из внешней и внутренней частей маховик с устройствами балансировки, бескаркасные компенсационные катушки преобразователей момента с одной стороны закреплены по окружности на перпендикулярной продольной оси вала торцевой плоскости оправки, внутренняя полость гироскопа, заключенная между корпусом и двумя крышками, заполнена газовой средой, отличной от воздуха, тем, что вал выполнен из первой части и расположенной напротив первой крышки второй части, сочлененных клеевым соединением по внутренней цилиндрической поверхности второй части и по внешней цилиндрической поверхности первой части вала на длине, большей половины длины каждой и первой, и второй частей вала, внутренние кольца шарикоподшипников привода установлены на второй части вала, в первой крышке установлена первая пробка, соосная с валом, в расположенном напротив первой крышки торце второй части вала установлена закрывающая герметично центральное отверстие вала вторая пробка, соосная с валом, в расположенном напротив первой крышки торце первой части вала образовано резьбовое отверстие, соосное с валом; перпендикулярная продольной оси вала плоскость симметрии активной части ротора двигателя смещена относительно плоскости симметрии активной части статора двигателя в сторону узла ротора гироскопа на расстояние 0,055-0,065 от длины активной части статора двигателя, а длина активной части ротора двигателя выполнена с отношением 1,1-1,2 к длине активной части статора двигателя, в расположенном со стороны первой крышки торце втулки ротора двигателя установлены отстоящие друг от друга на угловом расстоянии 45° восемь шпилек, каждая из которых выполнена из вольфрамоникелемедного сплава с плотностью не менее 17 г/см³, маховик выполнен из магнитомягкого железокобальтового сплава с индукцией насыщения не менее 2 Тл в слабом магнитном поле напряженностью не более 160 А/м; на внутренней части маховика установлены два постоянных магнита кольцевой формы, каждый из которых образован пятью или девятью сегментами из сплава с редкоземельным металлом Sm₂Co₅, намагниченными в радиальном направлении, каждый постоянный магнит закрыт колпаком, создающим герметичное пространство в зоне расположения постоянного магнита, каждый колпак содержит крышку из магнитомягкого железа и две стенки из немагнитной стали, крышка расположена на внешней цилиндрической поверхности постоянного магнита, а стенки расположены на перпендикулярных продольной оси вала противоположных торцах постоянного магнита; узел двухстепенного упругого подвеса выполнен из высокопрочного элинвара с модулем упругости первого рода не менее 1,67·10⁹ Н/м², температурным коэффициентом линейного расширения не более 5·10^-61/°С, неподвижная часть первого узла однорамочного подвеса выполнена как первая часть вала, имеющая три участка, диаметр которых увеличивается последовательно от первого участка далее до второго и третьего участков, образующие упругие перемычки отверстия выполнены на глубину не менее 0,45 от диаметра отверстия при межцентровом расстоянии 1,02-1,03 от диаметра отверстия; внешний диаметр подвижной части первого узла однорамочного подвеса и диаметр третьего участка первой части вала выполнены равными внутреннему диаметру второго узла однорамочного подвеса, в первом узле однорамочного подвеса на его внешней поверхности выполнена проточка по области, включающей образующие упругие перемычки отверстия, по крайней мере на длине, включающей размер внутренней рамки в направлении продольной оси вала; на внешнем торце подвижной части первого узла однорамочного подвеса выполнены первая канавка полуцилиндрической формы, расположенная в диаметрально противоположном положении вторая канавка полуцилиндрической формы, продольные оси которых расположены в первой плоскости, на внешнем торце второй торцевой части второго узла однорамочного подвеса выполнены третья канавка полуцилиндрической формы и расположенная в диаметрально противоположном положении четвертая канавка полуцилиндрической формы, которые имеют идентичный профиль с профилем первой и второй канавок и продольные оси которых расположены в плоскости, проходящей через центры образующих упругие перемычки отверстий тех упругих перемычек, которые соединяют вторую торцевую часть второго узла однорамочного подвеса с его центральной частью; первый узел однорамочного подвеса и второй узел однорамочного подвеса соединены так, что продольные оси первой, второй, третьей и четвертой канавок совмещены, неподвижная часть первого узла однорамочного подвеса в части третьего участка первой части вала своей внешней поверхностью совмещена с внутренней поверхностью первой торцевой части второго узла однорамочного подвеса и по периметру их соединения выполнен сварной шов посредством лазерной сварки, втулка выполнена в виде цанги из бериллиевой бронзы БрБ2 с четырьмя пружинами в ее разрезной части, штанга выполнена единым элементом из вольфрамоникелемедного сплава с плотностью не менее 17 г/см³, со стороны второй крышки на длине, составляющей 0,1-0,15 длины штанги, штанга выполнена диаметром, составляющим около двух диаметров остальной части штанги, штанга установлена в цангу так, что ее сечение, расположенное на расстоянии 0,65-0,75 длины штанги со стороны первой крышки, совмещено с третьей плоскостью второго узла однорамочного подвеса, на длине неразрезной части цанги между внешней поверхностью неразрезной части цанги и внутренней поверхностью внутренней рамки первого узла однорамочного подвеса выполнено клеевое соединение, между внутренней цилиндрической поверхностью цанги и внешней цилиндрической поверхностью штанги в ее части с наименьшим диаметром выполнено клеевое соединение; на втором участке первой части вала установлен упор дисковой формы, между внешней цилиндрической поверхностью которого и внутренней цилиндрической поверхностью внутренней части маховика выполнен зазор, равный допустимому перемещению узла ротора гироскопа при его угловых перемещениях относительно осей изгиба упругих перемычек узла двухстепенного упругого подвеса; в оправке с компенсационными катушками выполнено окно, продольная ось которого расположена радиально к продольной оси вала в области середины первой части вала; упор на втором участке первой части вала установлен от узла ротора гироскопа в сторону первой крышки так, что его торец со стороны первой крышки выходит за ближайший торец маховика, и эта выходящая за пределы маховика часть упора расположена радиально напротив окна в оправке; устройства балансировки узла ротора гироскопа образованы на внешней цилиндрической поверхности внешней части маховика в виде выполненных заодно с внешней частью маховика первого, второго и третьего поясков, плоскости симметрии которых перпендикулярны продольной оси вала, плоскость симметрии первого пояска совмещена с третьей плоскостью, в которой расположены упругие перемычки второго узла однорамочного подвеса, второй и третий пояски расположены на торцах внешней части маховика симметрично относительно первого пояска, на каждом пояске образованы выполненные заодно с ними четыре выступа, расположенные через 90° по окружности поясков, диаметр поясков выполнен величиной 1,05-1,10 от внешнего диаметра внешней части маховика, ширина каждого пояска выполнена величиной 0,08-0,12 от размера внешней части маховика по направлению продольной оси вала, выступы выполнены с угловым распространением α₁ до 25° и высотой до 0,015 от диаметра поясков; на выполненной в виде полого цилиндра оправке установлены четыре компенсационные катушки прямоугольной формы в плане, а в профиле дуговой формы, повторяющей профиль оправки, каждая компенсационная катушка выполнена с угловым распространением α₂ от 75 до 85°, размер S₁=Rα₂ (где R - внешний радиус оправки) по дуге с углом α₂ каждой компенсационной катушки выполнен в 2-2,3 раза больше ее размера S₂ по направлению продольной оси вала; в качестве газовой среды использован водород при давлении от 4 до 20 мм рт.ст., обращенные в сторону внутренней полости гироскопа части корпуса, первой и второй крышек, а также статор и ротор двигателя, шарикоподшипники привода, вал, узел двухстепенного упругого подвеса, узел ротора гироскопа, ободок, каждый колпак с загерметизированным в нем постоянным магнитом, компенсационные катушки первого и второго преобразователей момента, неподвижные части первого и второго преобразователей положения выполнены предварительно наводороженными путем выдержки в среде водорода при давлении 450 мм рт.ст. в течение 210 ч в составе гироскопа; на корпусе гироскопа в области расположения двигателя установлены первый пленочный нагревательный элемент, на второй крышке установлен второй пленочный нагревательный элемент, соединенный последовательно с первым пленочным нагревательным элементом; на образованном на корпусе гироскопа фланце установлена плата с элементами мостовых схем первого и второго преобразователей положения, элементы платы закрыты слоем эластичного наполнителя.

В первом частном случае выполнения гироскопа каждая компенсационная катушка закреплена дополнительно еще с двух сторон в образованных на торцевой плоскости оправки выступах, охватывающих часть одной половины компенсационной катушки, в которой витки направлены параллельно торцевой плоскости оправки, выступы направлены в сторону второй половины компенсационной катушки с направлением витков параллельно торцевой плоскости оправки, выступы выполнены с конфигурацией, повторяющей конфигурацию охватываемой выступами части компенсационной катушки, между поверхностями обоймы и компенсационных катушек, контактирующих между собой, выполнены клеевые соединения.

Во втором частном случае в гироскопе сопротивление второго пленочного нагревательного элемента выполнено в два раза большим сопротивления первого пленочного нагревательного элемента.

В третьем частном случае в гироскопе высота упругих перемычек во втором узле однорамочного подвеса выполнена в два раза большей высоты упругих перемычек в первом узле однорамочного подвеса.

В четвертом частном случае по периметру соединения торца неразрезной части цанги с торцем внутренней рамки первого узла однорамочного подвеса выполнен сварной шов посредством лазерной сварки.

Посредством использования в качестве газовой среды водорода при давлении от 4 до 20 мм рт.ст., выполнения предварительно наводороженными в среде водорода при давлении 450 мм рт.ст. в течение 210 ч шарикоподшипников привода, вала, узла двухстепенного упругого подвеса, узла ротора гироскопа, ободка, каждого колпака с загерметизированным в нем постоянным магнитом, преобразователей момента и преобразователей положения, обращенных в сторону внутренней полости гироскопа частей корпуса, первой и второй крышек обеспечивается равновесное состояние газовой среды в гироскопе в течение календарного срока службы. В результате газовозмущающие моменты, действующие на узел ротора гироскопа, остаются неизменными, что приводит к стабильности дрейфа гироскопа, а следовательно, повышает точность гироскопа при работе в течение календарного срока службы.

Путем выполнения постоянных магнитов из сплава с редкоземельным металлом Sm₂Co₅ обеспечивается увеличение количества витков компенсационных катушек преобразователей момента вследствие возможности увеличения рабочего зазора в магнитной системе преобразователей момента по причине большей магнитной энергии таких постоянных магнитов по сравнению с обычными постоянными магнитами. Поэтому увеличивается диапазон измерения угловой скорости вследствие увеличения моментов, создаваемых преобразователями момента.

При выполнении постоянных магнитов загерметизированными посредством колпаков сохраняется целостность постоянных магнитов из сплава с редкоземельным металлом Sm₂Co₅ и создаваемый ими магнитный поток вследствие их изоляции от разрушающей среды водорода, в результате чего повышается точность гироскопа.

Посредством выполнения колпаков в составе крышки из магнитомягкого железа и стенок из немагнитной стали увеличивается диапазон измерения угловой скорости вследствие повышения развиваемого преобразователями момента моментов, вызванного увеличением магнитного потока в рабочем зазоре преобразователей момента.

При выполнении компенсационных катушек преобразователей момента прямоугольными в плане с угловым распространением 75-85° и отношением 2-2,3 их длины к ширине увеличивается активная доля витков, находящихся в магнитном поле постоянных магнитов, в результате чего происходит увеличение создаваемых преобразователями момента моментов, и увеличивается диапазон измерения угловой скорости.

Посредством установки в образованные на торцевой плоскости оправки выступы компенсационных катушек, охватываемых дополнительно с двух сторон данными выступами, повторяющими конфигурацию компенсационных катушек, обеспечивается более точное расположение компенсационных катушек по окружности на торцевой плоскости оправки, чем достигаются более точная ориентация компенсационных катушек относительно измерительных осей гироскопа и стабилизация их положения при температурных воздействиях. В результате повышается точность измерений гироскопа за счет устранения поперечных связей между измерительными осями гироскопа ввиду уменьшения погрешности выполнения расположения измерительных осей гироскопа.

При выполнении межцентрового расстояния между образующими упругие перемычки в узле двухстепенного упругого подвеса отверстиями в соотношении 1,02-1,03 к диаметру отверстий, а высоты упругих перемычек в соотношении не менее 0,45 к диаметру отверстий обеспечивается повышение точности гироскопа вследствие минимизации перекрестных связей между измерительными осями гироскопа, достигаемой выполнением жесткости упругого подвеса вдоль осей изгиба упругих перемычек по крайней мере на три порядка большей жесткости упругого подвеса относительно осей изгиба упругих перемычек.

Кроме того, уменьшаются габариты узла ротора гироскопа вследствие возможности динамической настройки гироскопа при оптимальной скорости вращения двигателя, обеспечивающей прочность узла ротора гироскопа.

Путем выполнения в узле двухстепенного упругого подвеса первой и второй канавок на первом узле однорамочного подвеса, третьей и четвертой канавок на втором узле однорамочного подвеса, совмещения первой канавки с третьей канавкой, а второй канавки с четвертой канавкой обеспечивается равножесткость двухстепенного упругого подвеса вследствие того, что упругие перемычки располагаются попарно точно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В результате повышается точность измерения угловой скорости вследствие минимизации погрешности от квадрата линейного ускорения.

При выполнении узла двухстепенного упругого подвеса из высокопрочного элинвара с высоким модулем упругости первого рода достигается миниатюризация габаритов узла двухстепенного упругого подвеса при обеспечении заданной жесткости упругих перемычек.

Путем выполнения узла двухстепенного упругого подвеса из высокопрочного элинвара с малым температурным коэффициентом линейного расширения обеспечивается повышение точности гироскопа за счет стабильности динамической настройки гироскопа в широком диапазоне рабочих температур окружающей среды.

При выполнении маховика узла ротора гироскопа из железокобальтового сплава с высокой индукцией насыщения в слабых магнитных полях обеспечивается увеличение диапазона измерений угловых скоростей вследствие увеличения моментов, создаваемых преобразователями момента, так как достигается повышение магнитной индукции в рабочем зазоре преобразователей момента.

Посредством выполнения двух постоянных магнитов из сегментов из сплава редкоземельного металла Sm₂Co₅, маховика узла ротора гироскопа из магнитомягкого железокобальтового сплава с высокой индукцией насыщения в слабых магнитных полях, отношения 2-2,3 длины к ширине компенсационных катушек обеспечивается миниатюризация габаритов преобразователей момента вследствие достижения высокой магнитной индукции в рабочем зазоре преобразователей момента и увеличения активной доли витков компенсационных катушек.

Выполнением окна в обойме с компенсационными катушками в области середины первой части вала, расположением упора на втором участке первой части вала, выполнением упора выходящим за торец маховика напротив окна обеспечивается повышение точности измерения угловой скорости вследствие более точного совмещения центра масс узла ротора гироскопа с продольной осью вала, достигаемого поступательным перемещением первой части вала относительно второй части вала в направлении, перпендикулярном продольной оси вала.

При зазоре между упором и маховиком, составляющим допустимое угловое перемещение узла ротора гироскопа, обеспечиваются целостность упругих перемычек, стабильность динамической настройки гироскопа. В результате повышается точность измерения угловой скорости.

Путем выполнения поясков с выступами заодно с внешней частью маховика обеспечивается повышение точности гироскопа вследствие повышения стабильности балансировки, вызванной отсутствием перемещаемых масс, а также повышение стабильности кинетического момента узла ротора гироскопа вследствие увеличения прочности узла ротора гироскопа.

При выполнении на внешней части маховика узла ротора гироскопа поясков с выступами, соотношение между размерами которых обеспечивает балансировку узла ротора гироскопа, достигается повышение точности балансировки и точности гироскопа, так как производится удаление дозированного количества массы с выступов в точно известных по расчету местах на выступах на строго фиксированном расстоянии удаляемого количества массы от продольной оси вала.

Выполнением ободков с поясками с определенным соотношением между их размерами достигаются миниатюризация габаритов узла ротора гироскопа, а также повышение точности измерения угловой скорости, так как обеспечивается возможность балансировки посредством лазера, при которой образуется минимальное количество дисперсного металла, что позволяет уменьшить вероятность загрязнения упругих перемычек и, следовательно, сохранить динамическую настройку гироскопа.

Уменьшение размеров преобразователей момента, узла ротора гироскопа, узла двухстепенного упругого подвеса обеспечивает миниатюризацию габаритов гироскопа.

Путем выполнения штанги единым элементом из вольфрамоникелемедного сплава с высокой плотностью достигается миниатюризация габаритов узла двухстепенного упругого подвеса, так как для балансировки узла ротора гироскопа в этом случае достаточны минимальные размеры штанги.

При выполнении штанги из материала с высокой плотностью с определенными соотношениями между размерами штанги и ее частей, определенным положением штанги относительно осей изгиба упругих перемычек обеспечивается точное выполнение соотношения между осевыми и полярными моментами внутренней рамки и центральной части второго узла однорамочного подвеса. В результате повышается точность измерения угловой скорости вследствие обеспечения точности динамической настройки гироскопа.

Выполнением цанги из бериллиевой бронзы, а штанги из вольфрамоникелемедного сплава достигается повышение точности измерения угловой скорости, так как вследствие близости температурных коэффициентов линейного расширения бериллиевой бронзы и вольфрамоникелемедного сплава сохраняется динамическая настройка гироскопа в широком диапазоне рабочих температур окружающей среды.

Путем выполнения в разрезной части цанги четырех пружин обеспечивается центрирование штанги, в результате чего ее центр масс занимает стабильное положение, обеспечивая стабильность дрейфа гироскопа, чем достигается повышение точности измерения угловой скорости.

Посредством выполнения лазерной сваркой сварного шва по периметру соединения торца неразрезной части цанги с торцем внутренней рамки первого узла однорамочного подвеса, выполнения клеевого соединения между внутренней поверхностью внутренней рамки первого узла однорамочного подвеса и внешней поверхностью неразрезной части цанги на длине неразрезной части цанги обспечивается такое соединение установленной в цанге штанги с внутренней рамкой первого однорамочного подвеса, при котором клеевое соединение при температурных воздействиях создает свободу радиального перемещения штанги, а сварное соединение ограничивает радиальное перемещение и устраняет продольное перемещение. В результате температурные деформации в гироскопе имеют стабильный характер, повышаются стабильность дрейфа гироскопа и его точность.

Посредством расположения узла двухстепенного упругого подвеса на первой части вала, образования соосно с валом первой пробки в первой крышке, расположенной с торцевой части двигателя, установки второй пробки соосно с валом в центральное отверстие второй части вала, расположенной напротив первой крышки, обеспечивается такой путь прохода воздуха во время технологического процесса обезгаживания гироскопа, при котором воздух не проходит через центральное отверстие вала к упругим перемычкам узла двухстепенного упругого подвеса.

В результате на упругих перемычках не осаждаются содержащиеся в воздухе примеси, их деформация при изменении угловой скорости остается стабильной. Поэтому стабильной становится случайная составляющая скорости дрейфа гироскопа и повышается точность измерения угловой скорости.

При выполнении вала состоящим из двух частей и сочленения их посредством клеевого соединения при балансировке узла ротора гироскопа обеспечиваются перемещение второй части вала относительно первой части в радиальном направлении и фиксация второй части вала в таком положении, в котором статические моменты узла ротора гироскопа минимальны. В результате повышается точность гироскопа.

При выполнении длины активной части ротора двигателя с отношением 1,1-1,2 к длине активной части статора двигателя, смещении плоскости симметрии активной части ротора двигателя относительно плоскости симметрии активной части статора двигателя на расстояние 0,055-0,065 от длины активной части статора двигателя повышается точность измерения угловой скорости вследствие обеспечения динамической балансировки ротора двигателя с шарикоподшипниками привода.

Посредством выполнения сопротивления второго пленочного нагревательного элемента в два раза большим сопротивления первого пленочного нагревательного элемента обеспечивается повышение точности измерения угловой скорости вследствие более точного поддержания температуры гироскопа путем перераспределения тепловых потоков от двигателя и первого, и второго пленочных нагревательных элементов.

Путем выполнения шпилек в торце втулки ротора двигателя из сплава с высокой плотностью достигается миниатюризация двигателя гироскопа вследствие обеспечения балансировки ротора двигателя устройствами балансировки малых размеров и их небольшими перемещениями.

На фиг.1 представлен общий вид гироскопа, на фиг.2 - фронтальный вид первого узла однорамочного подвеса, на фиг.3 - вид по А фиг.2 первого узла однорамочного подвеса, на фиг.4 - горизонтальный вид первого узла однорамочного подвеса, на фиг.5 - фронтальный вид второго узла однорамочного подвеса, на фиг.6 - вид по Б фиг.5 второго узла однорамочного подвеса, на фиг.7 - горизонтальный вид второго узла однорамочного подвеса, на фиг.8 - разрез по В-В фиг.5 второго узла однорамочного подвеса, на фиг.9 - фронтальный вид узла двухстепенного упругого подвеса, на фиг.10 - вид по Г фиг.9 узла двухстепенного упругого подвеса, на фиг.11 - профильный вид узла двухстепенного упругого подвеса, на фиг.12 - вид цанги, на фиг.13 - вид внутренней рамки первого узла однорамочного подвеса с цангой, на фиг.14 - вид внешней части маховика узла ротора гироскопа, на фиг.15 - разрез по Д-Д фиг.14 внешней части маховика, на фиг.16 - вид ротора двигателя, на фиг.17 - вид ободка с компенсационными катушками, на фиг.18 - вид компенсационной катушки, на фиг.19 - развертка ободка с выступами, на фиг.20 - развертка ободка с выступами и компенсационными катушками, на фиг.21 - вид корпуса с неподвижными частями преобразователей положения, на фиг.22 - вид постоянного магнита, на фиг.23 - электрическая схема гироскопа.

В корпусе 1 гироскопа (фиг.1) с расположенными на противоположных его торцах первой крышкой 2 и второй крышкой 3 установлены статор 4 двухфазного гистерезисного двигателя, внешние кольца 5', 5" шарикоподшипников 6', 6" привода, неподвижные части 7', 7" первого преобразователя положения, оправка 8 с бескаркасными компенсационными катушками 9', 9" первого преобразователя момента магнитоэлектрического типа. На внутренних кольцах 10', 10" шарикоподшипников 6', 6" привода установлен вал 11, на котором со стороны первой крышки 2 расположен ротор 12 двигателя, а со стороны второй крышки 3 закреплен узел 13 двухстепенного упругого подвеса, на котором расположен узел ротора 14 гироскопа с постоянными магнитами 15', 15" первого и второго преобразователей момента.

В роторе 12 двигателя выполнены активная часть 16 и втулка 17, в торце 18 которой со стороны первой крышки 2 установлены шпильки 19', 19", выполненные из вольфрамоникелемедного сплава с высокой плотностью (не менее 17 г/см³). В качестве такого материала может быть использован сплав марки ВНМ-5. Всего по торцу 18 установлены восемь шпилек, расположенных через 45° друг от друга.

По продольной оси 20-20 вала 11 выполнено центральное отверстие 21. Вал 11 содержит первую часть 22 и вторую часть 23, которые сочленены клеевым соединением 24 на длине l₁ по внутренней цилиндрической поверхности второй части 23 вала 11 и по внешней цилиндрической поверхности первой части 22 вала 11. Длина l₁ с клеевым соединением выполнена большей половины длины каждой первой части 22 и второй части 23 вала 11.

Внутренние кольца 10', 10" шарикоподшипников 6', 6" привода установлены на второй части 23 вала 11.

В оправке 8 образовано окно 25, продольная ось которого расположена радиально к продольной оси 20-20 вала 11 в районе середины первой части 22 вала 11.

В расположенном напротив первой крышки 2 торце первой части 22 вала 11 образовано резьбовое отверстие 26, соосное с валом 11. В первой крышке 2 установлена первая пробка 27, соосная с валом 11. В расположенном напротив первой крышки 2 торце второй части 23 вала 11 установлена вторая пробка 28, соосная с валом 11. Вторая пробка 28 герметично закрывает центральное отверстие 21 вала 11. Маховик 29 узла ротора 14 гироскопа выполнен из соединенных вместе внутренней части 30 и внешней части 31 из магнитомягкого железокобальтового сплава, который обеспечивает индукцию насыщения не менее 2 Тл в слабом магнитном поле не более 160 А/м. В качестве такого материала может быть использована сталь марки 49КФ.

Каждый из установленных на внутренней части 30 маховика 29 постоянных магнитов 15', 15" выполнен как кольцевой. При этом кольцевая форма постоянных магнитов 15', 15" образована пятью или девятью сегментами из сплава с редкоземельным металлом Sm₂Co₅, намагниченными в радиальном направлении относительно продольной оси 20-20 вала 11 так, что к компенсационным катушкам 9', 9" постоянные магниты 15', 15" обращены разноименными полюсами. Постоянные магниты 15', 15" закрыты соответственно колпаками 32', 32" так, что в зоне расположения каждого из постоянных магнитов 15', 15" создано герметичное пространство.

В узле 13 двухстепенного упругого подвеса установлена цанга 33 из бериллиевой бронзы БрБ2, в которой закреплена штанга 34, выполненная единым элементом из вольфрамоникелемедного сплава с высокой плотностью (не менее 17 г/см³), например, сплава марки ВНМ-5.

На неподвижной относительно вала 11 части 35 узла ротора 14 гироскопа установлен упор 36, у которого между его внешней цилиндрической поверхностью и внутренней цилиндрической поверхностью внутренней части 30 маховика 29 образован зазор δ₁, составляющий допустимое перемещение узла ротора 14 гироскопа при его угловых перемещениях. Упор 36 установлен от узла ротора 14 гироскопа в сторону первой крышки 2 так, что его торец со стороны первой крышки 2 выходит за ближайший торец маховика 29, и эта выходящая за пределы маховика 29 часть упора 36 расположена радиально напротив окна 25 в оправке 8.

На корпусе 1 в области расположения двигателя установлен первый пленочный нагревательный элемент 37', а на второй крышке 3 - второй пленочный нагревательный элемент 37", соединенный последовательно с первым пленочным нагревательным элементом 37'.

В предпочтительном варианте сопротивление второго пленочного нагревательного элемента 37" выполнено в два раза большим сопротивления первого пленочного нагревательного элемента 37'.

В корпусе 1 выполнен фланец 38, на котором установлена плата 39 с элементами мостовых схем первого и второго преобразователей положения, закрытыми слоями 40', 40" эластичного наполнителя, например, типа "Виксинт".

Узел 13 двухстепенного упругого подвеса выполнен из высокопрочного элинвара, у которого модуль упругости первого рода составляет не менее 1,67·10⁹ Н/м², температурный коэффициент линейного расширения не превышает 5·10^-6 1/°С. Узел 13 двухстепенного упругого подвеса содержит первый узел 41 однорамочного подвеса и второй узел 42 однорамочного подвеса.

Первый узел 41 однорамочного подвеса (фиг.2) содержит подвижную часть 43, внутреннюю рамку 44 и неподвижную часть 45, являю