CN103742580A - 一种惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法，其包括：（1）在惯性平台基座上下面顶点分别对称加工配钻4个斜置螺栓孔；（2）制备8支高阻尼橡胶减振支座；（3）将橡胶减振支座用螺栓与惯性导航组件的基座固定；（4）在安装架上加工配钻8个相应位置和角度的螺栓孔；（5）将连接有橡胶减振支座的惯性导航组件通过橡胶减振支座底部的金属连接件用螺栓固定在安装架上；（6）在基座的前（后）面安装钢丝抗扭软轴，软轴另一端固定在安装架上。本发明在不对现有惯性导航组件进行大的结构修改的基础上，通过改变减振支座的方向角，实现振动解耦并缩减隔振系统共振带宽，并通过钢丝抗扭软轴增大系统角刚度，从而实现系统固有频率的调整。

Description

一种惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法

技术领域

本发明属于飞行器惯性导航组件隔振技术领域，具体涉及惯性导航组件橡胶减振支座隔振系统的固有频率调整方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，现代军事技术对导弹、火箭等飞行器制导精度的要求不断提高。惯性平台是平台式惯性导航系统的核心部件。而作为惯性坐标基准和惯性测量装置的惯性平台，其静动态力学性能直接影响着惯性仪表的工作精度，进而影响飞行器的飞行精度。对于惯性导航组件，载机的振动激励是对其导航精度影响大、涉及面广的主要不利因素之一。因此，研究惯性导航组件的减振技术，针对其特点设计出满足动力学指标的高性能减振系统，对于增强惯性平台的抗振动和抗过载能力、提高其导航精度与稳定性具有重要意义。橡胶隔振技术作为一种有效的被动隔振方法，由于其隔振系统简单、重量轻、可靠性好等优点，已广泛应用于惯性导航组件的振动控制。

平台减振设计主要从以下3个方面考虑：①惯性平台在载机激励下角振动与线振动产生耦合，使测量系统引入伪运动信号，影响惯导系统的测量精度，因此避免或尽量减小振动耦合是惯导系统减振设计的首要目标；②为了减小减振器对系统角运动测量的干扰，要求减振系统的角振动固有频率尽可能远离惯导系统的测量带宽，即要求减振系统的角振动固有频率尽可能高；③在宽频随机激励下，减振系统固有频率越低，减振效率越高，因此要求减振系统的线振动固有频率尽可能低。由于惯导平台的刚度远大于隔振橡胶，故在进行动力学分析时，将其视为六自由度刚体，其振动自由度包含3个方向的线振动和3个方向的角振动。在减振系统设计中，应尽可能解除平台刚体六自由度之间的振动耦合，这样既便于减小可能激起共振响应的频带宽度，又便于合理配置其固有频率，使共振频率远离激励频率，以获得良好的整体隔振效果。此外，用于惯导平台的隔振系统同样必须具备多向性，并且为了进一步抑制振动干扰产生的测量误差实现高精度导航，要求隔振系统尽可能具备三向等刚度特性。一方面，在隔振系统三向等刚度时，若平台台体质量分布对称则理论上系统的3个线振动固有频率与3个角振动固有频率分别相等，即平台的共振频率减少至2个，这大大减小了系统发生共振的几率，且由于阻尼在不同频率比下隔振作用不同，系统固有频率数量的减少为合理配置隔振橡胶的阻尼系数提供了方便；另一方面，惯导平台的角偏移是影响系统测量精度的最不利因素之一，当隔振系统具备三向等刚度时，经过弹性中心的任何一坐标轴均为弹性主轴。外力沿弹性主轴作用时，系统的变形与作用力方向一致，角偏移得到了最大程度的抑制。所以平台隔振系统的三向等刚度具有重要意义。

根据隔振理论，对于弹性支承上微幅振动的六自由度刚体，若弹性隔振元件的弹性中心与刚体质心重合，弹性主轴与惯性主轴重合，则振动微分方程的各系数矩阵成为对角阵，系统在物理上实现解耦。在实际应用中若使隔振器和被隔振对象的安装具有三个对称面，则满足要求，六自由度方程解耦。对于相同的橡胶减振器，不同的布置方式对应系统的动特性不同，进而隔振效果不同。现有的惯性导航组件8个橡胶减振器上下对称布置是一种较为理想的隔振模式，在平台台体质量分布对称时，系统存在3个对称面，理论上满足振动解耦的条件。但由于橡胶材料的弹性模量一般是剪切模量的3倍左右，所以拉压方向刚度与剪切方向刚度相差很大，系统一般不满足三向等刚度特性；并且系统角振动固有频率不高，易发生角偏移，降低测量精度。所以，合理调整橡胶隔振系统的刚度分配，使惯性导航组件在三个分析线刚度趋于相等，提高系统角振动固有频率具有工程意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法。

技术方案：本发明所述的惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法，包括以下步骤：

（1）在基座上下面顶点分别对称加工配钻4个斜置螺栓孔；

（2）制备8支高阻尼橡胶减振支座；

（21）橡胶减振支座顶部有带螺纹的钢件；

（22）橡胶减振支座底部边缘有多个带螺纹的钢底座；

（23）钢件与底座间是高阻尼橡胶材料；

（24）橡胶减振支座的主体形状为近似的锥形；

（3）将橡胶减振支座用螺栓与惯性导航组件的基座固定；

（4）在安装架上加工配钻8个相应位置和角度的螺栓孔；

（5）将连接有橡胶减振支座的惯性导航组件通过橡胶减振支座底部的金属连接件用螺栓固定在安装架上；

（6）在基座的前（后）面安装钢丝抗扭软轴，软轴另一端固定在安装架上。

（61）钢丝抗扭软轴由芯棒和4~12层绕制方向相反的高强度钢丝构成；

（62）钢丝抗扭软轴一端通过法兰盘与惯性导航组件基座固结，另一端通过法兰盘与安装架固结；

（63）钢丝抗扭软轴装配完成后处于弯曲松弛状态；

相对于现有技术，本发明的有益效果为：1、本发明克服现有惯性导航组件隔振系统三个方向线振动固有频率不等的不足，通过改变橡胶减振支座的布置方向角使系统满足三向等线刚度，惯性平台角偏移得到了最大程度的抑制；2、本发明通过将钢丝抗扭软轴应用于惯性导航组件隔振系统，可以明显增大系统角刚度，使角振动固有频率远离惯导系统的测量带宽；3、本发明不增加橡胶隔振系统的竖向线刚度；4、本发明不需对现有惯性导航组件进行大的结构修改。

附图说明

图1为既有惯性导航组件隔振系统；

图2为钢丝抗扭软轴内部构造示意图；

图3为调整固有频率后的惯性导航组件隔振系统示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

（1）在惯性导航组件基座（外形近似正方体，边长约200mm）上下面顶点分别对称加工配钻4个斜置螺栓孔，螺栓孔的斜置角的分布规律如下：以惯性导航组件的几何中心为坐标系原点O，三个惯性主轴为XYZ轴，基座上表面的法向为+Z轴，斜置螺栓孔轴向与XYZ轴的夹角分别为α、β、θ，各卦限中均有1个斜置螺栓孔，且相互对称布置，第一卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=θ=45°，第二卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=-45°、β=θ=45°，第三卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=-45°、θ=45°，第四卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=θ=45°、β=-45°，第五卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=45°、θ=-45°，第六卦限中的斜置螺栓孔的方向角为β=45°、α=θ=-45°，第七卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=θ=-45°，第八卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=45°、β=θ=-45°；

（2）制备8支压缩型高阻尼橡胶减振支座；

（21）橡胶减振支座顶部有带螺纹的钢件；

（22）橡胶减振支座底部边缘有多个带螺纹的钢底座；

（23）钢件与底座间是高阻尼橡胶材料，如天然橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶及其共混物或共聚改性物；

（24）橡胶减振支座的主体形状为近似的锥形，高度约40mm；

（3）将橡胶减振支座用螺栓与惯性导航组件的基座固定，减振支座轴向的方向如图3示意；

（4）在安装架上加工配钻8个相应位置和角度的螺栓孔；

（5）将连接有橡胶减振支座的惯性导航组件通过橡胶减振支座底部的金属连接件用螺栓固定在安装架上；

（6）在基座的前（后）面安装钢丝抗扭软轴，软轴另一端固定在安装架上，钢丝抗扭软轴的内部构造如图2所示。

（61）钢丝抗扭软轴由芯棒和4~12层绕制方向相反的高强度钢丝构成，长度约为100mm，抗扭刚度为5kN·m/rad；

（62）钢丝抗扭软轴一端通过法兰盘与惯性导航组件基座固结，另一端通过法兰盘与安装架固结；

（63）钢丝抗扭软轴装配完成后处于弯曲松弛状态； 

实施例2：

所述高阻尼橡胶减振支座为剪切型，其余同实施例1。

实施例3：

所述高阻尼橡胶减振支座为混合型，其余同实施例1。

实施例4：

所述钢丝抗扭软轴的抗扭刚度为10kN·m/rad，其余同实施例1。

实施例5：

所述钢丝抗扭软轴一端安装在基座的上（下）面，另一端固定在安装架上，其余同实施例1。

实施例6：

所述钢丝抗扭软轴一端安装在基座的左（右）面，另一端固定在安装架上，其余同实施例1。

Claims (5)

1.一种惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）在基座上、下面顶点分别对称加工配钻4个斜置螺栓孔，螺栓孔的斜置角的分布规律如下：以惯性导航组件的几何中心为坐标系原点O，三个惯性主轴为XYZ轴，基座上表面的法向为+Z轴，斜置螺栓孔轴向与XYZ轴的夹角分别为α、β、θ，各卦限中均有1个斜置螺栓孔，且相互对称布置，第一卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=θ=45°，第二卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=-45°、β=θ=45°，第三卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=-45°、θ=45°，第四卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=θ=45°、β=-45°，第五卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=45°、θ=-45°，第六卦限中的斜置螺栓孔的方向角为β=45°、α=θ=-45°，第七卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=β=θ=-45°，第八卦限中的斜置螺栓孔的方向角为α=45°、β=θ=-45°；

（2）制备8支高阻尼橡胶减振支座；

（3）将橡胶减振支座用螺栓与惯性导航组件的基座固定；

（4）在安装架上加工配钻8个相应位置和角度的螺栓孔；

（5）将连接有橡胶减振支座的惯性导航组件通过橡胶减振支座底部的金属连接件用螺栓固定在安装架上；

（6）在基座的前面或后面安装钢丝抗扭软轴，软轴另一端固定在安装架上。

2.根据权利要求1所述的惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法，其特征在于步骤（1）具体包括如下步骤：

（11）依据惯性导航组件的质量和几何对称性确定三个惯性主轴；

（12）8支橡胶减振支座对称安装，隔振系统至少具有3个对称面。

3.根据权利要求1所述的惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法，其特征在于步骤（2）具体包括如下步骤：

（21）橡胶减振支座顶部有带螺纹的钢件；

（22）橡胶减振支座底部边缘有多个带螺纹的钢底座；

（23）钢件与底座间是高阻尼橡胶材料；

（24）橡胶减振支座的主体形状为近似的锥形。

4.根据权利要求3所述的惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法，其特征在于，所述高阻尼橡胶材料为天然橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶及其共混物或共聚改性物。

5.根据权利要求1所述的惯性导航组件隔振系统固有频率调整方法，其特征在于步骤（6）具体包括如下步骤：

（61）钢丝抗扭软轴由芯棒和4~12层绕制方向相反的高强度钢丝构成；

（62）钢丝抗扭软轴一端通过法兰盘与惯性导航组件基座固结，另一端通过法兰盘与安装架固结；

（63）钢丝抗扭软轴装配完成后处于弯曲松弛状态。

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