CN106370349B - 一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置及方法 - Google Patents

一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置及方法，属于精密机械微小位移调整领域。本发明通过在调整螺钉与陀螺仪夹具之间加入超声波换能器，在调整过程中，超声波换能器将超声振动传递给调整螺钉，此时由于调整螺钉已经旋入转子调整螺纹孔，所以通过调整螺钉的传递可以将超声振动传递给陀螺转子，以此实现转子接触面间的超声振动。接触面间的横向振动可以达到超声减摩效果，再配合调整螺钉的轴向旋转即可在较小摩擦力的情况下实现陀螺转子质心位置的精密调整。本发明可以有效减少转子与轴承接触面间的摩擦力，减小爬行现象的产生，提高调整精度与效率，可广泛应用于微小位移的精密调整过程中。

Description

一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置及 方法
技术领域
本发明属于精密机械微小位移调整领域，涉及一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置及方法。
背景技术
陀螺仪在检测飞机飞行姿态和惯性制导领域中起到关键作用，陀螺仪良好的工作性能对飞行器姿态的判断至关重要。为了保证陀螺仪测量精度，需要求转子质心与回转轴心不重合度控制在一定范围内，否则转子在高速旋转的情况下，陀螺仪振动较为剧烈，陀螺仪测量数据误差较大且使用寿命大大缩短。
当前陀螺转子动平衡的方法大多采用人工手动调整，在陀螺转子质心调整过程中，由于转子与滚珠轴承内圈通过紧固螺钉固定在一起，进行调整时转子端面与轴承端面之间摩擦力较大，且通常质心移动的位移在1μm-20μm范围内，导致调整速度不可能过大，这使得在转子质心在调整过程中存在十分严重的爬行现象，爬行现象严重影响质心位移调整精度。为此，减小转子位移时的爬行现象，是提高转子质心调整精度与效率的关键。陀螺转子质心相对回转中心的偏移距离一般为几微米至十几微米不等，原有方案采用步进电机驱动调整螺钉旋入转子调整螺纹孔，通过拉拽的方式进行转子质心调整，这种方案在一定程度上实现了转子调整的自动化程度，但爬行现象依然存在。
发明内容
为了克服转子质心调整时的爬行现象，本发明提供了一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置及方法，本发明通过在调整螺钉与陀螺仪夹具之间加入超声波换能器，在调整过程中，超声波换能器将超声振动传递给调整螺钉，此时由于调整螺钉已经旋入转子调整螺纹孔，所以通过调整螺钉的传递可以将超声振动传递给陀螺转子，以此实现转子接触面间的超声振动。接触面间的横向振动可以达到超声减摩效果，再配合调整螺钉的轴向旋转即可在较小摩擦力的情况下实现陀螺转子质心位置的精密调整。以减小转子移动时的摩擦力，从而消除爬行现象。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置，包括陀螺仪转子、滚珠轴承、驱动电机、紧固螺钉、陀螺仪主体、陀螺仪夹具、电感测微仪,所述装置还包括：调整螺钉、超声波换能器、步进电机；其中，步进电机通过联轴器与调整螺钉连接，调整螺钉穿过超声波换能器的圆孔，使超声波换能器外套于调整螺钉上；调整时超声波换能器会产生超声振动，陀螺仪主体固定于陀螺仪夹具中，两个电感测微仪分别与陀螺仪转子和陀螺仪主体接触，用于测量陀螺仪转子和陀螺仪主体的位移。
所述超声波换能器产生超声振动频率为20KHz。
一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，陀螺仪夹具通过V型块固定在光学平台上；
第二步，步进电机通过联轴器驱动调整螺钉旋入陀螺仪转子的调整螺纹孔中；超声波换能器产生轴向的超声振动，调整螺钉继续旋入，直至超声波换能器的前后两端分别与调整螺钉的尾部和陀螺仪夹具接触，调整螺钉也产生轴向的超声振动，同时带动陀螺仪转子产生超声振动；
第三步，调整螺钉继续旋入，带动产生超声振动的陀螺仪转子移动；
第四步，两个电感测微仪实时测量陀螺仪转子的位移值，当达到指定位移时调整螺钉反向旋出完成调整。
本发明的有益效果是该方法的减摩效果明显，相比于人工调整可以有效减小转子移动时的摩擦力进而消除爬行现象，实现转子位置的精密调整。
附图说明
图1陀螺质心位置调整示意图。
图中：1陀螺仪转子；2超声波换能器；3调整螺钉；4滚珠轴承；5驱动电机；6紧固螺钉；7陀螺仪主体；8陀螺仪夹具；9电感测微仪；10步进电机。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置，包括陀螺仪转子1、滚珠轴承4、驱动电机5、紧固螺钉6、陀螺仪主体7、陀螺仪夹具8、电感测微仪9，所述装置还包括：调整螺钉3、超声波换能器2、步进电机10；其中，步进电机10通过联轴器与调整螺钉3连接，调整螺钉3穿过超声波换能器2的圆孔，使超声波换能器2外套于调整螺钉3上；调整时超声波换能器2会产生超声振动，陀螺仪主体7固定于陀螺仪夹具8中，两个电感测微仪9分别与陀螺仪转子1和陀螺仪主体7接触，用于测量陀螺仪转子1和陀螺仪主体7的位移。
工作时步进电机10为调整螺钉3提供0.24N·m的转矩，调整螺钉3中段直径为4mm可以穿入超声波换能器2的圆孔当中。
所述超声波换能器2产生超声振动频率为20KHz，在该振动频率下爬行现象显著减小。
一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置的方法，步骤如下：
第一步，陀螺仪夹具8通过V型块固定在光学平台上；
第二步，步进电机10通过联轴器驱动调整螺钉3旋入陀螺仪转子1的调整螺纹孔中；超声波换能器2产生轴向的超声振动，调整螺钉3继续旋入，直至超声波换能器2的前后两端分别与调整螺钉3的尾部和陀螺仪夹具8接触，调整螺钉3也产生轴向的超声振动，同时带动陀螺仪转子1产生超声振动；
第三步，调整螺钉3继续旋入，带动产生超声振动的陀螺仪转子1移动；
第四步，两个电感测微仪9分别实时测量陀螺仪转子1和陀螺仪主体7的位移值，当达到指定位移时调整螺钉3反向旋出完成调整。
由于超声波换能器2的加入，成功的将超声减摩应用于陀螺转子质心位置的精密调整过程中，使爬行现象得到有效控制，通过以上整个过程可以实现陀螺仪质心调整的精确调整和测量。

Claims (3)

1.一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置，包括陀螺仪转子(1)、滚珠轴承(4)、驱动电机(5)、紧固螺钉(6)、陀螺仪主体(7)、陀螺仪夹具(8)、电感测微仪(9),其特征在于，所述装置还包括：调整螺钉(3)、超声波换能器(2)、步进电机(10)；其中，步进电机(10)通过联轴器与调整螺钉(3)连接，调整螺钉(3)穿过超声波换能器(2)的圆孔，使超声波换能器(2)外套于调整螺钉(3)上；调整时超声波换能器(2)会产生超声振动，陀螺仪主体(7)固定于陀螺仪夹具(8)中，两个电感测微仪(9)分别与陀螺仪转子(1)和陀螺仪主体(7)接触，用于测量陀螺仪转子(1)和陀螺仪主体(7)的位移。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置，其特征还在于，所述超声波换能器(2)产生超声振动频率为20KHz。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于超声减摩效应的陀螺转子质心位置精密调整装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，陀螺仪夹具(8)通过V型块固定在光学平台上；
第二步，步进电机(10)通过联轴器驱动调整螺钉(3)旋入陀螺仪转子(1)的调整螺纹孔中；超声波换能器(2)产生轴向的超声振动，调整螺钉(3)继续旋入，直至超声波换能器(2)的前后两端分别与调整螺钉(3)的尾部和陀螺仪夹具(8)接触，调整螺钉(3)也产生轴向的超声振动，同时带动陀螺仪转子(1)产生超声振动；
第三步，调整螺钉(3)继续旋入，带动产生超声振动的陀螺仪转子(1)移动；
第四步，两个电感测微仪(9)分别实时测量陀螺仪转子(1)和陀螺仪主体(7)的位移值，当达到指定位移时调整螺钉(3)反向旋出完成调整。
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