CN109470230B - 一种固体波/谐振陀螺密封结构 - Google Patents

一种固体波/谐振陀螺密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种固体波/谐振陀螺密封结构，包括壳体和底座，壳体安装在底座上，在壳体的顶板上制出一个用于装存焊锡的沉槽，该沉槽与壳体同轴设置，且在壳体顶板的轴心处同轴制出一个排气孔，该排气孔连通沉槽和壳体内腔。应用本发明结构后，陀螺仪的密封成活率大幅度提高，并且陀螺更加美观并缩小了轴向尺寸，本结构设计有力支撑了金属谐振陀螺仪的研制，适合推广应用。

Description

一种固体波/谐振陀螺密封结构
技术领域
本发明涉及固体波/谐振陀螺技术领域，尤其是一种为固体波/谐振陀螺提供真空封装的固体波/谐振陀螺密封结构。
背景技术
固体波/谐振陀螺是一类高精度、超高可靠性陀螺，近些年来发展迅猛，除了应用于宇航领域，在船用、陆用、弹用等领域亦逐步推广。
固体波/谐振陀螺的工作原理决定了其核心元件——谐振子振动时要有足够高的振动品质因数——Q值。可以用谐振子振动时的能量损耗理解Q值，振子的总能量损耗由约六种基本的能量损耗构成：空气阻尼损耗1/Qgas、热弹性阻尼损耗1/Qther、表面缺陷损耗1/Qsur、支撑损耗1/Qsup、内摩擦损耗1/Qfri以及其他环境损耗1/Qother。总能量损耗1/Q与分能量损耗的关系见下式：
1/Q＝1/Qgas+1/Qther+1/Qsur+1/Qfri+1/Qother
为了提高振子Q值，需要对振子进行真空密封处理，以降低空气阻尼损耗1/Qgas。
如图1所示，为传统陀螺密封结构，包括无氧铜抽气嘴1，壳体2，底座3，图1中抽气嘴1通过锡焊方式焊接在壳体2上，壳体2与底座3通过激光焊接形成焊缝5，利用抽气嘴1抽气，真空度满足要求时，用专用卡钳在抽气嘴1的位置处4(该处由掐断后残余抽气嘴高度决定，可以自由决定该处位置)挤压掐断抽气嘴1，抽气嘴是软金属无氧铜，内壁被挤压后可形成密封。现有的这种密封结构需要使用抽气嘴，因此不但造成陀螺的轴向长度长、重量大、影响美观，而且密封成功率不高，密封效率低。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种密封效果好且密封速度快的固体波/谐振陀螺密封结构。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种固体波/谐振陀螺密封结构，包括壳体和底座，壳体安装在底座上，其特征在于：在壳体的顶板上制出一个用于装存焊锡的沉槽，该沉槽与壳体同轴设置，且在壳体顶板的轴心处同轴制出一个排气孔，该排气孔连通沉槽和壳体内腔。
而且，所述的壳体和底座的配合处采用激光焊接。
而且，所述的壳体顶板的厚度比现有传统壳体顶板的厚度增加约0.4～1mm。
而且，所述的沉槽通常为圆柱形，其直径R1通常为
Figure BDA0001874056890000021
槽深L1约0.5mm～2mm。
而且，所述的排气孔的直径R2须限制在
Figure BDA0001874056890000022
而且，所述的排气孔的直径R2的大小与沉槽的槽深L1有关系，排气孔直径R2的最大值可以按下式进行估算：
τ＝P0×R2/4/L1＜a×τsp
R2＜4a×L1×τsp/P0
式中，P0为标准大气压，约1×105Pa；
τsp为所选用焊锡的剪切极限应力；
a为安全系数，可以取0.5～0.7；
排气孔直径R2的最小值可以用分子流导公式及可以忍受的抽气时间进行估算。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明较传统密封设计，去掉了抽气嘴，直接在壳体上开沉槽，在沉槽中预封高温焊锡，使焊锡表面平整，并在中间位置钻孔。因为舍弃了抽气嘴，陀螺的轴向长度缩短，重量减轻(抽气嘴重量)，美观度大幅提升。
2、本发明配合专用封装系统对陀螺进行真空密封，封装成功率几乎可达100％，较传统抽气嘴卡嘴设计的封装成功率高。
3、固体波/谐振陀螺密封结构对于保持陀螺仪的真空度至关重要，已经应用于金属谐振陀螺的陀螺样机，应用该结构后，陀螺仪的密封成活率大幅度提高，并且陀螺更加美观并缩小了轴向尺寸，本结构设计有力支撑了金属谐振陀螺仪的研制。
附图说明
图1是传统惯性仪表真空密封结构示意图；
图2是本发明提出的真空密封结构示意图；
图3是本发明提出的真空密封结构密封后效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图2所示，一种固体波/谐振陀螺密封结构，包括壳体6和底座7，壳体安装在底座上，壳体和底座的配合处采用激光焊接。
壳体顶板的厚度比现有传统壳体顶板的厚度增加约0.4～1mm，用于开设沉槽，即：在壳体的顶板上制出一个用于装存焊锡的沉槽8。沉槽通常为圆柱形，但不限于圆柱形，其直径R1通常为
Figure BDA0001874056890000031
槽深L1约0.5mm～2mm。
该沉槽与壳体同轴设置，且在壳体顶板的轴心处同轴制出一个排气孔9，该排气孔连通沉槽和壳体内腔。即：在沉槽预制完焊锡后，在中间位置打通孔用来排气。经过计算，排气孔的直径R2须限制在
Figure BDA0001874056890000032
太小的直径将影响抽气速率，并且会形成毛细效应，引导融化的焊锡下流；太大的直径容易造成密封时融化的焊锡滴落，同时会使密封处焊锡强度太低，在内外压差作用下失效。
排气孔的直径R2的大小与沉槽的槽深L1有关系，排气孔直径R2的最大值可以按下式进行估算：
τ＝P0×R2/4/L1＜a×τsp
R2＜4a×L1×τsp/P0
式中，P0为标准大气压，约1e5Pa；
τsp为所选用焊锡的剪切极限应力；
a为安全系数，可以取0.5～0.7；
排气孔直径R2的最小值可以用分子流导公式及可以忍受的抽气时间进行估算。
密封时先将振子装入底座，然后用激光焊接壳体和底座的接缝。将整体结构放入专用封装系统中，开启系统抽气，真空度达到设计要求后，用专用工具将沉槽中焊锡融化，焊锡凝固后形成图3密封效果，通孔被焊锡封堵形成10的形态，焊锡面呈微凹状。

Claims (5)

1.一种固体波/谐振陀螺密封结构，包括壳体和底座，壳体安装在底座上，其特征在于：在壳体的顶板上制出一个用于装存焊锡的沉槽，该沉槽与壳体同轴设置，且在壳体顶板的轴心处同轴制出一个排气孔，该排气孔连通沉槽和壳体内腔；
所述的排气孔的直径R2的大小与沉槽的槽深L1有关系，排气孔直径R2的最大值按下式进行估算：
τ＝P0×R2/4/L1＜a×τsp
R2＜4a×L1×τsp/P0
式中，P0为标准大气压，1×105Pa；
τsp为所选用焊锡的剪切极限应力；
a为安全系数，取0.5～0.7；
排气孔直径R2的最小值用分子流导公式及可以忍受的抽气时间进行估算。
2.根据权利要求1所述的一种固体波/谐振陀螺密封结构，其特征在于：所述的壳体和底座的配合处采用激光焊接。
3.根据权利要求1所述的一种固体波/谐振陀螺密封结构，其特征在于：所述的壳体顶板的厚度比现有传统壳体顶板的厚度增加0.4～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种固体波/谐振陀螺密封结构，其特征在于：所述的沉槽为圆柱形，其直径R1为
Figure FDA0003603014720000011
槽深L1 0.5mm～2mm。
5.根据权利要求1所述的一种固体波/谐振陀螺密封结构，其特征在于：所述的排气孔的直径R2须限制在
Figure FDA0003603014720000012
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