CN115013476A - 全温度范围内性能一致的防扭转减振系统及激光捷联惯组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全温度范围内性能一致的防扭转减振系统及激光捷联惯组，解决现有三向减振器存在低温时橡胶自身刚度迅速增大，使激光捷联惯组共振频率和放大倍数剧烈变化而难以满足角振动技术要求，及阻尼垫存在断裂风险问题。系统包括上连接件、下连接件及设在上连接件和下连接件之间的三向减振器；三向减振器包括互相垂直正交的3个减振组件；每个减振组件包括2个呈T型的减振垫、限位衬套和紧固件；2个减振垫套装在限位衬套上，且小端相邻设置并存在距离，2个减振垫小端之间形成环形安装槽；紧固件穿过限位衬套并与下连接件连接，上连接件上设有分别卡装在3个减振组件的环形安装槽内的3个环形安装支承板。

Description

全温度范围内性能一致的防扭转减振系统及激光捷联惯组
技术领域
本发明涉及减振器技术，具体涉及一种全温度范围内性能保持一致的防扭转减振系统及激光捷联惯组。
背景技术
激光捷联惯组作为惯性导航系统的核心部件，其工作环境的稳定性直接关系着导航系统的命中精度。现代导航系统对于真实复杂环境的可生存性与可适应性要求的不断提高，使得惯组所面对的力学环境愈加恶劣，尤其就振动而言，其振动频率范围之宽、振动量级之大，足以使仪器设备的结构达到应力破坏的状态；而另一方面，随着仪器设备精度的不断提高，又要求惯组必须提供更为精确的导航数据，因此，工作环境的复杂性和惯组输出的精确性成为激光捷联惯组急需解决的关键问题，研究激光捷联惯组的振动保护，对于提高惯组的输出精度以及在复杂振动环境下有效工作有着重要的意义。
减振系统作为激光捷联惯组的核心部件，其振动要求频率变化量在全温度范围内不大于8Hz；减振系统的设计应保证常温下惯组角振动谐振频率在90Hz～110Hz范围内，放大倍数不大于12dB；减振系统能否满足上述的振动要求,直接决定着激光捷联惯组能否在恶劣的力学环境下满足精度要求且正常工作的关键所在。
减振系统通常采用传统三向减振器的减振方式，即采用四个三向减振器绕惯组X轴对称布置。其中，三向减振器的阻尼垫采用橡胶柱结构，见图1所示，橡胶柱是在高温下将半液化的橡胶和钢件组合在一起，降温后由于橡胶的凝固作用，钢件与橡胶固联在一起。安装时，通过紧固件与橡胶减振柱两端钢件连接，同时连接在橡胶减振柱两端的紧固件分别与上连接件、下连接件连接，从而将减振器(阻尼垫)与上连接件、下连接件连接在一起。
目前，激光捷联惯组的三向减振器的阻尼垫所使用的橡胶为丁氰胶，丁氰胶具有放大倍数小，衰减率高的特性，所以被广泛应用在减震、隔震领域，但是丁氰胶的高低温特性很差，特别是低温时丁氰胶硬化状态显著，橡胶自身的刚度会迅速增大，从而使激光捷联惯组的共振频率和放大倍数剧烈变化，难以满足角振动技术要求；以及由于丁氰胶自身强度较小，在极端恶劣力学环境下，阻尼垫存在极大的断裂风险，进而影响激光捷联惯组的正常工作。
发明内容
为了解决现有三向减振器的阻尼垫采用橡胶柱结构以及阻尼垫所使用的橡胶为丁氰胶，存在低温时橡胶自身刚度迅速增大，使得激光捷联惯组的共振频率和放大倍数剧烈变化而难以满足角振动技术要求，以及在极端恶劣力学环境下，阻尼垫存在极大断裂风险的技术问题，本发明提供了一种全温度范围内性能一致的防扭转减振系统及激光捷联惯组。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种全温度范围内性能一致的防扭转减振系统，其特殊之处在于：包括上连接件、下连接件以及设置在上连接件和下连接件之间的三向减振器；
所述三向减振器包括互相垂直正交的3个减振组件；
所述上连接件上设有分别与3个减振组件配合的3个环形安装支承板；
每个减振组件包括减振垫对、限位衬套和紧固件，减振垫对包括2个呈T型的减振垫；2个减振垫套装在限位衬套上，2个减振垫的小端相邻设置，且两者之间存在距离，2个减振垫的小端之间形成环形安装槽；
所述紧固件的一端穿过限位衬套并与下连接件连接，且上连接件上的3个环形安装支承板分别卡装在3个减振组件的环形安装槽内，实现减振组件与上连接件、下连接件的连接；
所述紧固件的另一端设有用于减振垫轴向限位的限位部。
进一步地，每个减振组件还包括垫圈；
所述限位衬套靠近下连接件的一端外圆面设有位于减振垫和下连接件之间的环形限位板；
所述限位衬套远离下连接件的一端外圆面设有环形缺口，垫圈的内环端设置在环形缺口和紧固件的限位部之间，其外环端伸出环形缺口与减振垫的大端端面接触，用于减振垫的轴向限位。
进一步地，所述减振垫的材质为硅橡胶；
所述限位衬套为金属衬套。
进一步地，所述紧固件与下连接件采用螺纹连接。
同时，本发明还提供一种激光捷联惯组，其特殊之处在于：包括沿同一圆周均布的4个减振系统；
每个减振系统包括上连接件、下连接件以及设置在上连接件和下连接件之间的三向减振器；
所述三向减振器包括互相垂直正交的3个减振组件；
所述上连接件上设有分别与3个减振组件配合的3个环形安装支承板；
每个减振组件包括减振垫对、限位衬套和紧固件，减振垫对包括2个呈T型的减振垫；2个减振垫套装在限位衬套上，2个减振垫的小端相邻设置，且两者之间存在距离，2个减振垫的小端之间形成环形安装槽；
所述紧固件的一端穿过限位衬套并与下连接件连接，且上连接件上的3个环形安装支承板分别卡装在3个减振组件的环形安装槽内，实现减振组件与上连接件、下连接件的连接；
所述紧固件的另一端设有用于减振垫轴向限位的限位部。
进一步地，上述每个减振组件还包括垫圈；
上述限位衬套靠近下连接件的一端外圆面设有位于减振垫和下连接件之间的环形限位板；
上述限位衬套远离下连接件的一端外圆面设有环形缺口，垫圈的内环端设置在环形缺口和紧固件的限位部之间，其外环端伸出环形缺口与减振垫的大端端面接触，用于减振垫的轴向限位。
进一步地，上述减振垫的材质为硅橡胶；
所述限位衬套为金属衬套。
进一步地，上述紧固件与下连接件采用螺纹连接。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明防扭转减振系统的核心减振和隔振元件采用T型减振垫，并且T型减振垫两两组合布置在相互垂直的三个方向，同时使用限位衬套、紧固件将两两组合的T型橡胶垫固联在一起，增加了减振组件与上下连接件之间的强度，提高减振组件自身的可靠性，以及提高了减振组件在极端复杂力学环境下的生存能力，可以保证三向减振器在全温度范围内减振性能基本不变，提高了全温度范围适应性。
2、本发明每个三向减振器的三向等刚度，具有良好的减振性能，能实现三向减振，为惯组上的惯性仪表及电子元器件提供良好的力学环境条件，以保证惯组系统的工作精度和可靠性。
3、本发明三向减振器的减振组件结构简单、成本低廉，且因减振组件中间装配有限位衬套，省去了过载保护垫，简化了减振器结构形式，节约了惯组研制成本。
4、为了提高减振器的高低温性能，减振垫采用硅橡胶阻尼材料，有效提高了减振器在高低温下的振动特性。
5、本发明防扭转减振系统具有优异的高低温性能，可以保证惯组系统在全温度范围内线振动谐振频率基本保持不变，谐振峰位置的放大倍数在较小的范围内波动；以及具有优异的角振动性能，三向减振器其三个方向的角振动谐振频率的变化一般不大于10Hz，其放大倍数小于12dB。
附图说明
图1是现有三向减振器的阻尼垫结构示意图；
图2是本发明全温度范围内性能一致的防扭转减振系统一个方向的结构示意图(示出一个减振组件)；
图3是本发明全温度范围内性能一致的防扭转减振系统中减振组件结构示意图；
其中，附图标记如下：
1-上连接件，11-环形安装支承板，2-下连接件，3-减振组件，31-减振垫，32-限位衬套，321-环形限位板，33-紧固件，331-限位部，34-垫圈。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
如图2所示，本发明一种全温度范围内性能一致的防扭转减振系统，包括上连接件1、下连接件2以及设置在上连接件1和下连接件2之间的三向减振器；三向减振器包括互相垂直正交的3个减振组件3。
上连接件1上设有分别与3个减振组件3配合的3个环形安装支承板11。
如图3所示，每个减振组件3包括减振垫对、限位衬套32、垫圈34和紧固件33，减振垫对包括2个呈T型的减振垫31；2个减振垫31套装在限位衬套32上，2个减振垫31的小端相邻设置，且两者之间存在距离，2个减振垫31的小端之间形成环形安装槽；本实施例限位衬套32为金属衬套，限位衬套32的一端外圆面设有环形限位板321，其中一个减振垫31的大端端面与环形限位板321端面相抵靠，限位衬套32的另一端外圆面设有环形缺口；垫圈34的内环端套设在限位衬套32的环形缺口内，外环端伸出环形缺口与另一个减振垫31的大端端面接触。限位衬套32可使用2cr13材料加工，其具有一定的防腐蚀能力，由于在较为严酷的盐雾及湿热试验中仍然会产生锈蚀，因此，优选的，可在限位衬套外表面增加镀覆层Fe/Ep.Zn25-30.c2C，镀层为25-30μm，可进一步提高防腐蚀能力。
紧固件33的一端从限位衬套32安装有垫圈34的一端穿过并与下连接件2螺纹连接，限位衬套32的环形限位板321与下连接件2端面相抵靠，紧固件33的另一端设有用于限位衬套32和垫圈34轴向限位的限位部331；同时，上连接件1上的3个环形安装支承板11分别卡装在3个减振组件3的环形安装槽内，实现3个减振组件3与上连接件1、下连接件2的固定。
基于上述的防扭转减振系统，本实施例提供了一种激光捷联惯组，包括沿同一圆周均布的4个减振系统，每个减振系统采用上述全温度范围内性能一致的防扭转减振系统。
为保证激光捷联惯组在外界三个方向振动激励下其振动频率、变形和减振效果基本一致，本实施例组装式三向减振器继承了传统三向减振器的减振方式，即采用四个减振系统绕惯组X轴对称布置减振方式；每个减振系统由三对互相垂直正交的减振组件3与上连接件1和下连接件2装配在一起，其中上连接件1连接轴的中心通过三对互相垂直正交的减振组件3的重心。
本实施例三向减振器与传统减振器的最大区别，在于核心的减振、隔振元件由以前的橡胶柱变为了T型减振垫31，并且T型减振垫31两两组合布置在相互垂直的三个方向，同时使用限位衬套32、垫圈34、紧固件33将两两组合的T型橡胶垫固联在一起。现有橡胶柱(阻尼垫)是在高温下降半液化的橡胶和钢件组合在一起，降温后由于橡胶的凝固，钢件与橡胶固联在了一起，然后通过紧固件33与橡胶减振柱两端钢件连接，从而将减振器与上、下连接件2连接在一起，这种连接方式对于减振、隔震来说是有利的，但是由于橡胶自身强度较小，所以，在极端恶略的力学环境下橡胶柱存在极大的断裂风险，即使传统三向减振器有自锁保护机制，但是核心减震器件(橡胶柱)的破坏也就意味着惯组无法正常工作。而本申请减振组件3采用T型减振垫与金属衬套等组合连接，其好处在于，增加了减振组件3与上下连接件2之间的强度，提高减振组件3自身的可靠性，提高了减振组件3在极端复杂力学环境下的生存能力，同时作为减振材料的橡胶还可以兼顾到缓冲、吸振、隔振的功能。
为了满足减振系统高低温条件下的振动要求，本实施例设计三向减振器的结构形式，同时考虑到传统三向减振器在加速度实验和冲击振动试验中，减振组件3变形较大且与上下连接件碰撞的问题，所以，本实施例在减振组件3中加入刚性元件限位衬套32和垫圈34，以便提高减振组件3自身的强度；为了进一步提高高低温环境下振动参数的一致性，利用限位衬套32和垫圈34的公差配合以及高低温下橡胶材料(减振垫31)与刚性元件(限位衬套32和垫圈34)在热膨胀系数上的差异，从而在一定程度上抵消橡胶的减振垫31刚度随温度变化而引起的惯组谐振频率的变化。
本实施例减振垫31的材质为硅橡胶，硅橡胶作为减震材料最大的优点是其高低温振动性能比现有丁氰胶有极大的提高，在采用三向减振器与硅橡胶阻尼垫组合时，惯组的高低温振动频率变化缩小到了15Hz，相比丁氰胶橡胶柱150Hz的变化范围，硅橡胶的高低温振动性能提高了10倍。
另外，在低温条件下不管是丁氰胶还是硅橡胶都会由于硬化而使自身的静刚度变大。本实施例减振组件3结构中，硅橡胶的线膨胀系数为77×10-6，碳钢的线膨胀系数10.6×10-6，在低温时，橡胶的收缩量比紧固件33的收缩量大的多，因此在常温下施加在减振垫31的预应力在低温时被释放，橡胶的硬化作用被材料之间热膨胀导致的尺寸变化所抵消，因此，本实施例T型减振垫31采用硅橡胶，会在一定的温度范围内保持惯组频率基本不变，可使高低温振动频率最终满足要求。
本实施例防扭转减振系统具有以下特点：
1)三向减振器的三向等刚度，具有良好的减振性能，能实现三向减振，为惯组上的惯性仪表及电子元器件提供良好的力学环境条件，以保证惯组系统的工作精度和可靠性；
2)温度环境适应性强，可以保证三向减振器全温度范围内减振性能基本不变，提高了惯性器件尤其是激光捷联惯组全温度范围适应性；
3)具有抗大过载能力，能实现六个方向的过载保护，保证在过载试验中，无保护垫前提下，减振器不被破坏；
4)三向减振器的减振材料采用普通的减振垫31结构形式，结构简单，成本低廉，且因减振垫31中间装配有限位衬套32，省去了过载保护垫，简化了减振器结构形式(减振方式)，节约了惯组研制成本；
5)减振垫31的材质选用硅橡胶，有效提高了三向减振器在高低温下的振动特性；三向减振器具有优异的高低温性能，可以保证惯组系统在全温度范围内线振动谐振频率基本保持不变，谐振峰位置的放大倍数在较小的范围内波动；
6)三向减振器具有优异的角振动性能，三向减振器其三个方向的角振动谐振频率的变化一般不大于10Hz，其放大倍数小于12dB；
7)三向减振器具有防扭转功能，保证在振动、冲击、过载条件下减振器与惯性测量单元被减振部分相对坐标系平行。
本实施例激光捷联惯组的优点是实现了三向等刚度(亦即三向等频)，能隔离任一方向的振动和冲击；采用阻尼橡胶材料，既能抑制共振区的峰值放大，又能在隔振区具有较好的隔振效率；同时减振组件3又是过载保护器，以防止惯组在加速度过大时台体与弹上安装大梁相碰而引起惯组内部惯性器件受损，在过载情况下减振系统能够减振，且结构紧凑、安装方便。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (8)

1.一种全温度范围内性能一致的防扭转减振系统，其特征在于：包括上连接件(1)、下连接件(2)以及设置在上连接件(1)和下连接件(2)之间的三向减振器；
所述三向减振器包括互相垂直正交的3个减振组件(3)；
所述上连接件(1)上设有分别与3个减振组件(3)配合的3个环形安装支承板(11)；
每个减振组件(3)包括减振垫对、限位衬套(32)和紧固件(33)，减振垫对包括2个呈T型的减振垫(31)；2个减振垫(31)套装在限位衬套(32)上，2个减振垫(31)的小端相邻设置，且两者之间存在距离，2个减振垫(31)的小端之间形成环形安装槽；
所述紧固件(33)的一端穿过限位衬套(32)并与下连接件(2)连接，且上连接件(1)上的3个环形安装支承板(11)分别卡装在3个减振组件(3)的环形安装槽内，实现减振组件(3)与上连接件(1)、下连接件(2)的连接；
所述紧固件(33)的另一端设有用于减振垫(31)轴向限位的限位部(331)。
2.根据权利要求1所述全温度范围内性能一致的防扭转减振系统，其特征在于：每个减振组件(3)还包括垫圈(34)；
所述限位衬套(32)靠近下连接件(2)的一端外圆面设有位于减振垫(31)和下连接件(2)之间的环形限位板(321)；
所述限位衬套(32)远离下连接件(2)的一端外圆面设有环形缺口，垫圈(34)的内环端设置在环形缺口和紧固件(33)的限位部(331)之间，其外环端伸出环形缺口与减振垫(31)的大端端面接触，用于减振垫(31)的轴向限位。
3.根据权利要求2所述全温度范围内性能一致的防扭转减振系统，其特征在于：所述减振垫(31)的材质为硅橡胶；
所述限位衬套(32)为金属衬套。
4.根据权利要求1至3任一所述全温度范围内性能一致的防扭转减振系统，其特征在于：所述紧固件(33)与下连接件(2)采用螺纹连接。
5.一种激光捷联惯组，其特征在于：包括沿同一圆周均布的4个减振系统；
每个减振系统包括上连接件(1)、下连接件(2)以及设置在上连接件(1)和下连接件(2)之间的三向减振器；
所述三向减振器包括互相垂直正交的3个减振组件(3)；
所述上连接件(1)上设有分别与3个减振组件(3)配合的3个环形安装支承板(11)；
每个减振组件(3)包括减振垫对、限位衬套(32)和紧固件(33)，减振垫对包括2个呈T型的减振垫(31)；2个减振垫(31)套装在限位衬套(32)上，2个减振垫(31)的小端相邻设置，且两者之间存在距离，2个减振垫(31)的小端之间形成环形安装槽；
所述紧固件(33)的一端穿过限位衬套(32)并与下连接件(2)连接，且上连接件(1)上的3个环形安装支承板(11)分别卡装在3个减振组件(3)的环形安装槽内，实现减振组件(3)与上连接件(1)、下连接件(2)的连接；
所述紧固件(33)的另一端设有用于减振垫(31)轴向限位的限位部(331)。
6.根据权利要求5所述激光捷联惯组，其特征在于：每个减振组件(3)还包括垫圈(34)；
所述限位衬套(32)靠近下连接件(2)的一端外圆面设有位于减振垫(31)和下连接件(2)之间的环形限位板(321)；
所述限位衬套(32)远离下连接件(2)的一端外圆面设有环形缺口，垫圈(34)的内环端设置在环形缺口和紧固件(33)的限位部(331)之间，其外环端伸出环形缺口与减振垫(31)的大端端面接触，用于减振垫(31)的轴向限位。
7.根据权利要求5所述激光捷联惯组，其特征在于：所述减振垫(31)的材质为硅橡胶；
所述限位衬套(32)为金属衬套。
8.根据权利要求5至7任一所述激光捷联惯组，其特征在于：所述紧固件(33)与下连接件(2)采用螺纹连接。
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