CN201858979U - 一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，包括支架、T形限位套、T形隔振垫和双头螺柱，支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，在环形连接框内侧伸出四个支耳，支耳之间用方形连接框连接，四个支耳上各有一个钢丝螺套孔；双头螺柱一端拧上双螺母后旋入支耳上的钢丝螺套孔；T形限位套紧套在双头螺柱外侧；在激光陀螺惯性测量装置的四个安装孔上下两端各装上一只T形隔振垫，T形隔振垫的空心圆柱部分伸入安装孔内并与安装孔紧密配合，T形限位套穿过两个T形隔振垫的内圆孔并与T形隔振垫紧密配合。本实用新型具有较好的刚度，减震性能良好，能够兼容不同结构形式和型号的激光陀螺IMU。

Description

一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置

技术领域

本发明涉及机械和动力学领域，尤其是一种减振装置。

背景技术

随着技术的不断发展，激光陀螺惯性测量装置(简称激光陀螺IMU)作为导航和制导的核心部件，已经开始广泛地应用于车辆、轮船和民航客机上。而此类载体的高速运动会使激光陀螺IMU全程处于振动环境中工作，过大的振动量级会使灵敏度极高的IMU陀螺和加速度计漂移较大而难以保证较高的导航精度，严重时甚至会将其中的元器件损坏。故如何给IMU提供良好的工作环境，使其元器件正常工作并达到预定的导航精度，是设计初期要考虑的重要问题。

激光陀螺IMU减振装置一般由承载IMU的安装支架、隔振器、限位套、螺钉和螺母等组成，而支架设计的合适与否直接关系到IMU工作环境的好坏，是其中尤为重要的一环。现有的激光陀螺IMU安装支架有的采用复合材料模压成型，如碳纤维阻尼夹层结构，在若干碳纤维层之间铺上阻尼材料夹层，利用阻尼材料来吸收振动能量，将整个支架做成一个大型的减振器。此类支架若设计得当能取得一定的减振效果，但是结构复杂，加工困难，造价高昂，产品的一致性难以保证。有的采用平板加筋式结构，质量较重，机械加工复杂，而且针对不同结构形式的IMU都得设计与之配套的安装支架和隔振器，通用性不好。

发明内容

为了克服现有技术造价高昂、结构复杂、减振效果难以满足使用要求、加工困难和兼容性不好的缺点，本发明提供了一种镂空形框架式IMU安装支架和T形阻尼橡胶隔振垫，可以兼容不同结构形式的激光陀螺IMU。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括支架、限位套、隔振垫和螺栓，支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，环形连接框的外环形状和尺寸根据实际接口确定，环形连接框上有若干个过孔，用于与载体接口连接，在环形连接框内侧伸出四个支耳，支耳之间用方形连接框连接，用于防止加工变形和调节整个支架的频率，支耳和连接框形成一个可以安装激光陀螺IMU的空腔，四个支耳上各有一个钢丝螺套孔；所述的螺栓采用双头螺柱，一端拧上双螺母后旋入支耳上的钢丝螺套孔；所述限位套采用T形限位套，T形限位套为一空心圆柱和片状圆环的结合体，剖面形状为倒T形，片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，T形限位套紧套在双头螺柱外侧；所述隔振垫采用T形隔振垫，T形隔振垫为一空心圆柱和片状圆环的结合体，剖面形状为T形，片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，在激光陀螺IMU的四个安装孔上下两端各装上一只T形隔振垫，T形隔振垫的空心圆柱部分伸入安装孔内并与安装孔紧密配合，T形限位套穿过两个T形隔振垫的内圆孔并与T形隔振垫紧密配合；双头螺柱的另一端安装有垫片和自锁螺母。

所述支架可以采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成形，也可以采用铝板直接机加成形。

所述双头螺柱的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。

所述T形限位套的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。

所述T形隔振器材料为高性能阻尼橡胶，频率在40HZ～90HZ之间，阻尼比在0.07～0.12之间。通过选用不同尺寸和不同阻尼比的橡胶材料，可得到不同频率和减振效果的隔振垫。

本发明的有益效果是：由于支架采用铝合金铸造毛坯，用全尺寸加工确保其尺寸精度，产品工艺性良好，既大幅降低了生产成本，又确保批生产产品的一致性。经过充分的理论分析和合理的结构设计，使得支架频率避开了激光陀螺IMU的有害频率段，并且具有较好的刚度，从而使传递过来的振动量级不致于放大太多，给激光陀螺IMU提供良好的工作环境。同时，该减振装置兼容不同结构形式和型号的激光陀螺IMU和隔振垫，在地面精度摸底试验中以该减振装置为基础，两种不同厂家生产的激光陀螺IMU和多种类型的隔振垫配合，纯惯性条件下导航精度满足使用要求。而且，在载体高速运动试验中，该减振装置承载的两种激光陀螺IMU均取得了很好的导航精度。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的安装支架和双头螺柱结构示意图；

图2是本发明实施实例1的减振装置结构图；

图3是本发明实施实例2的减振装置结构图；

图4是本发明减振装置的装配示意图。

图中，1-支架，2-双头螺柱，3-T形限位套，4-T形隔振垫，5-垫片，6-自锁螺母，7-50型激光陀螺IMU，8-90型激光陀螺IMU。

具体实施方式

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

为了在一个狭小的有限空间内方便地安装激光陀螺IMU，同时为其提供良好的工作环境，用一个安装支架来承载激光陀螺IMU和隔振器。支架外形见图1所示1，该支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，连接框外环形状和尺寸可根据实际接口自行选取，内、外环之间距离在20mm～50mm之间选取，连接框厚度为15mm～30mm，环形连接框上可加工8～12个过孔，用规格为M8、M10或M12的螺钉与载体连接。在与环形连接框象限线成45°处伸出四个支耳，该支耳宽度在40mm～70mm之间，厚度也可保持在40mm～70mm之间，四个支耳相对于象限面成对称分布，支耳之间用方形连接框连接，用于防止加工变形和调节整个支架的频率，方形连接框宽度在10mm～30mm之间，厚度与四个支耳保持一致。根据激光陀螺IMU的结构外形尺寸，使支耳和连接框形成一个可以安装激光陀螺IMU的空腔，空腔和激光陀螺IMU之间的间距保持在3mm～10mm之间。同时，四个支耳上各有一个M8～M12的钢丝螺套孔，装上自锁型钢丝螺套后用于连接隔振器。该支架可以采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成形，也可以采用铝板直接机加成形。

考虑到激光陀螺IMU一般从安装窗口进行安装，而操作空间狭小，用普通安装螺钉不便于激光陀螺IMU的安装、定位和拆卸，故设计了四个双头螺柱2，该双头螺柱直径在φ8mm～φ12mm之间，长度可根据激光陀螺IMU和隔振器的结构尺寸自行确定，材料可采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。安装双头螺柱时先将其一端拧上双螺母，而后用工具夹紧螺母将双头螺柱旋入支耳上的钢丝螺套安装孔，直至无法再旋动为止。安装激光陀螺IMU时可双手将其从窗口送入，将孔位对准后往里一推即可进行其他操作，方便质量较重的50型或90型激光陀螺IMU的拆装。

用一种T形限位套3来安装隔振器4，材料可采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金，限位套外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为φ8mm～φ12mm，外圆直径为φ12mm～φ16mm，长度根据隔振垫和激光陀螺IMU台体安装尺寸确定，实心片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，外圆直径比隔振垫外圆直径大2mm～4mm为宜，厚度为2mm～3mm即可。

在载体的高速运动过程中，传递到支架的振动量级一般会超出激光陀螺IMU的承受范围，若将激光陀螺IMU和支架直接刚性连接会使其无法正常工作，或者即使工作也无法达到较高的导航精度。所以，在激光陀螺IMU和支架之间采用隔振器来降低其振动量级，使激光陀螺IMU保持良好的工作状态并达到较高的导航精度。经过大量的理论分析和实验验证，采用一种T形隔振垫4给激光陀螺IMU减振，该隔振器材料为高性能阻尼橡胶，频率在40HZ～90HZ之间，阻尼比在0.07～0.12之间。隔振垫外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为φ12mm～φ16mm，外圆直径为φ18mm～φ28mm，长度为3mm～8mm，实心片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，外圆直径为φ24mm～φ36mm，厚度为2mm～8mm。通过以上尺寸的不同组合，选取不同阻尼比的橡胶材料，可得到不同频率和减振效果的隔振垫。

本发明的减振装置装配方法是：用螺钉和螺母将支架1固定在载体连接框上，将双头螺柱2一端拧上双螺母，而后用工具夹紧螺母将双头螺柱2旋入支架1支耳上的钢丝螺套安装孔内，直至无法再旋动为止。在激光陀螺IMU 7的四个安装孔上下两端各装上一只T形阻尼橡胶隔振垫4，将限位套3由下往上穿过隔振垫4内圆孔并使其端面与隔振垫4紧密配合，操作者用双手抱紧激光陀螺IMU7从安装窗口送入，将限位套3孔位与双头螺柱2对齐后轻轻往支架1方向一推。然后在隔振垫4上装上垫片5和自锁螺母6，用力矩扳手通过自锁螺母6交叉紧固并打力矩，力矩大小根据螺纹的连接强度确定。这样载体高速运动时传递过来的振动在X方向可通过隔振垫4的片状圆环减振，Y向和Z向可通过隔振垫4卡在激光陀螺IMU 7的安装孔内的空心圆柱减振，从而达到对激光陀螺IMU各个方向均可进行减振的目的。

装置实施实例1：

参照图2，减振对象为50型激光陀螺IMU 7，IMU总质量10kg。为避免振动过程中产生谐振，支架和隔振垫的谐振频率应与相关的重要设备和结构件的频率错开。支架通过螺钉固连在载体的加强框上，其承载的主要对象为50型激光陀螺IMU以及为IMU减振的隔振垫，隔振垫频率范围一般为45HZ～90HZ，支架频率太低会带来过大的振动量级，而结合狭小安装空间的各种限制条件，并考虑到尽量降低结构件的重量，将支架频率做得太高也难以实现。将支架一阶频率做到介于载体频率和50型激光陀螺IMU有害频率段之间，并在此范围内尽量提高支架的谐振频率。经过地面精度摸底试验，高频支架成本低廉，加工简单，配合不同类型的隔振垫表现出来的减振性均很稳定，能给50型激光陀螺IMU提供良好的工作环境，被选作用于载体高速运动环境条件试验，取得了较为满意的结果。

支架外形见图1所示1，该支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，连接框内圆直径为φ420mm，外圆直径为φ480mm，内、外环之间距离为30mm，连接框厚度为20mm，环形连接框上加工12个过孔，用规格为M8的螺钉与载体连接。在与环形连接框象限线成45°处伸出四个支耳，该支耳宽度为56mm，厚度与宽度一致，四个支耳相对于象限面成对称分布，支耳之间用方形连接框连接，用于防止加工变形和调节整个支架的频率，方形连接框宽度为15mm，厚度与四个支耳厚度保持一致。根据激光陀螺IMU的结构外形尺寸，使支耳和连接框形成一个可以安装激光陀螺IMU的空腔，空腔和激光陀螺IMU之间的间距为5mm。同时，四个支耳上各有一个M8的钢丝螺套孔，装上自锁型钢丝螺套后用于连接隔振器。该支架采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成型。

考虑到激光陀螺IMU一般从安装窗口进行安装，而载体内空间狭小，用普通安装螺钉不便于激光陀螺IMU的安装、定位和拆卸，故设计了四个双头螺柱2，该双头螺柱直径为φ8mm，长度为62mm，材料采用30CrMnSiA。

用一种T形限位套3来安装隔振器4，材料采用30CrMnSiA，限位套外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为φ8mm，外圆直径为φ12mm，长度为26mm，实心片状圆环内孔直径与圆柱体一致，外圆直径为φ30mm，厚度为3mm。

一般情况下，传递到支架的振动量级会超出激光陀螺IMU的承受范围，若将激光陀螺IMU和支架直接刚性连接会使其无法正常工作，或者即使工作也无法达到较高的导航精度。所以，在激光陀螺IMU和支架之间采用隔振器来降低其振动量级，使激光陀螺IMU保持良好的工作状态并达到较高的导航精度。经过大量的理论分析和实验验证，采用一种T形阻尼橡胶隔振垫4给50型激光陀螺IMU减振，该隔振垫材料为高性能阻尼橡胶，频率为50HZ±5HZ，阻尼比在0.085～0.11之间。隔振器外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为φ12mm，外圆直径为φ20mm，长度为4.5mm，片状圆环内孔直径与圆柱体一致，外圆直径为φ28mm，厚度为3mm，在片状圆环表面上开有两条环形槽，这样可以减小片状圆环的厚度并降低隔振垫频率，在保证减振效果的同时减小了50型激光陀螺IMU的角振动。

本发明的减振装置装配方法是：用螺钉和螺母将支架1固定在载体连接框上，将双头螺柱2一端拧上双螺母，而后用工具夹紧螺母将双头螺柱2旋入支架1支耳上的钢丝螺套安装孔内，直至无法再旋动为止。在50型激光陀螺IMU 7的四个安装孔上下两端各装上一只T形阻尼橡胶隔振垫4，将限位套3由下往上穿过隔振垫4内圆孔并使其端面与隔振垫4紧密配合，操作者用双手抱紧50型激光陀螺IMU 7从窗口送入，将限位套3孔位与双头螺柱2对齐后轻轻往支架1方向一推。然后在隔振垫4上装上垫片5和自锁螺母6，用力矩扳手通过自锁螺母6交叉紧固并打力矩，力矩大小为15N·m±1N·m。这样载体高速运动时传递过来的振动在X方向可通过隔振垫4的片状圆环减振，Y向和Z向可通过隔振垫4卡在50型激光陀螺IMU 7的安装孔内的空心圆柱减振，从而达到对IMU各个方向均可进行减振的目的。经过严格的地面精度摸底试验筛选，该减振装置被选中用于载体高速运动试验，并通过了小批量生产、总装和应力筛选试验的考核，达到了总体要求的IMU上X、Y、Z三个方向上的振动量级均应小于2g的要求，选取其中具有代表性的两次试验，具体试验结果见表1：表1

在载体的高速运动试验中，共试验了两种不同厂家生产的50型激光陀螺IMU，安装在50型激光陀螺IMU上的振动传感器测量出的振动量级小于0.5g，远小于地面精度试验的振动量级。该减振装置为激光陀螺IMU提供了良好的工作环境，纯惯性导航条件下两种不同厂家生产的50型激光陀螺IMU均达到了较高的导航精度，充分验证了该减振装置的技术可行性和可靠性。

装置实施实例2：

参照图3，减振对象为90型激光陀螺IMU 8，总质量为19.8kg。支架1外形与图1所示支架类似，但由于载体连接框直径和90型激光陀螺IMU结构尺寸变大，故支架1相应的结构尺寸也随之变大，其一阶频率避介于载体频率和90型激光陀螺IMU 8的有害频率段之间，并在此范围内尽量提高支架的谐振频率。支架1连接框内圆直径为φ500mm，外圆直径为φ550mm，内、外环之间距离为25mm，连接框厚度为20mm，环形连接框上加工12个过孔，用规格为M10的螺钉与仪器舱舱体连接。在与环形连接框象限线成45°处伸出四个支耳，该支耳宽度为65mm，厚度与宽度一致，四个支耳相对于象限面成对称分布，支耳之间用方形连接框连接，用于防止加工变形和调节整个支架的频率，方形连接框宽度为20mm，厚度与四个支耳厚度保持一致。根据90型激光陀螺IMU的结构外形尺寸，使支耳和连接框形成一个可以容纳激光陀螺IMU的空腔，空腔和激光陀螺IMU之间的间距为6mm。同时，四个支耳上各有一个M10的钢丝螺套孔，装上自锁型钢丝螺套后用于连接隔振垫。该支架采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成型。

考虑到激光陀螺IMU一般从窗口进行安装，而舱内空间狭小，用普通安装螺钉不便于质量较重的90型激光陀螺IMU 8的安装、定位和拆卸，故设计了四个双头螺柱2，该双头螺柱直径为φ10mm，长度为70mm，材料采用30CrMnSiA。

用一种T形限位套3来安装隔振器4，材料采用30CrMnSiA，限位套外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为φ10mm，外圆直径为φ14mm，长度为25mm，实心片状圆环内孔直径与圆柱体一致，外圆直径为φ33mm，厚度为3mm。

由于90型激光陀螺IMU 8质量较重，给减振装置的设计工作带来很大的难度。经过大量的理论分析和实验验证，采用一种频率较高、刚度较好的T形隔振垫4给激光陀螺IMU减振，隔振垫外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为φ14mm，外圆直径为φ24mm，长度为6.5mm，实心片状圆环内孔直径与圆柱体一致，外圆直径为φ32mm，厚度为2.5mm，该隔振垫材料为高性能阻尼橡胶，频率为80HZ±5HZ，阻尼比在0.07～0.1之间。与50型激光陀螺IMU7的隔振垫4相比，该隔振垫的刚度和频率均比其高，外形尺寸较大，同时实心片状圆环上表面没有开槽。

本发明的减振装置装配方法是：用螺钉和螺母将支架1固定在载体连接框上，将双头螺柱2一端拧上双螺母，而后用工具夹紧螺母将双头螺柱2旋入支架1支耳上的钢丝螺套安装孔内，直至无法再旋动为止。在90型激光陀螺IMU 8的四个安装孔上下两端各装上一只T形阻尼橡胶隔振垫4，将限位套3由下往上穿过隔振垫4内圆孔并使其端面与隔振垫4紧密配合，操作者用双手抱紧90型激光陀螺IMU 8从窗口送入，将限位套3孔位与双头螺柱2对齐后轻轻往支架1方向一推。然后在隔振垫4上装上垫片5和自锁螺母6，用力矩扳手通过自锁螺母6交叉紧固并打力矩，力矩大小为20N·m±1N·m。这样载体高速运动时传递过来的振动在X方向可通过隔振垫4的片状圆环减振，Y向和Z向可通过隔振垫4卡在90型激光陀螺IMU 8的安装孔内的空心圆柱减振，从而达到对IMU各个方向均可进行减振的目的。地面试验结果见表2：

表2

可见，经过减振装置的减振后，在90型激光陀螺IMU 8上的振动量级均达到了系统总体要求的小于2g的量级，满足使用要求。

Claims (5)

1.一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，包括支架、限位套、隔振垫和螺栓，其特征在于：支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，环形连接框的外环形状和尺寸根据实际接口确定，环形连接框上有若干个过孔，用于与载体接口连接，在环形连接框内侧伸出四个支耳，支耳之间用方形连接框连接，支耳和连接框形成一个可以安装激光陀螺惯性测量装置的空腔，四个支耳上各有一个钢丝螺套孔；所述的螺栓采用双头螺柱，一端拧上双螺母后旋入支耳上的钢丝螺套孔；所述限位套采用T形限位套，T形限位套为一空心圆柱和片状圆环的结合体，剖面形状为倒T形，片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，T形限位套紧套在双头螺柱外侧；所述隔振垫采用T形隔振垫，T形隔振垫为一空心圆柱和片状圆环的结合体，剖面形状为T形，片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，在激光陀螺惯性测量装置的四个安装孔上下两端各装上一只T形隔振垫，T形隔振垫的空心圆柱部分伸入安装孔内并与安装孔紧密配合，T形限位套穿过两个T形隔振垫的内圆孔并与T形隔振垫紧密配合；双头螺柱的另一端安装有垫片和自锁螺母。

2.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于：所述的支架采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成形；或采用铝板直接机加成形。

3.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于：所述的双头螺柱的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。

4.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于：所述的T形限位套的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。

5.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于：所述的T形隔振器材料为高性能阻尼橡胶，频率在40HZ～90HZ之间，阻尼比在0.07～0.12之间。

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