DE1548430A1

DE1548430A1 - Gyro device for delivering information to a system that stabilizes the movement of a stage

Info

Publication number: DE1548430A1
Application number: DE19661548430
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: FILOTENCNICA SALMOIRAGHI SpA
Current assignee: FILOTENCNICA SALMOIRAGHI SpA
Priority date: 1966-09-21
Filing date: 1966-09-21
Publication date: 1969-12-11

Description

Kreiselvorrichtung zur Abgabe von Informationen an eine, die Bewegung einer BUhne stabilisierende Anlage.Gyro device for delivering information to one that is moving a level stabilizing system.

Es sind Stabilisierungsanlagen zur Stabilisierung der Bewegung von Bühnen bekannt, welche zu diesem Zweck einzelne Vorrichtungen verwenden, die durch Ermittlung der Bewegungsparameter kontrolliert werden.There are stabilization systems to stabilize the movement of Stages known which use individual devices for this purpose, which by Determination of the movement parameters are controlled.

Im allgemeinen werden in diesen Anlagen zur Ermittlung der Bewegungsparameter drei getrennte-Geräte verwendet, und zwar ein Neigungsmessgerat zur Bestimmung der Neigung, ein Geschwindigkeitskreiselgerat zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit und ein Winkelbeschleunigungsmessgerät zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung.In general, these systems are used to determine the movement parameters three separate devices are used, namely an inclinometer to determine the Inclination, a speed gyro used to determine the rate of rotation and an angular accelerometer for determining the angular acceleration.

Ein Anwendungsbeispiel solcher Anlagenist jenes zur Stabilisierung der Schiffsschlingerbewegung mit Hilfe von entsprechenden angetriebenen Rudern.An example of application of such systems is that for stabilization the swaying of the ship with the help of corresponding powered oars.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es in erster Linie ein einziges GerHt su schaffen, das geeignet ist eine Information zu liefern, die die Summe der von zwei oder drei der genannten Gergte abgegebenen Informationen ist, um eine beträchtliche Vereinfachung der gesamten Anlage zu erzielen.The object of the present invention is primarily a single one GerHt su create that is capable of delivering information that is the sum of the information given by two or three of the said devices is to a considerable extent To achieve simplification of the entire system.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mittels einer Kreiselvorrichtung gelost, die geeignet ist, Informationen in Abhtngigkeit der Bewegungsparameter eines sich um eine Achse drehenden Krperb su liefern und die aus einem gekapselten Kreisel besteht, der um eine zweite Achse in Drehung versetzt wird, die auf der Drehachse des KSrpers senkrecht steht und in einem Gehäuse gelagert ist, das mit dem KUrper entgegen der Reaktion elastischer Mittel um eine dritte Achse drehbar verbunden ist, welche dritte Achse jede der beiclen ancien Achsen senkrecht schneidet, wobei der Schwerpunkt des genannten GehRuses in Ruhelage in der durch die erste und dritte der genannten Achsen gebildeten Ebene von der dritten Achse entfernt liegt und Mittel vorgesehen sind, welche bei Entfernung des Gehguses aus seiner Ruhelage betätigt werden, um die gewünschten Informationen zu liefern.This object is achieved by the invention by means of a gyroscope device solved, which is suitable for information as a function of the movement parameters of a body rotating around an axis and supplied by an encapsulated top consists, which is set in rotation around a second axis, which is on the axis of rotation of the K body stands vertically and is stored in a housing that is opposite to the body with the body Reaction elastic means is rotatably connected about a third axis, which third Axis each of the two ancien axes intersects perpendicularly, with the center of gravity of the mentioned GehRuses in the rest position in the by the first and third of the mentioned Axes formed plane is located away from the third axis and means are provided are, which are actuated when removing the Gehguses from its rest position to to provide the information requested.

Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht somit aus einem einzigen Gerät, welches-wie nachfolgend nkher erläutert wirdelektrische Signale liefert, deren Spannung sowohl von der Winkelgeschwindigkeit, als auch von der Neigung und von der Winkelbeschleunigung des Korpers abhängt.The device according to the invention thus consists of a single one Device which - as explained in more detail below - supplies electrical signals, their tension both on the angular velocity, as well as on the inclination and depends on the angular acceleration of the body.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichimng beschrieben.An embodiment of the device according to the invention is shown below described with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung schematisch in perspektivischer Ansicht, Fig. 2 ist eine ebenfalls schematische Schnittansicht der Vorrichtung und Fig. 3 veranschaulicht ein geometrisches Schema der Bewegung einer Masse.Fig. 1 shows the device schematically in a perspective view, FIG. 2 is a likewise schematic sectional view of the device and FIG. 3 illustrates a geometric scheme of the movement of a mass.

Die Vorrichtung whist einen gekapselten Kreisel 1 auf, der in einem Gehluse 2 in Lagern 3 Mittela Zapfen 4 drehbar gelagert ist und sich somit 1-die geometrische AchJe e-e der Lagerzapfen 4 drehen kann. Bine nicht dargestellte elektrisclie Energieiuelle speist den Kreisel 1.The device whist an encapsulated gyro 1, which is in a Gehluse 2 is rotatably mounted in bearings 3 means pin 4 and thus 1-the geometric axis e-e of Bearing pin 4 can rotate. I am not The electrical energy source shown feeds the gyro 1.

Das GehEuse 2 mit dem gekapeelten Kreisel 1 ist innerhalb eines Mantels 6 angeordnet, welcher mit der BUhne 7, deren Bewegung stabilisiert werden soll, fest verbunden ist.The housing 2 with the encapsulated top 1 is inside a jacket 6 arranged, which with the stage 7, the movement of which is to be stabilized, is firmly connected.

Insbesondere ist das GehRuse Z im Mantel 6 mittels eines Torsionsstabes 5 aufgehängt. Das Gehäuse 2 ist ferner im Mantel 6 mittels zweier achsengleicher Kugellager 13, 14, von denen eines oberhalb und das andere unterhalb des Gehäuses 2 liegt, gelagert und weis-t zu diesem Zweck zwei einander avhsengleich gegenüberliegende Lagerzapfen 9 und 15 auf, von denen der letztere hohl ist und den Torsionsstab 5 umgibt. Das Gehäuse 2 kann sich somit nur um die geometrische Achse B-B des Torsionsstabes 5, welche mit jener der Lagerzapßn 9-15 und Kugellager 13-14 zusammenfällt, drehen.In particular, the housing Z is in the jacket 6 by means of a torsion bar 5 hung. The housing 2 is also in the jacket 6 by means of two coaxial Ball bearings 13, 14, one above and the other below the housing 2 lies, supported and, for this purpose, has two opposite axles Bearing pins 9 and 15, the latter of which is hollow, and the torsion bar 5 surrounds. The housing 2 can thus only move around the geometric axis B-B of the torsion bar 5, which coincides with that of the journals 9-15 and ball bearings 13-14, rotate.

Wie sich aus Figel ergil) t) ist innerhalb des Mantels 6 unter dem Gehäuse 2 noch ein, an sich bekanntes Drehwinkelanzeigegerät angeordnet, dass die Drehwinkel des Gehäuses 2 um die Achse B-B in verhältnisgleiche elektrische Signale verwandelt. Dieses Gerät umfasst einen, am Lagerzapfen 9 des Gehäuses 2 befestigten Rotor 10 und einen, am Mantel 6 befestigten Stator 11. Bei der Drehung des GehRuses 2 um die Achse B-B dreht sich auch der Rotor 10, wodurch eine Flussänderung eintritt, die ein elektrisches Signal auslUst, dessen Spannung für verhgltnismussig kleine Drehwinkel dem Winkel proportional ist, um den sich das GehSuse 2 verdreht hat.As can be seen from Figel ergil) t) is within the shell 6 under the Housing 2 still arranged a known rotation angle display device that the Angle of rotation of the housing 2 about the axis B-B in relative electrical signals transformed. This device comprises one attached to the bearing pin 9 of the housing 2 Rotor 10 and a stator 11 fastened to the casing 6. When the GehRuses rotates 2 the rotor 10 also rotates around the axis B-B, whereby a change in flux occurs, which triggers an electrical signal, the voltage of which is relatively small Angle of rotation is proportional to the angle by which the GehSuse 2 has rotated.

Die elektrischen Signale werden über entsprechende Verbindungsleitungen den an sidi bekannten, nicht dargestellten und nicht zur Erfindung gehörenden Verbrauchervorrichtungen zugefahrt. nm GehRuse 2 ist in einem Abstand b von der Drehachse B-B ein Korper M mit der Masse m angebracht.The electrical signals are transmitted via appropriate connecting lines those known to sidi, not shown and not to the invention associated consumer devices. nm housing 2 is at a distance A body M with the mass m is attached to the axis of rotation B-B.

Die auf Drehachse C-C des Kreisels 1 senkrecht stehende Achse B-B wird als Kreiselausgangsachse bezeichnet. Auf dfer durch die Achsen B-B und C-C gebildeteMEbene ateht eine Achse A-A senkrecht, die als Kreiseleingangsachse bezeichnet wird.The on Axis of rotation CC of the gyro 1 perpendicular axis BB is referred to as the gyro output axis. On the M plane formed by the axes BB and CC, an axis AA is perpendicular, which is referred to as the gyro input axis.

Die drei Achsen A-A, B-B und C-C schneiden sich in einem Punkt und bilden ein rechtwinkeliges Achsenkreuz.The three axes A-A, B-B and C-C intersect at a point and form a right-angled axbox.

Es sei nun angenommen, der gekapselte Kreisel drehe sich um die Achse C-C und die BUhne 7 befknde sich in waagrechter Lage, so dass die auf senkrecht stehende und mit ihr fest verbundene Achse B-B lotrecht liegt. Ferner sei munächst von der Anwesenheit des Korpers M, d. h. der Masse m^abgesehen.It is now assumed that the encapsulated gyro rotates around the axis CC and the stage 7 is in a horizontal position, so that the perpendicular and firmly connected to her axis BB is perpendicular. Furthermore, the presence of the body M, that is, the mass m ^, should be disregarded.

B'enn sich die Bühne 7, die beispielsweise ein Teil eines Schiffskörpers sein könnte, um die Eingangsachse A-A verrireht, entsteht zufolge der Kreiselbewegung eine Drehung des Gehäuses 2 um die Achse B-B, welcher Drehung die elastische Reaktion des Torsionsstabes 5 entgegenwirkt. Da der Mantel 6 mit Oel gefUllt ist, befindet sich das Gehäuse 2 in eine@ Dämpfungskammer und die Drehung des Gehäuses wird durch die Viskosität des Oels gedämpft bzw. kontrolliert.B'enn the stage 7, which is for example part of a ship's hull could be, about the input axis A-A, arises as a result of the gyroscopic motion a rotation of the housing 2 about the axis B-B, which rotation is the elastic response of the torsion bar 5 counteracts. Since the jacket 6 is filled with oil, is located the housing 2 is in a @ damping chamber and the rotation of the housing is through the viscosity of the oil is dampened or controlled.

Die Drehung des Gehäuses 2 um die Achse B-B wird, wie erläutert, in ein elektrisches Signal verwandelt, dessen Spannung fffr kleine Winkel dem Dwehwinkel proportional ist.The rotation of the housing 2 about the axis B-B is, as explained, in FIG transforms an electrical signal, the voltage of which for small angles corresponds to the expansion angle is proportional.

Es sei nun der am Gehäuse 2 im Abstand b von der Achse B-B befestigte Kgrper M in Betracht gezogen und es sei angenommen, der Kreisel 1 stehe still caddie Bühne. 7 beftnde sich wieder in waagrechter Lage.Let it now be attached to the housing 2 at a distance b from the axis B-B Body M is considered and it is assumed that the top 1 is still caddy Stage. 7 would be in a horizontal position again.

Wenn die Bühne 7 nun, ausgehend von dieser Lage eine Drehung um die Achse A-A um einen Winkelα ausfuhrt, versteht es sich, dass dieselbe eine Drehung des Gehäuses 2 um die Achse B-B ausl8st und zwar zufolge der Komponente mg sinon des Gewichtes des K8rpers M (mit g ist die Schwerebeschleumigung bezeichnet). Wenn α ein verhältnismässig kleiner Winkel ist, so dass sin α praktisch gleichα angenommen werden kann, dann kann die Drehung des GehEuses 2 um die Achse B-B, hervorgerufen durch die Komponente m g sine, ales dem Winkel α proportional angenommen werden.If the stage 7 now, starting from this position, a rotation around the Axis A-A executes at an angle α, it is understood that the same one Rotation of the housing 2 about the axis B-B triggers and that according to the component mg is the weight of the body M (g denotes the acceleration of gravity). If α is a relatively small angle, so that sin α is practical can be assumed to be equal to α, then the rotation of the housing 2 by the Axis B-B, caused by the component m g sine, ales the angle α be assumed proportionally.

Da aber die Drehung des Gehäuses 2 um die Ausgangsachse B-B in ein elektrisches Signal verwandelt wird, dessen Spannung der Drehung proportional ist, ergibt sich, dass wenn diese Drehung dem Winkel proportional ist, auch die besagte Spannung dem Winkelα, d. h. dem von der Btthne 7 um die Achse A-A beschriebenen Winkel proportional ist.But since the rotation of the housing 2 about the output axis B-B in a electrical signal is transformed, the voltage of which is proportional to the rotation, it turns out that if this rotation is proportional to the angle, so is the said one Stress the angle α, d. H. the one described by stage 7 about axis A-A Angle is proportional.

Die Empfindlichkeit dieser Information bezüglich der Neigung der BUhne kann durch Vergndern der Hasse m und des Abstandes b eingestellt werden.The sensitivity of this information to the inclination of the stage can be adjusted by changing the hasse m and the distance b.

Wenn der Kreisel 1 in Bewegung ist, dann ist das Ausgangssignal, die Resultierende dea Signals, dessen Spannung der Winkelgesohwindigkeit der Bewegung der Bflhne 7 proportional ist, sowie des Signals, dessen Spannung der Neigungα der BUhne proportional ist.If the gyro 1 is moving then the output is that Resulting dea signal, the voltage of which is the angular velocity of the movement the Bflhne 7 is proportional, as well as the signal, the voltage of the inclination α is proportional to the stage.

Es sei nun angenommen, die Eingangsachse A-A, um die sich die Bühne dreht, ftthre nicht durch den Schnittpunkt der Achsen B-B und C-C wie in Fig. 1, sondern sei parallel zu sich in der, die Achsen A-A und B-B enthaltenen Ebene verschoben und befände sich stmit an der Stelle der Achae A'-A'der Fig. 1. Die Grosse der Verachiebung ist mit 1 bezeichnet, In diesem Fall lässt sich nun nachweisen, dass eine Drehung der BUhne 7 um die Achse A'-A*einAusgangssignal auslöst, das auch eine Information bezüglich der Winkelbeschleunigung enthält.Let us now assume the input axis A-A around which the stage rotates rotates, do not pass through the intersection of axes B-B and C-C as in Fig. 1, but be shifted parallel to yourself in the plane containing the axes A-A and B-B and would then be in the place of the Achae A'-A 'in Fig. 1. The magnitude of the displacement is denoted by 1, In this case it can now be demonstrated that a rotation of the stage 7 around the axis A'-A * triggers an output signal, that too contains information relating to the angular acceleration.

Der Komponente m g α (wie oben erläutert) überlagert sich d2α nun nämlich die Komponente m 1. , die im Sinne der d t2 HerbeifUhrung eine Drehung des GehEuses 2 um die Ausgangsachse B-B wirkt.The component m g α (as explained above) is superimposed by d2α now namely the component m 1., which in the sense of d t2 induction a rotation des GehEuses 2 acts around the output axis B-B.

Es sei diesbezüglich auf das Schema der Fig. 3 verwiesen, in de M den Körper mit der Masse m, B-B die Ausgangsachse, A'-A' die Eingangsachse,α den DrehwinkeI der BUhne und somit der Achse B-B um die Achse A'-A', P das Gewicht des K8rpers M (= g), x den Bogen, longs welchen sich der K8rper M zufolge der Drehung α verschiebt, 1 die Grdsse der Verschiebung der Achse A-A, PI die Tangentialkomponente des Gewichtes P, F2 die Tangentialkomponente entaprechend der, der Masse m zufolge der Drehung der BUhne erteilten Beschleunigung und b den Abstand zwischen dem (der Einfachheit halber als punktformig angenommenen) Korper M und der Achse B-B bezeichnet.In this regard, reference is made to the scheme in FIG. 3, in de M the body with the mass m, B-B the output axis, A'-A 'the input axis, α the angle of rotation of the stage and thus the axis B-B around the axis A'-A ', P the weight of the body M (= g), x the arc, longs which the body M moves according to the rotation α shifts, 1 the amount of shift of the axis A-A, PI the tangential component of the weight P, F2 the tangential component corresponding to that of the mass m the acceleration given to the rotation of the stage and b the distance between the (the For the sake of simplicity, the body M and the axis B-B are designated as punctiform.

Die besagte Beschleunigung ist durch die zweite Ableitung der Veränderlichen x nach der Zeit t gegeben : d2x dt2 Da x = IA (o in Bogenaass) ist, ergibt sich : so dass F2 = m 1. du d t wird. die Komponente Auf den K8rper M wirkt somit eine Kr-aft F = F1 + F2, deren Drehmoment b. F = m b das Gehäuse um die Achse B-B dreht, Das Ausgangssignal umfasst somit auch, wie bereits erwShnt, die Information bezllglich der Winkelbeschleunigung.Said acceleration is given by the second derivative of the variable x with respect to the time t: d2x dt2 Since x = IA (o in Bogenaass) is, it results: so that F2 = m 1st du German will. the component A force F = F1 + F2, the torque of which b. F = m b the housing rotates around the axis BB. The output signal therefore also includes, as already mentioned, the information relating to the angular acceleration.

Die Empfindlichkeit dieserBeschleunigungskomponente in bezug auf die anderen Informationen kann durch Veränderung des Abstandes 1 zwischen der Achse A-A und dem Schnittpunkt der Achsen B-B und C-C eingeregelt werden.The sensitivity of this acceleration component to the other information can be obtained by changing the distance 1 between the axis A-A and the intersection of axes B-B and C-C can be adjusted.

Die von der Vorrichtung abgegebenen Signale werden der Anlage zur Stabilisierung der Bewegung der BUhne zugefulirt.The signals emitted by the device are used by the system Stabilization of the stage movement.

Insbesondere was die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung anbelangt ist besonders der Umstand Russerst vorteilhaft, dass ein einziges Gerät nach der Erfindung in der Lage ist, elektrische Signale zu liefern, deren Spannung sowohl von der Winkelgeschwindigkeit der Bewegung der Bühne, als auch von der Neigung und der Winkelbeschleunigung derselben abhängig ist.In particular, as far as the economy of the device is concerned the fact that a single device after the Invention is able to deliver electrical signals, their voltage both from the angular speed of the movement of the stage, as well as from the inclination and the angular acceleration of the same is dependent.

Das Gerät kann zahlreiche Anwendungen finden und wird besondere vorteilhaft in Stabilisierungsanlagen zur Verhinderung des Schlingerns von Schiffen verwendet.The device can find numerous uses and becomes particularly beneficial used in stabilization systems to prevent ships from rolling.

Claims

PATENT CLAIMS 1) Gyroscope device for the delivery of information with regard to the parameters of the movement of a body around an axis, e k e n n z e i c h n e t by an encapsulated gyroscope (1), which rotates around a, on the {axis of rotation (A-A) of the body (7) standing vertically. axis (C-C) that turns into a Housing (2) is mounted, which is more elastic with the body (7) against the reaction Means (5) rotatably connected about a third axis (B-B), which is the other two Axes (A-A and C-C) intersect vertically, with the center of gravity of the housing (2) in the rest position in the through the axis of rotation (A-A) of the body (7) and the axis of rotation (B-B) of the housing (2) is formed level and means are provided that upon removal of the housing (2) can be actuated from its rest position in order to obtain the desired information to deliver.

2) Device according to claim 1, characterized in that g e k e n z e i c hn e t, that the gyro (1) is fed by an electrical source of energy and that it is in the housing (2) is rotatable about bearing (3) that the housing (2) by means of a torsion bar (5) and by means of Lagel (l3, l4) in a jacket that is firmly connected to the body (?) (6) rotatably around the axis (B-B) of the torsion bar, which axis (B-B) the axis of rotation (C-C) of the gyro (1 intersects vertically and is called the output axis and that one, from one to the housing (2) coaxially and firmly connected to it Rotor (10) and a stator (11) firmly connected to the jacket (6), the rotation of the housing (2) around the output axis into an electric Signal converting device as well as row, on the housing (2) at a distance (b) from the axis of rotation (B-13) fixed mass (M) are provided.

Device according to Claim 2, characterized in that the center of gravity of the mass (M) on the-through the intersection of the rotary axis (6-C) leading to the output axis (B-B), on which it is formed by these axes Plane vertical straight line lies.

4) Device according to claim 2, characterized g e k e n n n z e i c hn e t, that the axis of rotation (A'-A ') of the body (7) referred to as the input axis on dXerdurch the gyro axis of rotation (C-C) and the output axis (B-B) formed plane perpendicular stands and the output axis intersects at a point in a predetermined Distance (1 is below the axis of rotation of the gyroscope, so that with a certain rotation of the body (7) around the input axis (A'-A ') and with the rotating top (1) the housing (2) performs a rotation that converts it into an electrical signal will measure tension both from the angular velocity of the movement of the body (7) as well as its inclination and its angular acceleration depends.

5) Device according to claims 1-4, since @ urch ge ken n-'lr'v..la.L., Y'a..dL.: I3ayW? A: ",. 'fi..Ci.3 -s, t3, s9i.tii ''. 9.1 2-body is.

6) Annex to the Verhi @@ erang of the Sonlinger movement of ships, both of which Evaluate the device after the electrical signals supplied.