АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ПРИНЦИП РАБОТЫ ДНГ 6
1.1 Анализ технического задания 6
1.2 Принцип работы динамически настраиваемого гироскопа 6
1.3 Уравнения движения динамически настраиваемого гироскопа с
двухколечным подвесом 13
1.4 Математическая модель погрешностей ДНГ 16
Вывод по первой главе 23
2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСА 25
2.1 Выбор подвеса 25
2.2 Расчет параметров подвеса 26
Вывод по второй главе 31
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДВЕСА 32
Вывод по третьей главе 40
4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ 41
Вывод по четвертой главе 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 51
ПРИЛОЖЕНИЯ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Расчеты в Mathcad 53
Динамически настраиваемые гироскопы (ДНГ) являются одними из наиболее применяемых гироскопических датчиков современности и вопросы их модернизации приобретают все большую актуальность. ДНГ применяются в качестве чувствительных элементов в индикаторных гиростабилизаторах и бесплатформенных инерциальных навигационных системах (БИНС).
Известно, что в настоящее время наибольшее распространение среди ДНГ получили одноколечные и двухколечные конструкции. При этом качество датчика, как правило, оценивается характеристиками, включающими весо¬габаритные параметры, которые при проектировании прибора вступают в противоречие с его точностью и прочностью, что обусловливает необходимость проведения оптимизации. Выбор оптимальных параметров упругого подвеса, обеспечивающих необходимую прочность и высокую точность двухколечного ДНГ, является важной и актуальной задачей.
Целью работы является определение оптимальных параметров упругого подвеса двухколечного ДНГ.
Задачи:
1. Анализ технического задания.
2. Принцип работы ДНГ.
3. Модель погрешностей ДНГ.
4. Выбор конструкции подвеса. Расчет параметров подвеса.
5. Оптимизация конструкции упругого подвеса ДНГ.
Объектом исследования является упругий подвес ДНГ. Предметом исследования являются характеристики конструкции подвеса.
Первая глава выпускной квалификационной работы посвящена принципу работы ДНГ. Уравнениям движения и математической модели погрешностей ДНГ.
Во второй главе проведен выбор упругого элемента и подвеса. Произведен аналитический расчет угловой жесткости и методом подбора рассчитана перемычка торсиона.
Третья глава направлена на моделирование параметров подвеса в программе метода конечных элементов SolidWorks. Проводим расчет конструктивной угловой жесткости и сравниваем с аналитической.
В четвертой главе проведена оптимизация упругого подвеса.
При анализе технического задания выяснили, что необходимо оптимизировать параметры упругого подвеса ДНГ путём снижения угловой жёсткости упругого подвеса при сохранении перегрузочной способности. Выбрать тип торсионов, рассчитать его толщину, угловую жесткость и провести оптимизацию подвеса. В данной работе представлен принцип работы динамически настраиваемого гироскопа, приведены уравнения движения и математическая модель погрешностей для двухколечного ДНГ.
Рассмотрены упругие элементы для компоновки в подвес, сделан вывод о том, что торсион, работающий на изгиб, обладает наибольшими преимуществом перед другими торсионами, по причине того, что имеет наилучшее соотношение угловой жёсткости к линейной жёсткости. Выбран подвес двухколечный монолитный с изгибными упругими элементами(торсионы). В программе Компас 3D, получены величины моментов инерции кольца. Материалом подвеса является сплав 45 НХТ, специально разработанный для подвесов ДНГ. Аналитическим способом рассчитана угловая жесткость торсиона (k), которая составила 54,46 Н • мм. С помощью подбора определена толщина перемычки (h0), равная 0,0888 мм.
Проведено моделирование в программе метода конечных элементов SolidWorks. Используя данные из программы SolidWorks, рассчитана конструктивная угловая жесткость(к), которая равна 54,02 Н • мм. Полученные данные ненамного отличаются от аналитических данных, что вполне устраивает. Рассчитана линейная жёсткость подвеса в осевом и радиальном направлениях через значения перемещений полученных в программе SolidWorks. Линейная жёсткость подвеса в осевом направлении (с0) составила 4050 Н/мм, а линейная жёсткость подвеса в радиальном направлении(ср) 4130 Н/мм. Используя алгоритм определения коэффициентов, вычеслен угол равножесткости аг = 29,3°. При котором зависимость линейной жесткости от угла наклона, будет самой оптимальной для подвеса, и ДНГ не будет перегружен.
Применен градиентный метод и уменьшен коэффициент оптимизации(Д на 0,025 мм2, что дает меньшую нагрузку на ДНГ. Определена случайная составляющая ухода не зависящая от линейного и углового ускорения (Дшй2), которая равна 0,0031 °/час. В сравнении характеристик подвесов было выявлено, что оптимизированный подвеса по параметрам линейной и угловой жёсткости лучше существующего КЕАФ05-016. Сохранена перегрузочная способность подвеса, запас по пределу пропорциональности при действии перегрузки 40g составил 1,2. Ожидаемая точность разрабатываемого прибора составляет 0,001 °/час.
