БОЙКО Г.В.

Национальный технический университет Украины
«КПИ имени Игоря Сикорского»

ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТОРСИОННОГО ПОДВЕСА ВНУТРЕННЕЙ РАМКИ ГИРОСКОПА. Механическая модель упругого взаимодействия с плоской волной

Девиация главной оси гироскопа от заданного направления может быть вызвана моментом сил трения, моментами, которые возникают при перемещении его центра масс и некоторыми другими причинами. Перемещения центра масс гироскопа относительно осей в радиальном и осевом направлении обусловлены многими обстоятельствами, в частности люфтами в главных опорах и опорах подвеса, деформацией кардановых валов, неточностью изготовления деталей гироскопа и т.п.

Увеличение момента сил трения в главных опорах компенсируется вращающим моментом гиромотора. Моменты сил трения в опорах подвеса и перемещения центра масс вдоль осей должны быть сведены к минимуму, потому что при действии вибрации, ударов, тряски возникают большие динамические усилия, которые могут привести к появлению погрешностей прибора.

Смещение центра масс гироскопа может быть устранено сведением к минимуму зазора в опорах, применением равножестких опор, увеличением жесткости кардановых колец, повышением точности изготовления деталей гироскопа и т.п. Опорами подвеса служат шариковые подшипники, гибкие, торсионные подвесы, жидкие, газовые и магнитные подвесы.

Как известно, для создания приборов высокой точности необходимо, по возможности, снизить до минимума трение в опорах. Этого можно достичь, в частности, известной технической реализацией торсионного подвеса внутренней рамки гироскопа (рис. 1, а). Торсион состоит из нескольких тонких проволочек (струн), которые располагаются по кругу радиуса r и закрепляются во внешней рамке 1 гирокамеры 2 (рис. 1, б).

Проанализируем степень влияния акустического излучения на трехстепенной астатический гироскоп. Главное внимание сосредоточим на рассеянии энергии звукового поля в струнном подвесе с последующей оценкой влияния динамики струны на появление дрейфа оси гироскопа.

Механизм упругого взаимодействия акустической волны с торсионом раскроем на модели, представленной на рис. 1, в, д.

Пусть, под действием плоской монохроматической волны давления в каждой из трех струн возникают колебания, поперечные перемещения нижних концов которых обозначим соответственно , , (рис. 1, в). При принятом синфазном перемещении точек 1, 2, 3 по касательной к кругу радиуса , путем разложения этих векторов на составляющие , легко установить, что акустическая вибрация, которая возникает в струнах, будет причиной появления крутильных колебаний с угловой скоростью относительно продольной оси торсиона (рис. 1, а). Кроме того, колебания струн в поперечном направлении приведут также к появлению поступательной акустической вибрации вдоль оси торсиона. Если же перемещения нижних точек струн будут радиальными (рис. 1, д), тогда составляющие , ускорений будет создавать возвратно-поступательное перемещение оси в двух взаимно-перпендикулярных направлениях.

Конечно, в действительности картина прохождения акустической волны будет включать в себя элементы обоих случаев и возмущенное движение подвеса гироскопа будет состоять из поступательной вибрации вдоль осей и , а также крутильных колебаний относительно оси внутренней рамки с угловой скоростью и относительно оси внешней рамки с угловой скоростью (рис. 1, д). Последние, как известно, не вызовут систематического дрейфа гироскопа, а колебания относительно внутренней оси с угловой скоростью приведут к дрейфу оси фигуры. Таким образом, определив ускорения , можно будет установить величину возмущающего момента (рис. 1, в)

который, в соответствии с теоремой Резаля, приведет к прецессии вектора кинетического момента в направлении вектора .

Таким образом, созданы необходимые условия для предметного анализа степени влияния акустического излучения.