[发明专利]一种小型整体式挠性接头及微型大速率动调陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型整体式挠性接头及利用该整体式挠性接头组成的微型大速率动调陀螺仪，该动调陀螺仪可用以检测运动载体的角速度和角度增量，作为运动载体的姿态敏感器件。

背景技术

挠性接头是动调陀螺仪的关键部件，又称挠性支承，由平衡环、一对内挠性杆和一对外挠性杆组成，内挠性杆将陀螺仪平衡环与驱动轴联系起来，外挠性杆将平衡环与转子联系起来。挠性接头传递驱动轴加给陀螺转子的旋转力矩，使陀螺转子绕内、外扭杆具有转动自由度，平衡环所产生的动力补偿力矩可以抵消挠性杆的正弹性力矩。2005年第三期的《航天制造技术》发表的《挠性接头刚度的有限元刚度计算》指出挠性接头角位移刚度计算的准确程度直接影响着调谐陀螺仪的设计，可以把挠性杆等效为某种杆件，对它进行抗弯或抗扭的刚度计算，对于变截面的挠性杆刚度计算采用积分或有限元分析的方法计算。

林士鄂编著的《动力调谐陀螺仪》一书指出：挠性接头应有足够的强度和刚度，以保证在线加速、振动、冲击情况下转子质心不偏离支承中心，应具有尽可能低的角位移刚度K₀、尽可能高的品质因数F_m，减小正交漂移系数，满足陀螺仪精度要求。挠性接头材料的选取直接影响挠性接头的刚度和耐力学环境能力，可以把材料的许用应力对弹性模量的比值当作材料的质量指标，应从这几个方面考虑：材料的稳定性，对于惯导级陀螺仪，要求变形的稳定值范围为(1～10)×10^-6；具有高的许用应力〔σ〕，以便在一定承载能力下使接头尺寸为最小；具有低的弹性模量E，弹性模量温度系数要低，要求为恒弹性材料；材料的阻尼系数δ要小，常用材料为弹性合金马氏体时效钢。

目前获得广泛应用的挠性接头多为分离式结构，其平衡环、内、外挠性杆单独加工，然后采用胶粘或焊接的方式联结在一起，组合时挠性杆容易受力变性，增大了正交漂移系数，组合精度难于保证，定位与固定在工艺上仍有一定难度，组装应力使漂移系数稳定性差，同时可靠性降低，将影响陀螺仪耐力学环境能力。

动力调谐陀螺仪是两自由度挠性支承陀螺仪，其转子经挠性支承与电机驱动轴连接，并在电机的驱动下，相对壳体作高速转动。当动调陀螺仪在调谐转速下工作时，挠性接头的弹性恢复力矩可以完全被平衡环振荡运动产生的动力反弹性力矩所抵消。这时陀螺仪转子将稳定在惯性空间，成为不受约束的自由转子。在捷联惯测组合系统应用时，陀螺仪与伺服回路组成闭合系统，在力矩器产生的力矩驱动下，陀螺转子跟踪仪表壳体运动，分别测量沿陀螺仪两输出轴的加矩电流(或经I/F变换为脉冲频率)值，则可分别测得仪表壳体绕相应输入轴相对惯性空间的运动角速度，经捷联解算即可得到运载体的角速度。

现有动调陀螺仪存在功耗大、体积大、重量大的缺点，陀螺仪体积小、精度高、测量范围广等要求较难同时满足，挠性接头由内、外挠性接头组和而成，结构复杂，组合困难，不易加工，耐力学环境能力低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种小型整体式挠性接头及利用该整体式挠性接头组成的微型大速率动调陀螺仪。

小型整体式挠性接头由一块弹性材料制作而成，体积小、结构简单，避免了内、外挠性接头的焊接环节，提高了挠性接头的加工精度。

微型大速率动调陀螺仪采用哑铃式对称结构，一端为陀螺仪转动部分，另一端为驱动电机部分，小型整体式挠性接头将陀螺仪转动部分和电机驱动部分进行连接，减小了动调陀螺仪的体积，提高了陀螺仪耐力学环境能力，提高了陀螺仪的测量精度。

本发明的技术解决方案为：一种小型整体式挠性接头，由整体弹性材料制成，包括上环、平衡环和下环三部分，上环为法兰盘结构，法兰盘中心加工成一个带有螺纹的内孔，平衡环为筒状结构，平衡环的外壁均布四对直径相同的通孔，每对通孔之间互呈90度分布，其中第一对通孔与第三对通孔相对平衡环的轴线呈180度对称，第二对通孔与第四对通孔相对平衡环的轴线呈180度对称，第一对通孔两孔之间的圆心连线和第三对通孔两孔之间的圆心连线与平衡环轴向之间的夹角均为135度，第二对通孔两孔之间的圆心连线和第四对通孔两孔之间的圆心连线与平衡环轴向之间的夹角均为45度，四对通孔两孔之间各形成一组细径，第一对通孔中的第一通孔与第三对通孔中的第六通孔之间、第一对通孔中的第二通孔与第三对通孔中的第五通孔之间、第二对通孔中的第三通孔与第四对通孔中的第八通孔之间、第二对通孔中的第四通孔与第四对通孔中的第七通孔之间均通过通槽相连通，下环为“T”型结构，下环的中心加工有内螺纹用于和动调陀螺仪的电机驱动轴联结，外部加工有外螺纹用于和动调陀螺仪的限制环联结。