專利名稱：一種氣體潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)二自由度狹縫節(jié)流球形陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)二自由度狹縫節(jié)流球形陀螺儀，屬于慣性導(dǎo)航領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
陀螺儀作為指示儀表，可以用來(lái)指示運(yùn)載體的姿態(tài)和方向，是航空、航海、衛(wèi)星等 空間技術(shù)、導(dǎo)彈等武器裝備中不可或缺的穩(wěn)定和定向裝置。目前的自由轉(zhuǎn)子陀螺儀中，轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)技術(shù)一般采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，或?qū)ζ涫┘油獯?場(chǎng)作用，依靠電磁力矩實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的加轉(zhuǎn)、章動(dòng)阻尼、恒速及修正等技術(shù)。這種驅(qū)動(dòng)技術(shù)能達(dá) 到的轉(zhuǎn)速高，但外加電場(chǎng)或磁場(chǎng)所施加的力矩方向不可避免的會(huì)和轉(zhuǎn)子慣性主軸間存在角 度誤差，對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)周期性的干擾作用。電機(jī)線圈作為耗能元件，不可避免的會(huì) 給陀螺帶來(lái)溫升以及由此產(chǎn)生的熱干擾，這對(duì)儀表的精度也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。另外，采用 這類驅(qū)動(dòng)的陀螺儀，需要屏蔽外界干擾磁場(chǎng)，即便如此，仍會(huì)存在一定的雜散磁場(chǎng)的干擾， 這些干擾也是影響陀螺儀漂移精度的重要因素。現(xiàn)役陀螺儀中，經(jīng)典的框架式陀螺儀應(yīng)用廣泛，精度一般。框架的支承連接可采用 滾子軸承或氣浮軸承。隨著慣性器件設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，以靜電陀螺儀、球形氣浮陀螺 儀為代表的自由轉(zhuǎn)子陀螺儀，在高精度導(dǎo)航裝置中的應(yīng)用得到廣泛關(guān)注，其研究和應(yīng)用方 興未艾。這類陀螺儀和框架式陀螺儀相比，因?yàn)椴捎渺o電支承或氣浮支承，消除了機(jī)械連接 所引起的摩擦力矩或彈性約束力矩的干擾。這種支承系統(tǒng)的改革，極大的提高了陀螺儀的 性能，使自由轉(zhuǎn)子陀螺儀成為一種隨機(jī)漂移率很低的高精度慣性裝置?，F(xiàn)在應(yīng)用的靜電陀螺儀，是靠配置在球腔上的幾對(duì)對(duì)稱電極產(chǎn)生的靜電引力將球 形陀螺轉(zhuǎn)子懸浮在高真空的球腔上，轉(zhuǎn)子在真空環(huán)境下旋轉(zhuǎn)，它能消除來(lái)自氣體或液體介 質(zhì)的干擾力矩，但電極的配置精度、轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心變形引起的轉(zhuǎn)子非球形誤差等原 因引起的靜電干擾力矩，是陀螺儀干擾力矩的主要誤差源。而減小這些誤差的影響存在很 大的困難，故靜電陀螺儀制造難度很大，成本很高。氣浮球形陀螺儀采用氣體作為潤(rùn)滑介質(zhì)，其粘度小，故源自介質(zhì)的粘性作用的干 擾力矩小。高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣膜的均化作用可以在一定程度上彌補(bǔ)零件的制造誤差，故旋轉(zhuǎn)較 平穩(wěn)，對(duì)組件的制造精度要求相對(duì)較低。該類陀螺儀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，制造難度相對(duì)較 小。但該類支承方式的陀螺儀存在的主要問題是承載能力小，剛度低。目前氣體陀螺儀采用的潤(rùn)滑方式主要有動(dòng)壓潤(rùn)滑和外供氣體靜壓潤(rùn)滑兩種。動(dòng)壓 潤(rùn)滑陀螺儀的啟動(dòng)和停止性能差，低速時(shí)剛度小。外供氣體靜壓潤(rùn)滑可避免這些問題，保證 低速時(shí)的承載性能。供氣方式可采用小孔節(jié)流和狹縫節(jié)流，比較而言，后者可獲得較高的氣 膜支承剛度。但對(duì)球形陀螺儀來(lái)說(shuō)，無(wú)論采用何種節(jié)流方式，其節(jié)流裝置的制造都很困難， 難以保證高的制造精度和球面上良好的對(duì)稱性，而節(jié)流裝置在球面上的對(duì)稱性誤差，是導(dǎo) 致來(lái)自潤(rùn)滑氣體的干擾力矩的最重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服二自由度氣浮陀螺儀驅(qū)動(dòng)裝置復(fù)雜、電磁干擾力矩大、支承剛度較低，啟 動(dòng)和制動(dòng)性能差等問題，本發(fā)明提供一種二自由度的氣體驅(qū)動(dòng)狹縫節(jié)流外供氣體潤(rùn)滑球形 陀螺儀。該陀螺儀從原理上避免了電機(jī)或磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)造成的磁場(chǎng)干擾，啟動(dòng)性能好，承載剛度 高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。氣體在該陀螺儀內(nèi)的流經(jīng)路線和功用是經(jīng)外部加壓的氣體從供氣軸進(jìn)氣端進(jìn) 入，經(jīng)由供氣軸上的兩處通氣孔，進(jìn)入球形定子內(nèi)部的兩個(gè)氣槽，然后經(jīng)過(guò)定子球組件上的 連續(xù)圓周節(jié)流狹縫節(jié)流，進(jìn)入球形定子與轉(zhuǎn)子球腔形成的氣膜間隙中，產(chǎn)生氣浮支承作用 和氣體潤(rùn)滑效果。部分承載氣膜區(qū)的氣體從轉(zhuǎn)子兩端面中心孔流出，另有部分承載氣膜區(qū) 的具有一定壓力的氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)子上中間氣隙內(nèi)，從轉(zhuǎn)子圓周上的切向節(jié)流孔經(jīng)小孔節(jié)流后 流出，利用出流氣體的反沖作用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。該陀螺儀的檢測(cè)系統(tǒng)由位移傳感器、陀螺轉(zhuǎn)子、A/D數(shù)據(jù)采集卡和微處理器組成。 三個(gè)位移傳感器安裝在陀螺儀基座上，通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子一個(gè)端面上相應(yīng)點(diǎn)的位移來(lái)確定轉(zhuǎn)子 端面法線相對(duì)于運(yùn)載體的方位變化，從而實(shí)現(xiàn)該陀螺儀兩個(gè)自由度方向的角位移測(cè)量。從原理上說(shuō)，該陀螺儀的支承是通過(guò)外供氣體靜壓潤(rùn)滑技術(shù)實(shí)現(xiàn)。支承潤(rùn)滑區(qū)域 是球形定子和球腔上的轉(zhuǎn)子相配合的球面氣膜間隙，介質(zhì)是外供壓氣體。氣體的節(jié)流是通 過(guò)球形定子上的兩條對(duì)稱配置的連續(xù)狹縫實(shí)現(xiàn)的。該陀螺儀采用氣體相對(duì)于轉(zhuǎn)子的反沖作用驅(qū)動(dòng)。氣體相對(duì)于轉(zhuǎn)子的反沖氣流速度 是由支承氣膜區(qū)的具有一定壓力的氣體，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子上的切向小孔節(jié)流獲得具有一定壓力 的氣體經(jīng)過(guò)等熵過(guò)程，流過(guò)沿轉(zhuǎn)子切向的節(jié)流孔，壓力降低，流速增加，出流氣體獲得一個(gè) 較高的流速流出轉(zhuǎn)子，在其反沖作用下，轉(zhuǎn)子獲得一定的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)量。因?yàn)樵撏勇輧x靠氣體靜 壓作用獲得支承和潤(rùn)滑效果，支承介質(zhì)的粘度很小，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)阻力很小。轉(zhuǎn)子啟動(dòng)后， 在反沖氣流作用下，轉(zhuǎn)速不斷增加，直至來(lái)自氣體介質(zhì)的摩擦阻力矩和氣流的驅(qū)動(dòng)力矩相 等時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)達(dá)到最大值，并在這兩個(gè)力矩的共同作用下保持恒定，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定高 速旋轉(zhuǎn)。為了使得該陀螺儀具有更好的啟動(dòng)性能，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定高速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)減 少定子球與轉(zhuǎn)子球腔之間的摩擦，提高陀螺儀的使用壽命，本發(fā)明采取了兩項(xiàng)措施一是基 座上固定感應(yīng)電機(jī)定子，陀螺轉(zhuǎn)子作為感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，工作時(shí)電機(jī)定子形成中高頻旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)，陀螺轉(zhuǎn)子由切割磁力線產(chǎn)生的電磁力矩帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)；二是在平行于轉(zhuǎn)子端面的基座 上圓周均布著數(shù)個(gè)噴氣小孔，保證陀螺轉(zhuǎn)子在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生嚴(yán)重的擺動(dòng)現(xiàn)象。 陀螺啟動(dòng)初始，供入外壓氣體的同時(shí)給感應(yīng)電機(jī)定子通電以形成與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，外壓氣體將陀螺轉(zhuǎn)子浮起，陀螺轉(zhuǎn)子在氣體反驅(qū)動(dòng)力矩和感應(yīng)電磁力矩的共同動(dòng) 作用下在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，此時(shí)電機(jī)停止工作，陀螺轉(zhuǎn)子只在氣體反驅(qū)動(dòng)力矩 作用下維持運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)陀螺儀要停止工作時(shí)，給電機(jī)定子通入逆向電流，形成與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向 相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，陀螺轉(zhuǎn)子在電磁制動(dòng)力矩的作用下做減速運(yùn)動(dòng)直至速度接近于零，此時(shí) 電機(jī)停止工作，同時(shí)也停止供氣。針對(duì)氣體潤(rùn)滑球形陀螺儀承載剛度低，節(jié)流裝置加工難度大的問題，本發(fā)明采用 兩條節(jié)流狹縫不是直接加工形成，而是靠球形定子組件的裝配保證。定子組件是由兩對(duì)稱 的球缺及中間的一個(gè)鼓形體軸組成。鼓形體軸中間的鼓形體部分兩端有定位面，比鼓形體外緣節(jié)流狹縫處軸向高出一個(gè)節(jié)流狹縫的寬度，組件裝配時(shí)，該定位面和球缺接觸定位，以 此保證狹縫寬度和精度。本發(fā)明涉及一種氣體潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)二自由度狹縫節(jié)流球形陀螺儀，包括下半轉(zhuǎn)子、上 半轉(zhuǎn)子、兩個(gè)球缺、鼓形體供氣軸、感應(yīng)電機(jī)定子、位移傳感器、上基座外殼、下基座外殼、上 端蓋、下端蓋，其中鼓形體供氣軸和兩個(gè)對(duì)稱球缺組成球形定子總成，下半轉(zhuǎn)子和上半轉(zhuǎn)子 組成轉(zhuǎn)子總成，下半轉(zhuǎn)子和上半轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面為球腔并沿外圓周表面具有數(shù)個(gè)節(jié)流切向 孔，所述球形定子與所述轉(zhuǎn)子的球腔之間形成球形軸承副，感應(yīng)電機(jī)定子位于球形轉(zhuǎn)子的 外部，利用螺釘通過(guò)鼓形體供氣軸一端的螺紋孔將供氣軸固定在上基座外殼和下基座外殼 上，感應(yīng)電機(jī)定子和位移傳感器也固定在上基座外殼和下基座外殼上，上端蓋與上基座外 殼配合，下端蓋與下基座外殼配合，供氣軸上設(shè)有氣體通道，氣槽在所述球形定子內(nèi)位于鼓 形體供氣軸的兩端，兩個(gè)對(duì)稱的球缺和鼓形體供氣軸通過(guò)定位銷定位裝配，裝配后兩邊通 過(guò)鎖緊螺母鎖緊，球缺與供氣軸上的定位面形成在圓周上連續(xù)延伸的兩條節(jié)流狹縫。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子總成外形為球體，下半轉(zhuǎn)子和上半轉(zhuǎn)子的 內(nèi)部各具有半球腔，它們由平行于球腔赤道面的兩平面剖分而成。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子總成兩端面開有中心孔，供氣軸的兩端穿 過(guò)裝配后轉(zhuǎn)子的兩端中心孔。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在所述轉(zhuǎn)子總成外表面上的數(shù)個(gè)節(jié)流切向孔內(nèi)安裝 小孔節(jié)流器，小孔節(jié)流器的內(nèi)部與球腔內(nèi)的氣槽相通。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，下半轉(zhuǎn)子和上半轉(zhuǎn)子通過(guò)穿過(guò)其上的螺紋孔的緊固 螺栓實(shí)現(xiàn)連接緊固。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，上基座外殼和下基座外殼通過(guò)螺栓連接配合，感應(yīng) 電機(jī)定子與下基座外殼之間采用過(guò)渡配合，并采用標(biāo)準(zhǔn)鍵通過(guò)下基座外殼上的鍵槽連接和 限制轉(zhuǎn)動(dòng)，裝配后通過(guò)兩外殼上的定位面保證感應(yīng)電機(jī)定子的軸向定位。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，三個(gè)位移傳感器圓周均布于上基座外殼的階梯通孔 內(nèi)，傳感器測(cè)頭與轉(zhuǎn)子總成端面相距0. 2mm-0. 3mm。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，上基座外殼與上端蓋連接并固定在運(yùn)載體上，下端 蓋與下基座外殼采用螺釘連接，并通過(guò)螺紋孔與外部氣源連接，下基座外殼上的環(huán)形氣槽 與圓周均布的數(shù)個(gè)噴嘴連通，噴嘴的噴射口與轉(zhuǎn)子總成端面相距0. 5mm。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，供氣軸上設(shè)有橫貫的管軸，軸內(nèi)具有氣體通道和通 氣孔。本發(fā)明的有益效果是采用氣體反作用驅(qū)動(dòng)陀螺儀，感應(yīng)電機(jī)輔助啟動(dòng)和制動(dòng)，基 座噴氣孔定中和限制擺動(dòng)，外供壓氣體同時(shí)起潤(rùn)滑、支承和驅(qū)動(dòng)作用，使陀螺儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊 湊，干擾力矩誘因少；采用狹縫節(jié)流，可以使陀螺儀得到滿意的支承剛度；兩節(jié)流狹縫的精 度由零件制造和組件裝配精度保證，方便地解決了球形結(jié)構(gòu)上節(jié)流狹縫的加工難題，工藝 性好，精度易保證。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖2是本發(fā)明的定子組件結(jié)構(gòu)剖面圖。圖3是本發(fā)明定子部分鼓形體軸零件的三維軸測(cè)圖。圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子零件10與噴嘴13裝配的三維軸測(cè)圖。圖5是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子零件10與噴嘴13裝配的剖面圖。
圖6是本發(fā)明基座零件1的三維軸測(cè)圖。圖7是本發(fā)明基座零件3的三維軸測(cè)圖。圖1中，1是陀螺儀的上基座外殼，2是感應(yīng)電機(jī)定子，3是陀螺儀的下基座外殼，4 是與下基座外殼3配合的下端蓋，5是球形定子兩端的鎖緊螺母，6是對(duì)稱的兩個(gè)球缺，7是 定位銷，8是下半轉(zhuǎn)子，9是鼓形體供氣軸，10是上半轉(zhuǎn)子，11是上基座外殼1的上端蓋，12 是位移傳感器。圖2中，16是球缺上的定位孔，15是將鼓形體供氣軸固定在基座上的螺紋孔，22是 氣體進(jìn)入狹縫的通氣孔，20是鼓形體供氣軸與球缺的裝配時(shí)的定位面，18是與氣源連接的 氣體通道，17是鼓形體供氣軸與狹縫之間的氣槽。圖3中，23是鼓形體軸上將兩個(gè)球缺連接起來(lái)的定位孔，21是由鼓形體部分的外 緣形成的節(jié)流狹縫，19是管軸。圖4和圖5中，13是安裝于轉(zhuǎn)子圓周切向的小孔節(jié)流器，24是轉(zhuǎn)子端面的中心孔， 25是均布于轉(zhuǎn)子圓周并沿切向定向的切向孔，內(nèi)裝小孔節(jié)流器13，26是上半轉(zhuǎn)子10的半球 腔，27是用于連接上半轉(zhuǎn)子和下半轉(zhuǎn)子的螺紋孔，28，29是為了連通節(jié)流器13以從球腔內(nèi) 排氣的氣槽。圖6中，30是連接固定鼓形體供氣軸的通孔，31是與上端蓋11配合的定位面，32 是圓周均布的用于固定位移傳感器的三個(gè)階梯通孔，33是電機(jī)的定位面。圖7中，34是圓周均布的起定中和限制轉(zhuǎn)子擺動(dòng)的噴嘴，35是連接鼓形體供氣軸 的通孔，36是與下端蓋4配合的定位面，37是連接噴嘴34與外部氣源的環(huán)形氣槽，38是用 于固定電機(jī)定子的鍵槽，39是電機(jī)的定位面。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的球形氣動(dòng)陀螺儀包括下半轉(zhuǎn)子8，上半轉(zhuǎn)子10，兩個(gè)球缺6， 供氣軸9，感應(yīng)電機(jī)定子2，位移傳感器12，上基座外殼1，下基座外殼3，上端蓋4，下端蓋11 等組件。各組件之間的位置和連接關(guān)系如下鼓形體供氣軸9和兩個(gè)對(duì)稱球缺6組成球形 定子總成，內(nèi)表面為球腔并沿外圓周表面具有數(shù)個(gè)節(jié)流切向孔25的下半轉(zhuǎn)子8和上半轉(zhuǎn)子 10組成轉(zhuǎn)子總成；球形定子總成與轉(zhuǎn)子總成的球腔之間形成球形軸承副，球形轉(zhuǎn)子外部是 感應(yīng)電機(jī)定子2，利用螺釘通過(guò)鼓形體供氣軸9 一端的螺紋孔將供氣軸9固定在上基座外殼 1和下基座外殼3上，感應(yīng)電機(jī)定子2和位移傳感器12也固定在上基座外殼1和下基座外 殼3上。本發(fā)明的陀螺儀采用外壓氣體潤(rùn)滑球形支承，內(nèi)定子、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，氣體經(jīng)由供 氣軸輸入，由轉(zhuǎn)子外表面圓周上的切向噴氣孔流出，球形定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)球腔相配合提供支 承作用和潤(rùn)滑效果，外壓氣體經(jīng)由基座上的數(shù)個(gè)噴嘴起到陀螺儀轉(zhuǎn)子定中和限制擺動(dòng)的作 用，固定在基座上的三個(gè)位移傳感器檢測(cè)陀螺轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角度，采用電機(jī)輔助陀螺轉(zhuǎn)子啟 動(dòng)和制動(dòng)。
如圖2-6所示，供氣軸9上設(shè)有氣體通道18，引導(dǎo)氣體進(jìn)入內(nèi)部開有氣槽17的球 形定子內(nèi)，氣槽17位于鼓形體供氣軸9的兩端。兩個(gè)對(duì)稱的球缺6和鼓形體供氣軸9通過(guò) 定位銷7定位裝配，裝配后兩邊通過(guò)鎖緊螺母5鎖緊，球缺6與供氣軸9裝配后形成兩條在 圓周上連續(xù)的節(jié)流狹縫21，狹縫寬度通過(guò)鼓形體供氣軸9上的定位面20和球缺6的配合保 證。轉(zhuǎn)子外形為球體，下半轉(zhuǎn)子8和上半轉(zhuǎn)子10內(nèi)部各具有半球腔26，是以平行于球腔赤 道面的兩平面40，41剖分而成的，裝配后二者形成近似完整的球腔，只在過(guò)球腔軸線的軸 向剖面有一個(gè)小的對(duì)稱氣隙，該氣隙是由平面40，41形成，其大小等于兩平面間的距離。轉(zhuǎn) 子內(nèi)表面的球腔與球形定子間形成小的間隙，作為承載氣膜間隙。轉(zhuǎn)子兩端面開有中心孔 24，使承載區(qū)氣體與環(huán)境氣體連通，供氣軸9的兩端穿過(guò)裝配后轉(zhuǎn)子的兩端中心孔24。兩 個(gè)半轉(zhuǎn)子內(nèi)部半球腔26間存在氣隙，氣隙外部有氣槽28，29。在通過(guò)轉(zhuǎn)子球腔中心的截面 上，在轉(zhuǎn)子上通過(guò)球腔中心的截面上，沿轉(zhuǎn)子外表面的圓周切向上開有數(shù)個(gè)節(jié)流切向孔25， 孔內(nèi)安裝小孔節(jié)流器13，其連通氣槽28，29和轉(zhuǎn)子外部環(huán)境。連通球面支承潤(rùn)滑氣膜區(qū)的 轉(zhuǎn)子上的氣隙相通，而外部和周圍環(huán)境相通。轉(zhuǎn)子總成由沿過(guò)球腔赤道面剖分的兩軸向部分下半轉(zhuǎn)子8和上半轉(zhuǎn)子10裝配而 成，通過(guò)兩半轉(zhuǎn)子上的螺紋孔27，用緊固螺栓實(shí)現(xiàn)連接緊固。如圖7所示，上基座外殼1和下基座外殼3通過(guò)螺栓連接配合，感應(yīng)電機(jī)定子2與 下基座外殼3之間是過(guò)渡配合，并采用標(biāo)準(zhǔn)鍵通過(guò)下基座外殼3上的鍵槽38連接和限制轉(zhuǎn) 動(dòng)，裝配后通過(guò)兩外殼上的定位面33，39保證感應(yīng)電機(jī)定子2的軸向定位。三個(gè)位移傳感 器12圓周均布于上基座外殼1的階梯通孔32內(nèi)，傳感器測(cè)頭與轉(zhuǎn)子端面相距0. 2-0. 3mm, 通過(guò)任意時(shí)刻三個(gè)傳感器測(cè)得的位移信息確定轉(zhuǎn)子總成端面，即可得到轉(zhuǎn)子端面法線相對(duì) 于運(yùn)載體的角位移，上基座外殼1與上端蓋11連接并固定在運(yùn)載體上。下端蓋4與下基座 外殼3采用螺釘連接，并通過(guò)螺紋孔14與外部氣源連接，下基座外殼3上的環(huán)形氣槽37與 圓周均布的數(shù)個(gè)噴嘴34連通，噴嘴34的噴射口與轉(zhuǎn)子端面相距0. 5mm。供氣軸9上設(shè)有橫貫的管軸19，氣體從鼓形體供氣軸9與外部氣源連接的管軸19 進(jìn)入，經(jīng)軸內(nèi)的氣體通道18和通氣孔22，進(jìn)入球形定子內(nèi)部的兩個(gè)氣槽17，然后經(jīng)過(guò)陀螺 儀定子組件上的兩圓周連續(xù)節(jié)流狹縫21節(jié)流，進(jìn)入球形定子與轉(zhuǎn)子球腔形成的球面承載 區(qū)的氣膜間隙中，產(chǎn)生氣浮支承作用和氣體潤(rùn)滑效果。部分承載氣膜區(qū)的氣體從兩轉(zhuǎn)子端 面中心孔24流出，另有部分承載氣膜區(qū)的具有一定壓力的氣體通過(guò)轉(zhuǎn)子上球形氣腔中間 的氣隙，進(jìn)入氣槽29內(nèi)，再經(jīng)由氣槽28，從安裝于轉(zhuǎn)子切向孔25內(nèi)的小孔節(jié)流器13節(jié)流后 流出轉(zhuǎn)子外，利用出流氣體的反沖作用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電機(jī)定子2在轉(zhuǎn)子啟動(dòng)過(guò)程中形成 與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在電磁力矩和氣體反沖擊力矩作用下加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn) 速；陀螺儀停止工作時(shí)，感應(yīng)電機(jī)定子2形成與轉(zhuǎn)子總成旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生的 電磁制動(dòng)力矩使轉(zhuǎn)子減速至停止。陀螺儀啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中，另一路氣體通過(guò)下基座端蓋4 上的管螺紋孔14被引入到下基座外殼3的環(huán)形氣槽37內(nèi)，并由均布于下基座外殼3上的 數(shù)個(gè)噴嘴34噴射而出，噴射氣流作用于轉(zhuǎn)子端面上，起到定中和限制轉(zhuǎn)子擺動(dòng)作用。
權(quán)利要求
一種氣體潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)二自由度狹縫節(jié)流球形陀螺儀，包括下半轉(zhuǎn)子(8)、上半轉(zhuǎn)子(10)、兩個(gè)球缺(6)、鼓形體供氣軸(9)、感應(yīng)電機(jī)定子(2)、位移傳感器(12)、上基座外殼(1)、下基座外殼(3)、上端蓋(4)、下端蓋(11)，其中鼓形體供氣軸(9)和兩個(gè)對(duì)稱球缺(6)組成球形定子總成，下半轉(zhuǎn)子(8)和上半轉(zhuǎn)子(10)組成轉(zhuǎn)子總成，下半轉(zhuǎn)子(8)和上半轉(zhuǎn)子(10)的內(nèi)表面為球腔并沿外圓周表面具有數(shù)個(gè)節(jié)流切向孔(25)，所述球形定子與所述轉(zhuǎn)子的球腔之間形成球形軸承副，感應(yīng)電機(jī)定子(2)位于球形轉(zhuǎn)子的外部，利用螺釘通過(guò)鼓形體供氣軸(9)一端的螺紋孔將供氣軸(9)固定在上基座外殼(1)和下基座外殼(3)上，感應(yīng)電機(jī)定子(2)和位移傳感器(12)也固定在上基座外殼(1)和下基座外殼(3)上，上端蓋(4)與上基座外殼(1)配合，下端蓋(11)與下基座外殼(3)配合，供氣軸(9)上設(shè)有氣體通道(18)，氣槽(17)在所述球形定子內(nèi)位于鼓形體供氣軸(9)的兩端，兩個(gè)對(duì)稱的球缺(6)和鼓形體供氣軸(9)通過(guò)定位銷(7)定位裝配，裝配后兩邊通過(guò)鎖緊螺母(5)鎖緊，球缺(6)與供氣軸(9)上的定位面(20)形成在圓周上連續(xù)延伸的兩條節(jié)流狹縫(21)。
2.如權(quán)利要求1所述的陀螺儀，其特征在于，所述陀螺儀轉(zhuǎn)子外形為球體，下半轉(zhuǎn)子 (8)和上半轉(zhuǎn)子(10)的內(nèi)部各具有半球腔(26)，它們由平行于球腔赤道面的兩平面(40， 41)剖分而成。
3.如權(quán)利要求1-2中的一項(xiàng)所述的陀螺儀，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子總成兩端面開有中 心孔(24)，供氣軸(9)的兩端穿過(guò)裝配后轉(zhuǎn)子的兩端中心孔(24)。
4.如權(quán)利要求1-3中的一項(xiàng)所述的陀螺儀，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子總成外表面上的 數(shù)個(gè)節(jié)流切向孔(25)內(nèi)安裝小孔節(jié)流器(13)，小孔節(jié)流器(13)的內(nèi)部與球腔內(nèi)的氣槽 (28，29)相通。
5.如權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)所述的陀螺儀，其特征在于，下半轉(zhuǎn)子(8)和上半轉(zhuǎn)子 (10)通過(guò)穿過(guò)其上的螺紋孔(27)的緊固螺栓實(shí)現(xiàn)連接緊固。
6.如權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)所述的陀螺儀，其特征在于，上基座外殼(1)和下基座外 殼(3)通過(guò)螺栓連接配合，感應(yīng)電機(jī)定子(2)與下基座外殼(3)之間采用過(guò)渡配合，并采用 標(biāo)準(zhǔn)鍵通過(guò)下基座外殼(3)上的鍵槽(38)連接和限制轉(zhuǎn)動(dòng)，裝配后通過(guò)兩外殼上的定位面 (33，39)保證感應(yīng)電機(jī)定子(2)的軸向定位。
7.如權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)所述的陀螺儀，其特征在于，三個(gè)位移傳感器(12)圓周均 布于上基座外殼(1)的階梯通孔(32)內(nèi)，傳感器測(cè)頭與轉(zhuǎn)子總成端面相距0.2mm-0.3mm。
8.如權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)所述的陀螺儀，其特征在于，上基座外殼(1)與上端蓋(II)連接并固定在運(yùn)載體上，下端蓋(4)與下基座外殼(3)采用螺釘連接，并通過(guò)螺紋孔 (14)與外部氣源連接，下基座外殼(3)上的環(huán)形氣槽(37)與圓周均布的數(shù)個(gè)噴嘴(34)連 通，噴嘴(34)的噴射口與轉(zhuǎn)子總成端面相距0.5mm。
9.如權(quán)利要求1-8中的一項(xiàng)所述的陀螺儀，其特征在于，供氣軸(9)上設(shè)有橫貫的管軸 (19)，軸內(nèi)具有氣體通道(18)和通氣孔(22)。
全文摘要
一種氣體潤(rùn)滑驅(qū)動(dòng)二自由度狹縫節(jié)流球形陀螺儀。它包括下半轉(zhuǎn)子、上半轉(zhuǎn)子、兩個(gè)球缺、鼓形體供氣軸、感應(yīng)電機(jī)定子、位移傳感器、上基座外殼、下基座外殼、上端蓋、下端蓋，其中鼓形體供氣軸和兩個(gè)對(duì)稱球缺組成球形定子總成，下半轉(zhuǎn)子和上半轉(zhuǎn)子組成轉(zhuǎn)子總成。沿轉(zhuǎn)子外表面，在通過(guò)球腔中心的截面圓周上開有數(shù)個(gè)切向小孔，內(nèi)裝節(jié)流器，連通球面支承氣膜區(qū)和外部環(huán)境。氣體從供氣軸進(jìn)入，通過(guò)節(jié)流狹縫，流入球形支承區(qū)，產(chǎn)生支承和潤(rùn)滑作用；部分氣體經(jīng)轉(zhuǎn)子切向的小孔節(jié)流后高速流出，利用氣體的反沖作用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電機(jī)輔助轉(zhuǎn)子啟動(dòng)和制動(dòng)，基座噴孔的噴射氣流起定中和限制轉(zhuǎn)子擺動(dòng)作用，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子端面法線方向確定偏轉(zhuǎn)方向。
文檔編號(hào)G01C19/12GK101982733SQ201010507848
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者周亮, 姚英學(xué), 崔大朋, 秦冬黎 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)