陀螺电机动压气体轴承间隙误差分析与改进

H型动压气体轴承陀螺电机(以下简称"动压电机")装配后的组合间隙是轴承筛选的关键指标。实际工程中部分动压电机产品的组合间隙与按照轴承零件尺寸计算的间隙相差较大,测量重复性差,合格率较低。为了进一步提高动压电机的一致性和合格率,首先从轴承间隙的测量方法入手,对轴承间隙测量误差建立模型树进行分析,找出了轴承零件尺寸稳定性、多余物以及间隙测量工装是影响轴承间隙测量误差的主要因素,提出了增加稳定处理,优化间隙测量工装,抑制电机污染源,组合清洗等技术改进措施,并通过合理调整间隙控制指标,显著提高了动压电机一致性和合格率。这些思路方法都为动压电机生产量化控制和可靠性筛选提供了很好的借鉴参考价值。     

加工误差对陀螺电机用动压气体轴承刚度的影响

为了进一步提高精密H型动压气体轴承的刚度性能,着重分析了轴承加工误差对轴承刚度的影响。首先,通过在轴承内部交界处引入压力和流量连续方程,建立可考虑径向、止推轴承相互作用的H型动压气体轴承模型;然后,采用有限单元法进行求解以得到轴承压力分布及刚度等特性;最后,在对模型和计算结果进行实验验证后,对不同加工误差下的轴承刚度进行了研究。分析结果显示,加工误差对轴承刚度影响由强到弱的顺序为轴承间隙、止推板平面度、径向轴承锥度、圆度和止推板垂直度误差,0.2μm的轴承间隙加工误差可使轴承刚度降低20%～25%,而垂直度误差对轴承刚度的影响不大。研究结果为H型动压气体轴承的结构设计和性能提高提供了有益的参考。     

亚微米级颗粒物在气体动压轴承内运动与沉积分析

气体轴承中的多余颗粒物是导致陀螺电机不起动的主要原因。研究颗粒物的吸入、运动沉降以及排出规律,对解决陀螺电机不启动问题具有重要意义。以螺旋槽气体动压止推轴承为研究对象,将气体流场作为连续相,颗粒物作为离散相,通过联立求解气体N-S方程和颗粒物力平衡方程,得到了亚微米级颗粒物在轴承中的运动与沉积规律。分析发现气膜中速度场分布与颗粒物沉积之间的相关性,且与实验结果有较好的一致性;同时,发现槽数为12或13、螺旋角为α=20°左右时颗粒物最容易从轴承中排除,增加槽深和较小槽长也有相同效果。为在生产实践中优化陀螺电机轴承结构参数,降低不启动率提供了理论依据。     

航空高速涡轮制冷机用气体轴承的研制

本文介绍了高参数航空涡轮制冷机用高速气体轴承研制中的部分工作。在论述工作环境条件苛刻的这类制冷机中用气体轴承替代滚动轴承的必要性、可行性和特殊性的基础上,叙述了研制这类气体轴承时在设计、选材、加工和调试等方面完成的多项特殊试验以及气体轴承改装产品的航空环境适应性试验和应用概况。     

由定子电流信号分析陀螺电机滚珠轴承故障诊断与分类（英文）

在陀螺电机中,轴承故障是最普遍的失效形式。针对陀螺电机球轴承中各组成部分出现故障难以区分,而更换整套轴承又造成巨大浪费的问题,提出了一种基于电流信号分析的陀螺电机轴承故障分类方法。该方法通过采集定子电流信号,并应用数学分析工具,提取出定子电流的特征信号。通过使用顺序递推法排除了冗余和无效特征,然后用最佳的特征信号建立特征空间。通过使用隐马尔科夫模型,对轴承的典型故障(外环故障、内环故障、球故障和保持架故障)进行了准确的分类。该方法的有效性在一台具有不同轴承故障的直流无刷陀螺电机上得到验证,实验结果显示分类的正确率达到97.1%。     

陀螺电机用H型动压气体轴承启动摩擦特性分析

为减小陀螺电机用H型动压气体轴承启动过程中的摩擦与磨损,建立了考虑表面粗糙接触与润滑的H型动压气体轴承模型,对其启动摩擦特性进行研究。首先,通过求解轴粗糙表面在转子重力作用下的弹性变形,确定启动前转子启动位置和启动力矩。然后,对表面粗糙接触与润滑方程、转子五自由度运动方程进行联立求解,得到启动过程中轴承承载力、运动轨迹、接触面积等特性,并通过接触面积减为0来判断转子的浮起时间和浮起转速。最后,研究轴承表面粗糙度和腔型结构等参数对轴承启动摩擦特性的影响。分析结果表明:减小粗糙表面峰顶标准差可降低浮起转速、减小磨损范围;随着腔宽比的增大,浮起转速增大、磨损范围减小;而随着腔深的增大,浮起转速和磨损范围均先减小后增大,腔深为1.0μm和2.0μm时浮起转速和磨损范围分别最小。     

用隐Markov模型的陀螺电机故障诊断方法（英文）

为满足机电陀螺仪高可靠性的要求,准确地检测和诊断陀螺仪核心部件——陀螺电机的各类故障是十分必要的。提出了一种陀螺电机检测和诊断的新方法,即基于隐Markov模型的模式识别方法。该方法从母线电流时域信号提取特征并作为电机状态的监测指标,通过顺序后推法选择最佳信号特征建立特征空间,并用于隐Markov模型的参数训练,进而使用隐Markov模型作为分类器对陀螺电机进行故障检测和诊断。为验证方法的有效性,用一台无刷直流陀螺电机作为样本进行了实验,构造了轴承故障和定子故障,并在不同的温度条件下进行了测试。实验结果表明:该方法对于陀螺电机故障检测和诊断的正确率达到96.8%。     

基于UGNX动压气体轴承止推板掩模CAD参数造型及CAM加工

止推板是三浮陀螺仪气体动压轴承的关键零件。止推板的螺旋槽又是止推板加工中的关键工艺,采用等离子加工工艺是当前满足高精度和批量生产的首选,而决定槽形形状和加工精度的掩模制造是等离子加工的重要工序。基于UGNX实现止推板螺旋槽曲线的参数化造型,按工件实际要求创建掩模实体模型,然后完成掩模CAM加工,制造的掩模已在等离子加工中使用,经试样和批生产测试表明,加工的止推板槽深精度优于0．001mm,各槽深差不大于0．001mm,槽中心线和止推板外圆交点相对于内孔中心位置差小于0．025mm,完全满足高精度航天三浮陀螺仪的要求。     

自主气体轴承控制系统分析及实验研究

提出1种采用音圈电机作为可控节流器的自主电控式气体轴承新方案,可以有效提高大型光电精密仪器回转基准的精度,在实时测量回转基准径向运动误差的同时,通过主动节流器自主调节气场分布而产生控制力和调节轴承的偏移位置,达到减小径向运动量和提高回转精度的目的,同时分析了整个系统数学模型,设计了控制补偿器.采用自主控制方案后,轴承回转精度从控制前的0.3 μm提高到约0.08 μm.结果表明,该轴承系统具有良好动态品质和较高回转精度,能够广泛用于航空航天高精密惯导测试设备中.     

一种光纤陀螺温度误差分段补偿新方法（英文）

分析了光纤陀螺的温度特性,设计了大范围的温度测试,研究了不同温度和温度变化率对光纤陀螺输出的影响,研究了光纤陀螺在不同温度范围内的温度特性。为了提高温度误差补偿精度,根据陀螺温度特性将温度分为低、中、高三个区间,分别利用人工神经网络进行误差建模,提出了一种多模型分段拟合的新方法。根据建立的模型进行温度误差补偿,补偿结果表明,建立的模型能有效地减小了光纤陀螺的温度漂移,精度提高了一个量级。     

滚轴承刚度分析程序

本文介绍了一种用Fortran语言编写的滚动轴承刚度分析程度,它基于作者近年来研究的刚度分析理论,具有兼容性好,输入简单,输出直观的特点,并已通过了很多实例验算,结果良好。     

提高永磁陀螺电机效率的方法

永磁陀螺电机是一种取电机绕组反电势作为位置信号的无刷直流电机,通过锁相伺服电路的控制完成启动加速和恒速运行。首先推导了反电势控制的三相永磁陀螺电机电流、转矩、功率和效率等参数的计算公式,在此基础上说明了导通角的位置和大小对各种参数的影响,特别指出导通角(起始角～关断角)对电机效率有着非常明显的影响,然后提出用恒流源供电比用恒压源供电更有利于这种陀螺电机提高效率。最后以一个实际电机为例说明在导通角相同的条件下,恒流源供电较恒压源供电的电机效率提高10%,可达到98%以上。     

内圈离心位移对高速角接触球轴承刚度的影响

以弹性力学理论、滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,计算了角接触球轴承内圈在离心力作用下的径向位移,给出了计及内圈离心位移影响时,高速角接触球轴承滚动体与内、外圈的接触刚度与轴承整体的径向刚度、轴向刚度、角刚度的计算方法和相应程序。对7012/CD轴承的计算结果表明,轴承内圈外径的离心位移随转速增加而增大,在高速条件下其值较大,不容忽视;轴承内圈离心位移对内圈接触刚度和轴承径向刚度影响较大,导致内圈接触刚度和轴承径向刚度相对增大;对外圈的接触刚度、轴承轴向刚度和角刚度的影响很小;随着转速的增加与内圈离心位移的增大,对轴承内圈接触刚度与轴承径向刚度的影响会更加明显。因此,为使高速角接触球轴承的刚度分析更加精确、更加接近实际,必须考虑内圈离心位移的影响。     

液浮陀螺电机用轴承的寿命可靠性分析

分析了电机轴承的寿命可靠性，它在很大程度上决定了液浮陀螺的工作寿命。描述了电机轴承失效的故障模式、故障树，分析了影响寿命可靠性的关键原因，并对提高液浮陀螺用电机轴承的寿命可靠性提出了建议；文中还提到了目前轴承研制和生产的一些理论和仿真技术。     

高速磁悬浮转子稳定性研究及其在控制力矩陀螺中应用

磁悬浮支承应用于控制力矩陀螺具有高精度，长寿命的优点。高速转子的陀螺效应导致的失稳制约了其在CMG中的应用，尤其是章动造成的磁悬浮转子高速失稳问题。该文分析了由于陀螺效应产生的章动造成系统失稳的根本原因，提出了控制系统的解决方案。研究结果表明，章动失稳的主要原因是系统的相位延迟造成的，尤其对数字控制系统，相位延迟更为严重，使用简单交叉解耦控制不能解决问题，需要对现有的控制器进行优化才能保证系统在高速下的稳定性。     

机抖激光陀螺随机噪声注入方法研究

机抖激光陀螺通过在抖动驱动信号中注入一定强度的随机噪声来消除动态闭锁误差.为了适应机抖激光陀螺小型化和其控制电路数字化的发展,设计了在以抖动驱动信号采用方波形式的基础上,其随机噪声的注入采取了应用寄存器产生的伪随机噪声-m序列按照对方波占空比进行调制的方式,并建立了抖动机构的数学模型,应用所建立的模型通过Matlab中的Simulink进行了仿真.依照随机噪声注入效率的计算方法,文中采用的方式其噪声注入效率要高于以往采用的应用高斯白噪声对交变正弦波驱动信号进行幅值调制的方式,对此进行了实验验证,证明这种随机噪声注入方式效果良好.     

激光陀螺捷联惯导系统多位置标定方法

在建立惯性仪表简化误差模型的基础上,提出了一种多位置标定方法.该方法充分考虑标定条件、设备以及时间等因素,设计了一种多位置连续转动标定方案,充分激励惯性仪表各项误差参数,从而建立起所有误差参数与系统导航误差之间的关系,通过测量每个位置静态导航状态下的速度误差,采用最小二乘估计,全面辨识出所有21个误差参数.理论分析和实验结果表明,与传统标定方法相比,该方法对标定设备要求低,无需北向基准,实现简单方便,在较短的时间内就可以一次标定出惯性仪表所有21个误差参数,标定精度与基于精密转台的标定精度相当,具有较强的工程实用性.     

基于轨迹图法的半球谐振陀螺动力学模型描述

谐振子弹性系数和阻尼系数的不对称是引起半球谐振陀螺漂移的主要原因。根据半球谐振陀螺的动力学模型,用轨迹图法对谐振子的振动特性进行了研究。轨迹图直观地反映了谐振子的振动特性。当谐振子处于理想状态并且有角速率输入时,谐振子的轨迹图是以一定的角速率进动的标准椭圆。谐振子的非理想性严重影响陀螺的正常工作。当谐振子弹性系数不对称时,谐振子的轨迹图会发生明显变形。阻尼系数的不对称会导致振动平面向最低阻尼轴漂移。因此,消除弹性系数和阻尼系数不对称的影响对提高半球谐振陀螺的精度有重要意义。