[发明专利]一种机电式陀螺的电机轴系结构设计方法

说明书

一种机电式陀螺的电机轴系结构设计方法，基于机电式陀螺电机的轴系支承结构形式，从温度变化带来陀螺轴系预载力变化出发，根据轴系结构各零部件材料的线胀系数，对轴系零件在高低温下的材料蠕变量进行尺寸链变化推算，并结合同步优化轴系支承距离和选用轴系零件的最佳匹配材料，使内外轴系蠕变量遵循一定的设计准则，从而使轴系预载力随温度变化影响较小，陀螺电机低温下轴系预紧力不增大，高温下预紧力不释放，确保全温下陀螺电机的轴系工作质量的稳定性，以提高陀螺工作的可靠性和长寿命。

技术领域

本发明涉及机电式惯性传感器领域，具体为一种机电式陀螺的电机轴系结构设计方法。

背景技术

机电式陀螺是由轴承支承陀螺转子，在陀螺电机驱动下产生动量矩，使陀螺转子工作在惯性稳定状态。全温度范围内，陀螺电机的轴系工作质量决定了陀螺工作的可靠性和寿命，而陀螺的可靠性和寿命却一直是技术故障归零的高频点，因此提高陀螺电机的轴系工作质量是提高陀螺可靠性和寿命的关键因素。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种机电式陀螺的电机轴系结构设计方法，从温度变化带来陀螺轴系预载力变化出发，通过对轴系零件在高低温下的尺寸链变化进行推算，优化轴系支承距离和选用轴系零件的最佳匹配材料，使内外轴系蠕变量遵循一定设计准则，从而使轴系预载力随温度变化影响较小，确保全温下陀螺电机的轴系工作质量的稳定性，以提高陀螺工作的可靠性和长寿命。

本发明的技术方案为：

一种机电式陀螺的电机轴系结构设计方法，基于机电式陀螺电机的轴系支承结构形式，将轴系分为内轴系和外轴系，根据轴系结构各零部件材料的线胀系数，对轴系零件在设定的极限高低温下的材料蠕变量进行尺寸链变化推算，并同步优化轴系支承距离和/或选用轴系零件的最佳匹配材料，使内外轴系蠕变量遵循一定的设计准则；所述设计准则为：

1)在极限温度下，外轴系蠕变量与内轴系蠕变量接近，差值不大于设定值；

2)外轴系蠕变量与内轴系蠕变量随温度变化而同步变化，变化趋势相同，而且变化量差异在设定阈值内。

进一步的，在极限温度下，外轴系蠕变量与内轴系蠕变量的差值不大于1％。

进一步的，所述机电式陀螺电机分为内圈加载型机电式陀螺电机和外圈加载型机电式陀螺电机；对于内圈加载型机电式陀螺电机，外轴系蠕变量随温度变化量相对内轴系蠕变量随温度变化量相同或略大；对于外圈加载型机电式陀螺电机，内轴系蠕变量随温度变化量相对外轴系蠕变量随温度变化量相同或略大。

进一步的，对于内圈加载型机电式陀螺电机，电机轴系结构包括电机驱动轴(2)、内轴承(3)、内衬套(11)、外衬套(5)、外轴承(6)、电机转子(7)、弹性垫片(9)和锁紧螺母(10)；

进行电机轴系结构设计时需要计算：电机驱动轴(2)的极限温度蠕变量、内轴系尺寸链零件的轴向长度累计蠕变量、外轴系尺寸链零件的轴向长度累计蠕变量、陀螺壳体(4)的极限温度蠕变量；

其中电机驱动轴(2)的轴向计算长度为内轴承(3)挡肩外端面至电机转子(7)外端面的距离；

陀螺电机壳体(4)的轴向计算长度为内轴承(3)和外轴承(6)之间的长度；

内轴系尺寸链零件由内轴承(3)内圈、内衬套(11)、外轴承(6)内圈、电机转子(7)组成，内轴系尺寸链零件的轴向长度由内轴承(3)的内圈、内衬套(11)、外轴承(6)内圈的轴向长度和电机转子(7)部分长度组成；

外轴系尺寸链零件由内轴承(3)外圈、外衬套(5)、外轴承(6)外圈组成，外轴系尺寸链零件的轴向长度由内轴承(3)外圈、外衬套(5)、外轴承(6)外圈的轴向长度组成；

然后分别在设定的极限高温和低温条件下，进行设计：

在设定的高温下：