[发明专利]一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法

摘要

本发明涉及一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法，属于惯性零件测量器件技术领域。本发明方法通过结构设计，把第一单轴结构和第二单轴结构设计成正交结构；再对设计结构进行模态分析优化、谐响应分析优化使其达到减振效果，同时又可以完成两个待测单轴石英微机械陀螺的角速度检测。有效地减少了外界噪声，提高了性能。

主权项

一种石英微机械陀螺双轴减振装置的设计方法，其特征在于：包括如下三个步骤：步骤一、结构设计；设计结构包括法兰、减振体和减振橡胶垫；所述法兰为空心圆柱，圆柱外表面中部有一个外缘，外缘上均匀分布四个用于固定法兰的螺孔；所述减振体位于法兰的空心部分，与法兰同轴且与法兰内壁有间隙，包括第一单轴结构和第二单轴结构，第一单轴结构和第二单轴结构均为中空的长方体、大小形状相同、相互垂直放置；两个单轴结构中空部分大小与被测陀螺敏感器件相同，中空部分两侧的长方体边缘上各设置一个用于安装陀螺敏感器件的安装孔，在垂直放置两个单轴结构时，四个安装孔互不遮掩且均匀对称分布；所述减振橡胶垫位于法兰及双层减振体的中间位置，第一单轴结构、第二单轴结构和法兰内壁的间隙中沿环形均匀分布，用于连接法兰和减振体的四块减振橡胶垫，使得第一单轴结构、第二单轴结构和法兰之间不相互滑动；两个被测陀螺敏感器件分别安装在第一单轴结构、第二单轴结构的中空部分，与第一单轴结构、第二单轴结构之间采用胶粘接的方式，两个被测陀螺敏感元件的敏感轴成90度正交；法兰通过螺钉组装在需要检测角速度的结构体内，陀螺敏感器件通过减振橡胶垫进行减振，减振橡胶垫采用甲基乙烯基材料，各方向的方向刚度相同，不会出现偏振；步骤二、对步骤一设计的结构进行优化，使得其同时满足以下三个条件：(1)减振装置在被测陀螺敏感器件工作频率的减振效率最高；(2)减振装置转动振动模态的固有频率大于被测陀螺敏感器件带宽的两倍；(3)减振装置低阶线性振动模态的固有频率大于被测陀螺敏感器件检测频率与激励频率之差的两倍或两倍以上；步骤2.1、模态分析优化；采用模态分析对减振装置固有频率进行数值模拟：根据步骤一设计的结构，建立有限元模型，采用四面体三维实体单元类型，根据确定的边界条件，将边界条件施加在法兰的安装面上，约束法兰安装面的所有自由度，计算出减振装置前10阶固有频率；从而得到减振装置的工作频率要求：工作频率在前10阶固有频率内，能避开共振区，使得减振装置能够发挥减振的作用；步骤2.2、谐响应分析优化；采用谐响应分析对双轴减振装置隔振效率进行仿真分析：原点随意选取，X轴方向在由X‑Z轴组成的水平面上，Y轴为垂直方向，从X轴方向施加作用于法兰安装位置100N的压力、振幅为0.5mm、频率范围为10‑12kHz的正弦激励，计算获得双轴减振装置的有限元模型上各点的位移响应谱，然后随机选取双轴减振装置的有限元模型中减振体第一单轴结构和第二单轴结构各3个不同位置的节点，分析正弦激励下两个单轴结构的位移；同时，还随机选取螺孔处的点，观察其实际位移变化，采用位移变化值除以振幅的方式推导出隔振系数，进而分析得到减振装置的有限元模型的减振效率；若隔振系数η<1，则起到了减振效果；若隔振系数η＞1，则起不到减振效果，通过改变减振橡胶垫的参数来使其达到减振效果；步骤三、减振装置经步骤二优化后，把两个被测陀螺敏感器件分别安置在第一单轴结构和第二单轴结构上，并用胶粘结，使其固定；在需要进行双轴角速度检测的被测陀螺敏感器件内部，按照法兰上的螺丝位置留好螺丝孔；用螺丝把法兰和被测陀螺敏感器件连接固定，减振装置即可完成对干扰信号的减振。