Московский Государственный Технический Университет
им. Н.Э. Баумана

Кафедра ИУ-2

Расчетно - пояснительная записка

к курсовому проекту по теме :

Трехосный гиростабилизатор на двух ДНГ в режиме ДУСа.

Выполнил :
студент Церех А.В.

Руководитель проекта :
Подчезерцев В.П.

Группа ИУ 2-82

Москва
1999

Содержание : 

Глава 1. Введение.
Глава 2. Описание схемы и
                               принципа действия гиростабилизатора.
2.1 Описание схемы ГС.
2.2 Описание принципа действия ГС.
Глава 3. Уравнения движения гиростабилизатора.
Глава 4. Описание конструкции ДНГи ГС.
4.1 Описание конструкции ДНГ.
4.2 Описание конструкции ГС.
Глава 5. Расчет канала стабилизации и подбор его элементов.
Глава 6. Технологическая часть.
Глава7. Заключение о соответствии выполненного проекта
              требованиям технического задания.
Литература.

Глава 1.

Введение.

Гиростабилизатор - это прибор, предназначенный для сохранения углового положения некоторого объекта и управления этим положением.
Гиростабилизатор (далее ГС) может работать в двух режимах : в режиме стабилизации и в режиме управления.
Приведеи классификацию ГС :
1. По роли гироскопа в процессе стабилизации:
а) Силовые ГС. В этом типе ГС возмущающие моменты уравновешиваются гироскопическим моментом и моментом, создаваемым приводом разгрузки. Постоянные или медленно изменяющиеся моменты уравновешиваются в основном моментом привода разгрузки, а знакопеременные, особенно быстро изменяющиеся, уравновешиваются как приводом разгрузки , так и гироскопическим моментом, а при высоких частотах изменения момента еще и инерционным моментом самой платформы. Для силовых ГС требуются гироскопы с высоким кинетическим моментом .
б) Индикаторно- силовые ГС. Втаких ГС силовая роль гироскопов снижена. Наличие у гироскопа большого Кинетического момента не является обязательным.
в) Индикаторные ГС. Гироскопический момент практически не участвует в непосредственной компенсации возмущающих моментов и их подавление определяется в основном приводоим разгрузки, который должен выбираться из условия уравновешивания всех составляющих возмущающего момента.

2. По типу чуствительного элемента : 
а) ГС на двухосных гироскопах.
б) ГС на трехосных гироскопах.
в) ГС на датчиках угловых скоростей.
г) ГС на датчиках угловых ускорений.

3. По количеству осей стабилизации :
а) Одноосные ГС.
б) Двухосные ГС.
в) Трехосные ГС.

4. По типу привода :
а) Электромеханические.
б) Пневматические.
в) Гидравлические.
г) Реактивные.        

Глава 2.

Описание схемы и принципа действия
 разрабатываемого гиростабилизатора.

Все ссылки относятся к кинематичкеской схеме (лист 1).

2.1 Описание схемы ГС.
Чувствительными элементами рассматриваемого ГС служат динамически настраиваемые гироскопы ( далееДНГ ), установленные на платформе. Каждый ДНГ имеет ротор в виде кольца, связанный через упругие торсионы и кольцо подвеса с валом приводного двигателя. Таким образом, ротор ДНГ имеет три степени свободы относительно платформы. Платформа, в свою очередь, имеет три степени свободы относительно корпуса прибора, для чего она помещена в трехосный карданов подвес, состоящий из средней рамы, внешней рамы и корпуса прибора.
Для измерения угловых координат отклонения платформы относительно ДНГ каждый ДНГ снабжен датчиками углов ДУх и ДУу. Углы поворота платформы относительно ее осей Х, У, Z измеряются с помощью датчиков углов ДУa, ДУb ДУg, в качестве которых используются синусно - косинусные вращающиеся трансформаторы. ДУg является так же преобразователем координат. 
Для согласования углового положения платформы и чувствительных элементов служат двигатели стабилизации ДСх, ДСу и ДСz соответственно.
Управление (коррекция) углового положения платформы осуществляется с помощью датчиков момента ДМх и ДМу, установленных на каждом ДНГ. 

2.2 Описание принципа действия ГС.
Датчики момента ДНГ, регуляторы (содержащие усилители- преобразователи и корректирующие звенья) и двигатели стабилизации, расположенные вдоль каждой из трех осей стабилизации, образуют автоматическую систему регулирования, осуществляющую слежение платформы  за положением роторов ДНГ, или трехканальную систему стабилизации. В такой системе регулирования ДНГ выполняет роль чувствительного элемента, измеряющего скорости отклонения платформы от положения, заданного роторами ДНГ, не оказывая на нее практически какого-либо силового воздействия. Возмущающие моменты, приложенные к платформе, уравновешиваются в установившемся режиме моментами двигателей стабилизации, которые формируются регуляторами на основе информации об скорости отклонения платформы - сигналов с датчиков момента ДНГ.
Каждый ДНГ имеет две оси чувствительности, но так как нам надо стабилизировать лишь три оси, то один канал ДНГ остается не занятым и может использоваться в качестве дублирующего.
Компенсация систематической составляющей дрейфа ДНГ, а также вертикальной составляющей скорости вращения Земли поисходит в бортовой вычислительной машине.

Глава 3.

Уравнения движения гиростабилизатора.

Уравнения движения платформы можно представить в следующем виде:

Jx + D + Mxд = Mxв
Jy + D + Myд = Myв
Jz + D + Mzд = Mzв

Здесь  Jx , Jу , Jz - моменты инерции платформы вокруг осей Х, У, Z соответственно;
D - коэффициент демпфирования;
Mxв , Mув ,Mzв - моменты внешних сил, приложенные к платформе;
Mxд , Mуд ,Mzд - моменты, создаваемые двигателями стабилизации.
Последние можно представить в виде:
Mxд = (Кр*s*Wg(s)*1/s)*a
Mуд = (Кр*s*Wg(s)*1/s)*b
Mzд = (Кр*s*Wg(s)*1/s)*g
где Wg(s) – передаточная функция ДНГ,
Кр = Кду*Ку*Кдс*W(s),
где Кр - коэффициент разгрузки,
Кду - передаточный коэффициент датчиков угла,
Кдс - передаточный коэффициент двигателей стабилизации,
Ку - коэффициент усиления усилителей,
W(s) – передаточная функция корректирующего звена.
Тогда уравнения ГС будут иметь вид:

Jx + D + (Кр*s*Wg(s)*1/s)*a = Mxв
Jy + D + (Кр*s*Wg(s)*1/s)*b = Myв
Jz + D + (Кр*s*Wg(s)*1/s)*g = Mzв

В заключение, исходя из выше сказанного, можно отметить, что по классификации, приведенной в главе 1, данный ГС является индикаторным, трехосным, построенным на базе двух трехстепенных гироскопов и электромеханического привода стабилизации.

Глава 4.

Описание конструкции ДНГ и ГС.

4.1 Описание конструкции ДНГ.
Все ссылки данного параграфа относятся к сборочному чертежу ДНГ-1.
ДНГ - это вибрационный роторный трехстепенной гироскоп с внутренним кардановым подвесом, в котором упругие моменты торсионов компенсируются инерционными моментами вращающихся колец подвеса при динамической настройке. Процессом динамической настройки называется такой выбор параметров гироскопа при котором упругий момент торсионов компенсируется упругим центробежным моментом кольца, что делает подвес свободным. {  (А1+В1-С1)W- (Кa+Kb) =0 }
В данном ГС использован гироблок ДНГ-1, представляющий собой 3-степенной динамически настраиваемый гироскоп, предназначенный для использования в качестве основного элемента специальных авиационных гироплатформ.
Основными элементами гироблока являются электродвигатель, внутренний карданов подвес с ротором и корпус.
Двигатель состоит из ротора 11 и статора 10. Двигатель приводит во вращение кардановый подвес и ротор. Ротор состоит из собственно ротора 4 и ограничительного упора 17.
В конструкции предусмотрены два датчика момента магнитоэлектрического типа: основной и компенсационный. Датчик момента состоит из постоянного магнита 5 кольцевой формы и обмотки статора ДМ 6.
Измерение углового положения ротора осуществляется с помощью двух датчиков угла индуктивного типа. Датчик угла состоит из обмотки статора 2 и сердечника статора 3.
Корпус 9 для крепления основных деталей гироблока. На корпусе установлены гермовводы 7 и расположен юстировочный паз 8. Для обеспечения вращения вала в корпусе установлены шарикоподшипники 13.
Для герметизации гироблока на корпусе закреплен кожух 1. Внутренний объем гироблока заполнен водородом под давлением 30 мм ртутного столба.
Основные технические характеристики ДНГ-1:
Максимальная угловая скорость: 300 град/сек.
Габариты: 30х30х35.5 мм.
Вес: 50 г.
Кинетический момент: 10 г см сек.
Дрейфы:
Систематическая составляющая 20 град в час.
Нестабильность: 10 град в час.
Угловая скорость вращения: 170 Гц.
     4.2 Описание конструкции ГС.
Все ссылки данного параграфа относятся к чертежу общего вида гиростабилизатора.
Схема и принцип действия ГС были рассмотрены в главе 2.
Два гироскопа ДНГ-1, обозначенные на чертеже 8 , установлены на платформе 2, где также установлен объект стабилизации 1. Крепление гироскопов к платформе осуществляется с помощью уголков 4 и колец 6.
К платформе 2 крепится СКТ 10 и зубчатое колесо 11.Подвижная часть СКТ крепится к платформе 2, а неподвижная к средней раме 3. Двигатель ДПР 32-02 9, закрепленный на средней раме 3 передает вращение платформе 2 через зубчатое колесо 11.
Аналогично средняя рама 3 крепится к внешней раме 5, а внешняя рама 5 к корпусу 7.
  По техническому заданию платформа и рамы могут вращаться на углы +45о , для обеспечения этого условия служат упоры .

Глава 5.

Расчет канала стабилизации и подбор его элементов.

Согласно уравнениям движения платформы, приведенным в главе 3, рассматриваемый канал стабилизации можно представить в виде следующей структурной схемы:

 

K = Ky*Kдм*Кду
При расчете устойчивости использовался программный комплекс MathCAD 7.0 Professional.

Московский Государственный Технический Университет
им. Н.Э. Баумана

Кафедра ИУ-2

Курсовой проект по теме :

Трехосный гиростабилизатор на двух ДНГ в режиме ДУСа.

Технологическая часть.

Расчетно-пояснительная записка.

Выполнил :
студент Церех А.В.

Консультант по технологической части :
Проклова В.Д.

Группа ИУ 2-82

Москва
1999
Глава 6.

Технологическая часть.

1. Определение показателей технологичности  конструкции прибора.
Технологичным является такое изделие, которое при условии выполнения всех технических требований более удобно в эксплуатации и позволяет при данной серийности производства изготовить его с минимальными затратами труда, материалов и с наименьшим производственным циклом.
Технологичная конструкция изделия обеспечивает производительность труда, снижает затраты на его производство, сокращает время на проектирование и технологическую подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание, ремонт изделия.
Показатели технологичности используются для:
а) количественной оценки технологичности конструкции прибора перед передачей его в серийное производство;
б) указания конструкторам требований по технологичности при выдаче задания на проектирование нового прибора.
Система показателей содержит:
а) базовые частные коэффициенты, к которым относятся коэффициенты освоенности Косв, унификации деталей Куд и унификации материалов Кум;
б) комплексный коэффициент технологичности Ктех.
Выражения для определения значений всех частных показателей технологичности должны для “идеального” прибора стремится к 1: фактическое значение частных показателей технологичности К должны находиться в пределах 0<K<1.
Значения коэффициентов определяются на основе анализа технической документации на изделие.
Для расчета коэффициентов Косв и Куд используются следующие данные:
	Общее кол-во деталей (без крепежных)
(сум)	Собственные

(сб)	Заимствованные

(зм)	Стандартные

(ст)	Покупные

(п)	Кол-во крепежных деталей
(кр)	
Число наименований деталей в изделии n
	9	5	0	0	5	4	
общее число деталей в изделии N	16	5	0	0	13	32	

Коэффициенты освоенности и унификации прибора определяются по формулам:
Косв = (Nст + Nзм + Nп) / Nсум               Косв =  0.8125
Куд = 1-(nсум + nкр) / (Nсум + Nкр)         Куд = 0.729
Коэффициент унификации материалов Кум определяется только для собственных деталей прибора по формуле:
Кум = 1- Ссум / nсум
Здесь Ссум - количество сорторазмеров материалов для изготовления собственных деталей прибора;
nсум - общее число  наименований собственных деталей прибора.
Сорторазмер обусловлен маркой материала и определяется размером.

Кол-во	Металлы черные	Металлыы цветные	Металлы драгоцен	Пластмассы	Керамика	Сумма	
Сорторазмеров материалов С	2	0	0	0	0		
Собств. деталей n	5	0	0	0	0		

Отсюда 
Кум =1- 2 / 5 = 0.6 

Комплексный коэффициент технологичности определяется по формуле:
Ктехн = Косв*Куд*Кум = 0.355

2. Выбор организационной формы сборки.
Экономичность  и трудоемкость сборочного процесса во многом зависят от вида организации производства - организационной формы сборки. Выбор последней связан с особенностями конструкции прибора, его размерами, программой выпуска, трудоемкостью сборочных операций, сроками сменяемости прибора и рядом других факторов.
Различают две основные организационные сборки: стационарную и подвижную.
При выборе организационной формы сборки необходимо руководствоваться следующими соображениями :
1. Стационарная сборка применяется в индивидуальном и мелкосерийном производстве и в серийном , когда затрачиваемое на сборку время значительно меньше ритма (такта);
2. Если время сборки узла кратно ритму, но по технологическим соображениям процесс сборки нельзя разделить на отдельные операции, то сборка выполняется на нескольких рабочих местах параллельно. В этом случае рабочие места дублируют друг друга и сборка получается стационарной независимо от программы выпуска;
3. В массовом и серийном производствах во всех тех случаях, когда время сборки превышает ритм со значительной кратностью, целесообразно применять подвижную поточную форму сборки, так как она является наиболее совершенной формой организации сборочных работ.
Принимая во внимание то, что производство данного прибора будет серийным или мелкосерийным и руководствуясь указаниям пункта 1, целесообразно назначить для данного случая стационарную форму сборки.

3. Расчет размерной цепи.  
Выбранная для расчета размерная цепь приведена на технологическом листе.
Значения звеньев размерной цепи приведены ниже. При проверочном расчете необходимо определить, будет ли удовлетворяться исходное точностное требование к узлу для данной точности размеров деталей в сборке без регулировочных работ. В данном случае исходное точностное требование совпадает с замыкающим звеном размерной цепи. 
Размер	Номинал	Допуск	
А1	19		
А2	8		
А3	4		
А4	6		
А5	18		
Ax	1		

Определим среднее значение и поле рассеивания искомого размера Ах методом максимума - минимума :
Ах = А5 - А3 - А2 - А1 = 15 - 5 - 6 -3 = 1
dАх = dА5 + dА3 +dА2 + dА1 = 0.2 + 0.1 + 0.1 + 0.1 = 0.5
Таким образом, исходное точностное требование выполняется.

4. Схема сборки.
Схема сборки отображает сборочные элементы, из которых состоит изделие , взаимосвязь между ними, последовательность сборки. Она составляется на основе изучения чертежей узлов, общих видов, деталей прибора, кинематической, электрической схем прибора.
Схема сборки данного прибора изображена в нижней части технологического листа.
N операции	Содержание операции	Приспособления	Инструмент	
05	Подготовительная.
Промывка, размагничивание.
			
10	Сборочная.
На уголок 4 одевается ДНГ 8 и привинчивается с кольцом 6. 		Отвертка	
15	Сборочная.
На платформу 2 привинчивается сборка 1и Зубчатое колесо 11		Отвертка	
20	Сборочная.
На среднюю рамку 3 привинчивается СКТ 10 и двигатель 9.		Отвертка.	
N операции	Содержание операции	Приспособления	Инструмент	
25	Сборочная.
Собираем сборки 2 и 3.			
30	Сборочная.
На внешнюю рамку 5 привинчивается СКТ 10 и двигатель 9.		Отвертка.	
35	Сборочная.
Собираем сборки 4 и 5.			
40	Сборочная.
На внешнюю рамку 5 привинчивается СКТ 10 и двигатель 9.		Отвертка.	
45	Сборочная.
Собираем сборки 6 и 7.			
50	Регулировочная.	Стенд.		

Глава 7.

Заключение о соответствии выполненного проекта требованиям технического задания.

В техническом задании были предъявлены следующие требования к проектируемому гиростабилизатору :
1. Обеспечение устойчивости канала стабилизации.
2. Статическая погрешность стабилизации не должна превышать 3 угловые секунды.
Рассмотрим по порядку эти требования.
1. Расчет канала стабилизации приведен в главе 5. Первоначальная система (без корректирующего звена) была неустойчивой. Для обеспечения устойчивости было введено корректирующее звено, и система стала устойчивой.
2. Требование по статической погрешности было выполнено при расчете коэффициента разгрузки К (см. главу 5).
Таким образом, все требования технического задания были выполнены.

Литература :

1. Пельпор Д.С. Гироскопические системы.Ч1. - М.: Высшая школа, 1986.
2. Пельпор Д.С., Матвеев В.А., Арсеньев В.Д. Динамически настраиваемые гироскопы. - М.: Машиностроение, 1988.
3. Пельпор Д.С. Гироскопические системы.Ч2. - М.: Высшая школа, 1986.
4. Пельпор Д.С. Гироскопические системы.Ч3. - М.: Высшая школа, 1986.
5. Лекции по теории гироскопов и гиростабилизаторов.
6. Лекции по элементам САУ.
7. Э.Г. Богатырев, З.Ф. Уразаев. Методические указания по выполнению технологической части дипломных проектов. М.: изд. МВТУ, 1978.
8. Р.М. Гоцеридзе, З.Ф. Уразаев. Методы обеспечения точности сборки приборов. М.: Издательство МГТУ, 1993.