RU2309394C2

RU2309394C2 - Method of enhancing fatigue strength of gyroscope suspension

Info

Publication number: RU2309394C2
Application number: RU2005135519/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Тимофеевич Лещев (RU); Виктор Тимофеевич Лещев; нов Валерий Николаевич Ше (RU); Валерий Николаевич Шеянов; Николай Георгиевич Троицкий (RU); Николай Георгиевич Троицкий; Валерий Васильевич Палавин (RU); Валерий Васильевич Палавин
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-10-27
Also published as: RU2005135519A

Abstract

FIELD: instrument industry.

SUBSTANCE: method comprises cyclic loading of the flexible suspension at a resonance frequency of suspension, exciting vibration in the direction perpendicular to the sensing axis of the flexible suspension from 0.09-0.1 of the endurance limit to the 0.5-0.7 of the endurance limit, and determining optimal suspension material strengthening when the resonance frequency stops to change.

EFFECT: enhanced reliability.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может использоваться при создании динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ), в частности для повышения усталостной прочности упругого подвеса ДНГ.The invention relates to the field of instrumentation and can be used to create dynamically tuned gyroscopes (DNG), in particular to increase the fatigue strength of the elastic suspension of DNG.

Известен способ определения предела выносливости материала, заключающийся в том, что образец материала циклически нагружают при ступенчатом увеличении уровня нагрузки, начиная от уровня меньше предела выносливости, и определяют характеристику рассеяния энергии на каждой ступени нагружения, а о пределе выносливости судят по точке излома зависимости характеристики рассеяния энергии от уровня нагрузки, причем нагружение на каждой ступени осуществляют в режиме автоколебаний на резонансной частоте, определяют на каждой ступени относительную величину рассеяния энергии, отнесенную к общей энергии установившегося колебательного движения на данной ступени, а в качестве характеристики рассеяния энергии определяют отношение относительной энергии соответствующей ступени к относительной энергии первой ступени [1].A known method for determining the fatigue limit of a material is that a material sample is cyclically loaded with a stepwise increase in the load level, starting from a level less than the fatigue limit, and the energy dissipation characteristic at each loading stage is determined, and the fatigue limit is determined by the break point of the scattering characteristic energy from the load level, and loading at each stage is carried out in the mode of self-oscillations at the resonant frequency, determine at each stage include the total amount of energy dissipation, referred to the total energy of the steady-state oscillatory motion at a given stage, and as a characteristic of energy dissipation, the ratio of the relative energy of the corresponding stage to the relative energy of the first stage is determined [1].

Недостатком описанного способа является его ограниченные функциональные возможности, не позволяющие повышать предел выносливости материала.The disadvantage of the described method is its limited functionality that does not allow to increase the endurance of the material.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения выносливости материала и его упрочнения [2], заключающийся в том, что образец материала подвергают циклическим вибронагрузкам на резонансной частоте, определяя при этом предел выносливости материала, а далее снижают амплитуду нагрузок на 10-15% ниже предела выносливости и в этом режиме производят циклическое упрочнение материала.The closest in technical essence to the proposed method is a method for determining the endurance of the material and its hardening [2], which consists in the fact that the sample of the material is subjected to cyclic vibration loads at a resonant frequency, thereby determining the endurance limit of the material, and then reduce the amplitude of the loads by 10-15 % below the fatigue limit and in this mode produce cyclic hardening of the material.

Недостатком известного способа является то, что он недостаточно повышает предел выносливости.The disadvantage of this method is that it does not sufficiently increase the endurance limit.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является стабилизация резонансной частоты и повышение предела выносливости упругого подвеса ДНГ к циклическим нагрузкам.The problem to which this invention is directed, is to stabilize the resonant frequency and increase the endurance limit of the elastic suspension of DNG to cyclic loads.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе повышения усталостной прочности и стабилизации резонансной частоты упругого подвеса ДНГ, заключающемся в осуществлении циклической нагрузки упругого подвеса при ступенчатом увеличении уровня нагрузки, причем нагружение на каждой ступени осуществляют на резонансной частоте подвеса, согласно изобретению упругий подвес подвергают циклическим вибрационным нагрузкам в направлении, перпендикулярном оси чувствительности упругого подвеса, начиная от уровня 0,09-0,1 предела выносливости его материала до уровня 0,5-0,7 предела выносливости, при этом на каждой ступени проводят периодический контроль резонансной частоты подвеса, непрерывно меняющейся по мере роста числа циклов нагружения, и по прекращению изменения резонансной частоты определяют достижение оптимального упрочнения материала подвеса и стабилизации резонансной частоты. Кроме того, способ характеризуется тем, что амплитуду циклических вибрационных нагрузок на каждой ступени увеличивают на 23-25%, а количество циклов колебаний на каждой ступени составляет 1,0·10⁶-1,3·10⁶.The problem is solved due to the fact that in the method of increasing fatigue strength and stabilizing the resonant frequency of the elastic suspension of DNG, which consists in cyclic loading of the elastic suspension with a stepwise increase in the load level, and loading at each stage is carried out at the resonant frequency of the suspension, according to the invention, the elastic suspension is subjected cyclic vibration loads in the direction perpendicular to the sensitivity axis of the elastic suspension, starting from the level of 0.09-0.1 endurance limit and its material to the level of 0.5-0.7 endurance limit, while at each stage periodically control the resonant frequency of the suspension, continuously changing as the number of loading cycles increases, and to stop changing the resonant frequency, determine the achievement of optimal hardening of the suspension material and stabilization resonant frequency. In addition, the method is characterized in that the amplitude of the cyclic vibrational loads at each stage is increased by 23-25%, and the number of oscillation cycles at each stage is 1.0 · 10 ⁶ -1.3 · 10 ⁶ .

К существенным отличиям предложенного способа по сравнению с известным относится то, что при ступенчатой виброприработке максимальный уровень нагрузки на изделие не превышает 0,7 предела выносливости его материала, при этом периодически контролируется изменение резонансной частоты изделия, что позволяет судить о динамике процесса стабилизации упругих свойств материала. Опытным путем определено, что резонансная частота в основном стабилизируется именно в пределах 0,5-0,7 предела выносливости, причем выбранный диапазон нагрузки является оптимальным для стабилизации упругих свойств материала. Кроме того, опытным путем подобраны оптимальные режимы изменения амплитуды вибронагрузки и количество его циклов, что также способствует решению поставленной задачи.Significant differences of the proposed method compared to the known one include the fact that with stepwise vibration processing, the maximum level of load on the product does not exceed 0.7 of the endurance limit of its material, while changing the resonance frequency of the product is periodically monitored, which allows us to judge the dynamics of the process of stabilizing the elastic properties of the material . It has been experimentally determined that the resonant frequency is mainly stabilized precisely within the 0.5-0.7 fatigue limit, and the selected load range is optimal for stabilizing the elastic properties of the material. In addition, empirically selected optimal modes of changing the amplitude of the vibration load and the number of its cycles, which also contributes to the solution of the problem.

Реализация способа поясняется чертежами, причем на фиг.1 показана схема установки для реализации предложенного способа, а на фиг.2 - вид сверху на упругий подвес ДНГ, на фиг.3 - вид упругого подвеса ДНГ в разрезе, а на фиг.4 - график зависимости резонансной частоты колебаний упругого подвеса от амплитуды колебаний.The implementation of the method is illustrated by drawings, moreover, figure 1 shows a diagram of the installation for implementing the proposed method, and figure 2 is a top view of the elastic suspension of the DNG, figure 3 is a sectional view of the elastic suspension of the DNG, and figure 4 is a graph the dependence of the resonant frequency of the elastic suspension on the amplitude of the oscillations.

Установка для виброприработки (фиг.1) состоит из корпуса 1 вибратора, в котором находится стержень 2, прикрепленный к упругим элементам 3 сильфонного типа. Катушка 7 с индуктивностью L1 служит для возбуждения продольных колебаний стержня 2, а катушка 8 с индуктивностью L2 служит для измерения частоты и амплитуды колебаний. Упругий подвес ДНГ устанавливается на корпусе 1 и закрепляется прижимным кольцом 5 и винтом 4.Installation for vibration processing (figure 1) consists of a housing 1 of the vibrator, in which there is a rod 2 attached to the elastic elements 3 of the bellows type. A coil 7 with an inductance L1 serves to excite longitudinal vibrations of the rod 2, and a coil 8 with an inductance L2 serves to measure the frequency and amplitude of the oscillations. The elastic suspension of the DNG is mounted on the housing 1 and secured by the clamping ring 5 and the screw 4.

Конструкция упругого подвеса ДНГ показана на фиг.2 и 3. Подвес 6 выполнен в виде диска, имеющего шейку 9 (рабочую зону) и два П-образных паза 10. На графике фиг.4 по вертикальной оси откладываются значения резонансной частоты f_рез, а по горизонтальной оси - значения амплитуды колебаний А в мкм.The design of the DNG elastic suspension is shown in FIGS. 2 and 3. The suspension 6 is made in the form of a disk having a neck 9 (working area) and two U-shaped grooves 10. In the graph of FIG. 4, the values of the resonance frequency f _{res are} plotted along the vertical axis, and along the horizontal axis are the values of the amplitude of oscillations A in microns.

Способ реализуется следующим образом. Упругий подвес 6 устанавливается па основании 1 и закрепляется прижимным кольцом 5 и винтом 4. С помощью вибратора создаются синусоидальные колебания перпендикулярно плоскости подвеса 6. Амплитуда и частота f_рез колебаний задается величиной сигнала, подаваемого на катушку 7 с индуктивностью L1.The method is implemented as follows. Elastic suspension 6 is set based na 1 and the tightening ring 5 is fixed and the screw 4. By using the vibrator creates sinusoidal oscillation perpendicular to the suspension plane 6. The amplitude and frequency of oscillation f _res is given by the value of the signal applied to the coil 7 with an inductance L1.

Сигнал с измерительной катушки 8 с индуктивностью L2 снимается и анализируется средствами измерения частоты и амплитуды колебаний (не показаны).The signal from the measuring coil 8 with inductance L2 is taken and analyzed by means of measuring the frequency and amplitude of the oscillations (not shown).

Образец подвеса 6 подвергается ступенчатой циклической нагрузке на резонансной частоте, начиная с амплитуды колебаний, равной 10 мкм (33% предела циклической выносливости), затем 15 мкм (50%) и 20 мкм (70%). На каждом этапе образец подвеса испытывает периодические синусоидальные нагрузки в количестве около 1,0·10⁶-1,3·10⁶ циклов.Suspension sample 6 is subjected to a stepwise cyclic load at a resonant frequency, starting with an oscillation amplitude of 10 μm (33% of the cyclic endurance limit), then 15 μm (50%) and 20 μm (70%). At each stage, the suspension sample experiences periodic sinusoidal loads in an amount of about 1.0 · 10 ⁶ -1.3 · 10 ⁶ cycles.

На графике фиг.4 приведена зависимость резонансной частоты от амплитуды колебаний. Из графика видно, что при нагрузках, равных 0,5-0,7 предела выносливости, происходит стабилизация частоты упругого элемента.The graph of figure 4 shows the dependence of the resonant frequency on the amplitude of the oscillations. The graph shows that at loads equal to 0.5-0.7 fatigue limit, the frequency of the elastic element is stabilized.

Экспериментально получено, что у упругих подвесов, прошедших трехступенчатую виброприработку, предел разрушения при циклических нагрузках повысился па 15-20%.It has been experimentally obtained that for elastic suspensions that have undergone a three-stage vibration processing, the fracture limit under cyclic loads has increased by 15–20%.

В деталях, прошедших только виброприработку на амплитуде, равной 20 мкм (III ступень нагрузки), исключая ступени I и II, предел разрушения увеличился всего лишь на 5-7%, что показывает получение положительного эффекта по сравнению со способом-прототипом.In parts that underwent only vibration processing at an amplitude of 20 μm (load stage III), excluding stages I and II, the fracture limit increased by only 5-7%, which shows a positive effect compared to the prototype method.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР 1587400, кл. G01N 3/32, 1990 г.1. USSR Copyright Certificate 1587400, cl. G01N 3/32, 1990

2. Патент РФ №2207538, МПК G01N 3/32, опубликован 27.06.2003 г. (прототип)2. RF patent No. 2207538, IPC G01N 3/32, published on June 27, 2003 (prototype)

Claims

1. A method of increasing fatigue strength and stabilizing the resonant frequency of an elastic suspension of a dynamically tuned gyroscope (DNG), namely, that the elastic suspension is cyclically loaded with a stepwise increase in the load level, and loading at each stage is carried out at the resonant frequency of the suspension, characterized in that the elastic the suspension is subjected to cyclic vibrational loads in the direction perpendicular to the sensitivity axis of the elastic suspension, starting from the level of 0.09-0.1 the endurance limit of its material level of 0.5-0.7 fatigue limit, wherein in each stage is carried out periodic monitoring of the resonance frequency of the suspension is continuously changing as the number of cycles, and to stop changing the resonant frequency determined by the achievement of optimal hardening suspension material and stabilizing the resonant frequency.

2. The method according to claim 1, characterized in that the amplitude of the cyclic vibrational loads at each stage is increased by 23-25%, and the number of oscillation cycles at each stage is 1.0 · 10 ⁶ -1.3 · 10 ⁶ .