專利名稱：一種激光陀螺慣性測量裝置的減振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械和動力學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種減振裝置。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，激光陀螺慣性測量裝置(簡稱激光陀螺IMU)作為導(dǎo)航和制 導(dǎo)的核心部件，已經(jīng)開始廣泛地應(yīng)用于車輛、輪船和民航客機(jī)上。而此類載體的高速運(yùn)動會 使激光陀螺IMU全程處于振動環(huán)境中工作，過大的振動量級會使靈敏度極高的IMU陀螺和 加速度計(jì)漂移較大而難以保證較高的導(dǎo)航精度，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)⑵渲械脑骷p壞。故如 何給IMU提供良好的工作環(huán)境，使其元器件正常工作并達(dá)到預(yù)定的導(dǎo)航精度，是設(shè)計(jì)初期 要考慮的重要問題。激光陀螺IMU減振裝置一般由承載IMU的安裝支架、隔振器、限位套、螺釘和螺母 等組成，而支架設(shè)計(jì)的合適與否直接關(guān)系到IMU工作環(huán)境的好壞，是其中尤為重要的一環(huán)。 現(xiàn)有的激光陀螺IMU安裝支架有的采用復(fù)合材料模壓成型，如碳纖維阻尼夾層結(jié)構(gòu)，在若 干碳纖維層之間鋪上阻尼材料夾層，利用阻尼材料來吸收振動能量，將整個支架做成一個 大型的減振器。此類支架若設(shè)計(jì)得當(dāng)能取得一定的減振效果，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，造 價(jià)高昂，產(chǎn)品的一致性難以保證。有的采用平板加筋式結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較重，機(jī)械加工復(fù)雜，而且 針對不同結(jié)構(gòu)形式的IMU都得設(shè)計(jì)與之配套的安裝支架和隔振器，通用性不好。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)造價(jià)高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、減振效果難以滿足使用要求、加工困難和 兼容性不好的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種鏤空形框架式IMU安裝支架和T形阻尼橡膠隔振墊， 可以兼容不同結(jié)構(gòu)形式的激光陀螺IMlL本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括支架、限位套、隔振墊和螺栓， 支架為框架式鏤空結(jié)構(gòu)，外側(cè)為環(huán)形連接框，環(huán)形連接框的外環(huán)形狀和尺寸根據(jù)實(shí)際接口 確定，環(huán)形連接框上有若干個過孔，用于與載體接口連接，在環(huán)形連接框內(nèi)側(cè)伸出四個支 耳，支耳之間用方形連接框連接，用于防止加工變形和調(diào)節(jié)整個支架的頻率，支耳和連接框 形成一個可以安裝激光陀螺IMU的空腔，四個支耳上各有一個鋼絲螺套孔；所述的螺栓采 用雙頭螺柱，一端擰上雙螺母后旋入支耳上的鋼絲螺套孔；所述限位套采用T形限位套，T 形限位套為一空心圓柱和片狀圓環(huán)的結(jié)合體，剖面形狀為倒T形，片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓 柱體內(nèi)孔直徑一致，T形限位套緊套在雙頭螺柱外側(cè)；所述隔振墊采用T形隔振墊，T形隔 振墊為一空心圓柱和片狀圓環(huán)的結(jié)合體，剖面形狀為T形，片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓柱體內(nèi) 孔直徑一致，在激光陀螺IMU的四個安裝孔上下兩端各裝上一只T形隔振墊，T形隔振墊的 空心圓柱部分伸入安裝孔內(nèi)并與安裝孔緊密配合，T形限位套穿過兩個T形隔振墊的內(nèi)圓 孔并與T形隔振墊緊密配合；雙頭螺柱的另一端安裝有墊片和自鎖螺母。所述支架可以采用鋁合金鑄造毛坯，經(jīng)過車削和銑削加工成形，也可以采用鋁板 直接機(jī)加成形。[0007]所述雙頭螺柱的材料采用不銹鋼、30CrMnSiA或鈦合金。所述T形限位套的材料采用不銹鋼、30CrMnSiA或鈦合金。所述T形隔振器材料為高性能阻尼橡膠，頻率在40HZ 90HZ之間，阻尼比在 0. 07 0. 12之間。通過選用不同尺寸和不同阻尼比的橡膠材料，可得到不同頻率和減振效 果的隔振墊。本發(fā)明的有益效果是由于支架采用鋁合金鑄造毛坯，用全尺寸加工確保其尺寸 精度，產(chǎn)品工藝性良好，既大幅降低了生產(chǎn)成本，又確保批生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性。經(jīng)過充分的 理論分析和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得支架頻率避開了激光陀螺IMU的有害頻率段，并且具有 較好的剛度，從而使傳遞過來的振動量級不致于放大太多，給激光陀螺IMU提供良好的工 作環(huán)境。同時(shí)，該減振裝置兼容不同結(jié)構(gòu)形式和型號的激光陀螺IMU和隔振墊，在地面精度 摸底試驗(yàn)中以該減振裝置為基礎(chǔ)，兩種不同廠家生產(chǎn)的激光陀螺IMU和多種類型的隔振墊 配合，純慣性條件下導(dǎo)航精度滿足使用要求。而且，在載體高速運(yùn)動試驗(yàn)中，該減振裝置承 載的兩種激光陀螺IMU均取得了很好的導(dǎo)航精度。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的安裝支架和雙頭螺柱結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例1的減振裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例2的減振裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明減振裝置的裝配示意圖。圖中，1-支架，2-雙頭螺柱，3-T形限位套，4-T形隔振墊，5-墊片，6-自鎖螺母， 7-50型激光陀螺IMU，8-90型激光陀螺IMU0
具體實(shí)施方式
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是為了在一個狹小的有限空間內(nèi)方便地安裝激光陀螺IMU,同時(shí)為其提供良好的工 作環(huán)境，用一個安裝支架來承載激光陀螺IMU和隔振器。支架外形見圖1所示1，該支架 為框架式鏤空結(jié)構(gòu)，外側(cè)為環(huán)形連接框，連接框外環(huán)形狀和尺寸可根據(jù)實(shí)際接口自行選取， 內(nèi)、外環(huán)之間距離在20mm 50mm之間選取，連接框厚度為15mm 30mm，環(huán)形連接框上可 加工8 12個過孔，用規(guī)格為M8、MlO或M12的螺釘與載體連接。在與環(huán)形連接框象限線 成45°處伸出四個支耳，該支耳寬度在40mm 70mm之間，厚度也可保持在40mm 70mm 之間，四個支耳相對于象限面成對稱分布，支耳之間用方形連接框連接，用于防止加工變形 和調(diào)節(jié)整個支架的頻率，方形連接框?qū)挾仍贗Omm 30mm之間，厚度與四個支耳保持一致。 根據(jù)激光陀螺IMU的結(jié)構(gòu)外形尺寸，使支耳和連接框形成一個可以安裝激光陀螺IMU的空 腔，空腔和激光陀螺IMU之間的間距保持在3mm IOmm之間。同時(shí)，四個支耳上各有一個 M8 M12的鋼絲螺套孔，裝上自鎖型鋼絲螺套后用于連接隔振器。該支架可以采用鋁合金 鑄造毛坯，經(jīng)過車削和銑削加工成形，也可以采用鋁板直接機(jī)加成形?？紤]到激光陀螺IMU—般從安裝窗口進(jìn)行安裝，而操作空間狹小，用普通安裝螺 釘不便于激光陀螺IMU的安裝、定位和拆卸，故設(shè)計(jì)了四個雙頭螺柱2，該雙頭螺柱直徑在Φ 8mm Φ 12mm之間，長度可根據(jù)激光陀螺IMU和隔振器的結(jié)構(gòu)尺寸自行確定，材料可采用 不銹鋼、30CrMnSiA或鈦合金。安裝雙頭螺柱時(shí)先將其一端擰上雙螺母，而后用工具夾緊螺 母將雙頭螺柱旋入支耳上的鋼絲螺套安裝孔，直至無法再旋動為止。安裝激光陀螺IMU時(shí) 可雙手將其從窗口送入，將孔位對準(zhǔn)后往里一推即可進(jìn)行其他操作，方便質(zhì)量較重的50型 或90型激光陀螺IMU的拆裝。用一種T形限位套3來安裝隔振器4，材料可采用不銹鋼、30CrMnSiA或鈦合金，限 位套外形為一空心圓柱和實(shí)心片狀圓環(huán)的結(jié)合體，剖面形狀類似于T形，其圓柱體內(nèi)孔直 徑為Φ 8mm Φ 12mm,外圓直徑為Φ 12mm Φ 16mm,長度根據(jù)隔振墊和激光陀螺IMU臺體 安裝尺寸確定，實(shí)心片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓柱體內(nèi)孔直徑一致，外圓直徑比隔振墊外圓直 徑大2mm 4mm為宜，厚度為2mm 3mm即可。在載體的高速運(yùn)動過程中，傳遞到支架的振動量級一般會超出激光陀螺IMU的承 受范圍，若將激光陀螺IMU和支架直接剛性連接會使其無法正常工作，或者即使工作也無 法達(dá)到較高的導(dǎo)航精度。所以，在激光陀螺IMU和支架之間采用隔振器來降低其振動量級， 使激光陀螺IMU保持良好的工作狀態(tài)并達(dá)到較高的導(dǎo)航精度。經(jīng)過大量的理論分析和實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證，采用一種T形隔振墊4給激光陀螺IMU減振，該隔振器材料為高性能阻尼橡膠，頻率 在40HZ 90HZ之間，阻尼比在0. 07 0. 12之間。隔振墊外形為一空心圓柱和實(shí)心片狀 圓環(huán)的結(jié)合體，剖面形狀類似于T形，其圓柱體內(nèi)孔直徑為Φ 12mm Φ 16mm，外圓直徑為 Φ 18mm (j^8mm，長度為3mm 8mm，實(shí)心片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓柱體內(nèi)孔直徑一致，外圓 直徑為Φ 24mm Φ 36mm，厚度為2mm 8mm。通過以上尺寸的不同組合，選取不同阻尼比 的橡膠材料，可得到不同頻率和減振效果的隔振墊。本發(fā)明的減振裝置裝配方法是用螺釘和螺母將支架1固定在載體連接框上，將 雙頭螺柱2 —端擰上雙螺母，而后用工具夾緊螺母將雙頭螺柱2旋入支架1支耳上的鋼絲 螺套安裝孔內(nèi)，直至無法再旋動為止。在激光陀螺IMU 7的四個安裝孔上下兩端各裝上一 只T形阻尼橡膠隔振墊4，將限位套3由下往上穿過隔振墊4內(nèi)圓孔并使其端面與隔振墊4 緊密配合，操作者用雙手抱緊激光陀螺IMU7從安裝窗口送入，將限位套3孔位與雙頭螺柱 2對齊后輕輕往支架1方向一推。然后在隔振墊4上裝上墊片5和自鎖螺母6，用力矩扳手 通過自鎖螺母6交叉緊固并打力矩，力矩大小根據(jù)螺紋的連接強(qiáng)度確定。這樣載體高速運(yùn) 動時(shí)傳遞過來的振動在X方向可通過隔振墊4的片狀圓環(huán)減振，Y向和Z向可通過隔振墊4 卡在激光陀螺IMU 7的安裝孔內(nèi)的空心圓柱減振，從而達(dá)到對激光陀螺IMU各個方向均可 進(jìn)行減振的目的。裝置實(shí)施實(shí)例1 參照圖2，減振對象為50型激光陀螺IMU 7，IMU總質(zhì)量10kg。為避免振動過程 中產(chǎn)生諧振，支架和隔振墊的諧振頻率應(yīng)與相關(guān)的重要設(shè)備和結(jié)構(gòu)件的頻率錯開。支架通 過螺釘固連在載體的加強(qiáng)框上，其承載的主要對象為50型激光陀螺IMU以及為MU減振的 隔振墊，隔振墊頻率范圍一般為45HZ 90HZ，支架頻率太低會帶來過大的振動量級，而結(jié) 合狹小安裝空間的各種限制條件，并考慮到盡量降低結(jié)構(gòu)件的重量，將支架頻率做得太高 也難以實(shí)現(xiàn)。將支架一階頻率做到介于載體頻率和50型激光陀螺IMU有害頻率段之間，并 在此范圍內(nèi)盡量提高支架的諧振頻率。經(jīng)過地面精度摸底試驗(yàn)，高頻支架成本低廉，加工簡 單，配合不同類型的隔振墊表現(xiàn)出來的減振性均很穩(wěn)定，能給50型激光陀螺IMU提供良好的工作環(huán)境，被選作用于載體高速運(yùn)動環(huán)境條件試驗(yàn)，取得了較為滿意的結(jié)果。支架外形見圖1所示1，該支架為框架式鏤空結(jié)構(gòu)，外側(cè)為環(huán)形連接框，連接框內(nèi) 圓直徑為Φ420πιπι，外圓直徑為Φ480mm，內(nèi)、外環(huán)之間距離為30mm，連接框厚度為20mm，環(huán) 形連接框上加工12個過孔，用規(guī)格為M8的螺釘與載體連接。在與環(huán)形連接框象限線成 45°處伸出四個支耳，該支耳寬度為56mm，厚度與寬度一致，四個支耳相對于象限面成對稱 分布，支耳之間用方形連接框連接，用于防止加工變形和調(diào)節(jié)整個支架的頻率，方形連接框 寬度為15mm，厚度與四個支耳厚度保持一致。根據(jù)激光陀螺IMU的結(jié)構(gòu)外形尺寸，使支耳 和連接框形成一個可以安裝激光陀螺IMU的空腔，空腔和激光陀螺IMU之間的間距為5mm。 同時(shí)，四個支耳上各有一個M8的鋼絲螺套孔，裝上自鎖型鋼絲螺套后用于連接隔振器。該 支架采用鋁合金鑄造毛坯，經(jīng)過車削和銑削加工成型?？紤]到激光陀螺IMU—般從安裝窗口進(jìn)行安裝，而載體內(nèi)空間狹小，用普通安裝 螺釘不便于激光陀螺IMU的安裝、定位和拆卸，故設(shè)計(jì)了四個雙頭螺柱2，該雙頭螺柱直徑 為Φ 8mm，長度為62mm，材料采用30CrMnSiA。用一種T形限位套3來安裝隔振器4，材料采用30CrMnSiA，限位套外形為一空心 圓柱和實(shí)心片狀圓環(huán)的結(jié)合體，剖面形狀類似于T形，其圓柱體內(nèi)孔直徑為Φ8πιπι，外圓直 徑為Φ 12mm，長度為^mm,實(shí)心片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓柱體一致，外圓直徑為Φ 30mm，厚度 為 3mm0一般情況下，傳遞到支架的振動量級會超出激光陀螺IMU的承受范圍，若將激光 陀螺IMU和支架直接剛性連接會使其無法正常工作，或者即使工作也無法達(dá)到較高的導(dǎo)航 精度。所以，在激光陀螺IMU和支架之間采用隔振器來降低其振動量級，使激光陀螺IMU保 持良好的工作狀態(tài)并達(dá)到較高的導(dǎo)航精度。經(jīng)過大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用一種T 形阻尼橡膠隔振墊4給50型激光陀螺IMU減振，該隔振墊材料為高性能阻尼橡膠，頻率為 50HZ士5HZ，阻尼比在0. 085 0. 11之間。隔振器外形為一空心圓柱和實(shí)心片狀圓環(huán)的結(jié)合 體，剖面形狀類似于T形，其圓柱體內(nèi)孔直徑為Φ 12mm，外圓直徑為Φ 20mm，長度為4. 5mm， 片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓柱體一致，外圓直徑為cj^Smm，厚度為3mm，在片狀圓環(huán)表面上開有 兩條環(huán)形槽，這樣可以減小片狀圓環(huán)的厚度并降低隔振墊頻率，在保證減振效果的同時(shí)減 小了 50型激光陀螺IMU的角振動。本發(fā)明的減振裝置裝配方法是用螺釘和螺母將支架1固定在載體連接框上，將 雙頭螺柱2 —端擰上雙螺母，而后用工具夾緊螺母將雙頭螺柱2旋入支架1支耳上的鋼絲 螺套安裝孔內(nèi)，直至無法再旋動為止。在50型激光陀螺IMU 7的四個安裝孔上下兩端各裝 上一只T形阻尼橡膠隔振墊4，將限位套3由下往上穿過隔振墊4內(nèi)圓孔并使其端面與隔振 墊4緊密配合，操作者用雙手抱緊50型激光陀螺IMU 7從窗口送入，將限位套3孔位與雙 頭螺柱2對齊后輕輕往支架1方向一推。然后在隔振墊4上裝上墊片5和自鎖螺母6，用力 矩扳手通過自鎖螺母6交叉緊固并打力矩，力矩大小為15Ν·πι±1Ν·πι。這樣載體高速運(yùn) 動時(shí)傳遞過來的振動在X方向可通過隔振墊4的片狀圓環(huán)減振，Y向和Z向可通過隔振墊4 卡在50型激光陀螺IMU 7的安裝孔內(nèi)的空心圓柱減振，從而達(dá)到對IMU各個方向均可進(jìn)行 減振的目的。經(jīng)過嚴(yán)格的地面精度摸底試驗(yàn)篩選，該減振裝置被選中用于載體高速運(yùn)動試 驗(yàn)，并通過了小批量生產(chǎn)、總裝和應(yīng)力篩選試驗(yàn)的考核，達(dá)到了總體要求的IMU上X、Y、Z三 個方向上的振動量級均應(yīng)小于2g的要求，選取其中具有代表性的兩次試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求1.一種激光陀螺慣性測量裝置的減振裝置，包括支架、限位套、隔振墊和螺栓，其特征 在于支架為框架式鏤空結(jié)構(gòu)，外側(cè)為環(huán)形連接框，環(huán)形連接框的外環(huán)形狀和尺寸根據(jù)實(shí)際 接口確定，環(huán)形連接框上有若干個過孔，用于與載體接口連接，在環(huán)形連接框內(nèi)側(cè)伸出四個 支耳，支耳之間用方形連接框連接，支耳和連接框形成一個可以安裝激光陀螺慣性測量裝 置的空腔，四個支耳上各有一個鋼絲螺套孔；所述的螺栓采用雙頭螺柱，一端擰上雙螺母后 旋入支耳上的鋼絲螺套孔；所述限位套采用T形限位套，T形限位套為一空心圓柱和片狀圓 環(huán)的結(jié)合體，剖面形狀為倒T形，片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓柱體內(nèi)孔直徑一致，T形限位套緊 套在雙頭螺柱外側(cè)；所述隔振墊采用T形隔振墊，T形隔振墊為一空心圓柱和片狀圓環(huán)的結(jié) 合體，剖面形狀為T形，片狀圓環(huán)內(nèi)孔直徑與圓柱體內(nèi)孔直徑一致，在激光陀螺慣性測量裝 置的四個安裝孔上下兩端各裝上一只T形隔振墊，T形隔振墊的空心圓柱部分伸入安裝孔 內(nèi)并與安裝孔緊密配合，T形限位套穿過兩個T形隔振墊的內(nèi)圓孔并與T形隔振墊緊密配 合；雙頭螺柱的另一端安裝有墊片和自鎖螺母。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光陀螺慣性測量裝置的減振裝置，其特征在于所述 的支架采用鋁合金鑄造毛坯，經(jīng)過車削和銑削加工成形；或采用鋁板直接機(jī)加成形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光陀螺慣性測量裝置的減振裝置，其特征在于所述 的雙頭螺柱的材料采用不銹鋼、30CrMnSiA或鈦合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光陀螺慣性測量裝置的減振裝置，其特征在于所述 的T形限位套的材料采用不銹鋼、30CrMnSiA或鈦合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光陀螺慣性測量裝置的減振裝置，其特征在于所述 的T形隔振器材料為高性能阻尼橡膠，頻率在40HZ 90HZ之間，阻尼比在0. 07 0. 12之 間。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種激光陀螺慣性測量裝置的減振裝置，包括支架、T形限位套、T形隔振墊和雙頭螺柱，支架為框架式鏤空結(jié)構(gòu)，外側(cè)為環(huán)形連接框，在環(huán)形連接框內(nèi)側(cè)伸出四個支耳，支耳之間用方形連接框連接，四個支耳上各有一個鋼絲螺套孔；雙頭螺柱一端擰上雙螺母后旋入支耳上的鋼絲螺套孔；T形限位套緊套在雙頭螺柱外側(cè)；在激光陀螺慣性測量裝置的四個安裝孔上下兩端各裝上一只T形隔振墊，T形隔振墊的空心圓柱部分伸入安裝孔內(nèi)并與安裝孔緊密配合，T形限位套穿過兩個T形隔振墊的內(nèi)圓孔并與T形隔振墊緊密配合。本實(shí)用新型具有較好的剛度，減震性能良好，能夠兼容不同結(jié)構(gòu)形式和型號的激光陀螺IMU。
文檔編號G01C19/64GK201858979SQ201020543170
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者張敏, 李緒民 申請人:中國航天科工集團(tuán)第二研究院二一○所