Способ диагностики ротора гироскопа на газодинамической опоре
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к техническому диагностированию газодинамических опор гироскопов, и может быть использовано при сборке и эксплуатации прецезионных гироскопов на газовой опоре. При диагностике ротора гироскопа определяют на выбеге ротора скорость вращения в момент контакта подвижных и неподвижных элементов опоры и время от момента контакта до полного останова ротора. Техническим результатом является повышение точности диагностики. 2 ил. 
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к техническому диагностированию газодинамических опор (ГДО) гироскопов, и может быть использовано при сборке и эксплуатации прецизионных гироскопов на газовой опоре.
Применение газовых опор в приборах точной механики обусловлено прежде всего увеличением технического ресурса гироскопа, за счет применения бесконтактного типа опоры, и повышением точностных характеристик за счет малости собственных шумов опоры и моментов податливости конструкции. Поэтому надежность и выходные параметры гироскопа, в основном, определяются надежностью и точностью работы ГДО. Для обеспечения точностных характеристик и длительной работоспособности ГДО особое место в технологии изготовления и при эксплуатации гироскопа занимает достоверный контроль качества ГДО. Во многих случаях несовпадение точностных характеристик одного гироскопа с соответствующими характеристиками другого указывает на неполноту контроля, в результате которого не удалось выявить различия в параметрах ГДО.
Известен способ контроля качества ГДО (см. "Подшипники с газовой смазкой", под редакцией Грэссема и Пауэлла, Мир, 1966 г., стр.266), заключающийся в визуальном осмотре рабочих поверхностей опоры с использованием микроскопа, измерении индикатором рабочего (монтажного) зазора в опоре на начальной стадии сборки гироскопа. (Указанный способ взят за прототип).
Применяемые способы контроля качества приборных ГДО имеют ряд недостатков: опоры контролируются в статическом режиме на начальной стадии сборки подетально, главным образом каждый параметр в отдельности независимо друг от друга, т.е. контролируются исходные параметры ГДО, что для приборных скоростных опор совершенно недостаточно.
При эксплуатации гироскопа, в динамическом режиме, из-за больших угловых скоростей вращения ротора, остаточной несбалансированности ротора, воздействия эксплуатационных нагрузок, повышенной температуры качество опоры может измениться, т.е. может измениться рабочий зазор, состояние рабочих поверхностей из-за износа контактирующих элементов опоры при пуске-останове или возможного появления осадочной пленки продуктов газовыделения клеев и пропиточных составов, присутствующих в конструкции гироскопа, возможной разгерметизации прибора. Качество опоры без разборки гироскопа оценить невозможно и тем более прогнозировать ее дальнейшую работу.
Целью настоящего изобретения является контроль качества газодинамической опоры в рабочих условиях работы гироскопа, а также создание способа технического диагностирования гироскопов с ГДО методом неразрушающего контроля на любых стадиях сборки и испытаний.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля качества ГДО дополнительно измеряют обороты ротора на выбеге гироскопа, при которых происходит контакт подвижных и неподвижных элементов опоры и время ее полного останова от момента контакта и по измеренным величинам судят о качестве опоры.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Работа газодинамической опоры гироскопа складывается из работы в 2 режимах (см. фиг.1) - режима сухого трения в момент пуска-останова гироскопа (режим А) и режима гидродинамического трения (режим Б). Режим сухого трения оказывает влияние на долговечность и надежность работы опоры и определяется состоянием рабочих поверхностей контактирующих элементов опоры. От режима сухого трения зависит надежность запуска гиродвигателя, т.е. Мс.тр<М пуск.,
где Мс.тр - момент сухого трения,
Мпуск. - пусковой момент гиродвигателя.
Гидродинамический режим определяет, в основном, жесткостные характеристики опоры, т.е. ее точностные параметры, которые зависят от макро- и микропрофиля опоры, величины рабочего зазора, состояния газовой смазки и скорости вращения ротора. Жесткость ГДО полусферического типа связывает эти параметры следующим образом (см. "Подшипники с газовой смазкой для оси ротора гироскопа". Источник: Technical Report of Mechanical Technology Incorporated по MTI-68 ТK29)
где Pa - давление газовой среды,
R - радиус подшипника,
С - рабочий зазор в опоре,
- число сжимаемости,
K1 - коэффициент, характеризующий микропрофиль опоры, подставляя 
в (1), получим:
где 
- коэффициент динамической вязкости газовой смазки;
- скорость вращения ротора.
Под воздействием внешних возмущающих факторов могут меняться при работе гироскопа такие параметры, как С, , , определяющие качество опоры, что отразится на выходных параметрах гироскопа.
Известно (см. "Проблемы развития газовой смазки", М., Наука, 1972 г., часть 2), что угловая скорость ротора, при которой происходит контакт вращающихся и невращающихся частей опоры, связывает следующие параметры:
где G - вес ротора,
С - рабочий зазор в опоре,
- коэффициент динамической вязкости,
R - радиус подшипника,
K1 - коэффициент, характеризующий микропрофиль опоры.
Из (3) хорошо видно, что кон. характеризуются теми же параметрами, что и жесткость опоры. Всякое изменение параметра кон. может служить оценкой точностных параметров опоры, т.е. ее качества.
Обороты, при которых происходит контакт ротора на выбеге гироскопа, можно определить с помощью сигнала вибродатчика, закрепленного на оси гироскопа, синхронно замеряя при этом характеристику выбега ротора (см. фиг.2).
Сигнал с вибродатчика 2 через усилитель 3 подается на один из каналов 2 канального самописца 4, на другой канал синхронно подается сигнал с обмоток гиродвигателя 1.
В обмотках гиродвигателя на выбеге генерируется ЭДС, пропорциональная скорости вращения ротора в каждый момент времени. Момент контакта характеризуется повышенной вибрацией, которую отмечает вибродатчик. По полученной записи определяют обороты ротора, при которых произошло касание вращающихся и невращающихся частей опоры. По этой же записи определяют и время от момента контакта до полного останова ротора гироскопа, которое характеризует состояние рабочих поверхностей газодинамической опоры.
Известно (см. Яворский Б.М. и Детлаф А.А. Справочник по физике. Наука, 1974 г., стр.54), что момент (сила) трения скольжения в случае сухого трения вызывается механическим зацеплением между неровностями поверхностей тел в областях непосредственного соприкосновения, зависящим от качества обработки поверхностей, наличия на них загрязнений.
Торможение ротора в период от момента соприкосновения до полного останова, а следовательно, и время останова, определяется моментом сухого трения. Поэтому время останова может служить оценкой состояния рабочих поверхностей ГДО в рабочих условиях.
Предложенный способ был реализован при контроле качества опор скольжения с газовой смазкой, состоящих из 2 симметрично расположенных полусферических подшипников со спиральными канавками, упрочненных алмазной пленкой, партии гироскопов, прошедших лабораторно отработочные испытания.
Предложенный способ контроля качества ГДО по сравнению с прототипом позволяет получить следующие преимущества:
1) дает возможность оценить качество газодинамической опоры в рабочих условиях работы гироскопа, что обеспечивает техническое диагностирование гироскопов с ГДО методом неразрушающего контроля;
2) дает возможность широкого исследования ГДО с целью улучшения тактико-технических характеристик гироскопов;
3) характеристика кон. позволяет наиболее полно оценить качество ГДО, т.к. является комплексной оценкой работы опоры, связывая ее гидродинамический режим и режим сухого трения;
4) по параметру кон. можно дать сравнительную характеристику для разных конструкций ГДО по долговечности, т.к. кинетическая энергия сухого трения 
является критерием долговечности трущихся пар (J - момент инерции вращающихся частей).
Источники информации
1. "Подшипники с газовой смазкой", под редакцией Грэссема и Пауэлла, Мир., 1966 г., стр.266.
2. "Подшипники с газовой смазкой для оси ротора гироскопа". Источник: Technical Report of Mechanical Technology Incorporated по MTI-68 ТK29.
3. "Проблемы развития газовой смазки". М., Наука, 1972 г., часть 2.
4. Справочник по физике. Яворский Б.М. и Детлаф А.А., Наука, 1974 г., стр.54.
Формула изобретения
Способ диагностики ротора гироскопа на газодинамической опоре, включающий определение на выбеге ротора скорости вращения и времени, характеризующих состояние элементов опоры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности диагностики, определяют скорость вращения в момент контакта подвижных и неподвижных время от момента контакта подвижных и неподвижных элементов опоры до полного останова ротора.
РИСУНКИ
