DE1296925B

DE1296925B - Turning top, whose gyro rotor is dampened in its precession movement

Info

Publication number: DE1296925B
Application number: DE1964S0090385
Authority: DE
Inventors: Simons William Rich Cheltenham
Original assignee: S Smith and Sons England Ltd
Current assignee: S Smith and Sons England Ltd
Priority date: 1963-04-06
Filing date: 1964-04-04
Publication date: 1969-06-04
Also published as: GB1025404A; SE305328B; CH437831A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wendekreisel, dessen Kreiselrotor in seiner Präzessionsbewegung gedämpft ist durch eine Dämpfungsvorrichtung mit einer drehbaren Welle, mit der sich ein zylindrischer Bauteil relativ zu einem zweiten zylindrischen, ortsfest angeordneten Bauteil dreht, derart, daß der erste Bauteil sich in einer zylindrischen Bohrung des zweiten koaxial dreht, und mit einer Flüssigkeit, die zum Dämpfen der Bewegung der Welle dient und in dem Ringraum zwischen den beiden zylindrischen Bauteilen eingeschlossen ist, wobei Ringflächen bildende Schichten aus einem Material, welches nicht von der Flüssigkeit benetzt wird, auf die zylindrischen Bauteile an beiden Enden des Ringraums ausgebracht sind, und wobei die Schichten die beiden Enden des Ringraums unverschlossen lassen und die zylindrischen Bauteile derart ausgewählte Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, daß eine temperaturabhängige Dimensionsänderung des Ringraums die temperaturbedingte Änderung der Viskosität der Flüssigkeif auszugleichen sucht, nach Patent 1236 891.The invention relates to a rate gyro, the gyro rotor is dampened in its precession movement by a damping device with a rotatable shaft with which a cylindrical component moves relative to a second cylindrical, stationary component rotates in such a way that the first component rotates coaxially in a cylindrical bore of the second, and with a liquid, which serves to dampen the movement of the shaft and in the annulus between the two cylindrical components is included, with annular surfaces forming layers made of a material that is not wetted by the liquid, onto the cylindrical Components are deployed at both ends of the annulus, and the layers leave the two ends of the annulus unlocked and the cylindrical components such selected thermal expansion coefficients that a temperature-dependent Dimensional change of the annulus the temperature-related change in viscosity seeks to balance the liquid, according to patent 1236 891.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung bei einem Wendekreisel zu verbessern.It is the object of the present invention, the effect of the damping device to improve with a rate gyro.

Diese Aufgabe wird bei einem Wendekreisel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der drehbar nachgiebige Bauteil des Wendekreisels und die Dämpfungsvorrichtung an dem gleichen Ende des Kardanbügels des Wendekreisels angeordnet sind und daß an diesem Ende ein Lager vorgesehen ist, dessen Spiel gegenüber der Welle derart ist, daß es keinen Druck beim Fehlen einer seitlichen Ablenkung der Welle aufnimmt.This task is performed with a rate gyro of the type mentioned at the beginning according to the invention achieved in that the rotatably resilient component of the rate gyro and the damping device at the same end of the gimbal bracket of the rate gyro are arranged and that a bearing is provided at this end, the game opposite the shaft is such that there is no pressure in the absence of lateral deflection the wave picks up.

Durch die Anordnung der Dämpfungsvorrichtung an dieser Stelle wird eine wirkungsvollere Dämpfung gewährleistet. Dadurch, daß das Lager am gleichen Ende wie die Dämpfungsvorrichtung angeordnet ist, ergibt sich ferner der Vorteil, daß das Lager nicht nur die Seitenablenkung des Kardanbügels begrenzt, sondern dieses auch in dem notwendigen Ausmaß tun kann, um eine mögliche Berührung zwischen den koaxialen Bauteilen zu vermeiden. Darüber hinaus wirkt die Dämpfungsvorrichtung in der Weise, daß eine Dämpfung für jegliche Seitenablenkung gewährleistet ist.Due to the arrangement of the damping device at this point a more effective cushioning guaranteed. Because the camp is the same At the end of how the damping device is arranged, there is also the advantage that the camp not only limits the lateral deflection of the cardan bracket, but this can also do to the extent necessary to avoid possible contact between the avoid coaxial components. In addition, the damping device acts in such a way that damping is ensured for any lateral deflection.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung, die einen Schnitt durch den Wendekreisel darstellt, näher erläutert werden.The invention is now to be reproduced by way of example Drawing, which represents a section through the rate gyro, will be explained in more detail.

Der Kreisel hat ein hohlzylindrisches Gehäuse 1, an welchem am einen Ende ein geformter Bauteil 2 und eine Endplatte 3 und am anderen Ende ein geformter Bauteil 14 und eine Platte 15 durch Schrauben 4 (nur eine Schraube ist gezeigt) befestigt sind. Ein Rotor 5 eines Hysteresemotors wird im Betrieb mit einer gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit um eine Achse 6 (welche die erste Achse bildet) in einem Kardanbügel 7 gedreht. Der Bügel 7 hat Wellen 8 und 9 an gegenüberliegenden Enden, welche in Lagern 10 bzw. 11 um eine Achse 12 (welche die zweite Achse bildet) drehbar sind. Das Lager 10 ist mit Kugellagern und inneren und äußeren Laufflächen versehen, wobei die äußere Lauffläche starr in einer Vertiefung 13 im Bauteil 2 befestigt ist. Die innere Lauffläche des Lagers 10 umgibt die Welle 8 mit einem Spiel 28 von 0,025 mm. Die Kugellager ermöglichen eine Drehung der Welle 8, wenn sie an der zylindrischen Fläche der inneren Lauffläche des Lagers 10 ruhen. Das Lager 11 ist ebenfalls mit Kugellagern und inneren und äußeren Laufflächen versehen, wobei die innere Lauffläche mit Gleitsitz auf der Welle 9 sitzt, während die äußere Lauffläche einen Gleitsitz in einem hohlzylindrischen Teil 16 des Bauteils 14 bildet. Die Drehbewegung des Kardanbügels 7 wird durch einen drehbar nachgiebigen Bauteil 17 gedämpft, welcher koaxial zur Welle 8 liegt und dessen eines Ende an der Welle 8 befestigt ist, während das andere Ende am Bauteil 2 festgeklemmt ist.The gyroscope has a hollow cylindrical housing 1 to which a molded component 2 and an end plate 3 are attached at one end and a molded component 14 and a plate 15 are attached to the other end by screws 4 (only one screw is shown). A rotor 5 of a hysteresis motor is rotated in operation at a uniform angular speed about an axis 6 (which forms the first axis) in a cardan bracket 7. The bracket 7 has shafts 8 and 9 at opposite ends which are rotatable in bearings 10 and 11, respectively, about an axis 12 (which forms the second axis). The bearing 10 is provided with ball bearings and inner and outer running surfaces, the outer running surface being rigidly fastened in a recess 13 in the component 2. The inner running surface of the bearing 10 surrounds the shaft 8 with a clearance 28 of 0.025 mm. The ball bearings allow the shaft 8 to rotate when they rest on the cylindrical surface of the inner running surface of the bearing 10. The bearing 11 is also provided with ball bearings and inner and outer running surfaces, the inner running surface being seated with a sliding fit on the shaft 9, while the outer running surface forms a sliding fit in a hollow cylindrical part 16 of the component 14. The rotary movement of the cardan bracket 7 is damped by a rotatably flexible component 17 which is coaxial with the shaft 8 and one end of which is fastened to the shaft 8 , while the other end is clamped to the component 2.

Ein ringförmiger Bauteil 18 ist am Kardanbügel 7 (durch nicht gezeigte Mittel) befestigt, so daß er sich zusammen mit dem Kardanbügel7 dreht. Der Bauteil 18 ist mit einer zylindrischen Fläche 19 versehen, die eine ähnliche zylindrische Fläche 20 eines ringförmigen Teils 21 des Bauteils 2 mit einem ringförmigen Spalt von etwa 0,05 mm dazwischen umgibt. Der ringförmige Spalt zwischen den Flächen 19 und 20 ist mit einem Körper aus einem Silikonmedium gefüllt, welches durch Ringe 22, 23, 24 und 25 aus Polytetrafluoräthylen in dem Spalt gehalten wird.An annular member 18 is attached to the gimbal 7 (by means not shown) so that it rotates together with the gimbal 7. The component 18 is provided with a cylindrical surface 19 which surrounds a similar cylindrical surface 20 of an annular part 21 of the component 2 with an annular gap of about 0.05 mm therebetween. The annular gap between the surfaces 19 and 20 is filled with a body made of a silicone medium, which is held in the gap by rings 22, 23, 24 and 25 made of polytetrafluoroethylene.

Eine elektromagnetische Abnahme- oder Abgreifvorrichtung hat einen Rotor 26, der an der Welle 9 angebracht ist, und einen Stator 27, der am Bauteil 14 befestigt ist und im Betrieb auf bekannte Weise ein Wechselstromsignal liefert, welches von dem Winkelmaß der Präzessionsbewegung des Kardanbügels 7 um die Achse 12 abhängt.An electromagnetic pick-up or pick-off device has one Rotor 26, which is attached to the shaft 9, and a stator 27, which is on the component 14 is attached and supplies an alternating current signal during operation in a known manner, which of the angular dimension of the precession movement of the cardan bracket 7 around the axis 12 depends.

Das Gewicht des Kardanbügels wird hauptsächlich von dem Lager 11 und dem Bauteil 17 gehalten. Die Flüssigkeit zwischen den Flächen 19 und 20 trägt in kleinem Maß zur Abstützung des Gewichts bei.The weight of the cardan bracket is mainly from the bearing 11 and the component 17 held. The liquid between the surfaces 19 and 20 carries in small measure to support the weight.

Im Betrieb präzessiert, wenn der Wendekreisel um die Achse gedreht wird, die jeweils senkrecht zu den Achsen 6 und 12 (d. h. der dritten Achse) verläuft, der Kardanbügel7 um die Achse 12 entgegen dem Widerstand des drehbar nachgiebigen Bauteils 17. Die Präzessionsbewegung des Kardanbügels 7 wird durch das Medium zwischen den Flächen 19 und 20 gedämpft und durch die Abnahme- oder Abgreifvorrichtung gemessen, die so angeordnet ist, daß sie ein Ausgangssignal proportional der Geschwindigkeit der Drehung des Wendekreisels um die dritte Achse liefert.In operation, when the rate gyro is rotated around the axis which is perpendicular to the axes 6 and 12 (ie the third axis), the cardan bracket 7 precesses around the axis 12 against the resistance of the rotatably flexible component 17. The precession movement of the cardan bracket 7 is attenuated by the medium between surfaces 19 and 20 and measured by the pick-up device which is arranged to provide an output signal proportional to the rate of rotation of the rate gyro about the third axis.

Der drehbar nachgiebige Bauteil 17 ist so gebaut, daß er eine relativ kleine Torsionssteifheit hat, so daß der Kreisel empfindlich für kleine Drehgeschwindigkeiten um die dritte Achse (z. B. 0,005 'Sekunde oder weniger) ist und einer Bewegung des Kardanbügels 7 unter einer Beschleunigung in einer Richtung senkrecht zur Achse 12 entgegenwirkt. Das Medium zwischen den Flächen 19 und 20 dämpft die Bewegung des Kardanbügels 7 in einer Richtung senkrecht zur Achse 12.The rotatable resilient member 17 is so constructed that it has a relatively small torsional stiffness so that the gyroscope sensitive to small rotation rates about the third axis (z. B. 0.005 second or less), and a movement of the Kardanbügels 7 under an accelerating counteracts in a direction perpendicular to the axis 12. The medium between the surfaces 19 and 20 dampens the movement of the cardan bracket 7 in a direction perpendicular to the axis 12.

Da der drehbar nachgiebige Bauteil 17 eine relativ geringe Torsionssteifheit hat, übt er auch eine relativ geringe Dämpfwirkung auf die Bewegung des Kardanbügels 7 in einer Richtung senkrecht zur Achse 12 aus und ermöglicht es, daß die Welle 8 in Berührung mit der inneren Lauffläche des Lagers 10 kommt, wenn der Kardanbügel7 sich unter einer Beschleunigung über einen vorbestimmten Wert von ungefähr 1 oder 2 g bewegt.Since the rotatably resilient component 17 has a relatively low torsional stiffness, it also has a relatively low damping effect on the movement of the gimbal 7 in a direction perpendicular to the axis 12 and enables the shaft 8 to be in contact with the inner running surface of the bearing 10 comes when the gimbal 7 moves under an acceleration over a predetermined value of approximately 1 or 2 g.

Der Kardanbügel7 kann immer noch um die Achse 12 auf eine Drehung um die dritte Achse hin präzessieren, wenn die Welle 8 in Berührung mit der inneren Lauffläche befindet, da die Kugellager des Lagers 10 eine Drehung der Welle 8 zulassen. Die Abnahme- oder Abgreifvorrichtung befindet sich in der Nähe des Lagers 11 und ist daher vom Ende des Kardanbügels 7 entfernt, welcher sich in einer Richtung senkrecht zur Achse 12 bewegen kann, und ist verhältnismäßig unempfindlich für eine Bewegung des Kardanbügels 7 in Richtungen senkrecht zur Achse 12.The cardan bracket 7 can still precess about the axis 12 towards a rotation about the third axis when the shaft 8 is in contact with the inner running surface, since the ball bearings of the bearing 10 allow the shaft 8 to rotate. The pick-up or pick-off device is located near the bearing 11 and is therefore removed from the end of the cardan bracket 7, which can move in a direction perpendicular to the axis 12 , and is relatively insensitive to a movement of the cardan bracket 7 in directions perpendicular to the axis 12th

Ein Wendekreisel, der in einem Passagierflugzeug eingebaut ist, wird normalerweise Beschleunigungen über 2 g nicht ausgesetzt sein, aber diejenigen Kreisel, die in Militärflugzeugen eingebaut sind, können Beschleunigungen bis zu 10 g ausgesetzt sein. Ein Wendekreisel, der in ein Luftgeschoß eingebaut ist, kann Beschleunigungen von 30 g unterworfen sein.A rate gyro that is built into a passenger aircraft is normally not exposed to accelerations above 2 g, but those gyroscopes installed in military aircraft can be exposed to accelerations of up to 10 g be. A rate gyro built into an air projectile can accelerate of 30 g.

Ein übergangsschock kann den Kreisel einer Beschleunigung von bis zu 50 g aussetzen, und das Lager verhindert eine Beschädigung des Kreisels infolge eines solchen Schocks oder Stoßes.A transitional shock can accelerate the gyro up to expose to 50 g, and the bearing prevents damage to the gyro as a result such a shock or shock.

Die Breite des Spaltes zwischen dem Lager 10 und der Welle 8 beträgt die Hälfte des Spaltes zwischen den Flächen 19 und 20, so daß die Flächen 19 und 20 niemals in Berührung miteinander kommen können.The width of the gap between the bearing 10 and the shaft 8 is half the gap between the surfaces 19 and 20, so that the surfaces 19 and 20 can never come into contact with one another.

Durch das Vorsehen des Spaltes zwischen der Welle 8 und dem Lager 10 werden die Reibungskräfte verringert, die der Präzession des Kardanbügels 7 entgegenwirken, so daß der Wendekreisel empfindlicher auf eine Drehung um die dritte Achse reagiert.By providing the gap between the shaft 8 and the bearing 10 , the frictional forces which counteract the precession of the cardan bracket 7 are reduced, so that the rate gyro reacts more sensitively to a rotation about the third axis.

Bei einer Abänderungsform sind die Kugellager des Lagers 10 entfernt, und das Lager 10 ist ein Zapfenlager, welches mit einem Reibungsmaterial von geringer Reibung, wie z. B. Polytetrafluoräthylen, ausgekleidet ist, welches eine Drehung der Welle 8 zuläßt, wenn die Welle 8 an ihm anliegt.In a modification, the ball bearings of the bearing 10 are removed and the bearing 10 is a trunnion bearing which is coated with a friction material of low friction, such as e.g. B. polytetrafluoroethylene, which allows rotation of the shaft 8 when the shaft 8 rests against it.

Claims

Claim: Rotary gyro, the precession movement of which is damped by a damping device with a rotatable shaft with which a cylindrical component rotates relative to a second cylindrical, stationary component, in such a way that the first component rotates coaxially in a cylindrical bore of the second rotates, and with a liquid that serves to dampen the movement of the shaft and is enclosed in the annular space between the two cylindrical components, with annular surface-forming layers of a material which is not wetted by the liquid, on the cylindrical components at both ends of the annulus are applied, and wherein the layers leave the two ends of the annulus unsealed and the cylindrical components have selected thermal expansion coefficients that a temperature-dependent dimensional change of the annulus compensates for the temperature-related change in the viscosity of the liquid hen seeks, according to patent 1236 891, characterized in that the rotatably flexible component (17) of the rate gyro and the damping device (18 to 25) are arranged at the same end of the cardan bracket (7) of the rate gyro and that a bearing ( 10) is provided, the play with respect to the shaft (8) is such that it does not absorb any pressure in the absence of a lateral deflection of the shaft (8).