专利名称：一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械和动力学领域，尤其是一种减振装置。
背景技术：
随着技术的不断发展，激光陀螺惯性测量装置(简称激光陀螺IMU)作为导航和制 导的核心部件，已经开始广泛地应用于车辆、轮船和民航客机上。而此类载体的高速运动会 使激光陀螺IMU全程处于振动环境中工作，过大的振动量级会使灵敏度极高的IMU陀螺和 加速度计漂移较大而难以保证较高的导航精度，严重时甚至会将其中的元器件损坏。故如 何给IMU提供良好的工作环境，使其元器件正常工作并达到预定的导航精度，是设计初期 要考虑的重要问题。激光陀螺IMU减振装置一般由承载IMU的安装支架、隔振器、限位套、螺钉和螺母 等组成，而支架设计的合适与否直接关系到IMU工作环境的好坏，是其中尤为重要的一环。 现有的激光陀螺IMU安装支架有的采用复合材料模压成型，如碳纤维阻尼夹层结构，在若 干碳纤维层之间铺上阻尼材料夹层，利用阻尼材料来吸收振动能量，将整个支架做成一个 大型的减振器。此类支架若设计得当能取得一定的减振效果，但是结构复杂，加工困难，造 价高昂，产品的一致性难以保证。有的采用平板加筋式结构，质量较重，机械加工复杂，而且 针对不同结构形式的IMU都得设计与之配套的安装支架和隔振器，通用性不好。
发明内容为了克服现有技术造价高昂、结构复杂、减振效果难以满足使用要求、加工困难和 兼容性不好的缺点，本发明提供了一种镂空形框架式IMU安装支架和T形阻尼橡胶隔振垫， 可以兼容不同结构形式的激光陀螺IMlL本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括支架、限位套、隔振垫和螺栓， 支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，环形连接框的外环形状和尺寸根据实际接口 确定，环形连接框上有若干个过孔，用于与载体接口连接，在环形连接框内侧伸出四个支 耳，支耳之间用方形连接框连接，用于防止加工变形和调节整个支架的频率，支耳和连接框 形成一个可以安装激光陀螺IMU的空腔，四个支耳上各有一个钢丝螺套孔；所述的螺栓采 用双头螺柱，一端拧上双螺母后旋入支耳上的钢丝螺套孔；所述限位套采用T形限位套，T 形限位套为一空心圆柱和片状圆环的结合体，剖面形状为倒T形，片状圆环内孔直径与圆 柱体内孔直径一致，T形限位套紧套在双头螺柱外侧；所述隔振垫采用T形隔振垫，T形隔 振垫为一空心圆柱和片状圆环的结合体，剖面形状为T形，片状圆环内孔直径与圆柱体内 孔直径一致，在激光陀螺IMU的四个安装孔上下两端各装上一只T形隔振垫，T形隔振垫的 空心圆柱部分伸入安装孔内并与安装孔紧密配合，T形限位套穿过两个T形隔振垫的内圆 孔并与T形隔振垫紧密配合；双头螺柱的另一端安装有垫片和自锁螺母。所述支架可以采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成形，也可以采用铝板 直接机加成形。[0007]所述双头螺柱的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。所述T形限位套的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。所述T形隔振器材料为高性能阻尼橡胶，频率在40HZ 90HZ之间，阻尼比在 0. 07 0. 12之间。通过选用不同尺寸和不同阻尼比的橡胶材料，可得到不同频率和减振效 果的隔振垫。本发明的有益效果是由于支架采用铝合金铸造毛坯，用全尺寸加工确保其尺寸 精度，产品工艺性良好，既大幅降低了生产成本，又确保批生产产品的一致性。经过充分的 理论分析和合理的结构设计，使得支架频率避开了激光陀螺IMU的有害频率段，并且具有 较好的刚度，从而使传递过来的振动量级不致于放大太多，给激光陀螺IMU提供良好的工 作环境。同时，该减振装置兼容不同结构形式和型号的激光陀螺IMU和隔振垫，在地面精度 摸底试验中以该减振装置为基础，两种不同厂家生产的激光陀螺IMU和多种类型的隔振垫 配合，纯惯性条件下导航精度满足使用要求。而且，在载体高速运动试验中，该减振装置承 载的两种激光陀螺IMU均取得了很好的导航精度。
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的安装支架和双头螺柱结构示意图；图2是本发明实施实例1的减振装置结构图；图3是本发明实施实例2的减振装置结构图；图4是本发明减振装置的装配示意图。图中，1-支架，2-双头螺柱，3-T形限位套，4-T形隔振垫，5-垫片，6-自锁螺母， 7-50型激光陀螺IMU，8-90型激光陀螺IMU0
具体实施方式
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是为了在一个狭小的有限空间内方便地安装激光陀螺IMU,同时为其提供良好的工 作环境，用一个安装支架来承载激光陀螺IMU和隔振器。支架外形见图1所示1，该支架 为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，连接框外环形状和尺寸可根据实际接口自行选取， 内、外环之间距离在20mm 50mm之间选取，连接框厚度为15mm 30mm，环形连接框上可 加工8 12个过孔，用规格为M8、MlO或M12的螺钉与载体连接。在与环形连接框象限线 成45°处伸出四个支耳，该支耳宽度在40mm 70mm之间，厚度也可保持在40mm 70mm 之间，四个支耳相对于象限面成对称分布，支耳之间用方形连接框连接，用于防止加工变形 和调节整个支架的频率，方形连接框宽度在IOmm 30mm之间，厚度与四个支耳保持一致。 根据激光陀螺IMU的结构外形尺寸，使支耳和连接框形成一个可以安装激光陀螺IMU的空 腔，空腔和激光陀螺IMU之间的间距保持在3mm IOmm之间。同时，四个支耳上各有一个 M8 M12的钢丝螺套孔，装上自锁型钢丝螺套后用于连接隔振器。该支架可以采用铝合金 铸造毛坯，经过车削和铣削加工成形，也可以采用铝板直接机加成形。考虑到激光陀螺IMU—般从安装窗口进行安装，而操作空间狭小，用普通安装螺 钉不便于激光陀螺IMU的安装、定位和拆卸，故设计了四个双头螺柱2，该双头螺柱直径在Φ 8mm Φ 12mm之间，长度可根据激光陀螺IMU和隔振器的结构尺寸自行确定，材料可采用 不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。安装双头螺柱时先将其一端拧上双螺母，而后用工具夹紧螺 母将双头螺柱旋入支耳上的钢丝螺套安装孔，直至无法再旋动为止。安装激光陀螺IMU时 可双手将其从窗口送入，将孔位对准后往里一推即可进行其他操作，方便质量较重的50型 或90型激光陀螺IMU的拆装。用一种T形限位套3来安装隔振器4，材料可采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金，限 位套外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直 径为Φ 8mm Φ 12mm,外圆直径为Φ 12mm Φ 16mm,长度根据隔振垫和激光陀螺IMU台体 安装尺寸确定，实心片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，外圆直径比隔振垫外圆直 径大2mm 4mm为宜，厚度为2mm 3mm即可。在载体的高速运动过程中，传递到支架的振动量级一般会超出激光陀螺IMU的承 受范围，若将激光陀螺IMU和支架直接刚性连接会使其无法正常工作，或者即使工作也无 法达到较高的导航精度。所以，在激光陀螺IMU和支架之间采用隔振器来降低其振动量级， 使激光陀螺IMU保持良好的工作状态并达到较高的导航精度。经过大量的理论分析和实验 验证，采用一种T形隔振垫4给激光陀螺IMU减振，该隔振器材料为高性能阻尼橡胶，频率 在40HZ 90HZ之间，阻尼比在0. 07 0. 12之间。隔振垫外形为一空心圆柱和实心片状 圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为Φ 12mm Φ 16mm，外圆直径为 Φ 18mm (j^8mm，长度为3mm 8mm，实心片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，外圆 直径为Φ 24mm Φ 36mm，厚度为2mm 8mm。通过以上尺寸的不同组合，选取不同阻尼比 的橡胶材料，可得到不同频率和减振效果的隔振垫。本发明的减振装置装配方法是用螺钉和螺母将支架1固定在载体连接框上，将 双头螺柱2 —端拧上双螺母，而后用工具夹紧螺母将双头螺柱2旋入支架1支耳上的钢丝 螺套安装孔内，直至无法再旋动为止。在激光陀螺IMU 7的四个安装孔上下两端各装上一 只T形阻尼橡胶隔振垫4，将限位套3由下往上穿过隔振垫4内圆孔并使其端面与隔振垫4 紧密配合，操作者用双手抱紧激光陀螺IMU7从安装窗口送入，将限位套3孔位与双头螺柱 2对齐后轻轻往支架1方向一推。然后在隔振垫4上装上垫片5和自锁螺母6，用力矩扳手 通过自锁螺母6交叉紧固并打力矩，力矩大小根据螺纹的连接强度确定。这样载体高速运 动时传递过来的振动在X方向可通过隔振垫4的片状圆环减振，Y向和Z向可通过隔振垫4 卡在激光陀螺IMU 7的安装孔内的空心圆柱减振，从而达到对激光陀螺IMU各个方向均可 进行减振的目的。装置实施实例1 参照图2，减振对象为50型激光陀螺IMU 7，IMU总质量10kg。为避免振动过程 中产生谐振，支架和隔振垫的谐振频率应与相关的重要设备和结构件的频率错开。支架通 过螺钉固连在载体的加强框上，其承载的主要对象为50型激光陀螺IMU以及为MU减振的 隔振垫，隔振垫频率范围一般为45HZ 90HZ，支架频率太低会带来过大的振动量级，而结 合狭小安装空间的各种限制条件，并考虑到尽量降低结构件的重量，将支架频率做得太高 也难以实现。将支架一阶频率做到介于载体频率和50型激光陀螺IMU有害频率段之间，并 在此范围内尽量提高支架的谐振频率。经过地面精度摸底试验，高频支架成本低廉，加工简 单，配合不同类型的隔振垫表现出来的减振性均很稳定，能给50型激光陀螺IMU提供良好的工作环境，被选作用于载体高速运动环境条件试验，取得了较为满意的结果。支架外形见图1所示1，该支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，连接框内 圆直径为Φ420πιπι，外圆直径为Φ480mm，内、外环之间距离为30mm，连接框厚度为20mm，环 形连接框上加工12个过孔，用规格为M8的螺钉与载体连接。在与环形连接框象限线成 45°处伸出四个支耳，该支耳宽度为56mm，厚度与宽度一致，四个支耳相对于象限面成对称 分布，支耳之间用方形连接框连接，用于防止加工变形和调节整个支架的频率，方形连接框 宽度为15mm，厚度与四个支耳厚度保持一致。根据激光陀螺IMU的结构外形尺寸，使支耳 和连接框形成一个可以安装激光陀螺IMU的空腔，空腔和激光陀螺IMU之间的间距为5mm。 同时，四个支耳上各有一个M8的钢丝螺套孔，装上自锁型钢丝螺套后用于连接隔振器。该 支架采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成型。考虑到激光陀螺IMU—般从安装窗口进行安装，而载体内空间狭小，用普通安装 螺钉不便于激光陀螺IMU的安装、定位和拆卸，故设计了四个双头螺柱2，该双头螺柱直径 为Φ 8mm，长度为62mm，材料采用30CrMnSiA。用一种T形限位套3来安装隔振器4，材料采用30CrMnSiA，限位套外形为一空心 圆柱和实心片状圆环的结合体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为Φ8πιπι，外圆直 径为Φ 12mm，长度为^mm,实心片状圆环内孔直径与圆柱体一致，外圆直径为Φ 30mm，厚度 为 3mm0一般情况下，传递到支架的振动量级会超出激光陀螺IMU的承受范围，若将激光 陀螺IMU和支架直接刚性连接会使其无法正常工作，或者即使工作也无法达到较高的导航 精度。所以，在激光陀螺IMU和支架之间采用隔振器来降低其振动量级，使激光陀螺IMU保 持良好的工作状态并达到较高的导航精度。经过大量的理论分析和实验验证，采用一种T 形阻尼橡胶隔振垫4给50型激光陀螺IMU减振，该隔振垫材料为高性能阻尼橡胶，频率为 50HZ士5HZ，阻尼比在0. 085 0. 11之间。隔振器外形为一空心圆柱和实心片状圆环的结合 体，剖面形状类似于T形，其圆柱体内孔直径为Φ 12mm，外圆直径为Φ 20mm，长度为4. 5mm， 片状圆环内孔直径与圆柱体一致，外圆直径为cj^Smm，厚度为3mm，在片状圆环表面上开有 两条环形槽，这样可以减小片状圆环的厚度并降低隔振垫频率，在保证减振效果的同时减 小了 50型激光陀螺IMU的角振动。本发明的减振装置装配方法是用螺钉和螺母将支架1固定在载体连接框上，将 双头螺柱2 —端拧上双螺母，而后用工具夹紧螺母将双头螺柱2旋入支架1支耳上的钢丝 螺套安装孔内，直至无法再旋动为止。在50型激光陀螺IMU 7的四个安装孔上下两端各装 上一只T形阻尼橡胶隔振垫4，将限位套3由下往上穿过隔振垫4内圆孔并使其端面与隔振 垫4紧密配合，操作者用双手抱紧50型激光陀螺IMU 7从窗口送入，将限位套3孔位与双 头螺柱2对齐后轻轻往支架1方向一推。然后在隔振垫4上装上垫片5和自锁螺母6，用力 矩扳手通过自锁螺母6交叉紧固并打力矩，力矩大小为15Ν·πι±1Ν·πι。这样载体高速运 动时传递过来的振动在X方向可通过隔振垫4的片状圆环减振，Y向和Z向可通过隔振垫4 卡在50型激光陀螺IMU 7的安装孔内的空心圆柱减振，从而达到对IMU各个方向均可进行 减振的目的。经过严格的地面精度摸底试验筛选，该减振装置被选中用于载体高速运动试 验，并通过了小批量生产、总装和应力筛选试验的考核，达到了总体要求的IMU上X、Y、Z三 个方向上的振动量级均应小于2g的要求，选取其中具有代表性的两次试验，具体试验结果
权利要求1.一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，包括支架、限位套、隔振垫和螺栓，其特征 在于支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，环形连接框的外环形状和尺寸根据实际 接口确定，环形连接框上有若干个过孔，用于与载体接口连接，在环形连接框内侧伸出四个 支耳，支耳之间用方形连接框连接，支耳和连接框形成一个可以安装激光陀螺惯性测量装 置的空腔，四个支耳上各有一个钢丝螺套孔；所述的螺栓采用双头螺柱，一端拧上双螺母后 旋入支耳上的钢丝螺套孔；所述限位套采用T形限位套，T形限位套为一空心圆柱和片状圆 环的结合体，剖面形状为倒T形，片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，T形限位套紧 套在双头螺柱外侧；所述隔振垫采用T形隔振垫，T形隔振垫为一空心圆柱和片状圆环的结 合体，剖面形状为T形，片状圆环内孔直径与圆柱体内孔直径一致，在激光陀螺惯性测量装 置的四个安装孔上下两端各装上一只T形隔振垫，T形隔振垫的空心圆柱部分伸入安装孔 内并与安装孔紧密配合，T形限位套穿过两个T形隔振垫的内圆孔并与T形隔振垫紧密配 合；双头螺柱的另一端安装有垫片和自锁螺母。
2.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于所述 的支架采用铝合金铸造毛坯，经过车削和铣削加工成形；或采用铝板直接机加成形。
3.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于所述 的双头螺柱的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。
4.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于所述 的T形限位套的材料采用不锈钢、30CrMnSiA或钛合金。
5.根据权利要求1所述的一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，其特征在于所述 的T形隔振器材料为高性能阻尼橡胶，频率在40HZ 90HZ之间，阻尼比在0. 07 0. 12之 间。
专利摘要本实用新型公开了一种激光陀螺惯性测量装置的减振装置，包括支架、T形限位套、T形隔振垫和双头螺柱，支架为框架式镂空结构，外侧为环形连接框，在环形连接框内侧伸出四个支耳，支耳之间用方形连接框连接，四个支耳上各有一个钢丝螺套孔；双头螺柱一端拧上双螺母后旋入支耳上的钢丝螺套孔；T形限位套紧套在双头螺柱外侧；在激光陀螺惯性测量装置的四个安装孔上下两端各装上一只T形隔振垫，T形隔振垫的空心圆柱部分伸入安装孔内并与安装孔紧密配合，T形限位套穿过两个T形隔振垫的内圆孔并与T形隔振垫紧密配合。本实用新型具有较好的刚度，减震性能良好，能够兼容不同结构形式和型号的激光陀螺IMU。
文档编号G01C19/64GK201858979SQ201020543170
公开日2011年6月8日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者张敏, 李绪民 申请人:中国航天科工集团第二研究院二一○所