一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法技术

本发明专利技术提出一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，基于ANSYS WorkBench对挠性陀螺进行动力学评估，对经验设计的结果进行定量分析，以此对比经验设计的优劣，并形成轴系参数优化。本发明专利技术选取典型和应用广泛的挠性陀螺轴系作为分析对象，针对包括挠性轴、电机转子、锁紧机构、轴承、内外套筒的评估和参数优化。针对原始的经验性设计进行修正和完善，指导挠性陀螺的设计、装调和生产。装调和生产。装调和生产。

【技术实现步骤摘要】
一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法


[0001]本专利技术属于挠性陀螺设计领域，特别涉及一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法。

技术介绍

[0002]挠性陀螺是一种双自由度机电式陀螺仪。挠性陀螺的运动轴系由挠性轴、电机转子、锁紧机构、轴承、内外套筒等组成。运动轴系运行的平稳性决定了挠性陀螺角动量的稳定性，直接影响到产品随机漂移。而现有挠性陀螺运动轴系设计参数因陀螺内部空间受限，属于拼凑设计，且大部分零部件设计参数的确定均为依照经验的定性设计，无法保证挠性陀螺设计的正确性。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：为开展并提升挠性陀螺正向设计过程，特提出挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，确保挠性陀螺设计的正确性，本专利技术提出一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：建立挠性陀螺运动轴系三维模型，并进行有限元网格设计；
[0006]步骤2：对三维模型进行轴态分析；
[0007]步骤3：寻找运动轴系的结构薄弱点或遭受破坏最大点；
[0008]步骤4：对轴承进行急加速、急减速的瞬态分析和寿命分析；
[0009]步骤5：对轴系旋转不平衡进行谐响应分析；
[0010]步骤6：针对薄弱点进行多参数的协同优化设计；
[0011]步骤7：输出满足平衡、寿命、稳定性的动力学修正数据。
[0012]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤2中，通过ANSYS WorkBench中的Modal模态分析项目进行模态仿真，其中通过DesignModeler Geometry处理模型，在Mechanical中进行网格设计和边界条件约束，其中在Modal下采用Supports进行约束，避免运动轴系出现自由模态，然后进行模态仿真，对比运动轴系固有频率与电机转动频率、产品应用环境随机振动频率的关系。
[0013]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤3中，设置Random Vibration仿真条件，并在Mechanical中进行随机振动条件施加、固定约束施加，建立Solution进行求解，采用模态解析法将模态分析的结果带入，观察Von
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Mises stress分布，找出Von
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Mises stress最大值对应的位置，判断其是否为应力集中，若非应力集中，则为结构薄弱点。
[0014]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤3中，设置Transient Structural瞬态结构仿真项目，并在Mechanical中进行冲击条件施加、固定约束施加，建立Solution对整个运动轴系进行求解，观察Von
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Mises stress和Deformation分布，找出Von
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Mises stress最大值对应的位置，判断其是否为应力集中，若非应力集中，则为结构薄弱点，结果如图6所示，轴
承支承位置为运动轴系薄弱点。
[0015]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤4中，设置Transient Structural瞬态结构仿真项目，并在Mechanical中进行运动参数、动载荷、热载荷、摩擦的设置，建立Solution进行求解，对轴承运转按疲劳、磨损、精度损失等方面进行失效判断。
[0016]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤5中，设置Harmonic Response谐响应分析项目，并在Mechanical中进行轴系不平衡量的设置，建立Solution进行求解。
[0017]本专利技术进一步的技术方案是：所述步骤5中，选中零部件关键的设计参数，并将其参数化；选中Von
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Mises stress、一阶频率等关键参数作为输出的目标值，并将其参数化。建立Direct Optimization，进行多参数协同优化设计。
[0018]专利技术效果
[0019]本专利技术的技术效果在于：本专利技术公开了一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，基于ANSYS WorkBench对挠性陀螺进行动力学评估，对经验设计的结果进行定量分析，以此对比经验设计的优劣，并形成轴系参数优化。本专利技术选取典型和应用广泛的挠性陀螺轴系作为分析对象，针对包括挠性轴、电机转子、锁紧机构、轴承、内外套筒的评估和参数优化。本专利技术的有益效果是：针对原始的经验性设计进行修正和完善，指导挠性陀螺的设计、装调和生产。
附图说明
[0020]图1为挠性陀螺运动轴系动力学评估流程；
[0021]图2挠性陀螺运动轴系示意图
[0022]图3运动轴系导入Workbench
[0023]图4运动轴系各模态频率
[0024]图5运动轴系随机振动Von
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Mises应力分布
[0025]图6运动轴系冲击分析Von
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Mises应力分布
[0026]图7轴承冲击分析Von
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Mises应力分布
[0027]图8运动轴系谐响应分析Von
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Mises应力分布
[0028]图9运动轴系多参数优化参数要求
[0029]图10运动轴系多参数优化结果
[0030]图11挠性陀螺运动轴系动力学评估逻辑架构
[0031]附图标记说明：1—挠性轴，2—内套筒，3—轴承，4—锁紧机构，5—电机转子，6—外套筒。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0033]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领
域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0035]参见图1
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图11，一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，步骤如下：
[0036](1)基于有限元思想，对陀螺转子、电机，依据两端分布、轴承支承的结构方式对挠性陀螺运动轴系建立三维模型，并进行有限元网格设计；
[0037](2)对运动轴系进行模态分析得到运动轴系前六阶的约束模态频率，并与运动轴系旋转的基频、二倍、三倍频率和应用环境振动频率进行对比，判断其是否重合，若频率重合或相近(差值50Hz以内)，则意味运动轴系设计不合理；
[0038](3)按照GJBZ23《电子产品定量环境应力筛选指南》中的规定，对运动轴系进行功率谱密度为0.04g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立挠性陀螺运动轴系三维模型，并进行有限元网格设计；步骤2：对三维模型进行轴态分析；步骤3：寻找运动轴系的结构薄弱点或遭受破坏最大点；步骤4：对轴承进行急加速、急减速的瞬态分析和寿命分析；步骤5：对轴系旋转不平衡进行谐响应分析；步骤6：针对薄弱点进行多参数的协同优化设计；步骤7：输出满足平衡、寿命、稳定性的动力学修正数据。2.如权利要求1所述的一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，其特征在于，所述步骤2中，通过ANSYS WorkBench中的Modal模态分析项目进行模态仿真，其中通过DesignModeler Geometry处理模型，在Mechanical中进行网格设计和边界条件约束，其中在Modal下采用Supports进行约束，避免运动轴系出现自由模态，然后进行模态仿真，对比运动轴系固有频率与电机转动频率、产品应用环境随机振动频率的关系。3.如权利要求1所述的一种挠性陀螺运动轴系动力学评估方法，其特征在于，所述步骤3中，设置Random Vibration仿真条件，并在Mechanical中进行随机振动条件施加、固定约束施加，建立Solution进行求解，采用模态解析法将模态分析的结果带入，观察Von
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Mises stress分布，找出Von
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Mises stress最大值对应的位置，判断其是否为应力集中，若非应力集中，则为结构薄弱点。4.如权利要求1所述的一种挠性陀...

【专利技术属性】
技术研发人员：武雷，黄国哲，常红飞，王伟，曹砺原，
申请(专利权)人：陕西华燕航空仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：