一种基于频率裂解的半球谐振子加工误差标准制定方法技术

一种基于频率裂解的半球谐振子加工误差标准制定方法，涉及半球谐振子加工误差技术领域，用以解决现有技术没有基于频率裂解角度制定半球谐振子的加工误差标准以提高其工作精度的问题。本发明专利技术使用有限元分析软件建立半球谐振子仿真三维模型，设置模型边界条件为支撑杆的上、下表面的固定约束，采用极细化的自由四面体网格进行有限元网格划分，获得半球谐振子工作的第一工作频率和第二工作频率，并将第一工作频率和第二工作频率作差得到频率裂解值，从而获得多个加工误差对频率裂解影响仿真结果；分别对每个加工误差对频率裂解影响仿真结果进行分析，最终获得半球谐振子加工误差标准。本发明专利技术提高了半球谐振子的加工精度，且兼顾加工效率与工作性能。顾加工效率与工作性能。顾加工效率与工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率裂解的半球谐振子加工误差标准制定方法


[0001]本专利技术涉及半球谐振子加工
，具体涉及一种基于频率裂解的半球谐振子加工误差标准制定方法。

技术介绍

[0002]随着现代科学技术的日益发展，在航空航天、军事国防、航海勘探等诸多领域，需要各种高性能的陀螺仪来保障精确的导航定位能力。半球谐振陀螺作为新型高精度陀螺仪具有较为简单的结构和独特的工作原理，凭借抗冲击、抗辐射能力强、尺寸小、能耗低、可靠性高、工作寿命长等多方面优点，得到广泛应用。半球谐振子作为半球谐振陀螺的核心部件，其加工精度和表面质量直接决定了陀螺仪的工作性能。
[0003]目前对于半球谐振子的超精密加工，需要采用特制的小尺寸研抛头，在专用的多轴联动超精密机床上实现。半球谐振子在加工过程中产生的加工误差，如：半球壳对准误差(半球壳与支撑杆对称轴的同轴度误差，内、外半球壳表面的球心在轴线方向和半径方向上的同心度误差)和半球壳表面加工误差(底部唇缘附近圆度误差以及半球壳表面的真球度误差)等会造成谐振子工作频率的频率裂解，使谐振子产生角漂移，影响谐振子的工作精度。因此，在工程实际应用中如何控制半球谐振子的加工误差亟待解决。

技术实现思路

[0004]鉴于以上问题，本专利技术提出一种基于频率裂解的半球谐振子加工误差标准制定方法，用以解决现有技术没有基于频率裂解角度制定半球谐振子的加工误差标准以提高其工作精度的问题。
[0005]一种基于频率裂解的半球谐振子加工误差标准制定方法，所述半球谐振子的结构包括半球壳和支撑杆；所述方法包括以下步骤：
[0006]步骤一、使用有限元分析软件建立半球谐振子的仿真三维模型，并定义半球谐振子材料属性；
[0007]步骤二、在有限元分析软件中设置所述仿真三维模型的边界条件为支撑杆的上、下表面的固定约束，采用极细化的自由四面体网格进行有限元网格划分，获得半球谐振子工作在四波幅振型下的第一工作频率和第二工作频率，并将第一工作频率和第二工作频率作差得到频率裂解值，从而获得多个加工误差对频率裂解影响仿真结果，所述加工误差包括同轴度误差、内外半球表面球心径向同心度误差、内外半球表面球心轴向同心度误差、真球度误差和圆度误差；具体步骤包括：
[0008]步骤二一、将半球谐振子半球壳的轴线偏离支撑杆轴线第一微小距离，所述第一微小距离的值等于同轴度误差，改变所述第一微小距离的值，获得多个同轴度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个同轴度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个同轴度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；
[0009]步骤二二、将半球谐振子内外半球表面的球心在半径方向上偏离第二微小距离，
所述第二微小距离的值等于内外半球表面球心径向同心度误差，改变所述第二微小距离的值，获得多个径向同心度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个径向同心度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个径向同心度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；
[0010]步骤二三、将半球谐振子内外半球表面的球心沿工件回转轴线方向偏离第三微小距离，所述第三微小距离的值等于内外半球表面球心轴向同心度误差，改变所述第三微小距离的值，获得多个轴向同心度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个轴向同心度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个轴向同心度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；
[0011]步骤二四、在半球谐振子内半球壳表面基础上加入正弦函数波动形成曲线球壳，所述曲线球壳壁厚沿半圆弧方向分布呈现正弦函数形状的不均匀，从而形成多个表面波纹状的真球度误差，获得多个真球度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个真球度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个真球度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；
[0012]步骤二五、将半球谐振子内半球壳表面以对称中心面一分为二，一半设置为半球表面，另一半设置为半椭球表面，半椭球短轴与半球半径相同，半椭球长轴与半球半径的差值为第五微小距离，所述第五微小距离的值等于圆度误差，改变所述第五微小距离的值，获得多个圆度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个圆度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个圆度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；
[0013]步骤三、分别对多个同轴度误差对频率裂解影响仿真结果、多个径向同心度误差对频率裂解影响仿真结果、多个轴向同心度误差对频率裂解影响仿真结果、多个真球度误差对频率裂解影响仿真结果和多个圆度误差对频率裂解影响仿真结果进行分析，获得半球谐振子加工误差标准。
[0014]进一步地，所述半球谐振子材料属性包括杨氏模量、密度和泊松比。
[0015]进一步地，步骤二四中所述曲线球壳对应的曲面函数为：
[0016][0017]式中，α、β表示角度变量；Δd表示真球度正弦波动大小。
[0018]进一步地，步骤三中对多个同轴度误差对频率裂解影响仿真结果进行分析的结果为：当半球谐振子的同轴度误差逐渐增大时，半球壳半径在圆周方向的分布不均匀性加剧，造成谐振子频率裂解呈波动增加趋势；随着同轴度误差在0.1～0.5μm范围内逐渐增大，谐振子频率裂解没有明显增加；因此，半球谐振子的同轴度误差标准取值为0.5μm。
[0019]进一步地，步骤三中对多个径向同心度误差对频率裂解影响仿真结果进行分析的结果为：随着径向同心度误差的增加，谐振子频率裂解呈波动增加趋势，但从数值上看，径向同心度误差在0.1～0.5μm范围内没有明显增加；因此，半球谐振子的内外半球表面球心径向同心度误差取值为0.5μm。
[0020]进一步地，步骤三中对多个轴向同心度误差对频率裂解影响仿真结果进行分析的结果为：存在半球壳在轴线方向上的同心度误差时，对谐振子工作振型的频率裂解略有下
降，因此，半球谐振子的内外半球表面球心轴向同心度误差取值范围为0～0.5mm。
[0021]进一步地，步骤三中对多个真球度误差对频率裂解影响仿真结果进行分析的结果为：随着半球谐振子半球壳表面的真球度误差从0增加到10μm，半球谐振子工作振型的频率裂解呈正比例趋势有明显增加，因此，半球谐振子的真球度误差取值为0.5μm。
[0022]进一步地，步骤三中对多个圆度误差对频率裂解影响仿真结果进行分析的结果为：随着半球谐振子底面圆度误差增大，半球谐振子频率裂解呈波动上升趋势，因此，半球谐振子的圆度误差取值为0.5μm。
[0023]本专利技术的有益技术效果是：
[0024]本专利技术采用有限元软件分析不同加工误差对半球谐振子频率裂解的影响程度，结合有限元分析结果，制定可信度高的加工精度指标，为实际半球谐振子的加工精度提供理论指导意义；通过合理选用加工设备与工艺参数，降低影响半球谐振子工作精度较大的真球度误差，兼顾加工效率与半球谐振子的工作性能。本专利技术方法具有一定普适性，可推广用于分析与制定各类零件的加工误差控制标准制定方法。
附图说明
[0025]本专利技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率裂解的半球谐振子加工误差标准制定方法，其特征在于，半球谐振子的结构包括半球壳和支撑杆，所述方法包括以下步骤：步骤一、使用有限元分析软件建立半球谐振子的仿真三维模型，并定义半球谐振子材料属性；步骤二、在有限元分析软件中设置所述仿真三维模型的边界条件为支撑杆的上、下表面的固定约束，采用极细化的自由四面体网格进行有限元网格划分，获得半球谐振子工作在四波幅振型下的第一工作频率和第二工作频率，并将第一工作频率和第二工作频率作差得到频率裂解值，从而获得多个加工误差对频率裂解影响仿真结果，所述加工误差包括同轴度误差、内外半球表面球心径向同心度误差、内外半球表面球心轴向同心度误差、真球度误差和圆度误差；具体步骤包括：步骤二一、将半球谐振子半球壳的轴线偏离支撑杆轴线第一微小距离，所述第一微小距离的值等于同轴度误差，改变所述第一微小距离的值，获得多个同轴度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个同轴度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个同轴度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；步骤二二、将半球谐振子内外半球表面的球心在半径方向上偏离第二微小距离，所述第二微小距离的值等于内外半球表面球心径向同心度误差，改变所述第二微小距离的值，获得多个径向同心度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个径向同心度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个径向同心度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；步骤二三、将半球谐振子内外半球表面的球心沿工件回转轴线方向偏离第三微小距离，所述第三微小距离的值等于内外半球表面球心轴向同心度误差，改变所述第三微小距离的值，获得多个轴向同心度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个轴向同心度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个轴向同心度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；步骤二四、在半球谐振子内半球壳表面基础上加入正弦函数波动形成曲线球壳，所述曲线球壳壁厚沿半圆弧方向分布呈现正弦函数形状的不均匀，从而形成多个表面波纹状的真球度误差，获得多个真球度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个真球度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个真球度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂解值；步骤二五、将半球谐振子内半球壳表面以对称中心面一分为二，一半设置为半球表面，另一半设置为半椭球表面，半椭球短轴与半球半径相同，半椭球长轴与半球半径的差值为第五微小距离，所述第五微小距离的值等于圆度误差，改变所述第五微小距离的值，获得多个圆度误差对频率裂解影响仿真结果，所述多个圆度误差对频率裂解影响仿真结果包括每个圆度误差对应的第一工作频率、第二工作频率、频率裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明君，刘赫男，秦彪，程健，吴春亚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：