一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法技术

本发明专利技术涉及半球谐振陀螺抗冲击设计技术领域，提供一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法

【技术实现步骤摘要】
一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法


[0001]本专利技术涉及半球谐振陀螺抗冲击设计
，尤其涉及一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法
。

技术介绍

[0002]半球谐振陀螺是一种基于科里奥利效应的固态陀螺仪，不同于传统的机械式陀螺仪，具有机械结构简单
、
工作时间长
、
功耗低以及易小型化等特点，半球谐振陀螺仪基于机械波原理感知角速度因此具有不受外界辐射干扰的优点，半球谐振陀螺仪的工作模式有两种：角速率模式和全角模式，其中全角模式可用于大动态角速度测量，随着半球谐振陀螺研制技术的发展，全角模式的半球谐振陀得到越来越广泛应用，应用领域的不断扩展对谐振陀螺环境适应性提出了更高的要求
。
[0003]半球谐振陀螺其中的绝缘子除具有传递电信号功能外同时也是半球谐振子和电极基座的结构支撑，因此如果对绝缘子不进行合理的刚度设计，那么对半球谐振子和电极基座支撑的力学性能会产生影响，降低半球谐振陀螺对振动和冲击复杂力学环境的适应性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提供一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法
。
[0005]本专利技术提供一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，包括：
S1
：根据绝缘子外界振动激励的频率分布及谐振陀螺的工作频率，计算获得谐振陀螺的表头的一阶模态频率的许用范围；
S2
：在所述许用范围内选取第一频率值作为初始频率值，通过表头在冲击载荷作用下的第一动态响应方程，计算获得所述第一频率值对应的表头的第一运动幅值；
S3
：调整所述第一频率值，直至所述第一运动幅值小于或等于表头的动态响应位移最大阈值时，将调整后的第一频率值记为第二频率值；
S4
：通过表头在振动激励作用下的第二动态响应方程，根据所述第二频率值计算获得第二运动幅值；
S5
：调整所述第二频率值，直至所述第二运动幅值小于或等于表头的动态响应位移最大阈值时，将调整后的第二频率值记为第三频率值；
S6
：根据第三频率值计算获得谐振陀螺中的绝缘子刚度
。
[0006]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S3
中所述动态响应位移最大阈值的表达式为：；其中，为动态响应位移最大阈值，为绝缘子长度，为绝缘子最大倾斜角度
。
[0007]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S1
中的所述许用范围的表达式为：；其中，为绝缘子外界振动激励的振动带宽上限，为谐振陀螺四波腹工作模态的谐振频率
。
[0008]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S2
中，所述第一动态响应方程的获得步骤包括：
[0009]S21
：忽略谐振陀螺的绝缘子的阻尼，根据杜哈梅尔积分计算获得表头的动态响应初步方程为：；其中，为表头的动态响应初步方程，为第一虚变量，为第二虚变量，为半正弦冲击荷载，为表头单位脉冲响应函数；
[0010]S22
：将所述动态响应初步方程进行积分计算，获得所述第一动态响应方程为：；其中，为表头的第一动态响应方程，为表头一阶模态振动频率，为第一卷积系数，为第二卷积系数；；；其中，为外界冲击荷载的半正弦波峰值，为外界冲击载荷脉宽，为半球谐振子和电极基座的质量
。
[0011]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S2
中，表头在冲击载荷作用下的所述第一运动幅值的表达式为：；；其中，为表头在冲击载荷作用下的第一运动幅值
。
[0012]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S4
中，所述第二动态响应方程的获得步骤包括：
[0013]S41
：计算谐振陀螺的振动激励力为：；其中，为谐振陀螺中谐振子工作产生的振动激励力，为谐振陀螺四波腹工作状态激励力幅值；
[0014]S42
：根据所述振动激励力计算获得第二动态响应方程为：；其中，为第二动态响应方程，为表头上多个绝缘子总体的横向刚度，为谐振陀螺四波腹工作模态的谐振频率与表头一阶模态振动频率的频率比，为虚数单位，为表头一阶模态阻尼比，为滞后相位角；；；其中，为绝缘子阻尼
。
[0015]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S4
中的所述第二运动幅值表达式为：；；其中，为表头在振动激励作用下的第二运动幅值
。
[0016]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S3
进一步包括：当所述第一运动幅值大于表头的动态响应位移最大阈值时，增大所述第一频率值，直至所述第一运动幅值小于等于表头的动态响应位移最大阈值；
[0017]步骤
S5
进一步包括：当所述第二运动幅值大于表头的动态响应位移最大阈值时，减小所述第二频率值，直至所述第二运动幅值小于等于表头的动态响应位移最大阈值
。
[0018]根据本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，步骤
S6
中的所述绝缘子刚度的表达式为：；
其中，为单根绝缘子刚度，为第三频率值，为表头中绝缘子数量
。
[0019]本专利技术提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，基于振动和冲击两种复杂的力学环境提出了绝缘子刚度的设计方法，优化了表头对复杂力学环境动态响应的稳定性，提升了半球谐振陀螺对复杂力学环境的适应性
。
[0020]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到
。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0022]图1是本专利技术实施例提供的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法流程图
。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于本专利技术中的实施例，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例，都属于本专利技术保护的范围
。
以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围
。
[0024]在本专利技术实施例的描述中，需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，其特征在于，包括：
S1
：根据绝缘子外界振动激励的频率分布及谐振陀螺的工作频率，计算获得谐振陀螺的表头的一阶模态频率的许用范围；
S2
：在所述许用范围内选取第一频率值作为初始频率值，通过表头在冲击载荷作用下的第一动态响应方程，计算获得所述第一频率值对应的表头的第一运动幅值；
S3
：调整所述第一频率值，直至所述第一运动幅值小于或等于表头的动态响应位移最大阈值时，将调整后的第一频率值记为第二频率值；
S4
：通过表头在振动激励作用下的第二动态响应方程，根据所述第二频率值计算获得第二运动幅值；
S5
：调整所述第二频率值，直至所述第二运动幅值小于或等于表头的动态响应位移最大阈值时，将调整后的第二频率值记为第三频率值；
S6
：根据第三频率值计算获得谐振陀螺中的绝缘子刚度
。2.
根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，其特征在于，步骤
S3
中所述动态响应位移最大阈值的表达式为：；其中，为动态响应位移最大阈值，为绝缘子长度，为绝缘子最大倾斜角度
。3.
根据权利要求2所述的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，其特征在于，步骤
S1
中的所述许用范围的表达式为：；其中，为绝缘子外界振动激励的振动带宽上限，为谐振陀螺四波腹工作模态的谐振频率
。4.
根据权利要求3所述的一种半球谐振陀螺绝缘子的刚度设计方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述第一动态响应方程的获得步骤包括：
S21
：忽略谐振陀螺的绝缘子的阻尼，根据杜哈梅尔积分计算获得表头的动态响应初步方程为：；其中，为表头的动态响应初步方程，为第一虚变量，为第二虚变量，为半正弦冲击荷载，为表头单位脉冲响应函数；
S22
：将所述动态响应初步方程进行积分计算，获得所述第一动态响应方程为：；其中，为表头的第一动态响应方程，为表头一阶模态振动频率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高山，姜丽丽，蒋效雄，刘仁龙，赵丙权，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七，
类型：发明
国别省市：