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半球谐振陀螺的动特性分析与抗冲击研究

高启  
【摘要】: 半球谐振陀螺是一种具有广泛应用前景的高精度陀螺,它工作的理论基础是利用旋转的对称壳体被激励的驻波的惯性。它相对于传统陀螺有非常明显的优势,如重量轻,体积小,精度高等。半球谐振陀螺在国外已达到惯性要求,并已广泛应用于各个领域,在航天,航海,航空,兵器以及一些民用领域中有着广泛的和重要的应用。而国内对于半球谐振陀螺的研究尚在起步阶段,虽已研制了成品,但其精度还远不能达到惯性级要求。造成其精度不够的原因是多方面的,主要原因包括半球谐振子密度,阻尼,弹性模量,薄壳壁厚等参数不均匀性造成的频率裂解,品质因数不一致,激励和信号采集系统缺陷以及壳体加工的几何偏差等工艺偏差等。 为了更好的分析半球谐振陀螺的振动特性,本文首先介绍了半球谐振陀螺的各个组装部件,并运用有限元ABAQUS软件对陀螺各个部件分别进行了动特性仿真,提取了前几阶固有频率和模态,分析了各阶模态的振动特性。然后对半球谐振陀螺组装后的整体模型进行了振动分析,分别在自由状态下和外壳固定的情况下进行仿真,提取了前几阶固有频率和模态,根据频率和模态分析整体动特性。 最后,为了模拟半球谐振陀螺的抗冲击能力,本文首先计算陀螺在10倍于重力冲击载荷下的强度响应,截取了应力和位移图,根据分析结果,此冲击对陀螺产生的影响很小。接着计算了100倍重力冲击载荷下的陀螺响应,根据应力和位移响应可以看出,100倍重力冲击对陀螺的影响也是很小的,不会影响陀螺的正常应用和精度要求,由此可以表明半球谐振陀螺能承受较大的冲击。


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