高灵敏度杯形振动陀螺的关键技术研究

【摘要】：灵敏度是陀螺的重要性能指标,灵敏度的提高可以直接带动精度提高,同时还可以拓展陀螺的应用领域。杯形振动陀螺具有精度高、使用寿命长、稳定性好、能耗小、准备时间短、对线性过载不敏感、机械部件结构简单等突出特点。金属谐振子是杯形振动陀螺的核心元件,其结构设计能够直接决定陀螺的灵敏度以及其他性能。本文旨在研究杯形振动陀螺的结构参数对灵敏度的影响规律,进而探讨杯形振动陀螺的灵敏度优化结构设计问题。具体来说本文主要进行以下几方面的工作:1.详细介绍杯形振动陀螺的基本结构和工作原理,深入讨论杯形振动陀螺的灵敏度涵义以及不同灵敏度定义之间的联系。2.从一般振动陀螺模型入手,建立杯形振动陀螺的二阶动力学模型,在此基础上建立杯形振动陀螺的灵敏度模型。3.运用有限元谐响应仿真分析的方法,模拟杯形振动陀螺的输入—输出效应,并在此基础上深入研究杯形振动陀螺谐振子结构参数对杯形振动陀螺灵敏度的影响规律。4.基于仿真分析结果设计灵敏度优化结构谐振子,并通过仿真分析对比优化前后谐振子的灵敏度差异,仿真分析表明该优化谐振子较未优化谐振子机械灵敏度提高了2.8倍。5.设计谐振子的加工工艺,实际制造高灵敏度杯形振动陀螺样机。6.通过对比实验研究谐振子直径,谐振环高度,杯壁高度,谐振环厚度,底面厚度等参数对谐振子灵敏度的影响,发现与仿真分析结果吻合较好,验证了仿真分析的正确性。7.对灵敏度优化陀螺进行性能测试,测试结果表明优化谐振子较未优化陀螺电灵敏度提高了2.26倍,与仿真分析结果吻合较好,进一步验证了优化设计的正确性。
【关键词】：杯形振动陀螺 灵敏度 仿真分析 优化设计 实验验证
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN96