【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于陀螺仪稳定性评估，具体涉及一种框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法。
技术介绍
1、惯性导航系统广泛应用于各种移动载体的导航、测量、定向、定位与控制。惯性仪表是惯性导航系统的核心仪表，主要包含陀螺仪和加速度计，前者实现载体相对惯性空间的角运动和位置的测量，后者用于线运动和位置的测量。机械式陀螺仪是最常见的一种陀螺仪，它的核心结构是框架马达结构。框架马达结构对机械式陀螺仪的测量精度和稳定性具有至关重要的影响。机械式陀螺仪的测量误差和漂移是振动冲击、温度变化、气压变化、重力变化、制造装配误差、材料行为等多种因素综合影响的结果。在这些外部或内部因素的作用下，框架马达结构会发生微小的结构变形和质心偏移。
2、在诸多影响机械式陀螺仪测量精度和稳定性的因素中，振动是主要因素之一，它令机械式陀螺仪承受动态载荷，振动减弱或停止后留下质心残余位移，进而导致漂移误差。框架马达结构的抗振稳定性问题产生的机理如下。
3、如图1所示，框架马达结构主要包括马达a、衬套b、螺钉c、框架d、浮筒e等零件组成，其中马达模型是根据实物外轮廓做出来的简化实心体。框架马达结构中有三种不同的连接方式：衬套与马达之间、螺钉与框架之间的螺纹连接，螺钉和衬套之间的接触连接，浮筒与框架之间的黏胶连接。当机械式陀螺仪处于振动环境中时，振动激励从框架两端的轴颈传入，经由框架-螺钉-衬套最终传导到马达，引起马达中心振动。相邻零件的作用力通过连接界面传递，这些界面包括螺纹面以及接触面。
4、本质上，螺纹界面是一种特殊的接触界面，所以，下文
5、除了连接界面之外，零件本身也可能受振动影响，如图2所示，潜在的影响因素包括：(1)应力集中的影响。当振动足够严重或几何设计不合理，例如零件存在尖锐内角结构时，这些零件可能产生应力集中和局部塑性变形；(2)振动时效的影响，即零件内存在的残余应力在振动时效下得以释放。
6、接触界面的变化会导致接触应力重新分布，加上零部件的微小变形尤其是非对称变形，它们的综合作用使框架马达结构的质心位置发生改变。
7、在上述影响因素中，由微动引起的摩擦系数和接触刚度的变化难以通过有限元法定量计算；振动时效也难以定量评价，原因是无法获得确切的零件残余应力分布。事实上，毛坯在加工成零件之前通常要经过充分的时效处理，因此本专利技术忽略残余应力效应。除此之外的其它影响因素，包括摩擦力和塑性变形，都可以通过有限元方法来计算。
8、为了通过仿真评价抗振稳定性，最直接的思路是采用非线性瞬态动力学分析，对框架马达结构施加基座运动，观察运动停止后的框架马达结构的变形和质心残余位移。事实上，这种方法是不可取的，原因是状态非线性和材料非线性导致瞬态动力学的迭代收敛非常困难。状态非线性指的是接触状态的改变导致模型刚度的变化，这属于一种高度非线性行为；材料非线性指的是材料的塑性，即材料屈服后应力与应变不再保持比例关系。在接触状态快速变化的模型中，即使要获得一个时刻的结果都非常困难，更不用说成千上万甚至更多的时刻序列的计算，实际上几乎是不可能完成的。另一种思路是使用线性动力学仿真来分析抗振稳定性，但线性动力学仿真排除了包括接触和塑性在内的所有得非线性因素，而接触和塑性正是抗振稳定性问题中最重要的影响因素。
9、在机械式陀螺仪设计过程中，当面对多个设计方案时，目前还没有一种能够对框架马达结构的设计方案进行抗振稳定性优劣评估的有效方法。因此，只能等样机试制出来之后，通过样机测试的精度漂移情况来间接反映结构稳定性。但是，由于造成精度漂移的因素很多，使这种间接评估方法不能直接衡量结构的抗振性能。而且，沿着试制-测试-修改设计的过程开发机械式陀螺仪，存在开发效率低下的问题，往往由于开发时间的限制而无法把结构设计优化到最优状态。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，通过线性动力学仿真和非线性静力学仿真相结合，计算出马达中心的残余位移平稳值，该平稳值用于表征框架马达结构的抗振稳定性。
2、为了实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于包括如下步骤：
3、s1：构建框架马达结构的装配体模型，进行装配预紧过程的静力学仿真，获得预紧状态的装配体模型。
4、s2：进行随机振动仿真，获得马达中心的位移功率谱密度函数和位移均方根值σu，根据马达中心的位移功率谱密度函数和位移均方根值σu构造马达中心位移历程曲线。
5、s3：基于预紧状态的框架马达结构装配体模型进行静力学仿真，将步骤s2构造的马达中心位移历程曲线施加到马达中心，得到马达中心的推动作用力-位移滞回曲线。
6、s4：将马达中心的推动作用力-位移滞回曲线与作用力f＝0的直线相交，得到的多个交点对应的位移即为马达中心的残余位移，把这些残余位移按照时间顺序排列；随着时间的推移，当马达中心的残余位移趋于一个平稳值时，记录该平稳值，用于表征框架马达结构的抗振稳定性。
7、进一步地，在所述步骤s2中，进行随机振动仿真的模型为预紧状态的装配体模型或无应力状态的装配体模型。
8、进一步地，所述构造马达中心位移历程曲线的方法如下：先计算马达中心无量纲位移的最大绝对值的期望值然后把振动时间划分为若干个时段，在每一个时段内，振幅先逐级上升，当位移最高峰值达到或位移最低谷值达到后，令振幅逐级下降；得到马达中心位移历程曲线；
9、其中，马达中心无量纲位移的定义为其中σu是步骤s2中的马达中心位移均方根值，ur为马达中心位移。
10、进一步地，所述马达中心位移历程曲线共包含3-10个时段，在每一个时段内只出现一次位移最高峰值或位移最低谷值优选地，在所述马达中心位移历程曲线中，位移最高峰值和位移最低谷值交替出现。
11、进一步地，在所述马达中心位移历程曲线中，振幅变化的级差保持不变。
12、其中，振幅变化级差的定义是：振动前马达中心的位置称为原平衡位置；在振动过程中，从马达中心离开原平衡位置到下一次回到原平衡位置的过程称为一次振荡；相邻两次振荡的振幅之差的绝对值称为振幅变化级差。
13、优选地，振幅变化级差的取值范围：振幅变化级差
14、进一步地，所述马达中心无量纲位移的最大绝对值的期望值的计算方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：在所述步骤S2中，进行随机振动仿真的模型为预紧状态的装配体模型或无应力状态的装配体模型。
3.根据权利要求1所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：所述构造马达中心位移历程曲线的方法如下：先计算马达中心无量纲位移的最大绝对值的期望值然后把振动时间划分为若干个时段，在每一个时段内，振幅先逐级上升，当位移最高峰值达到或位移最低谷值达到后，令振幅逐级下降；得到马达中心位移历程曲线。
4.根据权利要求3所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：所述马达中心位移历程曲线共包含3-10个时段，在每一个时段内只出现一次位移最高峰值或位移最低谷值
5.根据权利要求4所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：在所述马达中心位移历程曲线中，位移最高峰值和位移最低谷值交替出现。
6.根据权利要求3所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：在构造的马达中
7.根据权利要求6所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：振幅变化级差的取值范围：
8.根据权利要求3所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：所述马达中心无量纲位移的最大绝对值的期望值的计算方法如下：
9.根据权利要求1所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：在所述装配预紧过程的静力学仿真中需施加螺纹的轴向预计力F'，螺纹的轴向预紧力计算式为
...【技术特征摘要】
1.一种框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：在所述步骤s2中，进行随机振动仿真的模型为预紧状态的装配体模型或无应力状态的装配体模型。
3.根据权利要求1所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：所述构造马达中心位移历程曲线的方法如下：先计算马达中心无量纲位移的最大绝对值的期望值然后把振动时间划分为若干个时段，在每一个时段内，振幅先逐级上升，当位移最高峰值达到或位移最低谷值达到后，令振幅逐级下降；得到马达中心位移历程曲线。
4.根据权利要求3所述的框架马达结构抗振稳定性仿真计算方法，其特征在于：所述马达中心位移历程曲线共包含3-10个时段，在每一个时段内只出现一次位移最高峰值或...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙旦风，方晟堃，陈浩，张良，江晓燚，
申请(专利权)人：广东省科学院智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：
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