本发明涉及固体波/谐振陀螺技术领域,尤其是一种为固体波/谐振陀螺提供真空封装的固体波/谐振陀螺密封结构。
背景技术:
固体波/谐振陀螺是一类高精度、超高可靠性陀螺,近些年来发展迅猛,除了应用于宇航领域,在船用、陆用、弹用等领域亦逐步推广。
固体波/谐振陀螺的工作原理决定了其核心元件——谐振子振动时要有足够高的振动品质因数——q值。可以用谐振子振动时的能量损耗理解q值,振子的总能量损耗由约六种基本的能量损耗构成:空气阻尼损耗1/qgas、热弹性阻尼损耗1/qther、表面缺陷损耗1/qsur、支撑损耗1/qsup、内摩擦损耗1/qfri以及其他环境损耗1/qother。总能量损耗1/q与分能量损耗的关系见下式:
1/q=1/qgas+1/qther+1/qsur+1/qfri+1/qother
为了提高振子q值,需要对振子进行真空密封处理,以降低空气阻尼损耗1/qgas。
如图1所示,为传统陀螺密封结构,包括无氧铜抽气嘴1,壳体2,底座3,图1中抽气嘴1通过锡焊方式焊接在壳体2上,壳体2与底座3通过激光焊接形成焊缝5,利用抽气嘴1抽气,真空度满足要求时,用专用卡钳在抽气嘴1的位置处4(该处由掐断后残余抽气嘴高度决定,可以自由决定该处位置)挤压掐断抽气嘴1,抽气嘴是软金属无氧铜,内壁被挤压后可形成密封。现有的这种密封结构需要使用抽气嘴,因此不但造成陀螺的轴向长度长、重量大、影响美观,而且密封成功率不高,密封效率低。
技术实现要素:
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处,提供一种密封效果好且密封速度快的固体波/谐振陀螺密封结构。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的:
一种固体波/谐振陀螺密封结构,包括壳体和底座,壳体安装在底座上,其特征在于:在壳体的顶板上制出一个用于装存焊锡的沉槽,该沉槽与壳体同轴设置,且在壳体顶板的轴心处同轴制出一个排气孔,该排气孔连通沉槽和壳体内腔。
而且,所述的壳体和底座的配合处采用激光焊接。
而且,所述的壳体顶板的厚度比现有传统壳体顶板的厚度增加约0.4~1mm。
而且,所述的沉槽通常为圆柱形,其直径r1通常为
而且,所述的排气孔的直径r2须限制在
而且,所述的排气孔的直径r2的大小与沉槽的槽深l1有关系,排气孔直径r2的最大值可以按下式进行估算:
τ=p0×r2/4/l1<a×τsp
r2<4a×l1×τsp/p0
式中,p0为标准大气压,约1×105pa;
τsp为所选用焊锡的剪切极限应力;
a为安全系数,可以取0.5~0.7;
排气孔直径r2的最小值可以用分子流导公式及可以忍受的抽气时间进行估算。
本发明的优点和积极效果是:
1、本发明较传统密封设计,去掉了抽气嘴,直接在壳体上开沉槽,在沉槽中预封高温焊锡,使焊锡表面平整,并在中间位置钻孔。因为舍弃了抽气嘴,陀螺的轴向长度缩短,重量减轻(抽气嘴重量),美观度大幅提升。
2、本发明配合专用封装系统对陀螺进行真空密封,封装成功率几乎可达100%,较传统抽气嘴卡嘴设计的封装成功率高。
3、固体波/谐振陀螺密封结构对于保持陀螺仪的真空度至关重要,已经应用于金属谐振陀螺的陀螺样机,应用该结构后,陀螺仪的密封成活率大幅度提高,并且陀螺更加美观并缩小了轴向尺寸,本结构设计有力支撑了金属谐振陀螺仪的研制。
附图说明
图1是传统惯性仪表真空密封结构示意图;
图2是本发明提出的真空密封结构示意图;
图3是本发明提出的真空密封结构密封后效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例,需要说明的是,本实施例是叙述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
如图2所示,一种固体波/谐振陀螺密封结构,包括壳体6和底座7,壳体安装在底座上,壳体和底座的配合处采用激光焊接。
壳体顶板的厚度比现有传统壳体顶板的厚度增加约0.4~1mm,用于开设沉槽,即:在壳体的顶板上制出一个用于装存焊锡的沉槽8。沉槽通常为圆柱形,但不限于圆柱形,其直径r1通常为
该沉槽与壳体同轴设置,且在壳体顶板的轴心处同轴制出一个排气孔9,该排气孔连通沉槽和壳体内腔。即:在沉槽预制完焊锡后,在中间位置打通孔用来排气。经过计算,排气孔的直径r2须限制在
排气孔的直径r2的大小与沉槽的槽深l1有关系,排气孔直径r2的最大值可以按下式进行估算:
τ=p0×r2/4/l1<a×τsp
r2<4a×l1×τsp/p0
式中,p0为标准大气压,约1e5pa;
τsp为所选用焊锡的剪切极限应力;
a为安全系数,可以取0.5~0.7;
排气孔直径r2的最小值可以用分子流导公式及可以忍受的抽气时间进行估算。
密封时先将振子装入底座,然后用激光焊接壳体和底座的接缝。将整体结构放入专用封装系统中,开启系统抽气,真空度达到设计要求后,用专用工具将沉槽中焊锡融化,焊锡凝固后形成图3密封效果,通孔被焊锡封堵形成10的形态,焊锡面呈微凹状。