金属壳谐振陀螺振子的结构设计方法及金属壳谐振陀螺.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115962766A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211667858.4(22)申请日2022.12.23(71)申请人北京信息科技大学地址100192北京市海淀区清河小营东路12号(72)发明人刘宁陈荣苏中赵辉刘福朝范军芳赵旭(74)专利代理机构北京天同知创知识产权代理事务所(普通合伙)16046专利代理师马金霞(51)Int.Cl.G01C19/56(2012.01)G01C25/00(2006.01)G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)权利要求书2页说明书12页附图11页(54)发明名称金属壳谐振陀螺振子的结构设计方法及金属壳谐振陀螺(57)摘要本申请公开了一种金属壳谐振陀螺振子的结构设计方法及金属壳谐振陀螺。其中，该方法包括：利用有限元分析的方法对所述金属壳谐振陀螺振子进行模态分析，得到所述金属壳谐振陀螺振子的固有振动频率和相关振型；基于所述固有频率和相关振型，来设计所述金属壳谐振陀螺振子的结构。本申请解决了金属壳谐振陀螺的结构参数设计不精确地的技术问题。CN115962766ACN115962766A权利要求书1/2页1.一种金属壳谐振陀螺振子的结构设计方法，其特征在于，包括：利用有限元分析的方法对所述金属壳谐振陀螺振子进行模态分析，得到所述金属壳谐振陀螺振子的固有振动频率和相关振型；基于所述固有频率和相关振型，来设计所述金属壳谐振陀螺振子的结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用有限元分析的方法对所述金属壳谐振陀螺振子进行模态分析，得到所述金属壳谐振陀螺振子的固有振动频率和相关振型，包括：建立所述金属壳谐振陀螺振子的有限元模型；基于所述有限元模型，对所述金属壳谐振陀螺振子的振动特性进行分析，得到所述金属壳谐振陀螺振子的所述固有振动频率和所述相关振型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述固有频率和所述相关振型，来设计所述金属壳谐振陀螺振子的结构，包括：基于所述固有频率和振型，提取并分析所述金属壳谐振陀螺振子的结构参数；选定所述金属壳谐振陀螺振子的所述结构参数的变化范围和仿真步长，采用所述有限元分析方法对所述金属壳谐振陀螺振子的各参数进行分析，确定所述结构参数对所述金属壳谐振陀螺振子的所述固有振动频率和所述相关振型的影响规律；基于所确定的影响规律，来设计所述金属壳谐振陀螺振子的结构。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述结构参数包括以下至少之一：主体半径、矩形齿间隔、矩形齿宽、矩形齿高、底面半径、底面高度、主体厚度以及齿轮数。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述结构参数对所述金属壳谐振陀螺振子的所述固有振动频率和所述相关振型的影响规律，包括以下至少之一：当所述金属壳谐振陀螺振子的矩形齿宽在预设齿宽数据范围内变化时，四波腹振动频率随着所述矩形齿宽的增大而减小；当所述金属壳谐振陀螺振子的主体直径在预设直径数据范围内变化时，四波腹振动频率随着所述主体直径的增大而减小；当所述金属壳谐振陀螺振子的主体厚度在预设厚度数据范围内变化时，四波腹振动频率随着所述主体厚度的增大而增大；当所述金属壳谐振陀螺振子的矩形齿间隔在第一预设间隔数据范围内变化时，主频率和与下一频率的差值随着所述矩形齿间隔的变大逐渐变大，在所述矩形齿间隔变化至第一预设间隔数据范围的上限时，主频率和与下一频率的差值突然同时减小；当所述金属壳谐振陀螺振子的矩形齿高度在预设高度数据范围内变化时，四波腹振动频率随着所述矩形齿高度的增大而减小；当所述金属壳谐振陀螺振子的底面半径在预设半径数据范围内变化时，四波腹振动频率随着所述底面半径的增大而增大，同时与下一频率的差值也随着所述底面半径的增大而增大；当所述金属壳谐振陀螺振子的底面高度在预设底面高度数据范围内变化时，四波腹振动频率保持不变；当所述金属壳谐振陀螺振子的矩形齿数在预设矩形齿数数据范围内变化时，四波腹振动频率在所述矩形齿数处于靠近所述预设矩形齿数数据范围的上限的范围和接近下限的范围减小；与下一阶频率的差值变化在所述矩形齿数处于靠近所述预设矩形齿数数据范围2CN115962766A权利要求书2/2页的上限的范围和靠近下限的范围增大。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所确定的影响规律，来设计所述金属壳谐振陀螺振子的结构，包括：对所述金属壳谐振陀螺振子的所述结构参数和主频率进行相关性分析，筛选出对所述金属壳谐振陀螺振子影响大的所述结构参数；根据所确定的影响规律和所筛选出的所述结构参数，来优化所述金属壳谐振陀螺振子的所述结构参数，以设计所述金属壳谐振陀螺振子的结构。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述金属壳谐振陀螺振子的所述结构参数