一种基于流体驱动的陀螺仪

	一种基于流体驱动的陀螺仪
	龚成勇; 何香如; 李仁年; 曾永亮; 曹瑞; 梁康
	2023-03-24
专利权人	兰州理工大学
公开日期	2023-03-24
授权国家	中国
专利类型	授权发明
摘要	一种基于流体驱动的陀螺仪，本发明涉及船用设备技术领域，调整锥柔性钢丝的下端依次穿过绕线手柄、绕线中心轴以及开设在陀螺空腔顶壁中的通过孔后，与调整锥连接，调整锥悬设在陀螺空腔中，陀螺空腔下部的锥形腔体内设有平衡球；上述绕线中心轴的下端与通过孔贯通设置，且连接固定在陀螺空腔的顶壁上，绕线中心轴的外部套设有绕线盘线轴。利用陀螺仪空腔和平衡器的空腔，达到陀螺仪的漂浮与平衡；利用陀螺仪空腔平衡球的运动达到陀螺仪平衡放置位置的自动调整；利用流体对叶片的旋转机械能达到陀螺仪的旋转；利用平衡器保证陀螺仪增强陀螺仪浮力的同时，叶型的构造有利于形成漂浮的平稳状态；利用不同步特征进行绕线可知操作。
申请日期	2020-03-26
优先权日	2020-03-26
预估到期日	2040-03-26
语种	中文
专利状态	授权
申请号	CN202010047482.1
公开（公告）号	CN111207732B
IPC 分类号	G01C19/12 ; G01C19/30
专利代理人	王园园
代理机构	兰州锦科标联知识产权代理事务所(普通合伙)
CPC分类号	G01C19/12 ; G01C19/30
权利要求	1.一种基于流体驱动的陀螺仪，其特征在于：它由上部分结构、中部分结构以及下部分结构组成；其中，上部分结构包含调整锥固定螺栓（1）、绕线手柄（2）、绕线支撑环（4）、绕线支架（5）、绕线盘线轴（6）、接线耳（9）、绕线中心轴（10）、绕线下轴承（11）、绕线上轴承（12）、绕线支撑轴承（13）；上述中部分结构包含陀螺空腔（15）、平衡球（20）、调整锥（21）、调整锥柔性钢丝（23）；上述下部分结构包含叶形平衡器（16）、叶片（17）、叶形平衡器连接杆（18）以及叶片连接杆（19）；上述调整锥固定螺栓（1）穿设固定在绕线手柄（2）的顶壁，绕线手柄（2）为空心结构，调整锥固定螺栓（1）的下端与调整锥柔性钢丝（23）的上端连接，调整锥柔性钢丝（23）的下端依次穿过绕线手柄（2）、绕线中心轴（10）以及开设在陀螺空腔（15）顶壁中的通过孔（22）后，与调整锥（21）连接，调整锥（21）悬设在陀螺空腔（15）中，陀螺空腔（15）下部的锥形腔体内设有平衡球（20）；上述绕线中心轴（10）的下端与通过孔（22）贯通设置，且连接固定在陀螺空腔（15）的顶壁上，绕线中心轴（10）的外部套设有绕线盘线轴（6），绕线盘线轴（6）与绕线中心轴（10）的上下两端之间分别利用绕线上轴承（12）、绕线下轴承（11）旋接固定，绕线盘线轴（6）的外壁底部固定有接线耳（9）；绕线盘线轴（6）的上端与绕线手柄（2）连接；上述陀螺空腔（15）的上表面周边等角度固定有数个绕线支架（5），且每个绕线支架（5）的上端均固定在绕线支撑环（4）的底表面上，绕线支撑环（4）的内环中嵌设有绕线支撑轴承（13），绕线支撑轴承（13）中上下贯穿开设有支撑环上穿线孔（3）；上述陀螺空腔（15）为顶部正向锥形构造，下部倒锥形构造；且下部倒锥形构造的外壁通过数个叶形平衡器连接杆（18）与叶形平衡器（16）连接，该叶形平衡器（16）为环形结构，其套设在陀螺空腔（15）下部倒锥形构造的外部；陀螺空腔（15）下部倒锥形构造的顶角外壁通过数个叶片连接杆（19）等角度连接有数个叶片（17）。 2.根据权利要求1所述的一种基于流体驱动的陀螺仪，其特征在于：上述绕线盘线轴（6）的上端固定在上部挡板（7）的底表面上，上部挡板（7）固定在绕线手柄（2）的底表面上；绕线盘线轴（6）的下端连接有下部挡板（8），且绕线中心轴（10）穿设在下部挡板（8）中。 3.根据权利要求1所述的一种基于流体驱动的陀螺仪，其特征在于：所述的绕线手柄（2）的上端外环壁上开设有螺纹槽（14）。 4.根据权利要求1所述的一种基于流体驱动的陀螺仪，其特征在于：它的工作原理：水中调整放置方向及平衡：陀螺仪放置于水中后，由于陀螺空腔（15）和叶形平衡器（16）空腔设计，在浮力作用下自动漂浮于水面，由于陀螺空腔（15）顶部为正向锥形构造、下部是倒锥形设计、侧壁沿着圆周铅垂设计，进入水体后的平衡球处于运动状态，在陀螺空腔（15）内壁结构引导下，不能停留在空腔上部，最终停留在空腔下部倒锥体底部，平衡球（20）和陀螺空腔（15）结构的构造共同完成陀螺仪在水面位置的自动调整；同时，由于陀螺空腔（15）轴对称设计，叶形平衡器（16）外侧的边界在陀螺仪位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，此时向上的推力大于向下的推力，加之向上的推力和向下的推力作用线不过陀螺仪的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角，且大小不等的旋转力矩，因此在这个旋转力矩的作用下陀螺仪在倾斜方向上产生低速旋转，此旋转为陀螺空腔（15）中的平衡球（20）向下运动创造条件，进而加快了陀螺仪在水中放置位置的调整，即陀螺空腔（15）构造、平衡球（20）的运动规律和叶形平衡器（16）促进陀螺仪位置调整，最终平衡球（20 ）停留在陀螺空腔（15）倒向锥底部，陀螺仪的结构设计保持了陀螺仪在水中的短暂平衡，不倾斜处于正向放置；水中旋转绕线：在水流作用下，叶片（17）获得旋转力矩，陀螺仪的外部结构形成旋转运动，由于陀螺仪整体为轴对称设计，其旋转受到叶片（17）形状尺寸及数量、陀螺仪的尺寸、空腔平衡器和平衡球的几何空间布置及其尺寸关系等因素影响，旋转的陀螺仪中调整锥（21）由于惯性的作用与旋转的陀螺仪存在转动不同步，利用不同步特征进行绕线可知操作，即将绕线的下端由支撑环上穿线孔（3）向下引出，并绑设在接线耳（9）上，在该陀螺仪置于水中，其漂浮于水面，水流对陀螺仪底部的叶片（17）具有冲击力，从而对叶片（17）具有一定的施力，叶片（17）受力之后，带动陀螺空腔（15）旋转，在陀螺空腔（15）内部的平衡球（20）以及位于叶片（17）上方的为环形结构的叶形平衡器（16）共同作用下，使得陀螺仪在进行旋转的同时保持平衡，消除旋转过程中产生的涡流，整个旋转过程中，绕线手柄（2）、绕线盘线轴（6）、上部挡板（7）、下部挡板（8）以及接线耳（9）均保持不动，陀螺空腔（15）旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴（6）上。
引用专利	CN104296736A;CN104806435A;CN201707052U;FR2132638A1;GB1264015A;US20190078556A1;US4033045A
被引用专利数量	0
简单法律状态	有效
文献类型	专利
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/107623
专题	能源与动力工程学院
推荐引用方式 GB/T 7714	龚成勇,何香如,李仁年,等. 一种基于流体驱动的陀螺仪[P]. 2023-03-24.