陀螺仪的应用及原理

《陀螺仪的应用及原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、班级姓名学号提交日期2010/5/26陀螺仪的原理及其应用XXX(常州工学院机械设计及其自动化系，江苏，常州，212300)摘要综述了陀螺仪对现代国防和科技的重要作用。主要阐述了陀螺仪的发展现状和未来前景。说明了陀螺仪的各项基本特征、应用原理。也说明了现代陀螺仪的应用范围及其功能分类。关键词基本特征应用原理功能分类AbstractReviewsofnationaldefenceandscienceandtechnologygyroscope.Mainlyexpoundsthedevelopmentsituationandfuturegyroscope.Thegyroscopeillus

2、tratesthebasiccharacteristics,applicationprinciple.Alsoexplainstheapplicationofmoderngyroscopeandfunctions.KeywordsThebasicprinciplecharacteristicsapplicationfunctions0引言陀螺仪可算是非常复杂的物体，精度要求也相当高。因为它们以独特的方式运动，甚至像在抵抗重力。正是这些特殊属性使其在各个方面（包括自行车和宇宙飞船上的先进导航系统）都有极为重要的用途。一般的飞机要用约10多个陀螺仪，遍布在罗盘和自动驾驶仪等各个地方。俄罗斯

3、米尔空间站曾使用11个陀螺仪保持其方向对准太阳。哈勃太空望远镜也安装了大量导航陀螺仪。同样，陀螺效应对溜溜球和飞盘等玩具也至关重要。1陀螺仪的原理特性1.1陀螺仪的特性1进动性陀螺能在细线或手指上保持平衡；能以非常奇妙的方式抵制自转轴运动；但最有趣的陀螺效应还数进动。这是陀螺仪抵抗重力的表现。根据这一原理，回转的自行车轮能够像下图所那样选在空中：陀螺仪“抵抗重力”的能力第1页班级姓名学号提交日期2010/5/26这种神秘的效应就是“进动”。一般情况下，进动的发生过程是：如果有一个陀螺仪正在旋转，而您施力转动它的自转轴，则陀螺仪反而会围绕与力轴成直角的轴转动，如下列图形所示：图1中，陀螺

4、仪正围绕自己的轴旋转。图2中，施力转动陀螺仪的自转轴。图3中，陀螺仪沿着与输入力方向垂直的轴对输入力做出反应。陀螺仪为何会发生这种运动？自行车车轮的轮轴居然能像前面图形所示的那样悬在空中，看上去简直不可思议。不过只要想想陀螺仪在旋转时不同部位实际上都发生了什么，就会明白这种运动完全正常！让我们研究一下陀螺仪旋转时的两个小部位——顶端和底端，如图所示：向轮轴施力时，标示的两点会倾向于朝图中指示的方向运动。如图所示，在向轮轴施力时，陀螺仪的顶端部位将试图向左运动，而底端部位则试图向右运第2页班级姓名学号提交日期2010/5/26动。如果陀螺仪没有旋转，则车轮会倒下。如果陀螺仪正在旋转，那么

5、试想一下这两个部位都发生了什么：牛顿第一运动定律指出，运动中的物体会持续沿直线匀速运动，直到受到不平衡力的作用为止。因此，陀螺仪顶点受施加到轮轴的力的作用，开始向左运动。根据牛顿第一运动定律，它会继续向左运动，但在陀螺仪的自转作用下又开始旋转，如下图所示：两个点一边旋转，一边继续原来的运动。这种效应就是进动的成因。陀螺仪的不同部位在同一点受力，但随后又转动到新的位置！当陀螺仪顶端的部位向一侧转动90度时，会由于惯性而继续保持向左运动的状态。底端的部位也是如此——向一侧转动90度时，会由于惯性而继续保持向右运动的状态。这些力沿进动方向转动车轮。当标示的点继续转动的角度超过90度时，原来的

6、运动就停止了，于是陀螺仪的轴悬在空中并开始进动。经过这样一番研究，您就明白进动一点都不神秘了，它完全符合物理定律！2定轴性当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生了惯性，这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量，这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或惯性。其惯性随以下的物理量而改变：（1）转子质量愈大，惯性愈大（2）转子旋转半径愈大，惯性愈大（3）转子旋转速度愈大，惯性愈大。3逆动性在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是逆动性。逆动性的大小也有三个影响

7、的因素：（1）外界作用力愈大，其逆动性也愈大；（2）转子的质量惯性矩愈大，逆动性愈小；（3）转子的角速度愈大，逆动性愈小。而逆动方向可根据逆动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。1.2陀螺仪原理陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指