陀螺定义,基本特性及分类

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1、第五章陀螺仪基本理论主要内容¢陀螺仪的定义、基本特性及分类¢陀螺力学基础¢陀螺仪基本特性的力学解释¢自由陀螺仪的视运动¢两自由度陀螺仪的运动方程、基本分析¢单自由度陀螺仪的基本特性515.1陀螺仪的定义、基本特性及分类本节主要内容¢陀螺仪的定义¢陀螺仪的分类¢陀螺仪的基本特性玩具陀螺地陀螺转碟抖空竹一、陀螺仪的定义¢凡是绕回转体的对称轴作高速旋转的刚体都称为陀螺。¢主轴或极轴¢赤道轴、赤道平面¢陀螺仪是陀螺及悬挂装置的总称。陀螺仪由转子、内环、外环和基座组成。悬挂装置称为万向支架。¢陀螺仪具有保持给定方位并能反映载体角位移或角速度的能力称为陀螺效应。¢凡是能够产生陀螺效应的装置都可称为陀螺

2、仪。陀螺仪坐标系——OX轴与转子轴重合，OY轴与内环轴重合，OX和OY轴的交点O为坐标原点，而OZ轴垂直于XOY平面。二、陀螺仪的分类1、根据主轴自由度数目分：（（11）两自由度陀螺仪）两自由度陀螺仪（（22）单自由度陀螺仪）单自由度陀螺仪（（22）单自由度陀螺仪）单自由度陀螺仪¢固定内、外环中任意一个2、根据陀螺仪重心与支架中心的位置分（1）平衡陀螺仪（无定位陀螺仪）：¢陀螺仪的重心与支架中心重合（自由陀螺仪螺仪））（（22））重力陀螺仪重力陀螺仪（（定位陀螺仪定位陀螺仪））：：¢陀螺仪的重心偏离支架中心（a）沿主轴水平偏移（（bb）沿赤道轴偏移）沿赤道轴偏移（（cc）沿主轴垂直偏移）沿

3、主轴垂直偏移33、根据陀螺仪的支、根据陀螺仪的支承方式不同可分为：（（11）框架陀螺仪）框架陀螺仪¢用万向支架悬挂陀螺转子¾转子陀螺的起源1852年，，法国科学家法国科学家傅科首次提出科首次提出““陀螺陀螺仪”概念念，，并并用利用其其定轴性设计了一种最早的陀螺螺仪仪，，用于观察地球自转现象用于观察地球自转现象。。此后50年，未制造实用的陀螺仪制约因素：转子的高速旋转和支承方式¾转子陀螺的发展1908安休兹利用框架式异步电动机陀螺仪，，研制陀螺罗盘研制陀螺罗盘，，滚珠轴承测量轮船航向陀螺仪实用的开端机械轴承支承¾转子陀螺的发展机械轴承存在摩擦力矩，不可能使陀螺仪达到很高精度。人们采用各种特殊

4、的支承方式来支承转子方式来支承转子，，以提高陀螺仪的精度以提高陀螺仪的精度。。试想一下有什么支承方式可以减小摩擦？（（22）液浮陀螺仪）液浮陀螺仪（（33）气浮陀螺仪）气浮陀螺仪（44）静电陀螺仪）静电陀螺仪（（55）挠性陀螺仪）挠性陀螺仪（（aa）细颈式）细颈式（（bb）动力调谐式）动力调谐式产生陀螺效应的原理转转子子振振动动粒子光光学学陀螺仪陀螺仪陀螺仪陀螺仪利用高频利用利用利用高速转子振动物体基本粒子光学效应三、陀螺仪的基本特性¢陀螺转子无自转时，转动基座¢转子、内外环随基座一起转动。¢陀螺仪的运动性质与一般刚体没有什么区别。¢冲击力矩作用在转子未自转的陀螺仪上¢内环绕力矩方向翻滚多

5、周1、稳定性¢陀螺转子的主轴指向保持不变。——陀螺仪的稳定性（（定轴性定轴性））¢冲击力矩作用在转子未自转的陀螺仪上¢内环绕力矩方向翻滚多周¢冲击力矩作用在高速自转的陀螺仪上¢冲击力矩作用下下，，主轴作高主轴作高频微幅振荡——章动前提转子未自转转子高速自转试验动作缓慢转动底座现象转子和内外环一转子和内外环不随起转动着底座转动主轴很容易改变方位保持初始方位不变前提转子未自转转子高速自转试验动作给内环施加冲击力矩现象内环转动很多周陀螺无明显的运动主轴很容易改变方位主轴方位无明显改变，只有微小的偏离¢陀螺仪的稳定性ò定轴性ò抗冲击性2、进动性——不同于非陀螺体的最主要特性¢在内环轴上作用力矩，转

6、子不绕内环轴转动，而是绕外环轴转动。¢陀螺仪的进动性在外力矩作用下在外力矩作用下，，陀螺仪主轴转动方向与陀螺仪主轴转动方向与外力矩向量方向不一致外力矩向量方向不一致，，而是与而是与外力矩向量垂直，，并力图使主轴以并力图使主轴以最短途径向外力矩向量靠拢的特性矩向量靠拢的特性。。■主轴转动方向与外力矩向量垂直■力图使主轴以最短途径向外力矩向量靠拢（a）绕内环轴进动（b）绕外环轴进动3、陀螺力矩（陀螺反力矩）¢陀螺反力矩陀螺仪在受到外力矩外力矩MM作用产生作用产生进动的同时进动的同时，，将将产生一个与外力矩大小相等矩大小相等、、方方向相反的力矩向相反的力矩MrMr。。四、小结1、陀螺仪的定义：¢

7、凡是绕回转体的对称轴作高速旋转的刚体都称为陀螺。¢凡是能够产生陀螺效应的装置都可称为陀螺仪。2、陀螺仪的分类：（1）按主轴具有的自由度数目分（（22）按）按重心与支架中心的位置（（33）按）按支承方式分（（44）按产生）按产生陀螺效应的原理不同分3、陀螺仪的基本特性：（1）稳定性（2）进动性（3）陀螺力矩。