陀螺定义基本特性及分类

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

51陀螺仪的定义基本5.1 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

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

赤道轴赤道平面

陀螺仪是陀螺及悬挂装置的总称。

转

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。

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仪。

陀螺仪

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轴垂直轴重合为坐标原点而

于XOY平面。

二、陀螺仪的分类1、根据主轴自由度数目分：

（1）两自由度陀螺仪

（2）单自由度陀螺仪

（2）单自由度陀螺仪

固定内、、外环中

固定内

任意一个

2、根据陀螺仪重心与支架中心的位置分

）：

无定位陀螺仪）

平衡陀螺仪（

（1）平衡陀螺仪

（无定位陀螺仪

陀螺仪的重与支架中重合自由陀

陀螺仪的重心与支架中心（

）

螺仪）

螺仪

）：

（2）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

（）沿主轴水平偏移（a）沿主轴水平偏移

（b ）沿赤道轴偏移

（c）沿主轴垂直偏移

3、根据陀螺仪的支

承方式不同可分为：方式分为（1）框架陀螺仪

用万向支架悬挂陀

螺转子

傅仪¾转子陀螺的起源

18521852年年，法国科学家傅科首次提出法国科学家傅科首次提出““陀螺仪陀螺仪””概念概念，，并利用其定轴性设计了一种最早的陀螺概并用其螺仪，用于观察地球自转现象用于观察地球自转现象。。

50年年未制造实用的陀螺仪此后此后5050年，未制造实用的陀螺仪年，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

安休兹利用框架式

1908安休兹利用

1908

异步电动机

陀螺仪，研制陀螺罗盘

，

研制陀螺罗盘，

滚珠轴承

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

。人们采用各种特殊的支承仪达到很高精度。

仪达到很高精度

。

以提高陀螺仪的精度。

方式来支承转子，

，以提高陀螺仪的精度

方式来支承转子

试想下有什么支承方式可以减小试想一下有什么支承方式可以减小摩擦？

（2）液浮陀螺仪

（3）气浮陀螺仪

（4）静电陀螺仪

（5）挠性陀螺仪

（a ）细颈式（b ）动力调谐式

产生陀螺效应的原理

转子振动粒子光学陀螺仪陀螺仪陀螺仪陀螺仪

利用高频利用高速转子

振动物体

利用

基本粒子

利用

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，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

缓慢转动底座转子和内外环一现象起转动

转子和内外环不随

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

z定轴性

z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，转子不绕内环轴转动，而是绕外环轴转动。

陀螺仪的进动性

陀螺仪的进动

，陀螺仪主轴转动方向与在外力矩作用下

在外力矩作用下，

，而是与外力矩向外力矩向量方向不一致，

外力矩向量方向不一致

量垂直，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。