滾珠、軸承陀螺儀

滾珠軸承自由陀螺儀是經典的陀螺儀。利用滾珠軸承支承是套用最早、最廣泛的支承方式。滾珠軸承靠直接接觸，摩擦力矩大，陀螺儀的精度不高，但工作可靠，迄今還用在精度要求不高的場合。

基本介紹

• 中文名：滾珠、軸承陀螺儀
• 外文名：ballbearinggyroscope

簡介

陀螺儀的裝置，一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀表。從力學的觀點近似的分析陀螺的運動時，可以把它看成是一個剛體，剛體上有一個萬向支點，而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉動，所以陀螺的運動是屬於剛體繞一個定點的轉動運動。更確切地說，一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺的自轉軸有角轉動的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀。

滾珠軸承自由陀螺儀，是經典的陀螺儀。經典陀螺儀是具有定軸性、進動性的高速旋轉的飛輪，並且能用來測量載體相對於慣性空間角運動的儀表。經典陀螺儀有兩大特性，即定軸性和進動性。可以利用這兩個特性建立一個相對慣性空間的人工參考坐標系，通過陀螺儀和加速度計測出運載器（包括飛機、飛彈、火箭、潛艇等）的旋轉運動和直線運動信號，經計算機綜合處理，發出指令姿態控制系統和推進系統，實現運載器的完全自主導航。

利用滾珠軸承支承是套用最早、最廣泛的支承方式。滾珠軸承靠直接接觸，摩擦力矩大，陀螺儀的精度不高，漂移率為每小時幾度，但工作可靠，迄今還用在精度要求不高的場合。一個自由轉子陀螺儀(雙自由度陀螺儀)靠內環軸和外環軸角度感測元件可以測量兩個姿態角。

陀螺儀的基本部件

(1) 陀螺轉子(常採用同步電機、磁滯電機、三相交流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉，並見其轉速近似為常值)：

(2) 內、外框架(或稱內、外環，它是使陀螺自轉軸獲得所需角轉動自由度的結構);

(3) 附屬檔案(是指力矩馬達、信號感測器等)。

滾珠軸承陀螺儀的特點

滾珠軸承陀螺儀是一種經典的機械轉子式陀螺儀。這種陀螺儀的優點是：結構簡單，承載能力和抗衝擊能力強，常用於航空儀表、方位儀、陀螺經緯和穩定裝置中。缺點是軸與軸承間的摩擦力矩較大，故在精密陀螺儀中一般不予採用。

機械式陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構複雜，它的精度受到了很多方面的制約。目前機械加工和材料水平幾乎達到極限，仍有潛力可挖。國外報導陀螺儀的漂移速率做到了地球自轉速率的千萬分之一，即10^-6（°）/h。因此，在跨入21世紀後的一段時間內，在那些需要特別高精度的套用場合，這種傳統的轉子陀螺儀仍然是首選對象，雖然技術難度和代價是顯然的。一般而言，要實現現代高精度陀螺儀的技術要求，其高速旋轉部分的活動間隙要做到1μm左右，儀表活動部件質心的不穩定量在1nm以下，材料不穩定性為一個微應變，機械加工精度0.1μm，溫控精度0.01℃，局部環境潔淨度優於10級。測試設備的測角精度0.1″，長度測量精度10^-7。

發展

19世紀末以前，人們一直停留在力學範圍內來研究陀螺的現象和特性，利用這種特性作成的儀表，可以用來觀察地球的自轉。可是由於在當時轉子轉速的提高受到限制，轉子支承軸上的磨擦力矩無法降低，這個願望直至電機和滾珠軸承發明以後才成為現實，從而陀螺儀被做成陀螺羅經和地平儀，用來在運動物體上指示地理真北和地垂線。陀螺在火箭上的套用，開始於二戰期間德國的V2火箭。從此，陀螺儀和加速度計成為一門慣性技術而快速發展起來，冷戰時期精度上快速提高，功能上有很大擴展。不僅在海、陸、空、天的軍事領域普遍套用，而且在大地測量、空中攝影、隧道開鑿和石油鑽井等等許多民用部門也用它起到定向和穩定作用。

飛彈上的陀螺儀