陀螺力矩是什么？轴承中及陀螺力矩效应

陀螺力矩（gyroscopic moment）又称反转力矩。陀螺受外力矩作用而运动时， 对施力物体的反作用力偶矩。例如飞机的涡轮转子 高速自转，在飞机转弯因而转子轴承迫使转子轴连 同转子发作进动时，转子轴即有力偶矩等于陀螺力 矩的力偶作用在两头轴承上。当陀螺以角速度ω 绕其对称轴高速自转时，若一起以角速度Ω进动， 则由赖柴耳定理及陀螺的近似理论知，此刻作用于陀螺的外力矩 ， 而陀螺力矩 。式中Jz是陀螺对自转轴z的翻滚惯量。 

关于触摸角大于零的轴承，当翻滚体绕两相交的公转和自转轴线旋转时，翻滚体要遭到一惯性力矩的作用，此惯性力矩称为陀螺力矩，此惯性力矩的方向垂直于公转轴和自转轴构成的平面。

特别的，关于螺旋桨飞机，加快发作向左偏转的陀螺力矩，减速发作向右偏的力矩。

关于做高速旋转的物体，假如自转轴有某个方向的翻滚，则陀螺力矩有使自转平面向着此方面翻滚的趋势。但要留意的是，陀螺力矩是作用在施力物体上的，旋转体遭到的是相反方向的力矩。因而能够举例说明：飞机做定常右滚，因为遭到扰动发作右偏航速度，则陀螺力矩方向是指向飞机左边的，飞机在反作用力作用下将发作昂首。说白了就是飞机在惯性力矩作用下昂首。

近年来在我国航空航天、军工、轿车、动力等职业领域，为不断提高加工功率，高速加工技能开展十分迅速。高速主轴单元作为高速加工技能的首要载体，其动力学特性的好坏决议着高速加工技能水平的凹凸。“主轴－轴承”体系作为高速主轴单元的首要反转体系，在高速旋转时，将遭到高转速场诱发的高速效应( 即离心力效应和陀螺力矩效应) 的作用，使其动力学特性相关于停止状况时会发作较大改变。因而，针对“主轴－轴承”体系树立牢靠、精确的动力学模型，关于评价该体系动力学特性，猜测主轴单元高速功能十分必要，具有重要的科学和工程含义。 

“主轴－轴承”体系动力学建模进程中最要害亦是最根底的一步在于对轴承非线性剖析模型的树立。上世纪50 － 60年代，Palmgreen和Jones别离是树立翻滚轴承静力学和拟动力学剖析办法的代表性人物；随后，Harris在其根底上完善并开展了翻滚轴承的拟动力学剖析理论，成为现在绝大多数翻滚轴承非线性剖析模型的首选；1978年之后，Gupta树立了翻滚轴承的动力学剖析模型，但因为翻滚轴承运动规则的过于杂乱，Gupta的模型对规划和使用指导含义不强。近年来，Zverv等研讨了翻滚轴承在高转速和高预紧状况下的弹性变形问题，为主轴单元规划时轴承的选型供给了原则。

研讨标明：根据非线性翻滚轴承剖析模型树立“主轴－轴承”体系动力学模型的一起，全面体系地研讨高速效应影响规则，关于探究高速主轴单元处于不同转速场时的动力学特性是十分必要的。因而，本文首要选用理论建模与试验建模相结合的办法树立了精确的体系动力学数字模型；然后在此根底上逐个研讨了高转速场诱发的各种高速效应对体系动力学特性的影响规则。因为本文旨在研讨高速效应对“主轴－轴承”体系动态特性的影响规则，热效应是进一步研讨问题，在本文不在考虑领域之内，故疏忽热效应。

从微观的视点动身，角触摸球轴承在停止、未预紧状况下内外圈曲率中心与球中心共线，内、外圈触摸角持平; 而在高速旋转时，因为离心力的作用会导致内圈触摸角增大，一起外圈触摸角减小。高速时，不失一般性的假定外圈曲率中心固定，因而有轴承内部变形和谐联系，进而可树立轴承几许变形和谐方程组；此外，高速时翻滚体遭到离心力和陀螺力矩的作用。

所谓高速效应即旋转机械在高速工况时遭到的离心力效应和陀螺力矩效应，“主轴－轴承”体系作为一类特别的旋转机械，在高速旋转时其动力学特性亦会遭到高速效应的影响。但各高速效应对体系动力学特性的影响程度并不同等，因而，别离研讨主轴离心力效应、主轴陀螺力矩效应以及翻滚轴承运转刚度对体系在高速工况下动力学特性的影响规则是十分必要的。 

当轴上固定有较大横向尺度的质量作弓形翻滚时，不光圆盘中心违背其平衡方位并且圆盘自身也要环绕盘上某个直径翻滚，这样的体系相当于2n个自由度，而当轴在安稳平衡方位作细小振荡时，因很快衰减，不影响轴的正常状况，假如装有圆盘，状况就不相同了，圆盘必绕其原有方位作细小翻滚，规则为： 

其间，α为最大转角，p为振荡频率(与轴绕平衡方位的振荡频率相同)，由此得出圆盘中点(即绕圆盘上某一直径)翻滚中的惯性力矩为：

其间J1表明绕其直径的惯性矩，由上式看出：Mmax与α同符号，惯性力矩的作用不是协助而是抵消轴回到平衡方位的，也就是说，圆盘的惯性力矩相当于一个弯矩，它增大轴的挠度或者说减少了轴的刚性。