陀螺、加速度計、慣導平臺等慣性元部件是航空、航天、航海體慣性導航系統的核心部件? 它們的誤差直接決定了導航系統的導航誤差。隨著對航行體運動準確度要求的日益提高?對慣 性元件的技術性能的要求也越來越高。為了測示出這些慣性元件的技術性能?找出影響它們提 高準確度的原因并進行補償等?就需要有更高準確度的慣性器件測試設備?比如伺服誤差在角 秒級的慣性器件測試轉臺。
在高準確度陀螺漂移測試轉臺中?大都 采用帶滑環伺服系統的靜壓氣浮軸承支撐形 式?如圖1所示?其目的是盡量減小對測試轉 臺主軸的干擾力矩?以提高測試準確度。經分 析?在這種情況下?作用在主軸上的干擾力矩 包括空氣軸承的干擾力矩?滑環伺服系統對 主軸的干擾力矩和由于主軸軸系質量配置不 平衡造成的干擾力矩。在這里?為了簡化所討論的問題?應使轉臺主軸和當地水平面垂直放置? 從而避開主軸質量配置不平衡所引起的干擾力矩。
轉臺主軸干擾力矩的分析
在對主軸的干擾力矩中?氣浮軸承干擾力矩主要由粘滯力矩和渦流力矩兩部分組成［1］。 所謂粘滯力矩?就是指承載壓力氣膜的流體內的摩擦力矩。由于氣膜厚度很薄?軸承內的氣體v> 成層流狀態?在此層流狀態下?軸承的粘滯力矩可按 下式計算。
對推力軸承
徑向軸承
式中：μt 在某溫度t 下的空氣粘度；ω 軸套與 軸相對角速度；L 徑向軸承長度；D 徑向軸 承直徑；h0 徑向軸承設計半徑間隙；h 推力 軸承承載后氣膜厚度；r1 推力軸承內徑；r2 推力軸承外徑。
實際上?空氣粘度系數 μt 值本來就很?。ɡ?μ20°＝0．18g·s／cm2）?且受溫度影響不大?每5℃ 變 化約6×10－6?因此室溫條件下可以忽略它的影響［2］。 載荷的影響主要取決于氣膜厚度 h 和 h0 的變化。對于徑向軸承?在載荷的作用下使軸承 承載氣膜變薄?背載氣膜變厚?對整個軸承 Mf 的影響也不大；而對于推力軸承有載時 h 變小? Mf 將增大。為了減小 Mf?在滿足承載能力要求的條件下?在軸承設計時可盡量減小軸承尺寸 （如圖2中徑向軸承的 D?L；推力軸承的 r1?r2）。通常情況下轉臺旋轉角速度很小?因此?通過 計算不難看出無論是徑向軸承還是推力軸承的粘滯力矩都很小。這里假設一組軸承參數：推力 軸承和徑向軸承的尺寸分別為
L ＝0．158m D ＝0．12m r1 ＝0．075m r2 ＝0．125m
且設
ω＝1°／s h ＝ h0 ＝0．02mm
這時推力軸承和徑向軸承的粘滯力矩分別為
Mf1 ＝2．6μN·cm Mf2 ＝5．4μN·cm
總的粘滯力矩為
Mf ＝8μN·cm
氣浮軸承的渦流力矩受設計和加工等因素的影響［3］?比如零 件的形狀誤差、結構的不對稱性、各進氣孔流量的不均勻、氣流過 速、流量過大、毛刺劃傷等。單就進氣孔加工誤差而言?如圖3所 示?當氣孔軸心偏離氣浮軸心 m、氣孔軸向偏離氣浮軸線 γ角、而 氣孔氣體壓力為 P 時?就將產生一個 T ＝ Pmcosγ的常值干擾力 矩。但就目前的工藝水平而言?對以上這些誤差源的影響?很容易 保證它們在很小的范圍內。
畫出了主軸軸系和滑環軸系之間的聯接情況?它表明了滑環伺服系統對主軸產生 力矩干擾的可能途徑。在滑環伺服系統工作不正常時?滑環軸系的干擾力矩（主要是環道的摩 擦力矩）?通過兩軸系間起保護作用的拔桿和拔叉傳 輸給主軸。對此這里不予討論。
當滑環伺服系統正常工作時?滑環系統對主軸 的干擾力矩產生于兩軸系間聯接輸電導線的彈性變 形合力矩。使輸電導線產生彈性變形力矩的原因之 一是當滑環伺服系統不能精確跟蹤主軸時?將產生 輸電導線的彈性變形力矩。另一個原因就是滑環伺 服系統位置傳感器的零位和輸電導線彈性變形合力 矩零位不重合。當滑環伺服系統使位置傳感器歸零 時?將產生輸電導線不為零的合力矩。
