陀螺、加速度计、惯导平台等惯性元部件是航空、航天、航海体惯性导航系统的核心部件 它们的误差直接决定了导航系统的导航误差。随着对航行体运动准确度要求的日益提高对惯 性元件的技术性能的要求也越来越高。为了测示出这些惯性元件的技术性能找出影响它们提 高准确度的原因并进行补偿等就需要有更高准确度的惯性器件测试设备比如伺服误差在角 秒级的惯性器件测试转台。
在高准确度陀螺漂移测试转台中大都 采用带滑环伺服系统的静压气浮轴承支撑形 式如图1所示其目的是尽量减小对测试转 台主轴的干扰力矩以提高测试准确度。经分 析在这种情况下作用在主轴上的干扰力矩 包括空气轴承的干扰力矩滑环伺服系统对 主轴的干扰力矩和由于主轴轴系质量配置不 平衡造成的干扰力矩。在这里为了简化所讨论的问题应使转台主轴和当地水平面垂直放置 从而避开主轴质量配置不平衡所引起的干扰力矩。
转台主轴干扰力矩的分析
在对主轴的干扰力矩中气浮轴承干扰力矩主要由粘滞力矩和涡流力矩两部分组成［1］。 所谓粘滞力矩就是指承载压力气膜的流体内的摩擦力矩。由于气膜厚度很薄轴承内的气体v> 成层流状态在此层流状态下轴承的粘滞力矩可按 下式计算。
对推力轴承
径向轴承
式中：μt 在某温度t 下的空气粘度；ω 轴套与 轴相对角速度；L 径向轴承长度；D 径向轴 承直径；h0 径向轴承设计半径间隙；h 推力 轴承承载后气膜厚度；r1 推力轴承内径；r2 推力轴承外径。
实际上空气粘度系数 μt 值本来就很小（例如 μ20°＝0．18g·s／cm2）且受温度影响不大每5℃ 变 化约6×10－6因此室温条件下可以忽略它的影响［2］。 载荷的影响主要取决于气膜厚度 h 和 h0 的变化。对于径向轴承在载荷的作用下使轴承 承载气膜变薄背载气膜变厚对整个轴承 Mf 的影响也不大；而对于推力轴承有载时 h 变小 Mf 将增大。为了减小 Mf在满足承载能力要求的条件下在轴承设计时可尽量减小轴承尺寸 （如图2中径向轴承的 DL；推力轴承的 r1r2）。通常情况下转台旋转角速度很小因此通过 计算不难看出无论是径向轴承还是推力轴承的粘滞力矩都很小。这里假设一组轴承参数：推力 轴承和径向轴承的尺寸分别为
L ＝0．158m D ＝0．12m r1 ＝0．075m r2 ＝0．125m
且设
ω＝1°／s h ＝ h0 ＝0．02mm
这时推力轴承和径向轴承的粘滞力矩分别为
Mf1 ＝2．6μN·cm Mf2 ＝5．4μN·cm
总的粘滞力矩为
Mf ＝8μN·cm
气浮轴承的涡流力矩受设计和加工等因素的影响［3］比如零 件的形状误差、结构的不对称性、各进气孔流量的不均匀、气流过 速、流量过大、毛刺划伤等。单就进气孔加工误差而言如图3所 示当气孔轴心偏离气浮轴心 m、气孔轴向偏离气浮轴线 γ角、而 气孔气体压力为 P 时就将产生一个 T ＝ Pmcosγ的常值干扰力 矩。但就目前的工艺水平而言对以上这些误差源的影响很容易 保证它们在很小的范围内。
画出了主轴轴系和滑环轴系之间的联接情况它表明了滑环伺服系统对主轴产生 力矩干扰的可能途径。在滑环伺服系统工作不正常时滑环轴系的干扰力矩（主要是环道的摩 擦力矩）通过两轴系间起保护作用的拔杆和拔叉传 输给主轴。对此这里不予讨论。
当滑环伺服系统正常工作时滑环系统对主轴 的干扰力矩产生于两轴系间联接输电导线的弹性变 形合力矩。使输电导线产生弹性变形力矩的原因之 一是当滑环伺服系统不能精确跟踪主轴时将产生 输电导线的弹性变形力矩。另一个原因就是滑环伺 服系统位置传感器的零位和输电导线弹性变形合力 矩零位不重合。当滑环伺服系统使位置传感器归零 时将产生输电导线不为零的合力矩。
