上海交通大学：《工程力学实验》课程教学资源（实验讲义）4.6.3 陀螺力矩测定

4.6.3陀螺力矩测定 一，实验目的 1.通过实验了解陀螺力矩产生的原因，以及在工程中的应用： 2.理解陀螺力矩产生的规律。 二.实验仪器设备 单轴气浮台，陀螺力矩实验装置，动态应变仪，应变传感器。 三.实验原理 任何绕对称轴高速旋转的转动物体，当对称轴被迫使在空间改变方向，必然产生力矩作用在迫 使转轴改变方向的物体上，这一力矩称为陀螺力矩，这种现象称为陀螺效应。实验装置如图4.6.3-1 所示。简化模型如图4.6.3-2所示。 高速转子 X 安装支架 F 力传感器 2 平台 基座 图4.6.3-1 图4.6.3-2 由于高速转子高速自转，转子对于对称轴OZ的动量矩近似为L。=Jz2。如果转子轴绕OX轴 转动的角速度为而，且产生的陀螺力矩M。=J,互×而，M。的方向垂直于纸面指向外，轴承上所 受压力人一兰，如果转子转动角速度过大，则箱承会受到很大压力并且是网期性变化引起硫坏。 通过实验可以加深对这一工程问题（如安装在运载器上的高速转子）的理解。 本实验在一旋转的平台上（非惯性参考系）装置一个高速转子作匀速转动，其转速为2，给旋 转平台一个转动的角速度0，由于陀螺力矩的作用，在转子的轴承上产生衣附加的动压力，用传感 器测量该动压力的大小。分别测试高速转子恒速2转动，实验平台在恒速。下旋转和摆动下的陀螺 力矩的大小。 四.实验步骤 1.使转子匀速转动，用转速表测出其转速2： 2.使轴承两边约束力调零： 3.使实验平台转动到恒速，测出转速o: 4.测出轴承的支座反力： 5.使实验平台摆动，测出其实验曲线。 77

77 4.6.3 陀螺力矩测定 一．实验目的 1．通过实验了解陀螺力矩产生的原因，以及在工程中的应用； 2．理解陀螺力矩产生的规律。 二．实验仪器设备 单轴气浮台，陀螺力矩实验装置，动态应变仪，应变传感器。 三．实验原理 任何绕对称轴高速旋转的转动物体，当对称轴被迫使在空间改变方向，必然产生力矩作用在迫 使转轴改变方向的物体上，这一力矩称为陀螺力矩，这种现象称为陀螺效应。实验装置如图 4.6.3-1 所示。简化模型如图 4.6.3-2 所示。 图 4.6.3-1 图 4.6.3-2 由于高速转子高速自转，转子对于对称轴 OZ 的动量矩近似为 L0  J Z   。如果转子轴绕 OX 轴 转动的角速度为 ，且产生的陀螺力矩M 0  J Z   ，M 0 的方向垂直于纸面指向外，轴承上所 受压力 l M F 0 N  ，如果转子转动角速度过大，则轴承会受到很大压力并且是周期性变化引起破坏。 通过实验可以加深对这一工程问题（如安装在运载器上的高速转子）的理解。 本实验在一旋转的平台上（非惯性参考系）装置一个高速转子作匀速转动，其转速为，给旋 转平台一个转动的角速度 ，由于陀螺力矩的作用，在转子的轴承上产生衣附加的动压力，用传感 器测量该动压力的大小。分别测试高速转子恒速转动，实验平台在恒速 下旋转和摆动下的陀螺 力矩的大小。 四．实验步骤 1．使转子匀速转动，用转速表测出其转速； 2．使轴承两边约束力调零； 3．使实验平台转动到恒速，测出转速； 4．测出轴承的支座反力； 5．使实验平台摆动，测出其实验曲线。 高速转子 基座 安装支架 力传感器 平台 FN FN l x z   O

五.实验结果 根据记录下的实验数据，求出计算结果。 L= J= Q= 测量状态 1 2 3 4 平台转速o(rads) 测出转速后计算值F;(N) 直接测量值的F。(N) 误差分析(%) 六.实验报告 根据实验要求自拟实验报告。 8

78 五．实验结果 根据记录下的实验数据，求出计算结果。 L  J    测量状态 1 2 3 4 平台转速 （rad/s） 测出转速后计算值 FNj（N） 直接测量值的 FNc （N） 误差分析（％） 六．实验报告 根据实验要求自拟实验报告