● 摘要
磁悬浮控制力矩陀螺具有长寿命、大力矩、高精度等众多优点，是航天器进行姿态控制的关键机构。论文针对转子支承利用主被动磁悬浮轴承的小型双框架磁悬浮控制力矩陀螺的结构可靠性问题，研究了基本力学特性、热力学特性、结构可靠性等几个方面问题，主要研究工作如下：
（1）根据控制力矩陀螺的力学传递特性，对单、双框架的力学传递方式进行了理论分析，得到了高速转子、陀螺房、框架以及框架轴等关键受力部件承受载荷的类型及大小，在此基础上对双框架磁悬浮控制力矩陀螺力学特性进行了有限元分析，验证了力学特性理论分析；
（2）根据磁悬浮控制力矩陀螺的结构特点，采用有限元分析方法研究了控制力矩的热力学特性，得到了理想状态下和实际状态下的温度分布，进行了热-结构耦合特性分析，得到了陀螺房系统在工作条件下的应力和变形分布，为实现温度变化条件下的控制力矩陀螺间隙可靠性设计奠定了基础；
（3）电磁轴承的工作间隙是磁悬浮陀螺的一个关键设计参数，论文利用工程化的分析方法，综合分析了离心载荷、热载荷、装配载荷以及大气压载荷对陀螺的力学效应，采用叠加法得到了系统工作间隙的变化量，从而为工作间隙设计提供了一种方法，并验证了主被动双框架磁悬浮陀螺工作间隙的可靠性；
（4）分析了主动磁轴承和被动磁轴承的阻尼、刚度的计算方法，研究了磁轴承弹性支承刚度与转子模态的关系，完成了磁悬浮转子的模态频率特性研究，指出转子的振动是有方向性的，且径向和轴向共振频率分别与轴向轴承和径向轴承的刚度相关，共振频率会随着刚度的上升而提高，为转子模态的可靠性设计奠定了理论基础；
（5）为得到控制力矩陀螺的抗振动可靠性，对主被动双框架磁悬浮控制力矩陀螺进行了振动分析，得到了正弦振动和随机振动下系统的力学性能，对控制力矩陀螺的抗振动可靠性进行了验证。