陀螺仪是构成卫星导航系统的基础核心器件,其性能在很大程度上依赖于陀螺仪滚动轴承-转子系统的性能。随着卫星技术的迅猛发展,陀螺仪转子系统正朝着高转速、轻质量等方向发展。这种设计要求成为陀螺仪转子系统频发各种失稳现象的关键因素。由于转子系统的强非线性和复杂性,早期线性化理论和方法已不能满足现代转子系统的设计和分析。开展陀螺仪转子系统的非线性振动研究具有重大的理论意义及工程应用价值。本文以卫星陀螺仪滚动轴承-转子系统为研究对象,首先基于滚动轴承运动学分析以及赫兹弹性接触理论和弹性流体润滑理论,建立了考虑非线性轴承力和油膜影响的陀螺仪滚动轴承-转子系统非线性动力学分析模型,采用Runge-Kutta算法求解系统在不同参数时的分岔图、Poincaré图、频谱图、相图和轴心轨迹,分析了不同参数对转子系统非线性振动的影响,并依据系统的最大Lyapunov指数进一步验证系统的非线性特性。研究表明,随着转子系统结构参数和工作参数的变化,系统的响应中表现出丰富的周期和非周期(拟周期或混沌)振动,并且存在倍周期分岔和拟周期分岔的现象。因此,选择合理的参数,如转速、阻尼、径向游隙、滚动体数、径向力等,可有效地提高系统的稳定性。其次建立了含表面波纹度的滚动轴承-转子系统模型,分别研究滚动轴承内、外圈滚道的波纹度在不同幅值与波数时,以及转子在不同转速情况下系统的非线性振动特性。研究表明,随着波纹度波数的不断增加,系统的振动强度也随之增大,且当波数与滚动体数目相同时,系统出现严重振动。考虑外滚道表面波纹度的影响时,系统主要通过倍周期分岔进入混沌。考虑内滚道表面波纹度的影响时,转子系统的振动频率与波数和滚动体数之间存在函数关系。综合考虑内、外圈滚道波纹度的影响时,随着转速的不断升高,系统表现出拟周期响应和混沌运动,主要通过拟周期分岔进入混沌。最后采用自制的试验装置,进行径向力与系统固有频率关系的试验,验证了所建立动力学分析模型的准确性。由试验获取的试验数据和理论分析数据可知,随着径向力的增大,系统固有频率逐渐增大,且径向力越大,试验数据和理论分析数据吻合得越好。