杯形振动陀螺是一种典型的圆柱壳体振动陀螺,具有可靠性好、精度高、体积小、抗冲击能力强等优点。然而由于材料与制造误差的原因,这种陀螺的输出容易受到环境温度的影响,限制了其实际应用的性能。本文针对杯形振动陀螺零偏温度稳定性不够理想的问题,根据非均匀内应力对刚性轴的影响规律,提出了利用内应力改善谐振子振动稳定性的方法,设计了可产生导向热应力的结构,并仿真分析了具有该结构的杯形谐振子刚性轴的温度特性,最后进行了导向结构二次加工和谐振子开环输出温度稳定性对比测试。论文主要的研究工作如下:1.分析了杯形振动陀螺的基本结构和工作原理,并在分析杯形谐振子制造过程中的关键要素的基础上,研究了谐振子输出漂移机理。2.分析了杯形振动陀螺谐振子的内应力情况,并研究了几个典型应力形式对杯形谐振子频率和刚性轴的影响。通过对比仿真试验结果,得到谐振子刚性轴的应力导向效应:在非理想条件下,当杯形谐振子内部存在环向非均匀内应力时,其刚性轴的位置会向着内应力最大处偏转。3.提出了利用导向应力改善杯形谐振子振动稳定性的方法,进行了导向应力结构设计和性能分析。首先研究了具有导向应力结构的理想杯形谐振子的工作模态和热应力分布情况,然后分别对传统结构和具有导向应力结构的谐振子刚性轴温度特性进行对比研究,结果表明导向应力结构能够提升谐振子刚性轴的稳定性。4.对杯形谐振子进行了导向应力结构二次加工,制造了结构改进后的谐振子测试样品,并对结构改进前后的谐振子进行了开环输出温度稳定性对比测试。测试结果表明改进后的陀螺开环输出温漂降低了38.60%,进一步表明具有导向应力结构的杯形振动陀螺谐振子拥有更好的刚性轴温度稳定性。