Колебательное движение оси гироскопа (или его нутация) обусловлено переходом энергии вращательного движения от одной оси кардана подвеса к другой его оси. Оно может существовать неограниченно долго, пока не будет погашено силами трения в подшипниках карданова подвеса или под действием какого-либо другого процесса, способствующего рассеянию энергии. Чтобы амплитуда нутации была минимальной, частота нутации должна быть высокой. Высокая частота нутации наблюдается в тех случаях, когда численное значение кинетического момента H велико по сравнению со значениями моментов инерции подвеса с ротором относительно осей подвеса.

Частота нутации равна

 

где Jx и Jy — моменты инерции маховика относительно осей х и у.

Для понимания явления нутации может быть полезным следующее объяснение. Приложим относительно оси у мгновенный момент L1. Этот момент заставит гироскоп прецессировать вокруг оси х с угловой скоростью ω 1, которая будет нарастать от нуля. При этом вследствие инерции ротора и внутренней рамки карданова подвеса появится реактивный момент L2, действующий в направлении, противоположном направлению прецессии. Момент L2 вызовет прецессию относительно оси y с нарастающей от нуля скоростью ω 2. Из-за инерции рамок подвеса и ротора появится реактивный момент L3, который вызовет прецессию относительно оси х со скоростью w3, противоположной по направлению скорости Wi. В результате всех этих явлений конец оси собственного вращения будет описывать эллипс, а сама ось — эллиптический конус. Размеры эллипса зависят от величины моментов инерции Jx и Jy, кинетического H и приложенного моментов.

При запуске гироскопа явление нутации создает порой немалые затруднения. В начале запуска кинетический момент гироскопа H еще мал вследствие того, что незначительна скорость собственного вращения, а величина момента Lm максимальная. Угол Ф при запуске обычно не равен нулю. Все это обусловливает значительную амплитуду и небольшую частоту возникающих при запуске нутационных колебаний оси собственного вращения. По мере увеличения скорости собственного вращения величина H растет, вследствие чего, как видно из формулы, повышается частота нутации. Когда частота нутации достигает значения, равного резонансной частоте конструкции карданова подвеса, возникают механические вибрации, которые могут вывести установку из строя, если это не было учтено при конструировании гироскопа.