Учебный прибор для демонстрации прецессии гироскопа

 

Изобретение относится к учебным и наглядным пособиям по теоретической и прикладной механике и может быть использовано на лекциях и семинарских занятиях в высших технических учебных заведениях и университетах. Цель изобретения - наглядная демонстрация определения осевого момента инерции вращающегося ротора. Предлагаемый прибор содержит следующие основные функциональные элементы: гироскопическую систему маховик - электродвигатель - противовес, упругую подвеску гироскопической системы, передвижной хомут ворот, визирные планки, лимб для отсчета числа оборотов гироскопической системы вокруг вертикальной оси. Прибор позволяет демонстрировать, как осуществляется динамическое уравновешивание статически неуравновешенного и вращающегося на подвесе гироскопа, как обеспечивается его вращение вокруг вертикальной оси, каким образом определяется положение общего центра тяжести системы, величин угловых скоростей ω<SB POS="POST">1</SB> и ω<SB POS="POST">2</SB> и в конечном итоге момента инерции J<SB POS="POST">о</SB> вращающегося ротора-гироскопа J<SB POS="POST">о</SB> = P<SB POS="POST">с</SB><SP POS="POST">.</SP>X<SB POS="POST">с</SB>/ω<SB POS="POST">1</SB><SP POS="POST">.</SP>ω<SB POS="POST">2</SB>, где P<SB POS="POST">с</SB> - общий вес гироскопической системы

X<SB POS="POST">с</SB> - координата центра тяжести системы при ее вращении вокруг вертикальной оси в горизонтальном положении

ω<SB POS="POST">1</SB> - угловая скорость вращения ротора электродвигателя

ω<SB POS="POST">2</SB> - угловая скорость прецессии гироскопа. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ц9) (И) (g))g G 09 В 23/08 р„ящзИ6

Пццдд,": — .-" и 1 411 ;1 Б 1 < Pi Î: 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4428084/31-12 (22) 23,05,88 (46) 07,04,90, Бюл, № 13 (71) Новосибирский электротехничес» кий институт (72) Г,С,Мигиренко, И,И,Гернер, A.Ã,Ãåîðãèàäè и Э,В,Руфф (53) 530.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 1146714, кл ° G 09 В 23/08, 1985, (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕ11ОНСТРАЦИИ ПРЕЦЕССИИ ГИРОСКОПА (57) Изобретение относится к учебным и наглядным пособиям по теоретической и прикладной механике и может быть использовано на лекциях и семинарских занятиях в высших технических учебных заведениях и университетах, Цель изобретения — наглядная демонстрация определения осевого момента инерции вращающегося ротора, Предлагаемый прибор содержит следующие основные функциональные элементы: гироскопическую систему маховикэлектродвигатель - противовес, упруИзобретение относится к учебным и наглядным пособиям по теоретической и прикладной механике и может быть использовано на лекциях и семинарских занятиях в высших технических учебных заведениях и университетах, Цель изобретения — расширение диапазона решаемых задач путем обеспечения возможности наглядной демонстрации определения осевого момента инерции вращающегося ротора, гую подвеску гироскопической систе мы, передвижной хомут ворот, визирные планки, лимб для отсчета числа оборотов гироскопической системы вокруг вертикальной оси, Прибор позво ляет демонстрировать, как осуществляется динамическое уравновешивание статически неуравновешенного и вращающегося на подвесе гироскопа, как обеспечивается его вращение вокруг вертикальной оси, каким образом определяется положение общего центра тяжести системы, величин угловых скоростей я, и Я и в конечном итоге момента инерции I< вращающегося

1 ротора-гироскопа Рс Хс

I — — —, где а у, у

Р— общий вес гироскопической сисс темы; Х вЂ” координата центра тяжести системы при ее вращении вокруг вертикальной оси в горизонтальном положении; Ю, — угловая скорость вращения ротора электродвигателя;

Я = угловая скорость прецессии гироскопа, .! ил, На чертеже изображен предлагаемый прибор, Учебный прибор содержит установленную на основании. платформу 1 со стойкой 2, электродвигатель 3, на ось

4 которого насажен маховик 5, закрепленный на стойке 2 с воэможностью свободного вращения вокруг оси Е, ворот 6, имеющий вертикальную ось (Z) и снабженный для удобства вращения рукояткой 7, две контрольные планки

8 и 9 с общей линией визирования, ко1555706.торая на планке 9 выполнена в виде сквозного тонкого паза 10, а на планке 8 - в виде цветной черты 11, при этом планка 9 связана с воротом

6, а планка 8 с электродвигателем 3, причем планка 8 снабжена шипами 12 для отслеживания ее .углового положения на поворотном лимбе 13, установленном на платформе 1. Для удобства взаимной установки планки 8 и лимба .

l3 последний может устанавливаться с помощью болтов 14 в любом месте платформы 1. Предлагаемый прибор также содержит горизонтальную винтовую ось

15 с гайкой-противовесом 16, установленную (т.е., ввйнченную своим левым концом) в центральное гнездо свободного торца электродвигателя 3, передвижной хомут 17, надетый на кор- 2р пус электродвигателя 3, причем хомут имеет возможность при регулировках и измерениях перемещаться на необходимую величину вдоль корпуса электродвигателя 3, но в то же время до- 25 статочно плотно на нем сидит (это и обеспечивает его последующую фиксацию), при этом хомут 17 с обеих сто1рон снабжен соосными горизонтальными жесткими штырями 18 и 19, перпенди- 30 кулярными оси электродвигателя 3, а сам электродвигатель 3 соединен со стойкой 2 посредством упругого элемента в виде специального гибкого подвеса, выполненного в виде параллельного штырям 18 и 19 жесткого коромысла 20, концы которого снабжены вертикальными нитями 21 и 22, соединяющими его с соответствующими концами штырей 18 и 19, а центр коромыс- 40 ла (точка О) также соединен вертикальной нитью 23 с воротом 6, Таким образом, гироскоп 3-4-5 подвешен к вороту 6 с помощью трех гибких ныгей

21-23 и промежуточного коромысла 20, 45

Прибор работает следующим образом, Для демонстрации прецессии гироскопа смещают хомут так, чтобы система маховик - электродвигательдротивовес вьш ла из состояния равно50 весия. Ось системы находится под некоторым углом к горизонтали, Поддерживая электродвигатель рукой, придают системе горизонтальное положение и включают двигатель, убирают руку, система остается в горизонталь. ном положении и начинает вращаться в плоскости Х-7 под действием гироскопического момента. При выключении двигателя система опрокидывается, Для определения осевого момента инерции вращающегося ротора передвигают хомут так, чтобы вся система стала горизонтальной, Далее, поддерживая электромотор ладонью, смещают (свинчивают), например вправо, противовес по шпильке на величину 61,, которая может быть точно измерена (например, если на шпильке резьба с шагом мм, то один оборот гайкипротивовеса соответствует ее смещению по шпильке на 1 мм), Поскольку центр тяжести противовеса перемеща-! ется иэ точки С в точку С„, то изменилось местоположение общего центра тяжести всей системы в целом: если он раньше .находился в точке С„, то теперь он расположен в некоторой точ1 ке С с координатой Хс (при этом вес всей системы Рс остался по величине неизменным, но теперь он приложен в новом центре тяжести С). Координата

Х нового центра тяжести является величиной, которая входит в формулу для определения момента инерции !

Рс

I о у,д ° где у, - циклическая частота вращения ротора;

Ю вЂ” частота прецессии;

P - масса ротора, В данной системе Хс определяется по формуле

P„- 1 1

Х

7 с р где P - вес противовеса, r

Таким образом, в конечную формулу вошли три величины, определить которые не составляет никакого труда: P и Р определяются обычным взвешиванис ем, а А1„ может быть измерено обычной линейкой, т,е, даже Рс можно не определять, достаточно только взвесить противовес и определить Р„ .

Далее определяют 63,и я, Обычным тахометром или строботахометром по стандартной методике, изложенной в его паспорте, или по положению рукоятки на регуляторе оборотов электродвигателя, определяют Я,, При определении И„ используется свойство гироскопической системы прецессировать, т,е, вращаться вокруг оси при работающем электродвигателе {при вращаю555706 6 демонстрации определения осевого момента инерции вращающегося ротора, он имеет закрепленный на стойке с

5 возможностью свободного вращения ворот, две контрольные планки с общей линией визирования, одна из которых установлена на электродвигателе, а другая — на вороте, горизонтальную винтовую ось с гайкой-противовесом, установленную на свободном торце электродвигателя, хомут, установленный на корпусе электродвигателя с возможностью перемещения вдоль него и фиксац 1 и снабженный с обеих сто- . рон горизонтальными штырями, перпендикулярными оси электродвигателя, на поверхности платформы установлен передвижной лимб, а электродвигатель

20 соединен со стойкой посредством упругого элемента, выполненного в виде параллельного штыря коромысла, концы которого соединены вертикальными нитями с концами штырей, а центр ко25 ромысла соединен нитью с воротом, щихся роторе и маховике вся- система маховик — электродвигатель — противовес начинает, оставаясь горизонтальной, плавно поворачиваться вокруг оси, т,е, вокруг нити). Визуально подсчитав с помощью шипов по лимбу число оборотов (не меньше пяти) вокруг оси Z и замерив секундомером время, в течение которого они произошли, определяют Ы

Формула изобретения

Учебный прибор для демонстрации прецессии гироскопа, содержащий установленную на основании платформу со стойкой, электродвигатЕль, на ось которого насажен маховик, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения возможности

Составитель M.Ãðåáëoâ

Техред А. Кравчук

Редактор Н. Тупица

Корректор С.Черни

Заказ 555 Тираж 389 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101