Учебный прибор по механике

 

Изобретение относится к учебным наглядным пособиям по теоретической механике и позволяет расширить демонстрационные возможности посредством показа принципа гироскопической компенсации постоянно действующего внешнего возмущения. Учебный прибор содержит основание 1, платформу 2, к которой крепятся полуоси 3,4, установленные вдоль ее продольной оси, имитатор внешнего дестабилизирующего момента, который содержит редуктор 7, двигатель 8 раскачки платформы и датчик углов 9, двухстепенной гироузел 12 с гиромотором 13, который укреплен в полураме 14 и соединен с ней консольно с помощью штанги 15, а полурама своими полуосями 16, 17 укреплена в подшипниках 18, 19, при этом ось прецессии гироузла, вектор кинетического момента гиромотора и продольная ось штанги 15 взаимно перпендикулярны. При демонстрации гиромотор вначале вдвинут внутрь полурамы 14 и заарретирован гайкой 25, затем при разарретировании гироузла отмечают уменьшение угла качки, а при выдвижении гиромотора 13 из полурамы на длину штанги 15 наблюдают еще большее улучшение стабилизирующих качеств гироузла 12 за счет возникновения дополнительного стабилизирующего момента, вызванного боковой маятниковостью. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (s» 4 С 09 В 23/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

r10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4330535/31-12 (22) 17.11.87 (46) 30.07.89. Бюл . У 28 (72) И.В, Бутенин, A.Б. Иихайлин и Л.Д. Иванов (53) 681.136.51 (008.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1080190, кл. G 09 В 23/06, 1983. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ИЕХАНИКЕ (57) Изобретение относится к учебным наглядным пособиям по теоретической механике и позволяет расширить демонстрационные возможности посредством показа принципа гироскопической компенсации постоянно действующего внешнего возмущения. Учебный прибор содержит основание 1, платформу 2, к которой крепятся полуоси 3, 4, уста,новленные вдоль ее продольной оси, имитатор внешнего дестабилизирующего момента, который содержит редуктор 7, „„SU„, 1497633 А1 двигатель 8 раскачки платформы и датчик углов 9, двухстепенной гироузел

12 с гиромотором 13, который укреплен в полураме 14 и соединен с ней консольно с помощью LITBHI 15, а полурама своими полуосями 16, 17 укреплена в подшипниках 18, 19, при этом ось прецессии гироузла, вектор кинетического момента гиромотора и продольная ось штанги 15 взаимно перпендикулярны. При демонстрации гиромотор вначале вдвинут внутрь полурамы

14 и заарретирован гайкой 25, затем при разарретировании гироузла отмечают уменьшение угла качки, а при выдвижении гиромотора 13 из полурамы на длину штанги 15 наблюдают еще большее улучшение стабилизирующих .качеств гироузла 12 за счет возникновения дополнительного стабилизирующего момента, вызванного боковой маятниковостью. 4 ил.

) 497633

Изобретение относится к учебным наглядным пособиям по теоретической механике и предназначено для демонстрации принципа действия одноосного гироскопического стабилизатора при парировании им постоянно действующего внешнего возмущения, Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей Ip посредством показа принципа гироскопической компенсации постоянно действующего внешнего возмущения, На фиг.l представлена кинематическая схема предлагаемого устройства; 15 на фиг.2 — стабилизирующий гироузел устройства; на фиг.3 — кинематическая схема, поясняющая образование дополнительного стабилизирующего момента; на фиг.4 — кинематическая схема, 20 поясняющая парирование постоянного дестабилизирующего момента.

Учебный прибор по механике содержит основание l (фиг.l, 2), стабилизированную платформу 2, выполненную, например, в виде модели корабля, к которой крепятся полуоси 3, 4, установленные вдоль продольной оси платфорлы 2, помещенные в подшипники 5 и 6, которые жестко связаны с основа- 30 нием 1, имитатор внешнего дестабилизирующего момента, который содержит редуктор 7 с передаточным отношением двигатель 8 раскачки платформы 2 и датчик 9 углов, кинематически свя- 35 занный с полуосью 3,с помощью которого регистрируется качка платформы 2 (угол o(, ).

Центр масс О платформы 2 находится ниже ее оси подвеса на величину 1, 40 что обеспечивается с помощью балансировочных грузов 10 и 11. Вес платформы P

На платформе 2 установлен двухстепенный гироузел 12 с гиромотором 13, 45 который укреплен в полураме 14 подвеса с отверстием и соединен с ней консольно с помощью полой штанги 15 с воэможностью перемещения и фиксации в горизонтальном направлении. К полураме 14 подвеса крепятся полуоси

16 и 17 гироузла, установленные в подшипниках 18 и 19, жестко соединенных с корпусом платформы, при этом гироузел 12 имеет вертикальную ось вращения. Ось вращения гироуэла, вектор кинематического момента гиромотора и продольная ось полой штанги взаимно перпендикулярны, причем ось вращения гиромотора 13 установлена в горизонтальной плоскости. Создание боковой маятниковости гироузлу 12 обеспечивается за счет смещения корпуса гиромотора 13 относительно полурамы подвеса )4 в горизонтальной

° плоскости на длину штанги 15 т,е. за счет смещения центра масс 20 гироузла 12 относительно его вертикальной оси прецессии на величину плеча

1 и стопорения штанги )5 в отверстии

21 полурамы 14 с помощью винта-фиксатора 22.

Питание гиромотора 13 осуществляется через подшипники 18 и 19 полуоси 16 и 17, снабженные изоляторами

23 и проводники 24, которые проходят через пустотельную штангу 15 внутрь корпуса гиромотора 13 °

Для стопорения гироузла от вращения применен арретир, состоящий из фасонной гайки 25, которая навинчена на резьбовую часть нижней полуоси 17 гироузла 12.

Учебный прибор работает в следующей последовательности.

В исходном положении гироузел 12 эаарретирован гайкой 25. Гиромотор 13 на штанге 15 вдвинут внутрь полурамы 14 подвеса и зафиксирован относительно последней винтом-фиксатором 22. ))аятниковость гироузла 12 нулевая (1 = О), так как центр масс гироуэла лежит на его оси прецессии.

Питание гиромотора !3 включено и его ротор раскручен, а ось вращения гиромотора перпендикулярна продольной оси платформы (P = О).

1. Демонстрация работы прибора с отключенным гироскопическим стабилизатором.

На двигатель 8 подается синусоидальное напряжение частотой f (О, 11 Гц) и он через редуктор 7 начинает раскачивать платформу 2. Иоменту двигателя О противодействует восстанавливающий момент от веса платформы

P 1 „аж „.

Гироскоп 12, реагируя на угловую скорость 0С поворота платформы, создает гироскопический момент Н д который перпендикулярен плоскости платформы и гасится в зажатом арретиром

25 подшипнике 19 и опорах подвеса платформы. Стабилизурющего действия гироскоп не оказывает, что эквивалентно качке с отключенным успокоите1497ЬЗЗ лем. Амплитуда боковой качки фиксируется с помощью датчика 9 углов, 2. Демонстрация работы прибора с включенными гироскопическим стаби5 лизатором, но ие обладающим боковой маятниковостью, Гироузел разарретирован путем отвинчивания гайки 25. д. На качку гироскоп реагирует 10 прецессией с угловой скоростью Р вследствие появления стабилизирующего гироскопического моментаiM, H)cosP который направлен противоположно моменту двигателя 8. При этом 15 гироузел 12 совершает колебательные движения вокруг оси прецессии в опорах 18 и 19у синфазные внешним гармоническим воздействиям оси двигателя

8. Уменьшение угла качки вследствие 20 действия стабилизирующего гироскопического момента 11 „ = Н Зсоз Р отмечают с помощью датчика 9 углов.

Увеличивают интенсивность возмущающего воздействия путем увеличения амплитуды синусоидального напряжения, подаваемого на двигатель 8, и наблюдают потерю стабилизирующего действия "складывания" гироузла 12 в момент его поворота вследствие пре- 30 цессии на угол 90 . Скачкообразное о изменение угла качки c(, в момент

"складывания" гироузла 12 наблюдают с помощью датчика 9 углов.

3. Демонстрация работы прибора с гироузлом, обладающим боковой маятниковостью, Гиромотор 13 на штанге 15 выдвинут из полурамы 14 подвеса на величину 1 и зафиксирован относительно послед в 40 ней винтом-фиксатором 2?, гироузел

12 разарретирован путем отвинчивания гайки 25.

На- качку гироузел 12 со смещенным на величину 1 относительно оси вра- 45 щения центром масс боковой маятниковостью реагирует прецессией с уг-. ловой скоростью Р и соответственно появлением угла P . При этом возникают два согласно действующих стаби- 5(1 лизирующих момента: первый — собственно гироскопический момент M

= Н1Зсов образуется так же, как и в режиме 2, второй — дополнительный стабилизирующий момент М 2 р,0п 55 — P<1

Улучшение стабилизирующих качеств гироузла 12, обладающего боковой маятниковостью вследствие дополнительного согласно действующего стабилизирующего момента Е „„ наблюдают с помощью датчика 9 углов.

4. Демонстрация работы прибора в режиме парирования постоянного дестабилизирующего момента.

На двигатель 8 подается постоянное напряжение и он через редуктор прикладывает постоянный момент к корпусу платформы 2. На приложенный дестабилизирующий момент гироскоп реагирует прецессией, парируя внешний

Возмущающий момент суммой гироскопического момента M = Нфсоэ/3 и возрастающего в функции синуса угла прецессии Я дополнительного момента

Мz акоп Pal

Р 1 sin Р моменту внешнего возму -1z щения.

При отключении двигателя 8 от источника постоянного напряжения действие момента внешних сил прекращается (фиг.4) и гироузел 12, прецессируя в обратную сторону под действием момента собственной силы тяжести М „— — P 1 sing, вернется в иск Доп ходное положение, при этом момент, вызванный прецессией гироузла М т

= H(cos (3 является противодействующим для момента Г1 А „= Р 1, sing, а при вхождении гироузла в исходное положение действие моментов Г1 и М,„ прекращается (при = О). формула изобретения

Учебный прибор по механике, содержащий основание, стабилизированную платформу, имеющую одну степень свободы вращательного движения в вертикальной плоскости относитсльно основания, центр тяжести которой расположен ниже ее оси подвеса, иммитатор внешнего дестабилизирующего момента и двухстепенной гироузел с гиромотором и арретиром, установленным своими полуосями в подшипниках, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

1497633 повышения демонстрационных воэможностей посредством показа принципа гироскопической компенсации постоянно действующего внешнего возмущения, он

5 имеет связанную с полуосями полураму подвеса с отверстием, полую штангу, установленную в отверстии полурамы с воэможностью перемещения и фиксации

6озпущающий /Йсаю дюпена // в горизонтальном направлении, при этом гнромотор установлен консольно с горизонтальным расположеиием оси на штанге так, что вектор его кинематического момента перпендикулярен оси вращения гироузла и штанге, а подшипники арретира закреплены на платформе.

1497633

Р12Юал" 61гМля

Составитель М. Коноваленко

Редактор Т.Лазоренко Техред К.Дидмк Корректор О.Ципле

Закаэ 4447/50 Тирам 469, Лодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101