Прибор для демонстрации законов вращательного движения

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

<п>989576 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (Я)м. Кл.

6 09 В 23/08 (22)Заявлено 15.08 79 (21) 2812039/28-12 с присоединением заявки М

Гееудеретвеевый кемитет

СССР (23) П риоритет (5З) Л 371 ° .66/67(088.8) Опубликовано 15.01 83. Бюллетень JO 2

Дата опубликования описания 18.01.83

1 во девам .кзееретеккй и еткрытий

4+ (72) Автор изобретения

Л.К. Поздняков (7l ) Заявитель (54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕИОНСТРАЦИИ ЗАКОНОВ

ВРАЦАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Изобретение относится к механике и физике, так как при сложном вращат тельном движении тела (при особых условиях) возникают центростремитель ные силы, которые, воздействуя на массу тела, создают преобразование

5. вращательного движения тела в поступательное его движение.

Известен прибор для демонстрации законов вращательного движения, содержащий штангу, связанную с приводным механизмом, установленный на ней полый стержень и тело, связанное с динамометром тросом, проходящим через полый стержень 1 . !

Однако прибор недостаточно. наглядно позволяет демонстрировать законы вращательного движения.

Целью изобретения является повышение наглядности. . 2о

Поставленная цель достигается тем, что прибор для демонстрации законов вращательного движения, содержащий штангу, связанную с приводным механизмом, установленный на ней полый стержень и тело, связанное.с динамометром тросом, проходящим через полый стержень, имеет также механизмы для приведения тела в сложное планетарное движение, штанга выполнена из нескольких частей, при этом соседние концы одной из .крайних частей и средней части несут диски с фиксаторами, другая крайняя часть связана со средней шарнирно, а тело свободно установлено на полом стержне, На фиг. 1 изображен прибор, продольный разрез; на фиг"; 2 - кинематическая схема устройства, когда плоскость вращающейся массы образует угол

"+сь" в центростремительной зоне; на фиг. 3 - то же, когда плоскость вра-. щающейся массы образует угол "+е(" в центробежной зоне; на фиг. тт - то же, когда плоскость вращающейся массы образует угол "+oL" в центростремительной зоне; на фиг. 5 - то же, когда плоскость вращающейся массы

98957

3 образует угол +at в центробежной зоне.

Прибор для демонстрации законов вращательного движения состоит из уголков 1, приваренных к швеллеру 2.

К швеллеру 2 крепятся подшипниковые втулки 3 и 4 с подшипниками 5 и 6, в которых находится вал 7 с прокладкой 8, на барабане 9 посредством винта 10 закреплен конец приводного ме- 10 ханизма 11, в виде тросика. Барабан 9 крепится к валу 7 гайками 12 и связан со штангой 13, закрепленной в верхней части вала 7 посредством болтов 14. Нтанга 13 выполнена составной 15 и имеет две крайние части 15, 16 и среднюю часть 17. Соседние концы крайней части t5 и средней 17 несут диски 18, 19 с фиксаторами 20. Другая крайняя часть 16 связана со щ средней частью 17,посредством шарнира 21. Средняя часть 17 штанги 13 несет кольца 22 и диски 23 и 24. Между средней частью 17 и дисками 23 и 24 размещена пластина 25, а ниже части 2s

17 - пластина 26, в которой размещен шарнир 21.

В части 16 штанги 13 со сторон А и Б просверлено сквозное отверстие с резьбой, в которые ввинчены болты 27. зр

Болты 27, при ослаблении части 17 и 16 штанги 13 кольца 22 и отрезки дисков 23 и 24 с шарниром 21 образуют продольный шарнир, в котором часть

16 (по стрелке детали 21) может двигаться в пределах 0-240 . На лицевой стороне отрезков диска 23 и 24 (со стороны Б по сечению) крепится отрезок транспортирной шкалы для определения угла поворота части 16 относительно части 17 с фиксацией болтами

27. Для определения угла поворота между дисками 18 и 19 к шлицевой стороне диска 18 такне крепится отрезок .транспортной шкалы.

На крайней части 16 штанги 13 ввинчен полый стержень 28, на резьбе которого находится контурная гайка 29, прокладка 30 и деталь 31. В окне де:тали 31 установлен валик 32 со шки50 вом 33, на котором имеется канавка с тросиком 34.

С верхней стороны (контурной гайки 29) и на полом валу 28 находится барабан 35 с подшипниковой обоймой

36 и 37, с шариками 38 и 39. В барабане 35 винтом 40 закреплен механизм в виде тросика 41 для приведения во

6 4 вращательное движение тела 42, в которое впрессована обойма 43.

На полом валу 28 находится деталь.

44, впрессованная в стакан 45. В отверстиях верхней части стакана 45 проходят направляющие стойки 46, которые впрессованы в вал 28. В сквозном отверстии стакана 45 ввинчены винты 47 для фиксации тросика 34 в стакане 45.

К крайней части 16 штанги 13 приварена стойка 48, а к детали 31 планка 49;

Винтами 50 и 51 динамометр 52 со шкалой 53 и указателем 54 крепится к детали 48 и 49. Винтом 55 пружина 56 крепится к стойке 48. Второй стороной пружина 56 крепится к втулке 57, на которой укреплен ползунок 58 и тросик 34.

С левой стороны швеллера 2 установлен пружинный фиксатор 59 с валиком 60 и пружиной 61. К корпусу фиксатора 59 приварен отрезок трубки .

62 с валиком 63 и шкивом 64, на кото ром имеется канавка с тросиком 65.

Раздвижным разъемом (см. Фиг.2, 3) регулируют соотношение простых радиальных размеров R и Й, чтобы й2 (0,05 - 0,1) R ) где R — радиальное расстояние наружной части диска 42 к оси вращения вала 7;

R — радиус диска 42.

В продольном шарнире (с шарниром 21) в вертикальной плоскости крайнюю часть 16 поворачивают относительно средней части 17 на некоторый угол + с (по градусной шкале, со стороны А сечения) вниз с жесткой фиксацией поворота болтами 27. Поперечный шарнир, как и на фиг. 1, остается без изменения.

Продольный шарнир (с шарниром 21) (см. Фиг. 4 и 5) остается без изменений, как и на фиг. 1. В поперечном шарнире поворачивают диск 18 относительно диска 19 с ослаблением Фиксаторов 20 на некоторый угол +oL0, с .жесткой фиксацией угла поворота (по градусной шкале) фиксаторами 20.

Перед включением прибора в работу натяжением тросика 65 (вниз) проверяют освобождение штанги 13 от двухсторонней фиксации валиком 60, в голову которой впрессован тросик 65, а в хвостовике сделана щель для входа ребра штанги 13. Затем, натяжением тросика 11., проверяют вращение при5 9895 бора в направлении со„ вокруг оси вала 7.

Без натяжения тросика 65 валиком

60 производят фиксацию штанги 13., Приложением определенного тягового усилия к стакану 45 производят градуировку шкалы 53 динамометра 52 для определения работы центростремительных сил; которые возникают при работе согласно фиг. 2 или 4, когда происходит преобразование вращательного движения тела 42 в его поступательное движение вверх, вдоль пОлого стержня 28, ka барабане 35 винтом 40 слегка !5 закрепляется стальной тросик 41 и производится его намотка на барабан: против часовой стрелки (со сторонытела 42) для получения 8 нем и ба-. рабане 35 центростремительных сил, щ развивающих тяговое (Fu,с) усилие вверх, вдоль полого стержня 28 - по . фиг. 2 и 4; по часовой стрелке - для получения (в теле 42 и барабана 35) центробежных сил (Гц ) по фиг; 3 и 5. 25

В одной плоскости с телом 42 на некотором расстоянии (L ) 3R ) от прибора устанавливают сторонний электродвигатель с редуктором и барабаном (на фиг. 1 не показан, возможно ручное управление) для смотки тросика

4! с барабана 35 за определенный интервал времени с определенным (дозированным) усилием, для передачи телу 42 и барабану 35 определенного вращающего момента.

Перед включением прибора в работу производится заготовка таблиц по определению зависимости

a) Fu;c = f(+d), = f(+d) где Г; - тяговое усилие, которое раз- вивает тело 42 и барабан 35 при работе устройства, когда

+g=- Оо 5О 10О...

+ - =Оо. 5; !Оо

О

Из -таблиц определяют максимальные значения F ц при определенной велиТ5 чине +с или +d, поэтому проводится уточнение величин этих углов -с значениями: +1о; 2 ; 3 ; 4 вблизи значения оптимальной величины Г б) F++=f(m ) при ы„ = const u цс-т(m ) при ш я в const ) при определенной ранее (п,в.а.) величина

+фитили + с где ц! - угловая ско- .

+ - ss рость вала 7 вокруг своей оси, при

" импульсном действии силы F 11, при., сматывании тросика 11 с барабана 9,,и)" - угловая скорость тела 42 и бара-.

76 б бана 35 вокруг оси полого стержня 28, при импульсном действии силы F 41, при сматывании тросика 41 с барабана 35.

Прибор работает следующим образом.

При повороте, например, крайней части 16 от .средней части 17 на +Ы

= 5 (с Фиксацией) (см. фиг. 2) вклю, чаете- сторонний электродвигатель

,(на фиг. 1 не показан) с редуктором, на валу которого закреплен тросик 41.

При сматывании тросика 41 с бара-. бана 35 в направлении аи передается

1 определенный вращающий момент телу

42 и барабану 35.

По окончании передачи вращающего момента телу 42 и барабану 35 натяжением тросика. 65 снимают фиксацию штанги 13, включают второй сторонний электродвигатель (на фиг.. не показан, возможно ручное управление) с редуктором, который сматывает тросик 11 с барабана 9, для передачи телу 42 и барабану 35 определенного (дозированного) сложного вращательного движения, (ч),„и ю противоположны), когда в теле 42 и в барабане 35 возникают центростремительные- силы, создающие определенное тяговое ycu-.

wt F, максимальная величина которого (например, при + о(; — 5 ) опредео ляется указателем 54 динамометра 52 по шкале 53.

Показание указателя 54 динамометра 52 заносится в таблицу, а указатель 54 возвращается (от руки) в исходное (начальное) положение. 1

На фиг. 3 изображена передача вращающего момента телу 42 и барабану 35 от стороннего электродвигателя, которая производится при сматываниитросика 4! с барабана 35 в направлении ю2, когда направления вращательных движений щ.,и u3g совпадают при работе в теле 42 и барабане 35 центробежных сил.

При повороте диска 19 (см. Фиг.4) относительно диска 18 в поперечном шарнине íà +а(.= 5o (с Фиксацией) включается сторонний электродвигатель с редуктором (на фиг. 1 не показан), на валу которого закрепляется тросик 41 для сматывания в направлении ы и передачи определенного вращающего момента барабану 35 и телу 42. Затем снимается фиксация штанги !3, включается второй сторонний электродвигатель (на фиг. 1 не показан) с редуктором, на котором

7 989576 8 закреплен сматывающий тросик ll барабана 9 для создания центростремительных сил в барабане 34 и теле 42 при преобразовании их вращательного движения в поступательное вдоль ва- 5 ла 28.

Показания указателя 54 заносятся в таблицу, указатель возвращается в начальное положение.

На фиг. 5 изображено то же, что . и на фиг. 4, но передача вращающего момента барабана 35 и телу 42 производится при сматывании тросика 11 в направлении.ю, когда работают центробежные силы Г, для которых безразлична величина инерционного угла "атаки" ;d

Наблюдения за работой установки по фиг. 3 и 5 производятся для сравнения данных работы установки по 2о фиг, 2 и 4 с наглядностью работы центробежных или центростремительных сил.

Кроме того, определение установочных параметров вращающих масс в цент- 25 ростремительной зоне при определенных (оптимальных) значениях "+ф или

"+Ы" с соотношением ы и а позво1 лит произвести качественное проектирование движителя. 30

На приборе (см. фиг. 1) возможно проведение. исследовательских работ с сложно вращающимся телом (тело 42 и барабан 35) по изучению (см.фиг. 2 и 4) чередования центростремительных сил центробежными или .центробежных центростремительными, при радиальном

° изменении величины К с помощью pery лировки установки штанги 13 в раздвижном разъеме.

Прибором, согласно фиг. 1, не предусматривается проведение исследовательских работ по изменению направления движения вращающейся массы вдоль полого стержня 28 (вниз) при ,преобразовании сложного вращательного движения массы (детали 35 и 42) в поступательное движение с целью упрощения конструктивного выполнения прибора.

На фиг..l вал 7 и подшипники 5 и 6 выбраны для работы прибора при ручном управлении.

Формула изобретения

Прибор для демонстрации законов вращательного движения, содержащий штангу, связанную с приводным механизмом, установленный на ней полый стержень и тело, связанное с динамометром тросом, проходящим через полый стержень, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности, он имеет механизмы для приведения тела в сложное планетарное движение, штанга выполнена из нескольких частей, при этом соседние концы одной из крайних частей и средней части несут диски с фиксаторами, другая крайняя часть связана со средней шарнирно, а тело свободно установлено на полом стержне.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 160045, кл. G 09 В 23/08, 1964.