Учебный прибор для демонстрации прецессии гироскопа — SU 1555706 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51)5 С 09 В 233лектротехничес И,Гернерфф тельство СССР В 23/08, 1985, ДЛЯ ДЕМОНСТРАУ - угловаяроскопа, .1 ил Изобретение о и наглядным посо кой и прикладной быть использован тноси тся еоретиче и может ях и сеп механикео на лекпи техниунивераведени ческих учебных зсите тах,Цель изобретепазона решаемых ирение диа м обеспей демонстмоментааа ния - рас ч пу и с рук ер ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Новосибирский экий институт(54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОРЦИИ ПРЕЦЕССИИ ГИРОСКОПА(57) Изобретение относится к учебными наглядным пособиям по теоретической и прикладной механике и можетбыть использовано на лекциях и семинарских занятиях в высших технических учебных заведениях и университетах, Цель изобретения - нагляднаядемонстрация определения осевогомомента инерции вращающегося ротора,Предлагаемый прибор содержит следующие основные функциональные элементы; гироскопическую систему маховикэлектродвигатель - противовес, упруминарских занятиях в высши чения возможности наглядн определения осевого и вращающегося рото гую подвеску гироскопическои 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 (д, и Я и в конечном итоге момента инерции 10 вращающегося1 ротора-гироскопаРс Хсгдеа у.Яс- общий вес гироскопической системы; Х- координата центра тяжести системы при ее вращении вокруг вертикальной оси в горизонтальном положении; Я, - угловая скорость вращения ротора электродвигателя;скорость прецессии гизображен предлагаем На чертеже и ыйприбор,Учебный прибор содержит установленную на основании. платформу 1 состойкой 2, электродвигатель 3, на ось4 которого насажен маховик 5, закрепленный на стойке 2 с воэможностьюсвободного вращения вокруг оси Е,ворот 6, имеющий вертикальную ось (2)набженный для удобства вращенияояткой 7, две контрольные планки8 и 9 с общей линией визирования, ко 1555706.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 13 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 корпус электродвигателя 3, причем хомут имеет возможность при регулировках и измерениях перемещаться на необходимую величину вдоль корпуса электродвигателя 3, но в то же время до статочно плотно на нем сидит (это и обеспечивает его последующую фиксацию), при этом хомут 17 с обеих сто 1 рон снабжен соосными горизонтальнымижесткими штырями 18 и 19, перпенди 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 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 нкгей 21-23 и промежуточного коромысла 20, 45 Прибор работает следующим образом,Для демонстрации прецессии гироскопа смещают хомут так, чтобы система маховик - электродвигательдротивовес вышка из состояния равно 50 весия, Ось системы находится под некоторым углом к горизонтали, Поддерживая электродвигатель рукой, придают системе горизонтальное положение и включают двигатель, убирают руку, система остается в горизонтальном положении и начинает вращатьсяв плоскости Х-У 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 г, которая может быть точно измерена (например, если на шпильке резьба с шагоммм, то один оборот гайки- противовеса соответствует ее смещению по шпильке на 1 мм), Поскольку центр тяжести противовеса перемеща ется иэ точки Сг в точку С, то изменилось местоположение общего центра тяжести всей системы в целом: если он раньше .находился в точке С 1, то теперь он расположен в некоторой точ 1ке С с координатой Хс (при этом вес всей системы Рс остался по величине неизменным, но теперь он приложен в новом центре тяжести С). Координата Хс нового центра тяжести является величиной, которая входит в формулу для определения момента инерцииРсо у,д ф где я, - циклическая частота вращения ротора;Я - частота прецессии;Р - масса ротора,В данной системе Хс определяетсяпо формулеР. 11Хм таее ус ргде Р - вес противовеса,гТаким образом, в конечную формулувошли три величины, определить которые не составляет никакого труда; Ри Р определяются обычным взвешиванисем, а И может быть измерено обычнойлинейкой, т,е, даже Рс можно не определять, достаточно только взвеситьпротивовес и определить Р .Далее определяют Я,и я , Обычнымтахометром или строботахометром постандартной методике, изложенной вего 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 вращаюоставитель М.Гребловехред А. Кравчук едактор Н.Тупица рн орректо 555Государственног113035 ЗакВНИИПИ Тираж 389 митета по изоб сква, И, Ра Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРская наб , д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага а, 101 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 Е и замерив секундомером время, в течение которого они произошли, определяют Я 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 щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения воэможности 555706 6демонстрации определения осевого момента инерции вращающегося ротора,он имеет закрепленный на стойке с5возможностью свободного вращения ворот, две контрольные планки с общейлинией визирования, одна из которыхустановлена на электродвигателе, адругая - на вороте, горизонтальнуювинтовую ось с гайкой-противовесом,установленную на свободном торцеэлектродвигателя, хомут, установленный на корпусе электродвигателя своэможностью перемещения вдоль негои фиксацк 1 и снабженный с обеих сторон горизонтальными штырями, перпендикулярными оси электродвигателя,на поверхности платформы установленпередвижной лимб, а электродвигатель 20 соединен со стойкой посредством упругого элемента, выполненного в видепараллельного штыря коромысла, концыкоторого соединены вертикальными нитями с концами штырей, а центр ко ромысла соединен нитью с воротом,