Гіровібраційний рушій повздовжнього і криволінійного руху

1. Гіровібраційний рушій повздовжнього і криволінійного руху, суміщає одночасно робочі три механічні прилади сумісних в одному агрегаті; дві спарені конструкції гіроскопів, пристрій дебалансного інерційного вібратора і самобалансного інерційного вібратора, відрізняється тим, що в результаті обертання дебалансів на кут, який не перевершує 160°, система одержить однонапрямлене переміщення в просторі. 36021 проходить в напрямку, протилежному попередньому. При розгляді сил, які діють в системі, потрібно враховувати приведені нижче особливості динаміки прецесійного руху: - явище процесії виникає за рахунок дії сил інерції, при цьому, на відміну від випадку дії сил матеріальних тіл, сили протидії відсутні; - в процесі становлення руху процесії відсутній такий елемент руху як прискорення, сила безпосередньо визначає швидкість руху. Поворот гіроскопічного пристрою - рух процесії здійснюється за рахунок опору сил інерції маси ротора руху з поворотним прискоренням і виникаючому при цьому гіроскопічному моменту в площині, перпендикулярній осі С 1С1, величина останнього визначається за формулою Mr = PR = Iww e (2) де момент інерції ротора I = Закон формування, в динаміці, діючих сил визначається графічною побудовою (фіг. 2). Сили, створені одним гіроскопом, котрі безпосередньо визначають зміщення системи, є (3 і 4); N =P F = mRw e 2 Повздовжні складові сил N і Р, які діють перпендикулярно осі ВВ, визначаються з рівнянь: (5) N¢ = N cosa ¢ F¢ = F sina ¢ (6) де a¢- кут повороту рад. R. відносно осі ВВ. Також сили поперечні, які діють перпендикулярно осі АА1 з рівнянь: (7) N¢¢ = N sina ¢ (8) F¢¢ = F cos a ¢ Нижче наведено орієнтувальний розрахунок сил, які діють в системі, з реально прийнятними параметрами елементів конструкції. Прийнято: Р=10 кг, R= 100 см, r2=150 см, w=200 1/сек, g=1000 см/сек 2, прийнято округлене значення кута a¢=45°, a²=90°. При прийнятих параметрах кутова швидкість прецесії w визначається за формулою (4) PR = Iww e 2 m×r , 2 де m – маса; r - радіус ротора; w - кутова швидкість оберту ротора; we- кутова швидкість оберту процесії. В результаті дії гіроскопічного моменту Mr і повороту ротора гіроскопа по колу радіуса R, на вісь 8 будуть діяти сили, постійні за величиною і змінені за напрямком, визначені рівнянням P ×R (3) N= =P R При обертанні ротора - незрівноваженної маси дебаланса, по колу рад. R, виникає збурююча сила, яка діє в напрямку рад. R, постійна за величиною і змінна за напрямком, величина останньої визначається за формулою (4) F = M × R × we2 Кінематичною схемою рушія передбачено виконання дії і одночасної роботи трьох механічних пристроїв, суміщених в одному агрегаті: - двох спарених гіроскопів 4 і 5, в результаті дії яких гіроскопічні пристрої 2 і 3 проходять в безопорну обертальну дію; - оберти ротора гіроскопа по колу рад. R., при якому виникає збурююча сила F, даний пристрій працює як дебалансний інерційний вібратор; - спарена робота двох гіроскопічних пристроїв обертання останніх по колу рад. R, в даному разі пристрій працює як самобалансуючий інерційний вібратор. Останній здійснює однонапрямлене безопорне зміщення агрегату, яке досягається за рахунок повороту гіроскопічних пристроїв на кут менше a=160°. Переміщення системи, в результаті дії дебалансного інерційного вібратора, буде мати повздовжній рух з прискоренням за рахунок повторної дії імпульсів сил та властивості маси системи її інертності. При різних величинах повороту гіроскопічних пристроїв на кут a, що забезпечується довготривалістю дії сил Рі-Р, система буде переміщуватися по криволінійній траєкторії. Передбачається, що інерція маси системи буде гаситися випереджаючою зміною напрямку дії сил Рі-Р. Враховуючи значення моменту інерції, 2 mr = I , після перетворення, кутова швидкість 2 буде визначатися рівнянням 2gR we = (9) r 2w підставляючи відповідні числові значення знаходимо 2 × 1000 × 100 1 we = »7 150 × 200 сек Підставляючи в рівняння (3 і 4) відповідні цифрові значення, знаходимо: N=Р=10 кг; F = m × R × w e2 = (P × g) × R × we 2 = (10 ×100 ) × 100 × 49 » 50 кг З рівнянь (5 і 6) визначаємо повздовжні складові сили початкового моменту повороту, при значенні a¢=45°; N1 = N¢ = N × cos 45o = 10 × 0,7 = 7 кг F1 = F¢ = F × sin45o = 50 × 0,7 = 35 кг При повороті на кут a=90°: N2 = N¢ = N × cos 90o = 10 × 0 = 0 F2 = F¢ = F × sin90o = 50 × 1 = 50 кг З наведеного виходить: рівнодіючі повздовжніх складових сил N1+F1 і N2+F2 , при повороті гіроскопічних пристроїв на кут a=90°, будуть мати постійну однонапрямлену дію, змінену по величині сили. При розгляді поперечних сил (рівняння 7 і 8) потрібно враховувати, що дії гіроскопів передбачаються в парному режимі, в цьому випадку поперечні сили другого гіроскопа спрямовані в протилежний бік, які діють на одній прямій і рівні за ве 2 36021 личиною, відповідно гасяться в системі і не чинять дії на зміщення системи. Наведене вище дає основу вважати, що сили, які діють в системі, обумовлюють однонапрямлене зміщення останньої. Особливістю гіровібраційного рушія є його властивість, знаходячись в стані автономної, ізо льованої матеріальної системи, наприклад, в умовах невагомості, за рахунок дії внутрішніх сил системи, за відсутності точки опору і сил протидії, приводити себе в поступальний або в криволінійний рух, а також його закінчувати. Гіровібраційний рушій є механічним саморушійним пристроєм безопорного руху. 3 36021 Фіг. 1 4 36021 Фіг. 2 5 36021 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6