Читайте также:
|
|
Свойства гироскопа с тремя степенями свободы. Простейшим вариантом гироскопа с тремя степенями свободы является гироскоп в кардановом подвесе (рис. 1.1).
а) б)
Рисунок 1.1. Гироскоп в кардановом подвесе: а) с тремя степенями свободы; б) с двумя степенями свободы
Ротор 1 подвешен в системе колец так, что он может вращаться вокруг оси X — X относительно внутреннего кольца 2 (собственное вращение), внутреннее кольцо — вокруг оси Y — Y относительно внешнего кольца J. а последнее — вокруг оси Z — Z относительно основания. Точка О пересечения осей X — X, Y— Y и Z — Z является центром подвеса гироскопа.
Первое свойство заключается в следующем. Главная ось свободного гироскопа стремится удержать неизменным свое направление в инерциальном пространстве. Это означает, что если главная ось направлена на какую-либо звезду, то при любых перемещениях основания, на котором установлен гироскоп, она будет неизменно указывать на эту звезду, изменяя свою ориентацию по отношению к системе координат, связанной с Землей. Впервые указанное свойство было использовано Л. Фуко для доказательства суточного вращения Земли.
Второе свойство состоит в том, что под действием внешней силы, приложенной к внутреннему или внешнему кольцу и создающей момент, не совпадающий по направлению с главной осью гироскопа, последняя будет двигаться не по направлению действия силы (как это было бы при не вращающемся роторе), а перпендикулярно этому направлению. Подобное свойство гироскопа называется прецессией. Прецессионное движение происходит с постоянной угловой скоростью, т.е. является безинерционным.
Третье свойство выражается в следующем. Под действием импульса силы (удара) главная ось гироскопа практически не изменяет первоначального направления, а лишь, совершает быстрые колебания около положения равновесия. Эти колебания называются нутацией. Они особенно хорошо заметны при небольшой угловой скорости собственного вращения ротора.
Свойства гироскопа с тремя степенями свободы используются в таких устройствах, как гирокомпасы, гирогоризонты, гиростабилизаторы индикаторного типа.
Свойство вращающегося симметричного тела с двумя степенями свободы. Гироскоп с двумя степенями получим, если гироскоп с тремя степенями свободы лишим одной степени свободы, например вокруг оси Z — Z (рис. 1.1.а), путем жесткого соединения кольца 3 с основанием 4. В результате будем иметь устройство, изображенное на (рис. 1.1.б).
Гироскоп с двумя степенями свободы не обладает ни одним из тех свойств, которые имеет гироскоп с тремя степенями свободы. Свойство, присущее только гироскопу с двумя степенями свободы, заключается в следующем. Если придать основанию, на котором установлен гироскоп, вращение вокруг оси Z — Z, т. е. оси, не совпадающей с осью собственного вращения ротора и осью подвеса Y — Y, то ротор вместе с кольцом подвеса поворачивается вокруг оси подвеса до тех пор, пока ось X — X собственного вращения ротора не совпадет с осью вращения основания, т. е. с осью Z — Z вынужденного вращения гироскопа.
На основе свойства гироскопа с двумя степенями свободы работают гиротахометры (дифференцирующие гироскопы), интегрирующие гироскопы и др.
Рис. 1.2. Гироскоп с одной степенью свободы |
Учитывать гироскопический эффект тел, имеющих одну степень свободы по собственному вращению, необходимо при их установке на объектах, изменяющих направление движения (судовая или авиационная турбина, винт вертолета).
Для доказательства свойств гироскопа необходимо использовать методы аналитической механики.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 181 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Подвесы, применяемые в гироскопах | | | Теорема о кинетическом моменте |