ГИРОСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
GYROSCOPIC DEVICE

Изобретение относится к гироскопическим устройствам. Может быть применено преимущественно на средствах передвижения, содержащих устройства с применением гироскопов, в том числе оснащенных массивными роторами.
Известен гироскоп, содержащий ротор, ось которого может изменять свое направление в пространстве, что обеспечивается применением карданного подвеса из последовательно размещенных кожухов в виде колец или рамок, опирающихся на цапфы осей и подшипники (см. "Политехнический словарь" под ред. А.Ю.Ишлинского. M., Советская энциклопедия, стр.122) (далее - ПС).
Известен также гироскоп, содержащий основание с опорами для концов оси и размещенный на середине оси ротор, обладающий способностью сохранять направление линии оси собственного вращения. При вынужденном вращении основания на противостоящие опоры со стороны ротора действует перпендикулярно к оси противоположно направленная пара гироскопических сил (см. "Физический энциклопедический словарь" под ред. А.М.Прохорова, М., Советская энциклопедия, стр.126/3. (далее - Словарь).
Недостатками указанных гироскопов является то, что действующая со стороны ротора пара гироскопических сил оказывает давление на опоры оси и основание гироскопа в целом в противоположных направлениях, что усложняет устройство гироскопа, уменьшает надежность его функционирования, особенно при применении массивных роторов, и приводит к необходимости учитывать характер действия этих противоположно направленных сил при соответствующих инженерных расчетах (см. Словарь, стр.126/3, 127/1).
Предлагаемое изобретение позволяет получить технический результат, заключающийся в применении для ротора только одной опоры с подшипником и размещении центра масс ротора, подшипника и центра соединения опоры с основанием на одной прямой линии, совпадающей с направлением созданной со стороны ротора гироскопической силой. Это исключает характерное для известных гироскопов проявление плеча силы и создание пары сил, действующих на подшипники оси в противоположных направлениях. Упрощается соединение неподвижной оси ротора с ее опорой, облегчается применение массивного ротора и расширяется область применения гироскопического устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что гироскопическое устройство содержит основание с опорой для оси и размещенный на оси ротор, обладающий способностью сохранять направление линии оси собственного вращения. При вынужденном вращении основания на опору со стороны ротора действует перпендикулярно к оси гироскопическая сила. Согласно изобретению в опоре, выполненной в виде стойки, закреплен один конец оси с образованием кронштейна, несущего ротор с возможностью вращения на своем подшипнике. Опора выполнена с изгибом, обеспечивающим размещение на одной прямой линии ра масс ротора, подшипника и центральной точки соединения опоры с основанием. При этом гироскопическая сила со стороны ротора совпадает по направлению с указанной прямой линией.
Как вариант устройства, на боковой поверхности ротора с противоположной стороны от опоры имеется соосный ротору конический зубчатый венец, входящий в постоянное зацепление с закрепленным на валу привода коническим зубчатым ведущим колесом. Линия оси вала привода перпендикулярна линии оси ротора.
Как вариант исполнения, ротор гироскопического устройства выполнен в виде ротора быстроходного электромотора.
1
На приведенном чертеже дан общий вид гироскопического устройства с изображением ротора в разрезе фронтальной плоскостью по линии оси О-О ротора с показом вращения ω ротора, а также возможного вынужденного вращения основания ω вокруг линии оси М-М, приводящего к возникновению гироскопической силы F.
1
Гироскопическое устройство содержит основание 1 с опорой 2 для оси 3 и размещенный на оси ротор 4, обладающий способностью сохранять направление линии оси собственного вращения. При вынужденном вращении ω основания 1 на опору 2 со стороны ротора 4 действует перпендикулярно к оси О-О гироскопическая сила F. В опоре 2, выполненной в виде стойки, закреплен один конец оси 3 с образованием кронштейна, несущего ротор с возможностью вращения ω на своем подшипнике 5. Опора 2 выполнена с изгибом 6, обеспечивающим размещение на одной прямой линии А-А центра масс 7 ротора, подшипника 5 и центральной точки 8 соединения опоры 2 с основанием 1. При этом гироскопическая сила F со стороны ротора совпадает по направлению с указанной прямой линией А-А.
1
1
Как вариант исполнения, на боковой поверхности ротора 4 с противоположной стороны от опоры 2 имеется соосный ротору конический зубчатый венец 9, входящий в постоянное зацепление с закрепленным на валу привода 10 коническим зубчатым ведущим колесом 11. Линия оси О-О вала привода 10 перпендикулярна линии оси О-О ротора.
Как вариант исполнения, ротор 4 гироскопического устройства выполнен в виде ротора быстроходного электромотора.
Гироскопическое устройство работает следующим образом.
1
Определяющим условием функционирования гироскопического устройства является вращение ротора 4 с возможным вынужденным вращением ω основания 1 вокруг линии оси М-М. При этом не имеют значения варианты устройства привода согласно пунктам 2 или 3 формулы изобретения. Выполнение ротора в виде составной части электромотора (п.3 формулы изобретения) каких-либо особых пояснений не требует в дополнение к приведенному ниже описанию работы с механическим приводом (п.2 формулы изобретения).
1
Вращающийся вал привода 10 приводит во вращение ротор 4 с использованием находящихся в постоянном зацеплении зубчатого ведущего колеса 11 и зубчатого венца 9 ротора. Опора 2 ротора имеет изгиб 6, что обеспечивает возможность размещения центра масс 7 ротора, его подшипника 5 и центральной точки соединения 8 опоры с основанием 1 на одной прямой линии А-А. При вынужденном вращении основания вокруг линии оси М-М, не совпадающей с направлением линии оси О-О ротора, со стороны ротора 4 на подшипник 5 и ось 3 будет действовать гироскопическая сила F, которая согласно известному свойству гироскопа стремится кратчайшим путем установить ось 3 ротора параллельно линии оси М-М, причем так, чтобы и вращение ω ротора и вынужденное вращение ω основания были видны происходящими в одну и ту же сторону. Причем здесь рассматривается только действие сил без фактического перемещения оси 3, которая неподвижно закреплена в опоре 2. Известно, что центр масс любой механической системы, в том числе и ротора, проявляется как материальная точка, в которой сосредоточена масса всей системы и на которую действуют все силы, приложенные к системе (см. ПС, стр.585), Следовательно, и в предложенном гироскопическом устройстве возникающая гироскопическая сила F действует на центр масс 7 ротора. В связи с размещением центра масс 7 ротора, его подшипника 5 и центральной точки 8 соединения опоры 2 с основанием 1 на одной прямой линии А-А, здесь отсутствуют плечи для гироскопической силы F, что исключает возможность создания пары сил. Наличие вала привода 10 также не создает условия для возникновения пары сил, поскольку гироскопическая сила F направлена в противоположную сторону от этого вала, что исключает возможность действия указанной силы на этот вал. Помимо этого, в данном случае гироскопическая сила является уравновешивающей к силе тяжести ротора. На прилагаемом чертеже показано такое взаимодействие элементов гироскопического устройства.
Указанные отличия предложенного гироскопического устройства являются существенным преимуществом по сравнению с известными гироскопами, облегчают применение массивного ротора, расширяют область возможного применения гироскопического устройства и обеспечивают достижение заданного технического результата.