УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Устройство относится к наглядным учебным пособиям и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической механике.
Известно устройство для исследования движения твердых тел (Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.: Высш. шк., 1986. с.175, рис.205 - прототип), состоящее из станины, вращающегося тела вокруг наклоненной геометрической оси и стойки с кривошипом, вращающейся вокруг вертикальной оси.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что тело в нем совершает вращательное относительное движение только при постоянном угле наклона геометрической оси, причем в устройстве нет возможности регулировать величины угловых скоростей тела и стойки.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы обеспечить изменение угла наклона геометрической оси вращающегося тела и создать условия для изменения угловых скоростей (как по величине, так и по направлению) тела и стойки.
Технический результат достигается тем, что устройство для исследования сложного движения твердых тел, состоящее из станины, вращающегося тела вокруг наклоненной геометрической оси и стойки с кривошипом, вращающейся вокруг вертикальной оси, снабжено полой стойкой, к которой внизу жестко закреплено коническое колесо, кинематически связанное с другим коническим колесом с приводом от электродвигателя, имеющим возможность изменять как частоту, так и направление вращения, внутри полой стойки расположен вал, жестко связанный с валом другого электродвигателя, также имеющим возможность изменять как частоту, так и направление вращения, вверху вал кинематически связан с коническим зубчатым механизмом, корпус которого жестко связан с полой стойкой и с полым кривошипом,
на конце которого жестко закреплен корпус другого механизма с четырьмя коническими зубчатыми колесами, входное колесо которого жестко связано валом с выходным колесом первого механизма с коническими зубчатыми колесами, а корпус второго зубчатого механизма выполнен составным с возможностью вращательного движения относительно друг друга вокруг осей промежуточных конических зубчатых колес и жесткого соединения их в любом нужном положении с помощью резьбовых крепежных элементов, расположенных на осях промежуточных конических зубчатых колес, вал выходного конического зубчатого колеса последнего зубчатого механизма жестко связан с вращающимся телом.
Такое исполнение устройства позволило изменять угол наклона геометрической оси вращающегося тела, а также изменять как величины угловых скоростей вращающегося тела и кривошипа независимо друг от друга, так и их направления.
На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2. - разрез второго механизма с зубчатыми колесами.
Устройство для исследования сложного движения твердых тел, состоит из станины 1, вращающегося тела 2 вокруг наклоненной геометрической оси 3 и стойки 4 с кривошипом 5, вращающейся вокруг вертикальной оси. Стойка 4 выполнена полой. Она снабжена внизу жестко закрепленным коническим зубчатым колесом 6, кинематически связанным с другим коническим колесом 7 с приводом от электродвигателя 8, имеющим возможность изменять как частоту, так и направление вращения. Внутри полой стойки расположен вал 9, жестко связанный с валом другого электродвигателя 10, также имеющим возможность изменять как частоту, так и направление вращения. Вверху вал 9 кинематически связан с коническим зубчатым колесом 11 зубчатого механизма 12, корпус которого жестко связан с полой стойкой 4 и с полым кривошипом 5. На конце кривошипа 5 жестко закреплена одна из частей 13 составного корпуса другого механизма с четырьмя коническими зубчатыми колесами. Входное колесо 14 механизма 13 жестко связано валом с
выходным колесом 16 первого механизма с коническими зубчатыми колесами. Корпус второго зубчатого механизма выполнен составным. Он состоит из упомянутой уже части 13 и 17 с возможностью вращательного движения относительно друг друга вокруг геометрических осей промежуточных конических зубчатых колес 18 и 19 и жесткого соединения их в любом нужном положении с помощью резьбовых крепежных элементов 20 и 21, расположенных на полых осях составной части 13 корпуса. Вал 3 выходного конического зубчатого колеса 22 последнего зубчатого механизма жестко связан с вращающимся телом 2.
Устройство работает следующим образом.
Одна кинематическая цепь устройства состоит из электродвигателя 8, конического колеса 7, связанного с коническим колесом 6, из стойки 4, жестко связанной с помощью корпуса 12 первого зубчатого механизма с кривошипом 5, несущим последний зубчатый механизм с валом 3 и телом 2. Эта кинематическая цепь обеспечивает переносное движение тела 2 при вращении ротора электродвигателя 8. Переносное движение может осуществляться при различных угловых скоростях, поскольку электродвигатель имеет такую возможность. Электродвигатель имеет и возможность изменять направление вращения ротора. Таким образом, тело 2 в переносном движении может вращаться как с различной угловой скоростью, так и в различных направлениях.
Другая кинематическая цепь состоит из электродвигателя 10, вала 9, конических зубчатых колес 11 и 16, вала 15, жестко связанного с колесами 16 и 14. Входное колесо 14 кинематически связано с промежуточными колесами 18 и 19, а они связаны кинематически с выходным колесом 22, которое жестко связано с валом 3 и телом 2. При вращении ротора электродвигателя 10 движение передается вдоль элементов перечисленной кинематической цепи телу 2. Таким образом, тело 2 может совершать относительное вращение вокруг геометрической оси вала 3 с разной угловой скоростью как по величине, так и по направлению, поскольку электродвигатель 10 имеет соответствующие параметры.
Корпус последнего (конечного) зубчатого механизма состоит из двух частей 13 и 17 с возможностью вращательного движения относительно друг друга вокруг геометрических осей промежуточных конических зубчатых колес 18 и 19. Эти части можно жестко соединить в любом нужном положении с помощью резьбовых крепежных элементов 20 и 21, расположенных на полых осях составной части корпуса 13. Таким образом, вал 3 выходного конического зубчатого колеса 22 последнего зубчатого механизма, жестко связанный с вращающимся телом 2, можно расположить под любым углом α к горизонтальной оси вала 15.
Таким образом, сложное движение твердого тела предложенное устройство позволяет исследовать при самых широких параметрах угловых скоростей переносного и относительного движений, а также при различном угле наклона геометрической оси вращающегося тела.