УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Полезная модель относится к области механических обучающих устройств и может быть использована для познавательного восприятия сложных технологических процессов в гироскопических системах, механических дифференциалах, ветроэнергетических установках и в др. путем визуальной демонстрации действующих сил.
Из уровня техники известно устройство для привития практических навыков, которое выполнено в виде блоков с функциональными элементами, установленными в определенном порядке и отображающими различные типы соединений деталей, применяемых в конструкции реальных агрегатов и механизмов машин (патент RU 2300810, 2005). Каждый элемент блоков занимает строго определенное положение относительно других деталей, поэтому блоки могут быть собраны только в случае тщательного анализа геометрической формы детали, установки ее так, как этого требует конструкция тренажера, любая другая установка не приведет к желаемому результату. Этим достигается функциональное единство элементов тренажера, в котором фиксируется общее время выполнения работ, характеризующее уровень развития навыка.
Недостаток известного обучающего устройства состоит в том, что принцип его действия основан на переборе многочисленных вариантов сборки агрегата из множества деталей, что занимает много времени и не гарантирует успешный результат.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является перцептивное обучающее устройство (патент RU 163321, 2016), содержащее левую и правую удерживающие рукоятки, пару сопряженных между собой раскрученных на оси рабочих тел, левые, правые и центральные разгонные конические зубчатые шестеренки, установленные на концах оси вращения рабочих тел и между ними, и съемные стопорящие стержни, выполненные с возможностью передавать крутящий момент вращения рабочим телам, левая и правая удерживающие рукоятки установлены на периферийных концах оси вращения.
Недостатком перцептивного обучающего устройства является то, что обучаемому требуется физически воздействовать на ось вращения рабочих тел, чтобы наблюдать возникновение реактивной силы гироскопического момента, а также невозможность количественно оценить величину момента, возникающего вследствие вынужденной прецессии оси вращения рабочих тел.
Задачей предполагаемой полезной модели является визуализация эффекта действия реактивной силы гироскопического момента и количественная оценка величины момента, возникающего вследствие вынужденной прецессии оси вращения рабочих тел.
Технический результат полезной модели состоит в том, что повышается устойчивость полученных знаний и практических навыков при изучении сложных технологических процессов в гироскопических системах, механических дифференциалах, ветроэнергетических установках и в др. путем визуальной демонстрации действующих сил.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в известном перцептивном обучающем устройстве, содержащем пару раскрученных на оси рабочих тел, левые и правые разгонные конические зубчатые шестеренки, установленные на концах оси вращения рабочих тел, и съемные стопорящие стержни, выполненные с возможностью передавать крутящий момент вращения рабочим телам, ось вращения каждого рабочего тела шарнирно прикреплена к штативу, помещенному между рабочими телами, с возможностью поворота в вертикальной плоскости, к противоположным концам осей вращения рабочих тел прикреплены динамометры, другими концами жестко соединенные со штативом.
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой полезной модели.
Устройство для демонстрации гироскопического эффекта состоит из штатива 1, шарнирных креплений 2, осей вращения 3, пары раскрученных рабочих тел 4, ободов 5, спиц 6, ступиц 7, съемных стопорящих стержней 8, разгонных конических зубчатых шестеренок 9, динамометров 10 и разгонного блока 11.
В исходном положении на чертеже показано, что каждое раскрученное рабочее тело 4 расположено в ободе 5 на спицах 6, подсоединенных к ступице 7. Ступицы 7 осей вращения 3 рабочих тел 4 связаны с разгонными коническими зубчатыми шестеренками 9 с помощью съемных стопорящих стержней 8. Оси вращения 3 рабочих тел 4 прикреплены к штативу 1 с помощью шарнирных креплений 2. К другим концам осей вращения 3 прикреплены динамометры 10, жестко укрепленные на штативе 1. Разгонный блок 11 оснащен конической зубчатой шестеренкой, сопряженной с левыми и правыми разгонными коническими зубчатыми шестеренками 9.
Устройство работает следующим образом.
За счет разгонного блока 11, съемного стопорящего стержня 8 и разгонной конической зубчатой шестеренки 9 раскручивают одно рабочее тело 4 по часовой стрелке. Ось вращения 3 под действием реактивной силы гироскопического момента отклоняется вверх. С помощью динамометра 10 количественно определяют величину реактивной силы гироскопического момента, действующего на ось вращения 3, и его зависимость от скорости собственного вращения рабочего тела 4.
При одновременном раскручивании рабочих тел 4, одного по часовой стрелке, а другого против часовой стрелки с помощью разгонного блока 11, съемного стопорящего стержня 8 и разгонной конической зубчатой шестеренки 9, наблюдается следующее.
Ось вращения 3 первого рабочего тела 4, раскрученного по часовой стрелке, отклоняется вверх, а ось вращения 3 второго рабочего тела 4, раскрученного против часовой стрелки, отклоняется вниз под действием реактивной силы гироскопического момента. С помощью динамометров 10 фиксируют величину реактивной силы гироскопических моментов, действующих на оси вращения 3. Определяют зависимость величины реактивной силы гироскопического момента, действующего на ось вращения 3 от скорости собственного вращения рабочего тела 4, а также от направления вращения рабочего тела 4.
Данные зависимости позволяют проследить усилия, испытываемые осями вращения в гироскопических системах, механических дифференциалах, ветроэнергетических установках и в др. системах с вращающимися телами.
Промышленная осуществимость предлагаемого устройства обосновывается тем, что в нем использованы известные элементы и узлы по своему прямому функциональному назначению. Заявителем изготовлена действующая модель устройства в 2016 году.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается устойчивость полученных знаний и практических навыков при изучении сложных технологических процессов, вызванных гироскопическим эффектом во вращающихся телах.