Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Свойства гироскопа, с тремя степенями свободы



Простейшим вариантом гироскопа с тремя степенями свободы является гироскоп в кардановом подвесе (рис. 1.1).

Ротор / подвешен в системе колец так, что он может вращать­ся вокруг оси X—X относительно внутреннего кольца 2 (собствен­ное вращение), внутреннее кольцо — вокруг оси У—У относитель­но внешнего кольца 3, а последнее — вокруг оси Z—Z относитель­но основания 4. Точка О пересечения осей X—X, У—У и Z—Z яв­ляется центром подвеса гироскопа.
Первое свойствозаключается в следующем. Главная ось свободного гироскопа стремится удержать неизменным свое направление в инерциальном пространстве. Это означает, что если глав­ная ось отправляй 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 Под действием внешней силы приложенной к внутреннему или внешнему кольцу и создающей момент, несовпадающий по направлению с главной осью
гироскопа, последняя будет двигаться не по направлению действия силы , а перпендикулярно этому направлению. Подобное свойство гироскопа называется прецессией. Прецессионное движение происходит с постоянной угловой скоростью.

Третье свойствоПод действием импульса силы (удара)главная ось гироскопа практически не изменяет первоначального направления, а лишь совершает быстрые колебания около положения равновесия.Эти колебания называются нутацией.

 

 

2.Составление уравнений движения гироскопа способом Кудревича:1.Выбираем систему координат OXоYоZo неподвижную в пространстве . 2.Выбранная система координат не имеет углового движения, вследствие чего по этому пункту никаких действий не выполняем.

3..В качестве системы координат, связанной с гироскопом, принимаем систему осей Резаля QXYZ, т. е., связанных с гироскопом во всех его движениях, кроме собственного вращения.

4.Сообщаем гироскопу отклонения на углы α и β(Рис. 1.8),оба в положительном направлении.

5. Наносим векторы угловых скоростей α и β (с точками наверху)

6.Определяем проекции q = β (с точкой); r = α (с точкой ) * cosβ .

7.Находим гироскопические моменты:Hr = H* α (с точкой ) cos β (направ­лен в отрицательную сторону); H*q = H* β (с точкой) (направлен в положительную сторону).



8. Находим угловые ускорения α и β (с 2 точками наверху) (оба вектора направлены в ту же сторону, что и векторы α и β (с точками наверху) )

9. Определяем инерционные м оменты Jэ * α (с 2 точками наверху) cos β и Jэ* β (с 2 точками наверху).

10. Предполагаем, что на гироскоп действует сила F, которая создает момент относительно оси OY. Вектор момента лежит в положительном направлении оси OY. Нанесем вектор этого момента Lу на чертеж. Считаем, что никакие другие моменты внешних сил на гироскоп не действуют.

11.Моментов сил инерции нет. Так как читаем. Что точка О неподвижна или движется равномерно. Поэтому никаких действий по данному пункту не выполняем.

12.Суммирование моментов по осям OY и OZ приводит к следующим двум уравнениям, образующим систему: Jэ* β (с 2 точками наверху) + H* α (с точкой ) *cos β = Lу , Jэ* α (с 2 точками наверху) - H * β (с точкой) = 0.

13. Считая, что углы отклонения гироскопа относительно заданного положения малые, т.е.

3.Классификация гироскопов. В качестве гироскопа могут применяться вращающиеся твер­дые, жидкие и газообразные тела. Практически доказана возмож­ность использования гироскопических свойств частиц — атомных ядер или электронов, обладающих спиновым или орбитальным мо­ментами. На базе оптических квантовых генераторов созданы ла­зерные гироскопы.

Однако в настоящее время в технических устройствах, особен­но на морском флоте, наибольшее распространение получили гироскопы в которых используется динамически симметричное быстровращающееся твердое тело (ротор)._ подвешенное, таким образом, что ось его собственного вращения может произвольно изменять направление в пространстве. Следовательно, основными частями гироскопа являются_ротор и его подвес.



Ось собственного вращения ротора называется главной осью гироскопа (осью фигуры). Две любые другие оси, лежащие в_ плоскости собственного вращения ротора и перпендикулярные между собой и к главной оси, называются экваториальными

Понятие «быстровращающийся ротор» означает, что угловая скоростьсобственного вращения ротора на много порядков больше тех угловых скоростей, которые он может иметь относительно экваториальных осей.

Центром подвеса гироскопа является та его точка, которая остается единственной неподвижной при всех вращательных движениях ротора. Если центр масс гироскопа совпадает с центром подвеса, то гироскоп называется астатическим, или уравновешенным, если не совпадает— тяжелым. .

Свободным называется такой гироскоп, на который никакие моменты внешних сил не действуют В технике часто под свобод­ным гироскопом понимают астатический гироскоп с предельно ма­лыми моментами сил трения в подвесе.

Степень совершенства гироскопа, построенного на основе твер­дого ротора, во многом зависит от качества его подвеса. Через подвес ротор гироскопа связан с основанием (объектом, платфор­мой), на котором он установлен. Подвес гироскопа считается тем лучше, чем меньше угловые движения основания передаются ротору.

Все гироскопы (гироскопические чувствительные элементы) можно разделить на два класса в зависимости от того, что явля­ется объектом подвеса: камера (оболочка), содержащая быстровращающийся ротор (или систему роторов). В этом классе гироскопов применяют карданный, гидростатический (в сочетании с электромагнитным или упругим подвесом), а также газостатическийподвес; собственно быстровращающийся ротор(подвесы - электроста­тический, гидродинамический, электромагнитный, криогенный, га­зодинамический, а также упругий вращающийся).

В тех гироскопах, в которых для подвеса используется элект­ростатическое или электромагнитное поле либо давление жидкос­ти или газа, собственно ротор или камера, содержащая ротор, как правило, имеет сферическую форму. Эта форма наиболее удобна с точки зрения обеспечения симметрии действующих сил поддержания.

гироскоп, должен иметь: ротор (камеру с ро­тором), привод (для придания ротору собственного вращательно­го движения), датчик угла (для слежения за угловым положением гироскопа), а в ряде случаев и устройство для наложения управляющих и корректирующих моментов.

 

 

4. Принцип действия гиротахометра. Оптические ГТ.Гиротахометром (ГТ) называется гироскопический прибор, предназначенный для измерения угловой скорости поворота объекта, на котором он установлен. Он же «дифференцирующий гироскоп», «датчик угловой скорости».

В настоящее время наибольшее распространение для целей судовождения получили гиротахометры, в которых используется "астатический гироскоп с двумя степенями свободы.

Модель гиротахометра, построенного на двухстепенном гиро­скопе с механическими элементами, обеспечивающими наложение на него восстанавливающего и демпфирирующего моментов, изобра­жена на рис. 4.7. На рисунке показаны: гирокамера 3 с быстровращающимся ротором внутри нее; упругий элемент 1 (пружина), создающий восстанавливающий момент по углу β ; демпфирующее устройство 2 (жидкостный или воздушных поршень), обеспечивающее погашение собственных колебаний гироскопа; преобразователь 4 механического движения (угла поворота гироскопа β) в электрический сигнал, выполненный в виде переменного потенциометра; индикатор измеряемой угловой скорости аналогового 5 ( вданном случае) или цифрового 6 типа (возможна и одновременная установка индикаторов обоих вариантов). При ориентации гироскопа, представленной на рис. 4.7, гиротахометр поставлен, на судно с целью измерения его угловой скорости по углу рыскания. Принцип действия гиротахометра: при появлении угловой скорости ωz пово­рота объекта по углу рыскания возникает гироскопический момент. Вектор этого гироскопического момента направлен по оси OY и для малых углов β имеет значение Ry = Hωz. Указанный мо­мент будет поворачивать гироскоп до тех пор, пока действие момента не будет уравновешено моментом сил упругости пружи­ны Lп=Cβ, С — коэффициент, характеризующий жесткость пружины. В итоге угол поворота главной оси гироскопа будет пропорционалён угловой скорости поворота основания, так как из равенства Ry=Lп или Hωz = Cβr вытекает, что βr = (H/C)ωz. По принципу действия гиротахометр измеряет абсолютную угловую скорость здесь (а также в дальнейшем) не учитываются угловые скорости суточного вра­щения Земли и вращения объекта вокруг Земли лишь по той причине, что они либо находятся за порогом его чувствительности, либо входят в погрешность измерения ( если не компенсированы)

Недостатки - Нестабильность показаний гиротахометра с течением времени. Не достаточная линейность выходной хар-ки. Сравнительно низкий диопозон измерений

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!