Никогда не упадет
Каждый ребенок уверен в том, что хорошо раскрученный волчок будет устойчиво стоять на своей острой ножке, пока вращение его достаточно быстрое. На этом, пожалуй, и заканчивается весь интерес к игрушке, а о практическом его применении многие даже и не догадываются. Тем не менее, изобретатели давно присмотрелись к гироскопу (так называют быстро вращающийся волчок инженеры, изучившие его свойства) и с успехом применяют гироскоп на практике. Так, пуля, получившая вращение благодаря нарезному стволу, летящая всегда острием вперед, гирокомпас на корабле, в любую болтанку на море точно показывающий курс корабля, а ракета, доставляющая спутник на околоземную орбиту, всегда вертикальна при взлете благодаря вращению хоть и не простого, но все-таки волчка.
Гироскоп обладает замечательными свойствами. При кратковременном действии внешних сил - при резком ударе, например, - ось его почти не меняет своего направления в пространстве — она может подрагивать, совершая небольшие колебания около центра вращения. Именно это свойство устойчивости находит широкое применение в технике. При длительном же действии внешних сил на гироскоп его ось вращения будет изменять свое направление под прямым углом относительно внешней силы – это свойство называется гироскопическим эффектом. Гироскопический эффект может играть и вредную роль. При повороте корабля, на котором установлена быстро вращающаяся турбина, гироскопический эффект, создавая добавочное давление на подшипники, сокращает срок их службы.
Если ось гироскопа, опирающегося на плоскость, не горизонтальна, то гироскоп не падает, а продолжает вращаться вокруг своей оси, а она, в свою очередь, описывает конус в пространстве — такое движение называется прецессией. Одновременно с прецессией происходит и нутация, при которой свободный конец оси гироскопа описывает в пространстве волнообразную кривую. Кстати, такую же прецессию совершает и земная ось. Для того чтобы увидеть действие гироскопа на практике, предлагаем изготовить электрическую модель транспортного средства на двух колесах. В этой модели гироскоп поддерживает равновесие как во время движения, так и при полной ее остановке.
Модель состоит из рамы, в которой установлен на оси диск гироскопа. На верхней части оси закреплен сдвоенный шкив для двух пас-сиков. Один из них служит для подачи постоянного вращения на гироскоп от электродвигателя, другой необходим для передачи вращения через редуктор ведущему колесу модели.
В модели предусмотрена и другая, усложненная кинематическая схема передачи вращения ведущего колеса, которая позволяет отключать ведущее колесо и демонстрировать сохранение равновесия во время стоянки модели.
Для этого снимается второй пассик, на шкивы надеваются два резиновых кольца, а в промежуток между ведущим и ведомым шкивом устанавливается дополнительный ролик, закрепленный на поворотном кронштейне, который имеет два фиксированных положения и управляется соленоидом или реле.
В передней части рамы находится поворотная вилка управляющего колеса. Ее можно отрегулировать под любой фиксированный угол поворота, поэтому модель может двигаться либо по прямой, либо по выбранной окружности. В конструкции есть также место для двух элементов электропитания (LR-6 или элемент 316), а вот кузов, закрывающий все устройство модели, не предусмотрен, чтобы было видно взаимодействие деталей механизма.
Прежде чем начать строить модель, решите для себя, есть ли у вас возможность вытачивать на токарном станке все вращающиеся детали для модели или же подбирать уже готовые элементы. На чертежах даны основные размеры некоторых деталей. Вы, конечно, можете их изменить, но постарайтесь сохранить следующие отношения (в оборотах). Двигатель - гироскоп 1,5…3:1; гироскоп -ведущее колесо 20…30:1.
После того как будут известны размеры всех деталей трансмиссии, можно приступать к изготовлению рамы. Ее лучше всего сделать из листовой стали толщиной 1,5…2 мм. Боковые стороны лучше обрабатывать одновременно, соединив левую и правую детали технологическими винтами.
На одной из половинок начертите боковину рамы. Разметьте соединительные отверстия для промежуточных втулок. Для этого просверлите отверстия сверлом диаметром 2,2 мм сразу в двух пластинах, затем, разъединив их, нарежьте метчиком МЗ резьбу в правой пластине, а в левой рассверлите отверстия до диаметра 3,1 мм и сделайте с наружной стороны «зенковку» для соединительных винтов с потайной головкой. Вновь соедините левую и правую пластину между собой, просверлите все остальные отверстия, обрежьте боковины по контуру внутри и снаружи и обработайте детали напильником до необходимого размера.
Отверстия для установки осей гироскопа и червячной передачи сверлите сразу в двух деталях – верхней и нижней части рамы, зажав их в струбцине. Эти отверстия должны быть выполнены очень чисто и с большой точностью. Зазоры между отверстием и осью должны быть минимальными, иначе могут возникнуть вредные вибрации при работе модели. Собранная модель начинает работать сразу, не требуя каких-либо настроек. Медленно двигаясь, она уверенно держит равновесие. Ее можно остановить пультом управления, а если в него вмонтировать реостат, то можно регулировать скорость движения.
Автор Ю. Скопкин.
Журнал Левша №11-04г.
Tags: Игрушки
