Kinh nghiệm cho thấy chuyển động tuế sai của con quay hồi chuyển dưới tác dụng của ngoại lực V. trường hợp chung phức tạp hơn những gì được mô tả ở trên trong khuôn khổ lý thuyết cơ bản. Nếu bạn đẩy con quay hồi chuyển để thay đổi góc (xem Hình 4.6), thì tuế sai sẽ không còn đồng nhất (thường được gọi là: đều đặn), mà sẽ đi kèm với những chuyển động quay nhỏ và rung lắc của đỉnh con quay hồi chuyển - các dinh dưỡng. Để mô tả chúng, cần tính đến sự không trùng khớp của vectơ mômen động lượng toàn phần. L, vận tốc góc tức thời của chuyển động quay và trục đối xứng của con quay hồi chuyển.
Lý thuyết chính xác về con quay hồi chuyển nằm ngoài phạm vi của khóa học vật lý đại cương. Từ mối quan hệ suy ra rằng điểm cuối của vectơ L di chuyển về phía M, nghĩa là vuông góc với phương thẳng đứng và trục của con quay hồi chuyển. Điều này có nghĩa là hình chiếu của vectơ L theo phương thẳng đứng và trên trục của con quay hồi chuyển không đổi. Một hằng số khác là năng lượng
 | (4.14) |
Ở đâu - động năng con quay hồi chuyển. Biểu diễn theo góc Euler và đạo hàm của chúng, người ta có thể sử dụng phương trình Euler, mô tả chuyển động của một cơ thể một cách phân tích.
Kết quả của sự mô tả như sau: vectơ động lượng góc L mô tả một hình nón tuế sai đứng yên trong không gian, đồng thời trục đối xứng của con quay chuyển động quanh vectơ L dọc theo bề mặt của nón điều chỉnh. Đỉnh của hình nón điều động, giống như đỉnh của hình nón tuế sai, nằm ở điểm gắn con quay hồi chuyển và trục của hình nón điều chỉnh trùng với hướng với L và di chuyển cùng anh ta. Vận tốc góc của chuyển động được xác định bởi biểu thức
 | (4.15) |
trong đó và là mô men quán tính của thân con quay so với trục đối xứng và so với trục đi qua điểm tựa và vuông góc với trục đối xứng, và là vận tốc góc quay quanh trục đối xứng (so sánh với ( 3.64)).
Như vậy, trục con quay liên quan đến hai chuyển động: dinh dưỡng và tuế sai. Quỹ đạo chuyển động tuyệt đối của đỉnh con quay hồi chuyển là những đường phức tạp, ví dụ được trình bày trong Hình 2. 4.7.
 |
| Cơm. 4.7. |
Bản chất của quỹ đạo mà đỉnh của con quay hồi chuyển di chuyển phụ thuộc vào các điều kiện ban đầu. Trong trường hợp của Hình. 4.7a con quay hồi chuyển được quay quanh trục đối xứng, đặt trên giá đỡ ở một góc nhất định so với phương thẳng đứng và được thả ra cẩn thận. Trong trường hợp của Hình. Ngoài ra, ở hình 4.7b, anh ta còn được đẩy về phía trước một chút, và trong trường hợp của Hình. 4.7v - đẩy lùi dọc theo tuế sai. Các đường cong trong hình. 4.7 khá giống với cycloid được mô tả bằng một điểm trên vành bánh xe lăn trên mặt phẳng không trượt hoặc trượt theo hướng này hay hướng khác. Và chỉ bằng cách truyền cho con quay hồi chuyển một lực đẩy ban đầu có độ lớn và hướng rất cụ thể thì mới có thể đạt được rằng trục con quay hồi chuyển sẽ tiến động mà không cần các động từ. Con quay hồi chuyển quay càng nhanh thì vận tốc góc của các đai ốc càng lớn và biên độ của chúng càng nhỏ. Với tốc độ quay rất nhanh, các đai ốc gần như không thể nhìn thấy được bằng mắt.
Nó có vẻ kỳ lạ: tại sao một con quay hồi chuyển, khi không bị xoắn, đặt nghiêng một góc so với phương thẳng đứng và thả ra, lại không rơi dưới tác dụng của trọng lực mà lại chuyển động sang một bên? Động năng của chuyển động tiến động có nguồn gốc từ đâu?
Câu trả lời cho những câu hỏi này chỉ có thể có được trong khuôn khổ lý thuyết chính xác về con quay hồi chuyển. Trên thực tế, con quay hồi chuyển thực sự bắt đầu rơi và chuyển động tiến động xuất hiện do hệ quả của định luật bảo toàn xung lượng góc. Trên thực tế, độ lệch đi xuống của trục con quay hồi chuyển dẫn đến giảm hình chiếu của động lượng góc theo phương thẳng đứng. Sự suy giảm này phải được bù đắp bằng xung lượng góc liên quan đến chuyển động tiến động của trục con quay hồi chuyển. VỚI điểm năng lượng Về mặt quan điểm, động năng của tuế sai xuất hiện do sự thay đổi thế năng của con quay hồi chuyển.
Nếu, do ma sát trong giá đỡ, các đai ốc bị tắt nhanh hơn tốc độ quay của con quay hồi chuyển quanh trục đối xứng (điều này thường xảy ra), thì ngay sau khi “khởi động” con quay hồi chuyển, các đai ốc biến mất và tuế sai thuần túy còn sót lại (Hình 4.8). Trong trường hợp này, góc nghiêng của trục con quay hồi chuyển so với phương thẳng đứng hóa ra lớn hơn so với lúc đầu, nghĩa là: năng lượng tiềm năng con quay hồi chuyển giảm. Vì vậy, trục con quay phải hạ xuống một chút để có thể tiến động quanh trục thẳng đứng.
 |
| Cơm. 4.8. |
Lực hồi chuyển.
Hãy chuyển sang kinh nghiệm đơn giản: chúng ta hãy cầm trên tay trục AB có bánh xe C gắn trên đó (Hình 4.9). Chỉ cần bánh xe không bị xoắn thì việc quay trục trong không gian một cách tùy ý không khó. Nhưng nếu bánh xe không bị xoắn thì cố gắng quay trục, chẳng hạn như trong mặt phẳng nằm ngang với một góc nhỏ. vận tốc góc dẫn đến một hiệu ứng thú vị: trục có xu hướng thoát ra khỏi tay và quay theo mặt phẳng thẳng đứng; nó tác động lên bàn tay với những lực nhất định và (Hình 4.9). Cần phải nỗ lực thể chất đáng kể để giữ trục có bánh xe quay trong mặt phẳng nằm ngang.
Hãy quay con quay hồi chuyển xung quanh nó quanh trục đối xứng của nó với vận tốc góc lớn (động lượng góc L) và bắt đầu quay khung có gắn con quay hồi chuyển quanh trục thẳng đứng OO” với một vận tốc góc nhất định như trên Hình 4.10. L, sẽ nhận được một khoản tăng thêm phải được cung cấp vào thời điểm có hiệu lực M, áp dụng cho trục của con quay hồi chuyển. Chốc lát Mđến lượt nó, được tạo ra bởi một cặp lực phát sinh trong quá trình quay cưỡng bức của trục con quay hồi chuyển và tác dụng lên trục từ phía bên của khung. Theo định luật III Newton, trục tác dụng lên hệ các lực (Hình 4.10). Những lực này được gọi là lực hồi chuyển; họ tạo ra khoảnh khắc con quay Sự xuất hiện của lực hồi chuyển được gọi là hiệu ứng con quay hồi chuyển. Chính những lực hồi chuyển này mà chúng ta cảm nhận được khi cố gắng quay trục của một bánh xe đang quay (Hình 4.9).
ở đâu là vận tốc góc của chuyển động quay cưỡng bức (đôi khi được gọi là tuế sai cưỡng bức). Về phía trục, mômen ngược lại tác dụng lên các ổ trục
 | (4.) |
Do đó, trục của con quay hồi chuyển được thể hiện trong hình. 4.10, sẽ bị ép lên trên trong ổ B và tạo áp lực lên phần dưới cùng mang A.
Hướng của lực hồi chuyển có thể dễ dàng tìm thấy bằng cách sử dụng quy tắc do N.E. Zhukovsky: lực hồi chuyển có xu hướng kết hợp động lượng góc L con quay hồi chuyển với hướng của vận tốc góc của chuyển động cưỡng bức. Quy tắc này có thể được chứng minh rõ ràng bằng cách sử dụng thiết bị như trong Hình 2. 4.11.
1.1.1. Định nghĩa của "con quay hồi chuyển"
Phù hợp với hiện trạng và triển vọng phát triển công nghệ con quay hồi chuyển con quay hồi chuyển theo nghĩa rộng, chúng đề cập đến một thiết bị có chứa phần tử quay hoặc dao động và trên cơ sở đó cho phép phát hiện và đo chuyển động quay trong không gian quán tính của đế mà thiết bị NÀY được lắp đặt trên đó. Định nghĩa này cũng tương ứng với ý nghĩa của thuật ngữ con quay hồi chuyển, được nhà vật lý người Pháp L. Foucault (1819-1868) đưa ra vào năm 1852, được hình thành từ hai từ tiếng Hy Lạp; con quay hồi chuyển - xoay và skopein - xem, quan sát, tức là dịch một cách lỏng lẻo, con quay hồi chuyển là một chỉ báo xoay.
Các vật thể rắn, lỏng và khí quay có thể được sử dụng làm con quay hồi chuyển; khả năng sử dụng các đặc tính hồi chuyển của các hạt đã được chứng minh trên thực tế - hạt nhân nguyên tử hoặc các electron có mômen quay hoặc mô men quỹ đạo. Con quay hồi chuyển laser đã được tạo ra dựa trên máy phát lượng tử quang học.
Tuy nhiên, hiện nay, trong các thiết bị kỹ thuật, đặc biệt là trong hải quân, phổ biến nhất là con quay hồi chuyển, sử dụng một vật rắn (rotor) đối xứng động, quay nhanh, được treo sao cho trục quay của chính nó có thể thay đổi hướng tùy ý. trong không gian. Do đó, bộ phận chính của con quay hồi chuyển là rôto và hệ thống treo của nó.
Trục quay của rôto được gọi là trục chính con quay hồi chuyển (trục hình). Hai trục bất kỳ nằm trong mặt phẳng quay của rôto và vuông góc với nhau và với trục chính được gọi là xích đạo.
Khái niệm “rôto quay nhanh” có nghĩa là tốc độ góc quay của chính rôto lớn hơn nhiều bậc độ lớn so với vận tốc góc mà nó có thể có so với trục xích đạo,
Tâm treo của con quay hồi chuyển là điểm duy nhất đứng yên trong mọi chuyển động quay của rôto. Nếu khối tâm của con quay trùng với tâm của gimbal thì con quay được gọi là tĩnh tại, hoặc cân bằng, nếu nó không trùng nhau - nặng.
Con quay hồi chuyển tự do là con quay hồi chuyển không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ khoảnh khắc nào của ngoại lực. Trong công nghệ, con quay hồi chuyển tự do thường được hiểu là con quay hồi chuyển tĩnh với mômen lực ma sát cực nhỏ tác dụng lên hệ thống treo.
1.1.2. Hệ thống treo được sử dụng trong con quay hồi chuyển
Mức độ hoàn hảo của một con quay hồi chuyển được chế tạo trên cơ sở một rôto rắn phần lớn phụ thuộc vào chất lượng hệ thống treo của nó. Thông qua hệ thống treo, rôto con quay hồi chuyển được kết nối với đế (vật thể, bệ) mà nó được lắp đặt trên đó. Hệ thống treo con quay hồi chuyển được coi là tốt hơn khi các chuyển động góc ít hơn của đế được truyền đến rôto.
Tất cả các con quay hồi chuyển (các phần tử nhạy cảm với con quay hồi chuyển) có thể được chia thành hai loại tùy thuộc vào đối tượng của hệ thống treo là gì:
một buồng (vỏ) chứa rôto (hoặc hệ thống rôto) quay nhanh. Trong loại con quay hồi chuyển này, gimbal, thủy tĩnh (kết hợp với hệ thống treo điện từ hoặc đàn hồi), cũng như hệ thống treo tĩnh khí được sử dụng;
bản thân rôto quay nhanh. Loại con quay hồi chuyển này sử dụng hệ thống treo - tĩnh điện, thủy động lực, điện từ, đông lạnh, khí động lực, cũng như quay đàn hồi.
Trong những con quay hồi chuyển sử dụng trường tĩnh điện hoặc điện từ hoặc lực áp suất chất lỏng hoặc khí để treo, bản thân rôto hoặc buồng chứa rôto thường có dạng hình cầu. Hình thức này thuận tiện nhất xét về mặt đảm bảo tính đối xứng của các lực hỗ trợ hiện tại.
Nếu các thành phần cơ bản cần thiết của con quay hồi chuyển là rôto và hệ thống treo, thì con quay hồi chuyển được thiết kế để sử dụng trong thiết bị con quay hồi chuyển phải có: rôto (buồng có rôto), bộ truyền động (để tạo cho rôto chuyển động quay riêng), và trong một số trường hợp, một cảm biến góc (để theo dõi vị trí góc của con quay hồi chuyển) và một cảm biến mô-men xoắn để áp dụng mô-men xoắn điều khiển và hiệu chỉnh.
Lời nói đầu
Giới thiệu
Chương I. Nguyên tắc cơ bản của Động lực học vật rắn
§ 1. Góc Euler. Góc bán lại
§ 2. Vận tốc góc
§ 3. Tốc độ tuyến tínhđiểm cơ thể cứng nhắc
§ 4. Động năng của vật rắn
§ 5. Động lượng của một vật rắn
§ 6. Định luật thời điểm. Định lý Résal
§ 7. Phương trình vi phân Euler cho chuyển động quay của vật rắn
§ 8. Phương trình mômen trong các trục chuyển động không nối với vật. Tổng quát hóa các phương trình Euler
§ 9. Phương trình vi phân chuyển động của vật rắn tự do
§ 10. Phương trình vi phân chuyển động của tâm quán tính trong các trục chuyển động, có liên hệ hoặc không liên hệ với cơ thể rắn chắc
§ 11. Phương trình vi phân Lagrange của chuyển động trong hệ tọa độ tổng quát
Chương II. Lý thuyết cơ bản gần đúng của con quay hồi chuyển đối xứng quay nhanh
§ 12. Con quay hồi chuyển đối xứng. Momen động học của con quay hồi chuyển quay nhanh
§ 13. Quy tắc tuế sai
§ 14. Tuế sai của trục con quay do một lực tác dụng liên tục gây ra
Chương III. khoảnh khắc con quay
§ 15. Vectơ chính của lực quán tính của vật rắn.
§ 16. Mômen con quay trong trường hợp tuế sai đều của con quay hồi chuyển đối xứng. quy tắc Foucault
§ 17. Ngoại lực tác dụng lên con quay hồi chuyển tiến động. Tuế sai đều của con quay hồi chuyển đối xứng bằng quán tính
§ 18. Tuế sai đều đặn của con quay hồi chuyển đối xứng dưới tác dụng của trọng lực. Tuế sai chậm và nhanh
§ 19. Vận động viên chạy máy
§ 20. Rôto không cân bằng
§ 21. Mômen con quay trong trường hợp chuyển động tổng quát của con quay hồi chuyển đối xứng
§ 22. Trường hợp con quay hồi chuyển quay nhanh
§ 23. Tua bin tàu
Chương IV. Phương trình vi phân chuyển động quay của con quay hồi chuyển đối xứng
§ 24. Phương trình vi phân chuyển động quay của con quay hồi chuyển đối xứng ba bậc tự do
§ 25 Trường hợp con quay hồi chuyển quay nhanh
§ 26. Độ ổn định của trục của con quay hồi chuyển tĩnh quay nhanh với ba bậc tự do
§ 27. Mất ổn định trục của con quay hồi chuyển tĩnh quay nhanh khi số bậc tự do của nó bị hạn chế
§ 28. Tuế sai giả đều đặn dưới ảnh hưởng mô-men xoắn không đổi. Tuế sai giả điều hòa do trọng lực
Chương V. Chuyển động của con quay hồi chuyển đối xứng dưới tác dụng của trọng lực (trường hợp Lagrange)
§ 29. Phương trình vi phân của bài toán
§ 30. Phương trình vi phân xác định góc điều động
§ 31. Giới hạn thay đổi góc điều chỉnh
§ 32. Xác định góc điều chỉnh theo thời gian
§ 33. Trường hợp con quay hồi chuyển quay nhanh. Tuế sai giả đều đặn
§ 34. Ảnh hưởng của ma sát lên trục của con quay hồi chuyển
§ 35. Tính ổn định của vị trí thẳng đứng của trục con quay hồi chuyển
Chương VI. Chuyển động của con quay hồi chuyển trong gimbal
§ 36. Con quay hồi chuyển trong hệ thống treo gimbal
§ 37. Vận tốc góc của rôto và vòng cardan
§ 38. Mô men động học của rôto và vòng cardan
§ 39. Phương trình vi phân chuyển động của con quay hồi chuyển trong hệ thống treo gimbal
§ 40. Trường hợp con quay hồi chuyển quay nhanh
Chương VII. La bàn con quay
§ 41. Thành phần chuyển động quay của trái đất
§ 42. Ý tưởng ban đầu của Foucault
§ 43. La bàn con quay Sperry có con lắc
§ 44. Dao động không suy giảm của trục la bàn hồi chuyển xung quanh vị trí cân bằng của nó trong mặt phẳng kinh tuyến Các phương trình gần đúng thứ nhất
§ 45. Giảm dao động của trục la bàn con quay bằng con lắc
§ 46. La bàn con quay Sperry với bình thủy ngân
§ 47. Dao động nhỏ của la bàn hồi chuyển với bình thủy ngân
§ 48. Phương trình chuyển động của la bàn con quay với bình thủy ngân, có tính đến chuyển động của đế thiết bị
§ 49. Độ lệch hướng của la bàn con quay
§ 50. Độ lệch đạn đạo của la bàn con quay
Chương VIII. Lý thuyết trục linh hoạt có tính đến hiệu ứng con quay
§ 51. Tuyên bố vấn đề
§ 52. Tọa độ đĩa
§ 53. Vận tốc góc của đĩa
§ 54. Phương trình vi phân chuyển động của đĩa
§ 55. Nhiệm vụ tĩnh
§ 56 Mẫu cuối cùng phương trình vi phân sự chuyển động
§ 57. Rung động tự nhiên. Tần số tự nhiên
§ 58. Rung động cưỡng bức
§ 59. Tốc độ tới hạn của trục linh hoạt
§ 60. Các số quay tới hạn tương ứng với tuế sai “ngược”
Cuốn sách được dự định là trợ giảng dành cho sinh viên kỹ thuật cao hơn cơ sở giáo dục, chuyên về lĩnh vực thiết bị đo con quay. Nó phác thảo các nguyên tắc ứng dụng được sử dụng trong hệ thống ổn định và điều khiển các vật thể chuyển động, cũng như các nguyên tắc của thiết bị, tính năng thiết kế, phương pháp luận và một số lỗi dụng cụ của thiết bị con quay hồi chuyển một rôto.
Người ta chú ý đáng kể đến việc giải thích bản chất vật lý của hiện tượng con quay. Để hiểu rõ hơn về các nguyên tắc lý thuyết, cuốn sách được trang bị một số lượng lớn ví dụ thúc đẩy tự học môn học, đặc biệt là đối với sinh viên khoa thư tín và khoa buổi tối.
Cuốn sách có thể hữu ích cho những người làm công tác khoa học và kỹ thuật tham gia thiết kế, tính toán và nghiên cứu thiết bị.
Mục lục
Lời nói đầu
Giới thiệu
§ 1. Nhiệm vụ chính của điều hướng
§ 2. Phản ứng của kim nam châm và con lắc trước các nhiễu động bên ngoài
§ 3. Tính chất của vật quay nhanh
Chương I Bản chất vật lý
§ 4. Gia tốc quay
§ 5. Lực cần thiết để truyền gia tốc quay cho một vật
§ 6. Mô men phản ứng hồi chuyển
§ 7. Xác định mômen phản lực hồi chuyển trong trường hợp tổng quát
§ 8. Định luật tuế sai
Chương II Các phương trình chuyển động và phân tích chúng
§ 9. Sơ đồ động học cơ bản của huyền phù con quay hồi chuyển
§ 10. Phương trình chuyển động của hệ con quay hồi chuyển
§ 11. Đơn giản hóa phương trình chuyển động của hệ con quay
§ 12. Nghiên cứu phương trình gần đúng thứ nhất của phương trình chuyển động của rôto quanh trục chính của con quay hồi chuyển
§ 13. Tuyến tính hóa hệ phương trình chuyển động của con quay hồi chuyển
§ 14. Chuyển động của con quay hồi chuyển dưới tác dụng của mômen ngoại lực tức thời (xấp xỉ lần đầu)
§ 15. Chuyển động của con quay hồi chuyển dưới tác dụng của mô men không đổi của ngoại lực (xấp xỉ lần đầu)
§ 16. Quỹ đạo của cực con quay hồi chuyển
§ 17. Chuyển động của con quay hồi chuyển dưới tác dụng của mô men ngoại lực, thay đổi theo định luật điều hòa
§ 18. Tác dụng của mômen ngoại lực lên con quay hồi chuyển có hai bậc tự do
Chương III Làm rõ kết quả nghiên cứu chuyển động của con quay hồi chuyển trong gimbal
§ 19. Sự thay đổi mômen của ngoại lực tác dụng lên con quay hồi chuyển so với trục chính của nó ở tốc độ rôto ổn định
§ 20. Sự trôi dạt có hệ thống xảy ra trong quá trình dao động điều chỉnh của con quay hồi chuyển
§ 21. Lý do vật lý, gây ra sự lệch hệ thống của con quay hồi chuyển do các dao động điều chỉnh của nó
§ 22. Sự trôi dạt có hệ thống của một con quay hồi chuyển được tạo ra bởi các dao động của nó
§ 23. Chuyển động của con quay hồi chuyển trong gimbal cho đến khi rôto của nó đạt vận tốc góc không đổi trong vòng quay của chính nó
Chương IV Các phương trình chuyển động của con quay hồi chuyển trong hệ tọa độ chuyển động và phân tích chúng
§ 24. Lập phương trình chuyển động của con quay hồi chuyển trong hệ tọa độ chuyển động
§ 25. Phương trình đơn giản chuyển động của con quay hồi chuyển trong hệ tọa độ chuyển động
§ 26. Nghiên cứu phép tính gần đúng đầu tiên của chuyển động của con quay hồi chuyển trong hệ tọa độ chuyển động
§ 27. Chuyển động của con quay hồi chuyển trong một gimbal, đế của nó được cố định bất động trên bề mặt trái đất so với các mặt phẳng của đường chân trời và kinh tuyến
§ 28. Độ lệch so với quy chiếu trái đất của con quay hồi chuyển trong gimbal, đế của nó đứng yên trên bề mặt trái đất và các trục treo chiếm vị trí tùy ý
§ 29. Chuyển động so với các điểm tham chiếu trên trái đất của con quay hồi chuyển trong gimbal khi di chuyển đế của nó gần bề mặt trái đất dọc theo hình thoi
§ 30. Chuyển động so với các điểm tham chiếu trên trái đất của con quay hồi chuyển trong gimbal khi di chuyển đế của nó gần bề mặt trái đất dọc theo một chính thống
§ 31. Sự trôi dạt có hệ thống của con quay hồi chuyển do sự quay của đế thiết bị
§ 32. Ảnh hưởng của chuyển động quay của đế thiết bị đến bản chất chuyển động của con quay hồi chuyển có hai bậc tự do
Chương V Ảnh hưởng của lực ma sát trong giá đỡ gimbal đến chuyển động của con quay hồi chuyển
§ 33. Lực ma sát và đặc điểm của các mômen mà chúng tạo ra
§ 34. Yêu cầu chính về mômen của lực ma sát trong các gối đỡ của thiết bị con quay
§ 35. Ảnh hưởng của lực ma sát nhớt đến chuyển động của con quay hồi chuyển
§ 36. Ảnh hưởng của lực ma sát khô đến bản chất chuyển động của con quay hồi chuyển
§ 37. Ảnh hưởng của mômen lực ma sát khô trong hệ thống treo lên bản chất chuyển động của con quay hồi chuyển khi dao động điều hòa nền tảng của nó
§ 38. Ảnh hưởng của lực ma sát khô lên con quay hồi chuyển khi đế nó dao động ngẫu nhiên
Chương VI Con quay hồi chuyển tĩnh
§ 39. Sử dụng con quay hồi chuyển tĩnh trong hệ thống điều khiển đối tượng chuyển động
§ 40. Thiết bị con quay dọc và ngang
§ 41. Con quay hồi chuyển tĩnh để đo góc lệch của vật thể so với hướng chuyển động nhất định
§ 42. Các yếu tố gây sai số khi đo góc quay của vật bằng con quay hồi chuyển tĩnh
§ 43. Lỗi Cardan của con quay hồi chuyển tĩnh
§ 44. Nghiên cứu lỗi gimbal của con quay hồi chuyển tĩnh
§ 45. Lắp đặt con quay hồi chuyển tĩnh theo các mốc trên trái đất
§ 46. Quỹ đạo chuyển động của cực con quay hồi chuyển đến vị trí đã điều chỉnh
§ 47. Độ chính xác của việc duy trì một vị trí nhất định trong không gian bằng con quay hồi chuyển tĩnh
Chương VII Con quay hồi chuyển định hướng
§ 48. Nguyên lý của con quay hồi chuyển định hướng
§ 49. Phân tích hoạt động của con quay hồi chuyển định hướng đơn giản nhất
§ 50. Cân bằng trục chính của con quay hồi chuyển định hướng
§ 51. Chuyển động của con quay hồi chuyển định hướng có cân bằng giữa các khung khi đế của nó đứng yên trên bề mặt trái đất
§ 52. Các phương trình chuyển động của một con quay hồi chuyển định hướng được lắp đặt trên một vật chuyển động dọc theo hình thoi và phân tích chúng
§ 53. Chuyển động của con quay hồi chuyển hướng với thiết bị cân bằng con lắc
§ 54. Con quay định hướng có thiết bị tính toán
§ 55. Sử dụng con quay hồi chuyển định hướng để di chuyển một vật thể dọc theo một hình trực giao
§ 56. Lỗi trong con quay hồi chuyển định hướng do thiết bị cân bằng gây ra. Hệ thống treo con quay hồi chuyển Bicardan
Chương VIII La bàn hồi chuyển
§ 57. Nguyên lý hoạt động của la bàn từ
§ 58. Phương trình chuyển động của la bàn hồi chuyển
§ 59. Chuyển động của la bàn từ tính với sự điều chỉnh tỷ lệ trong quá trình dao động tắt dần của kim từ tính
§ 60. Chuyển động của la bàn từ được trang bị thiết bị hiệu chỉnh có đặc tính tỷ lệ, khi rung động cưỡng bức kim từ
§ 61. Tự dao động của la bàn từ có đặc tính hiệu chỉnh rơle
Chương IX La bàn con quay
§ 62. Con quay hồi chuyển của Foucault
§ 63. Thực tế sử dụng con quay hồi chuyển Foucault
§ 64. La bàn con quay cho đế cố định
§ 65. La bàn con quay hồi chuyển
§ 66. Dao động không suy giảm của la bàn con quay
§ 67. Nghiên cứu dao động liên tục la bàn con quay trong phép tính gần đúng thứ hai
§ 68. Dao động tắt dần la bàn con quay hồi chuyển
§ 69. Hoạt động của la bàn con quay trên một vật chuyển động. Độ lệch tốc độ
§ 70. Ảnh hưởng của gia tốc của vật chuyển động đến hoạt động của la bàn con quay
§ 71. Điều kiện để la bàn chuyển động không tuần hoàn sang vị trí cân bằng mới
§ 72. La bàn con quay chế độ kép
Chương X Con quay hồi chuyển
§ 73. Sơ đồ đơn giản nhất con lắc quay hồi chuyển
§ 74. Độ lệch vận tốc của con lắc hồi chuyển. Điều kiện không nhiễu loạn của nó
§ 75. Làm dịu dao động của con lắc hồi chuyển
§ 76. Con quay hồi chuyển
§ 77. Các loại sơ đồ mạch chính để hiệu chỉnh con quay hồi chuyển
§ 78. Ảnh hưởng của đặc tính hiệu chỉnh đến chuyển động của con quay hồi chuyển đến vị trí cân bằng
§ 79. Ảnh hưởng của nhiễu loạn định kỳ đến chuyển động của con quay hồi chuyển
§ 80. Đánh giá so sánh các loại đặc điểm chính của hệ thống hiệu chỉnh cho các thiết bị con quay hồi chuyển
§ 81. Chuyển động của con quay hồi chuyển khi trọng tâm của nó bị dịch chuyển so với điểm treo
§ 82. Độ lệch của đường chân trời con quay khi vật quay
§ 83. Bồi thường ảnh hưởng của gia tốc vật lên chuyển động quay
§ 84. Quán tính hồi chuyển
Chương XI Dụng cụ con quay để đo vận tốc và gia tốc góc
§ 85. Các loại con quay hồi chuyển chính
§ 86. Con quay hồi chuyển có ba bậc tự do
§ 87. Con quay hồi chuyển có hai bậc tự do
§ 88. Các loại con quay hồi chuyển có hai bậc tự do
§ 89. Hoạt động của con quay hồi chuyển có hai bậc tự do khi một vật dao động
§ 90. Máy đo độ rung
§ 91. Dụng cụ con quay để đo vận tốc góc và gia tốc
Chương XII Khung con quay hồi chuyển
§ 92. Nguyên lý cấu tạo khung tải con quay
§ 93. Hoạt động của khung con quay trên bệ chuyển động
§ 94. Các loại khung con quay
§ 95. Bồi thường ảnh hưởng của chuyển động quay của đế của khung con quay xung quanh trục tuế sai của nó
§ 96. Độ ổn định của khung con quay
§ 97. Diệt dao động tự nhiên của khung con quay bằng phản điện động của động cơ ổn định
§ 98. Độ chính xác ổn định của khung con quay hồi chuyển
§ 99. Ảnh hưởng của lực ma sát trong hệ thống treo của khung con quay đến độ chính xác ổn định
Chương XIII Thiết bị con quay trong hệ thống điều khiển, ổn định và điều khiển tự động
§ 100. Sử dụng thiết bị con quay hồi chuyển trong hệ thống tự động để ổn định và điều khiển vật thể chuyển động
§ 101. Sơ đồ khối Và hàm truyền thiết bị con quay hồi chuyển thiếu tính chọn lọc
§ 102. Sơ đồ cấu trúc và hàm truyền của thiết bị con quay đã hiệu chỉnh
§ 103. Phân biệt con quay hồi chuyển
§ 104. Tích hợp con quay hồi chuyển
§ 105. Con quay hồi chuyển tích hợp và rơ le con quay hồi chuyển
§ 106. Khả năng sử dụng con quay hồi chuyển để xác định vị trí của vật thể
§ 107. Thiết bị ghi con quay hồi chuyển
Văn học
Thành phần chính của bất kỳ thiết bị con quay hồi chuyển nào là con quay hồi chuyển. Từ con quay hồi chuyển nguồn gốc Hy Lạp: con quay hồi chuyển - quay, skopein - quan sát. Thuật ngữ con quay hồi chuyển được giới thiệu bởi nhà khoa học người Pháp L. Foucault, người. Trong công nghệ, con quay hồi chuyển là một vật thể đối xứng quay nhanh (rôto) được lắp đặt trong một hệ thống treo đặc biệt. Dụng cụ hàng không thường sử dụng gimbal. Cơ sở của các thiết bị con quay hồi chuyển hàng không là con quay hồi chuyển ba độ và hai độ.
Con quay hồi chuyển ba độ (Hình 3.1). Nó bao gồm một rôto 1 , nội bộ 2 và ngoài trời 3 đập. Rôto con quay hồi chuyển 1 quay trong các giá đỡ quanh một trục OZ trong khung bên trong cùng với rôto có thể quay quanh một trục ồ Hv và khung bên ngoài có thể tự do quay quanh trục của nó 0 Un so với một đế cố định. Do đó, rôto con quay hồi chuyển có ba bậc tự do vì nó có thể quay quanh ba trục của hệ. Về HvUn Z trong, cắt nhau tại một điểm VỀ. Con quay hồi chuyển như vậy được gọi là con quay hồi chuyển ba độ. Nếu trọng tâm của con quay hồi chuyển trùng với điểm O thì gọi là tĩnh.
Hình 3.1. Con quay hồi chuyển với ba bậc tự do.
1-rotor, 2 trục tự quay, 3 khung gimbal bên trong, khung gimbal 4 bên ngoài, 5 trục gimbal bên trong, 6 trục gimbal bên ngoài.
Con quay hồi chuyển có rôto quay nhanh có một số đặc tính khiến nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị máy bay. Các đặc tính chính của con quay hồi chuyển ba độ là khả năng duy trì vị trí không đổi của trục quay của rôto trong không gian thế giới, khả năng chống va đập và tác động (ổn định) và khả năng thực hiện chuyển động tiến động.
Chúng ta hãy xem xét những biểu hiện trực quan về các tính chất của con quay hồi chuyển ba công suất trong một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Hãy hướng trục của rôto con quay hồi chuyển quay nhanh đến một điểm nhất định trong không gian. Cam kết chuyển động dao động dựa trên các mặt phẳng khác nhau, chúng ta thấy rằng trục rôto duy trì hướng đã định cho nó. Khi dùng búa có đầu cao su đập vào bất kỳ khung con quay hồi chuyển nào, chúng tôi nhận thấy trục rôto rung động nhẹ và nhanh chóng mờ đi. Vị trí của trục rôto trong không gian thực tế không thay đổi. Bằng cách ấn vào khung bên trong (tạo mômen ngoại lực so với trục ồ Hv), ta thấy con quay quay quanh trục 0 Un khung bên ngoài, còn khung bên trong đứng yên. Do đó, con quay hồi chuyển không quay theo hướng của ngoại lực mà quay theo mặt phẳng vuông góc với hướng của lực này. Chuyển động này của con quay hồi chuyển dưới tác dụng của mô men ngoại lực được gọi là tuế sai.
Hiện tượng một vật đang quay nhanh cản trở việc cố gắng thay đổi vị trí của nó trong không gian được gọi là hiệu ứng hồi chuyển. Để giải thích bản chất của hiệu ứng con quay hồi chuyển, hãy xem xét một con quay hồi chuyển ba độ, được giải phóng có điều kiện khỏi khung gimbal (Hình 3.2).
Đầu tiên chúng ta giả sử rằng con quay hồi chuyển không quay và tác dụng vào một thời điểm nào đó. MỘT ngoại lực. Dưới tác dụng của lực, con quay hồi chuyển sẽ bắt đầu quay quanh trục nằm ngang thế kỷ 0x Một cái khác sẽ là kết quả của lực , nếu rôto con quay hồi chuyển được cho một vận tốc góc lớn Ω . Trong trường hợp này, rôto con quay hồi chuyển sẽ có mô men động học, trong đó J- mô men quán tính của rôto so với trục OZ trong. Chúng ta hãy biểu thị điểm cuối của vectơ xung lượng góc thư TRONG. Mômen chính của ngoại lực tác dụng lên con quay hồi chuyển trùng với hướng của trục Ôi Hv. Theo định lý Résal, tốc độ vđiểm cuối của vectơ xung lượng góc (tức là điểm TRONG) về mặt hình học bằng mômen chính của ngoại lực . Do đó tốc độ v hướng song song với trục ồ Hv và có kích thước bằng nhau . Do đó, khi một lực tác dụng lên một con quay hồi chuyển đang quay, thì con quay hồi chuyển đó sẽ chuyển động không theo hướng của lực F B, trường hợp này xảy ra trong trường hợp rôto không quay mà vuông góc với hướng của lực. , tức là so với trục 0 Un. Chuyển động này là chuyển động tuế sai của con quay hồi chuyển. Thực tế là dưới tác dụng của một thời điểm, con quay hồi chuyển không quay so với trục Ôi Hv, nói rằng ngoài thời điểm này, còn có một thời điểm khác tác động lên nó, bằng thời điểm đó và có hướng ngược lại.
Cơm. 3.2. Sơ đồ tác dụng của các lực và mô men trong quá trình quay của con quay hồi chuyển
YÊU CẦU VỀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ Con quay hồi chuyển
Như đã trình bày ở phần trước, con quay hồi chuyển phải có. Momen động học cao nhất có thể. Mô men động học của con quay hồi chuyển là tích của mô men quán tính của rôto đối với trục quay tôi zđến tốc độ góc quay H=I zΩ . Vì vậy, có thể tăng mô men động học bằng cách tăng mô men quán tính. Vì mô men quán tính của vật quay được biểu thị dưới dạng
(3.1)
Ở đâu T- trọng lượng cơ thể; R- bán kính, nên đặt khối lượng của rôto càng xa trục quay càng tốt. Về vấn đề này, các rôto của động cơ con quay có cấu hình như trong Hình. 3.3. Rôto của động cơ con quay 1 cũng là phần ứng của động cơ không đồng bộ xoay chiều; có một bánh xe sóc ở mỏ neo. Stator của động cơ như vậy là cuộn dây bên trong 2 .
Hình 3.3 mặt cắt ngang của động cơ hồi chuyển: 1 rôto, 2 stato.
Thiết kế rôto được chọn chủ yếu để xem xét mô men quán tính cực đại và không có biến dạng rôto do tác động của lực ly tâm phát sinh khi rôto quay.
Động cơ con quay hàng không được cấp nguồn bằng điện áp ba pha bạn= 36 V có tần số f= 400Hz. Vì chúng là động cơ không đồng bộ có khả năng trượt nên tốc độ rôto của động cơ con quay n = 22000 23000 vòng/phút. Có những động cơ con quay hồi chuyển có vận tốc góc cao hơn đáng kể, nhưng do thực tế là tuổi thọ của ổ trục của những động cơ con quay đó tỷ lệ nghịch với vận tốc góc của rôto, nên trong hàng không dân dụng chúng không được sử dụng.
Hình 3.4 ổ trục quay:
1 trục, 2 vòng trong, 3 vòng cố định 
Hình 3.5 sơ đồ cơ điện của hệ thống treo con quay
1 - vòng trong, 2, 4 - vòng giữa, 4 - vòng ngoài, D1, D2 - động cơ
Vì khả năng con quay hồi chuyển duy trì chính xác vị trí của trục chính trong không gian phụ thuộc vào độ lớn của mômen tác động dọc theo trục của hệ thống treo gimbal của nó, nên khi thiết kế con quay hồi chuyển, họ cố gắng giảm những mômen này xuống mức tối thiểu.
Vòng bi lăn có độ chính xác cao với mômen ma sát thấp được sử dụng làm giá đỡ cho các trục của hệ thống treo gimbal con quay hồi chuyển.
Đối với các dụng cụ đặc biệt chính xác, chẳng hạn như con quay hồi chuyển để hệ thống tỷ giá hối đoái, cái gọi là vòng bi quay với hai hàng bi được sử dụng và vòng trong 2 (Hình 3.4) thực hiện chuyển động quay cưỡng bức so với trục 1 và vòng tĩnh 3 .
N. E. Zhukovsky chỉ ra khả năng cơ bản để giảm ảnh hưởng của ma sát trong các thiết bị như vậy. Ý tưởng N E. Zhukovsky rút ra kết luận sau: nếu có 100 sợi dây bị kéo căng mà trên đó có một vật nào đó, chẳng hạn như một cây bút chì, nằm, thì bằng cách di chuyển tất cả các sợi dây sang phải, cây bút chì sẽ bị chúng cuốn đi do ma sát, cũng như do ma sát. bên phải. Nếu bạn di chuyển các sợi sang trái, bút chì sẽ di chuyển sang trái. Bằng cách buộc từng sợi chẵn di chuyển sang phải và sợi lẻ sang trái, chúng ta sẽ làm cho cây bút chì đứng yên. Tất nhiên, điều này với điều kiện là mỗi sợi chỉ chịu cùng một khối lượng của bút chì và hệ số ma sát của các bề mặt tiếp xúc của bút chì - sợi chỉ ở mọi nơi đều như nhau. Trong ví dụ này, ma sát không biến mất mà chỉ triệt tiêu.
Trong hình. Hình 3.5 cho thấy thiết kế khung bên trong của cardanium treo (bộ phận con quay hồi chuyển). Như có thể thấy trên hình, vòng trong 2 và 4 của ổ trục trái và phải có thể quay bằng động cơ D1 và D2. Hơn nữa, các vòng quay với cùng vận tốc góc nhưng theo hướng ngược nhau. Các lực ma sát phát sinh trong trường hợp này tác dụng lên trục trong của con quay hồi chuyển với sự trợ giúp của các mômen có hướng ngược nhau nên chúng tổng giá trị hóa ra là gần bằng 0, và tác hại mô men ma sát bị yếu đi. Nếu ngay cả tổng giá trị của mômen ma sát làm cho con quay hồi chuyển tiến động ở một tốc độ thấp nhất định, thì bằng cách thay đổi định kỳ hướng quay của động cơ (sử dụng công tắc B có cam đặc biệt), bạn có thể thay đổi hướng hoạt động của điều này. mô-men xoắn và do đó hướng của tuế sai, cuối cùng làm giảm con quay hồi chuyển tuế sai khỏi mô men ma sát trong các trục của hệ thống treo gimbal. Sử dụng sơ đồ này, có thể giảm “độ lệch” của con quay hồi chuyển nhiều lần so với vòng bi lăn thông thường.
Hình 3.6 tác dụng của trọng lực lên con quay hồi chuyển.
Có con quay hồi chuyển với vòng bi khí động học dọc theo trục gimbal. Vòng bi như vậy bao gồm một ống bọc và một trục, giữa đó có một khe hở không khí và trục dường như “lơ lửng” trong không khí. Những vòng bi như vậy cũng có mô men ma sát rất thấp, nhưng vì một số lý do mà chúng chưa được sử dụng trong ngành hàng không dân dụng.
Con quay hồi chuyển phải được cân bằng cẩn thận, tức là trọng tâm của con quay hồi chuyển phải trùng với điểm giao nhau của các trục gimbal. Mặt khác, như thể hiện trong hình. 3.6, con quay hồi chuyển bị ảnh hưởng bởi mômen từ gia tốc trọng trường.
Cần lưu ý rằng khi vận hành các thiết bị con quay hồi chuyển của máy bay, cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về kỹ thuật và vận hành chuyến bay, vì độ chính xác khi vận hành và độ bền của chúng phụ thuộc vào điều này. Cũng phải nhớ rằng thiết bị con quay hồi chuyển là thiết bị đắt tiền.
3.3. Động cơ không đồng bộ con quay hồi chuyển
Động cơ con quay hồi chuyển được thiết kế để tăng tốc khối lượng bánh đà trong một khoảng thời gian nhất định đến tốc độ quay định mức và để nó ổn định sau đó với mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu. Hiện nay, động cơ điện hồi chuyển và đặc biệt là động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi.
Động cơ con quay hồi chuyển không đồng bộ (AGM) được tích hợp về mặt cấu trúc thành một với bánh đà (Hình 3.7). Để đảm bảo mô men động học cao nhất cho kích thước và trọng lượng nhất định
H=JW, (3.2)
Ở đâu J- mômen quán tính của bánh đà so với trục quay; W- vận tốc góc, chúng có xu hướng đặt khối lượng quay lên khoảng cách tối đa khỏi trục quay. Với mục đích này, người ta sử dụng thiết kế đảo ngược của động cơ không đồng bộ với rôto lồng sóc bên ngoài 1 (Hình 3.7) và stato cố định bên trong 2. Để tăng mômen động học, rôto bên ngoài được đặt bên trong một ống lót đặc biệt 3, trên đó có gắn các nắp 4, 5. Ống lót được làm bằng đồng thau hoặc berili.
Sự tăng mômen động học đối với một khối lượng nhất định của rôto bên ngoài cũng liên quan đến sự gia tăng tối đa vận tốc góc của nó. W(tốc độ quay N). Tốc độ quay của AGD hiện đại nằm trong khoảng n = 15000 ¸ 60000 vòng/phút với số cặp cực p = 1; 2. Đôi khi, để tăng tốc độ quay của AGD, nó được cấp nguồn từ nguồn tự trị với tần số tăng lên f = 500 ¸ 2000 Hz. Theo quy luật, tốc độ quay tối đa của AGD bị giới hạn bởi chất lượng của vòng bi.
Tỷ lệ động lượng N khối lượng của AGD được gọi là hệ số chất lượng của động cơ con quay. Sự gia tăng của nó được đảm bảo bằng sự gia tăng mật độ vật liệu của các bộ phận của kết cấu quay trên khoảng cách lớn khỏi trục và giảm nó cho tất cả các phần tử khác.
Không có tải trọng trên trục AGD. Nó hoạt động ở chế độ không tải, khắc phục mô men ma sát của rôto bên ngoài với môi trường khí đốt và ma sát trong vòng bi, với hiệu suất bằng không. Hiệu quả có điều kiện AGD được coi là tỷ số giữa công suất tổn thất cơ học trên tổng công suất tiêu thụ, đặc trưng cho sự hoàn hảo của động cơ không đồng bộ về mặt điện từ. Giá trị hiệu suất truyền thống tùy thuộc vào công suất, thiết kế và các thông số của AGD nằm trong h = 0,2 ¸ 0,9.
Cơm. 3.7. Thiết kế động cơ con quay hồi chuyển không đồng bộ (AGM)
Để tăng độ ổn định của tốc độ quay khi mật độ môi trường xung quanh thay đổi do thay đổi độ cao chuyến bay phi cơ, độ trượt danh nghĩa của AGD được chọn trong phạm vi S n = 0,015 ¸ 0,12. Trong một số trường hợp, để loại bỏ ảnh hưởng của độ cao chuyến bay đến hoạt động của AGD, nó sẽ được đặt trong buồng khí hoặc buồng chân không đặc biệt. Giảm tổn thất thông gió đạt được trong AGD bằng cách đánh bóng bề mặt bên ngoài của rôto.
Mặt khác, việc cải thiện các đặc tính của AGD bằng cách tăng khối lượng của rôto dẫn đến tăng thời gian của quá trình khởi động, dao động từ hàng chục giây đến hàng chục phút. Để đảm bảo các đặc tính khởi động có thể chấp nhận được, khi thiết kế AGD, họ cố gắng đạt được bội số của mô-men xoắn khởi động. Mp/Mn > 1,5, bội số của mô men xoắn cực đại (công suất quá tải) M EM M / M n = 2 ¸ 5 và trượt nghiêm trọng S cr= 0,3 ¸ 0,4. Mô men xoắn danh định của AGD được hiểu là mô men tổng tổn thất của nó ở chế độ danh định.
Do AGD hoạt động với tải có bản chất tương tự như tải thông gió nên trong quá trình khởi động sẽ xảy ra tình trạng dư thừa mômen điện từ. DM EM không thay đổi đáng kể (Hình 3.8). Trong trường hợp này, quá trình phóng diễn ra với gia tốc gần như không đổi. Để giảm thời gian khởi động, khởi động AGD đôi khi được sử dụng tại tăng điện áp dinh dưỡng.
Hình.3.8. Đặc tính cơ học của AGD
Mong muốn giảm tổng thời điểm tổn thất càng nhiều càng tốt, tức là. độ lớn của độ trượt danh định và thành phần tác dụng của dòng điện stato quyết định đặc tính của AGD - dòng điện từ hóa tương đối lớn, đạt 60 - 90% giá trị danh nghĩa. Khi đó hệ số công suất là cosj =0,4 + 0,8. AGD càng nhỏ thì hoạt động càng ít trượt.
Để đảm bảo độ chính xác tối đa, một số yêu cầu cụ thể được áp dụng đối với AGD:
Độ ổn định cơ học của các phần tử kết cấu và các kết nối của chúng, tức là khả năng của các phần tử cấu trúc để duy trì sự cố định vị trí của các khối tâm trong nhiều chế độ khác nhau làm việc và dưới nhiều hình thức khác nhau ảnh hưởng bên ngoài;
Tính đối xứng và độ cứng của toàn bộ kết cấu, liên quan đến nhu cầu bố trí đối xứng (so với trục đối xứng dọc và ngang) của các phần tử kết cấu quay và được làm nóng nhiều nhất có khối lượng đáng kể;
Tiêu thụ điện năng tối thiểu và liên tục trong quá trình hoạt động, tức là làm nóng AGD và phân bố nhiệt độ không đồng đều, có liên quan đến việc giảm tổn thất khí động học (tổn thất ma sát của rôto bên ngoài trong không khí), đảm bảo tải trọng dọc trục không đổi trên ổ trục và bảo toàn chất bôi trơn khi sử dụng vòng bi, các tổ hợp và chất bôi trơn của họ có chất lượng được cải thiện.
Việc thực hiện các yêu cầu này đã dẫn đến việc tạo ra các cấu trúc AGD đối xứng bao gồm số lượng phần tử tối thiểu. Ví dụ, các mương bên trong của vòng bi (Hình 3.7) thường được chế tạo trực tiếp trên trục, giúp giảm số lượng kết nối các bộ phận và tăng độ chính xác khi lắp ráp.
Không giống như các máy không đồng bộ thông thường, AGD không có hoạt động hướng trục trong các bộ phận vòng bi. Độ cứng kết cấu cần thiết được đảm bảo bởi tải trọng trục sơ bộ của ổ trục, tải trọng này phải không thay đổi trong quá trình vận hành.
Tính đối xứng và độ cứng của cấu trúc AGD đạt được bằng cách sử dụng vật liệu kết cấu có cùng hệ số giãn nở. Ví dụ, trục, vỏ, vòng ổ trục và rôto AGD được làm bằng thép chịu lực và ống lót được làm bằng berili.
Những tính năng này cũng áp dụng cho động cơ con quay hồi chuyển đồng bộ (SGM), trong đó động cơ trễ được sử dụng rộng rãi.
Trong con quay hồi chuyển của các thiết bị hàng không được lắp đặt trên máy bay hàng không dân dụng, rôto được kết hợp với khung bên trong thành một bộ phận cấu trúc duy nhất - bộ phận con quay hồi chuyển. Bộ phận con quay hồi chuyển bao gồm một buồng con quay hồi chuyển và một động cơ con quay hồi chuyển nằm trong buồng con quay hồi chuyển. Con quay hồi chuyển đóng vai trò là khung bên trong của con quay hồi chuyển và có các trục để treo ở các giá đỡ của khung bên ngoài. Động cơ con quay trong hầu hết các trường hợp là động cơ không đồng bộ ba pha với rôto ngoài lồng sóc và stato bên trong. Động cơ con quay hồi chuyển GM-4P (Hình 3.9) bao gồm một rôto, stato, ổ bi và một trục. Stator có một gói sắt 2, quanh co 1 và ống lót 3 Và 12 được gắn chặt trên trục 5 . Các dây ra của cuộn dây stato được dẫn ra ngoài qua phần rỗng của trục 5 . Rôto động cơ con quay bao gồm một vành bằng đồng 10, gói sắt 8 với cuộn dây ngắn mạch 16 và một chiếc nhẫn lớn 14. Túi nhựa 8 rôto và vòng 14 được ép vào vành rôto. Mặt bích 6 Và 11 đặt trong vành 10 có khớp nối nhiễu và gắn chặt vào nó bằng vít. Cuộc đua bên trong vòng bi 4 Và 13 gắn trên tạp chí mặt bích 6 Và 11 rôto có lực căng. Cốc chịu lực 4 nhét vào tay áo 3 với khe hở xuyên tâm và vòng ngoài của ổ trục 13 - vào tay áo 12 có mối nối nhiễu Trong vỏ stato dưới vòng ngoài của ổ bi đứng tự do 4 Một vòng đệm lò xo 7 được cung cấp. Nó dùng để bù cho sự thay đổi nhiệt độ trong kích thước tuyến tính của miếng đệm con quay. 9 Và 15 dùng để thiết lập lực căng dọc trục trên ổ bi. Các đầu của trục động cơ được ren. Khi con quay hồi chuyển được đặt trong con quay hồi chuyển, trục của nó được truyền qua các lỗ trên thân và vỏ con quay hồi chuyển. Sau khi gắn nắp con quay hồi chuyển vào thân của nó, trục động cơ con quay được gắn vào chúng bằng đai ốc. Các đơn vị con quay cùng loại có thể được sử dụng trong các thiết bị con quay khác nhau. Tình huống sẽ khác với các khung bên ngoài. Thiết kế của các khung bên ngoài được xác định chủ yếu bởi loại thiết bị con quay và trong mỗi trường hợp cụ thể thuần túy cá nhân. Đóng khung 1 đến chỗ ngồi dọc theo trục ồ ồ các vòng ngoài của ổ bi được cố định (Hình 3.10) Các trục của buồng con quay của bộ phận con quay được cố định trong các vòng trong của ổ bi. Trục 0ун trục trục được cố định trong khung 2 Và 3, được thiết kế để treo khung trong thân thiết bị con quay hồi chuyển.
Cơm. 3.9. Thiết kế động cơ con quay hồi chuyển GM-4P
Cơm. 3.10. Thiết kế khung bên ngoài của thiết bị con quay hồi chuyển
3.4 Các loại treo con quay hồi chuyển
Khi thiết kế các thiết bị con quay hồi chuyển, người ta chú ý nhiều đến việc lựa chọn các giá đỡ mang lại sự tự do xoay và cung cấp kết nối giữ hai chiều giữa rôto, khung gimbal và thân thiết bị. Các giá đỡ con quay hồi chuyển được chia thành các giá đỡ chính, đảm bảo sự tự do quay của rôto và các giá đỡ gimbal, đảm bảo sự tự do chuyển động của các khung xung quanh trục của chúng. Sự phân loại này là do các điều kiện hoạt động khác nhau của các giá đỡ chính hoạt động ở tốc độ quay cao trong thời gian dài, trong khi các giá đỡ gimbal hoạt động ở tốc độ thấp và góc quay nhỏ. Các chỉ số chính về chất lượng hỗ trợ là: mô men ma sát M tr, chơi dọc trục và xuyên tâm, độ bền T r. Mômen của lực ma sát trong các giá đỡ chính không ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị con quay nhưng nó ảnh hưởng đến việc lựa chọn công suất động cơ con quay và tuổi thọ của nó. Mômen ma sát trong giá đỡ gimbal ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của thiết bị con quay hồi chuyển. Về vấn đề này, các biện pháp đặc biệt đang được phát triển để giảm ma sát trong các giá đỡ gimbal. Phản ứng dữ dội trong các giá đỡ gimbal chính cũng có tác động tiêu cực đến độ chính xác của các thiết bị con quay hồi chuyển.
Hỗ trợ vòng bi được sử dụng rộng rãi nhất trong con quay hồi chuyển máy bay. Các hỗ trợ được phát triển hiện nay thuộc loại này giúp có thể đạt được độ chính xác và độ tin cậy đủ của thiết bị.
Trong trường hợp cần cải thiện độ chính xác của thiết bị, một số biện pháp thiết kế nhất định sẽ được sử dụng. Đặc biệt, mômen ma sát dọc theo các trục bên trong của hệ thống treo cardan của các bộ phận con quay hồi chuyển của hệ thống tiêu đề được giảm bớt nhờ sự hỗ trợ của các ổ trục “quay” đặc biệt (Hình 3.11). Nút con quay 3 con quay hồi chuyển ba độ treo trên một trục 4 ở khung bên ngoài 7 sử dụng vòng bi đôi kết hợp. Vòng giữa 2 , 8 Các vòng bi ở đầu bên trái và bên phải của trục treo bộ phận con quay hồi chuyển được dẫn động quay theo các hướng ngược nhau (bộ truyền động quay của các vòng ở giữa không được thể hiện trong hình). Trục quay 5 , 9 khung bên ngoài cố định trong vòng bi 1, 6, các vòng ngoài của chúng bất động so với đế.
Cho mômen động lượng của con quay trùng với hướng bay. Khi đó, khi máy bay quay tương đối với trục ngang với vận tốc góc Ф thì khung ngoài của con quay hồi chuyển sẽ quay cùng với đế so với trục cố định. 4 hệ thống treo con quay hồi chuyển với vận tốc góc - .Trục 4 vẫn bất động nhờ đặc tính chính của con quay hồi chuyển ba độ - duy trì vị trí của trục chính không thay đổi trong không gian.
Nếu mômen ma sát trong các gối đỡ bằng nhau thì con quay hồi chuyển không chuyển động. Tuy nhiên, trên thực tế, không thể đảm bảo sự bằng nhau về mô men và chuyển động xảy ra mà ở tốc độ thấp hơn nhiều so với các giá đỡ không quay. Việc giảm thiểu việc bảo trì hệ thống được tạo điều kiện thuận lợi bằng việc giới thiệu tính năng đảo chiều định kỳ chuyển động quay của các vòng ở giữa.
Cơm. 3.11. Sơ đồ thiết kế ổ trục “quay”
Trong trường hợp các vòng ổ trục giữa có thời gian quay bằng nhau và nhỏ theo các hướng khác nhau trong quá trình đảo chiều, con quay hồi chuyển sẽ lệch khỏi vị trí trung bình một khoảng bằng nhau và góc đối diện, do đó tạo ra những dao động nhỏ so với vị trí ban đầu của trục mô men động học.
Cơm. 3.12. Dẫn động quay của các bánh giữa của ổ trục “quay”
Việc đảo chiều quay của các vòng giữa của ổ trục trong các bộ phận con quay hồi chuyển của hệ thống tiêu đề (Hình 3.12) được thực hiện bằng công tắc B”, được điều khiển bằng một cam đặc biệt. Ngoài ổ trục “quay”, có thể sử dụng các thiết kế khác có thể tác động đáng kể giảm (hoặc gần như loại bỏ) ma sát trong hệ thống treo con quay hồi chuyển bằng cách bù lực hấp dẫn của phần treo của con quay hồi chuyển bằng một số lực ngược chiều khác Hệ thống treo loại này (Hình 3.13) bao gồm: chất lỏng ( MỘT), thủy tĩnh ( b), từ tính (V), tĩnh điện (G) vân vân.
Trong số các loại huyền phù được liệt kê, hiện chỉ có huyền phù lỏng được sử dụng trong các thiết bị con quay hồi chuyển hàng không (Hình 3.13, MỘT). Con quay hồi chuyển có một bộ phận con quay hồi chuyển kín 1 treo trong một vỏ kín 2 chứa đầy chất lỏng. Mật độ của chất lỏng được chọn sao cho khối lượng của thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ bởi con quay hồi chuyển bằng khối lượng của con quay hồi chuyển. Do đó, tải trọng mà các giá đỡ chịu sẽ giảm xuống gần như bằng 0, điều này đảm bảo mômen lực ma sát rất nhỏ trong các giá đỡ của hệ thống treo con quay hồi chuyển.
Ngoài ra còn có các thiết bị con quay hồi chuyển dựa trên con quay hồi chuyển ba độ với hệ thống treo loại này.
Trong huyền phù thủy tĩnh, chất lỏng hoặc khí được đưa vào dưới áp suất qua các khe hở hẹp 1 vào khoảng trống 2 giữa phần cố định của giá đỡ 4 và con quay hồi chuyển 3 (Hình 3.13, b). Khi khe hở giảm do tải, dòng chất lỏng giảm dẫn đến áp suất cục bộ tăng. Các thông số hệ thống treo được chọn sao cho tổng lực áp suất cục bộ cân bằng lực của trọng lượng của con quay hồi chuyển với khe hở trong phạm vi một phần trăm milimét.
Hệ thống treo từ tính của phần tử cảm biến được sử dụng trong con quay hồi chuyển đông lạnh. Việc thực hiện kỹ thuật của một con quay hồi chuyển như vậy dựa trên việc sử dụng hiện tượng siêu dẫn của một số vật liệu xảy ra ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối. Hiện tượng này bao gồm sự giảm mạnh điện trở của vật liệu. Khi một quả cầu làm bằng vật liệu siêu dẫn được đặt trong một từ trường có cường độ không vượt quá một giá trị nhất định giá trị quan trọng, dòng điện sinh ra trên bề mặt của nó, ngăn cản trường xuyên qua bên trong quả bóng. Kết quả là quả bóng có thể treo trong từ trường mà không cần có điểm đỡ cơ học. Nếu một chân không được tạo ra xung quanh quả bóng, thì tất cả các lực cản đối với chuyển động quay của quả bóng trên thực tế sẽ bị loại bỏ.
Trong một con quay hồi chuyển đông lạnh thực nghiệm (Hình 3.13, V) thân thiết bị là một thiết bị đông lạnh 7 , được bao bọc trong một vỏ 8 (Bình Dewar). Nhà máy đông lạnh được làm mát bằng helium hoặc nitơ lỏng và bên trong một khoang hình cầu 4 Nhiệt độ trong thân thiết bị được duy trì gần độ không tuyệt đối. Dòng điện chạy qua cuộn dây 1 , tạo ra một từ trường định tâm 2. Trên bề mặt của một quả cầu rỗng có thành mỏng 3, được làm từ kim loại siêu dẫn như niobium, dòng điện xoáy được hình thành, tạo ra từ trường ngăn cản sự xuyên thấu của tâm từ trường thành kim loại. Lực tương tác giữa từ trường định tâm và từ trường cảm ứng trong kim loại của quả cầu giữ cho nó lơ lửng bên trong khoang hình cầu của thân thiết bị. hình cầu 3 và một vành nặng (5, được đặt bên trong quả cầu, tạo thành một rôto con quay hồi chuyển, được điều khiển quay với tốc độ góc cao Ω quanh trục z, vuông góc với mặt phẳng của vành, bằng động cơ điện 5. Độ chân không cao được tạo ra trong khoảng trống giữa rôto hình cầu và khoang của vỏ. Động cơ điện 5 chỉ được sử dụng để tăng tốc rôto. Sau khi tắt động cơ, rôto sẽ di chuyển theo quán tính trong vài ngày, thậm chí vài tháng.
Cơm. 3.13. Các loại hệ thống treo con quay hồi chuyển
Con quay hồi chuyển có hệ thống treo tĩnh điện (Hình 3.13, G) có cấu trúc tương tự như con quay hồi chuyển đông lạnh. Cánh quạt 1 một con quay hồi chuyển như vậy được làm bằng berili ở dạng một quả bóng rỗng mỏng đặt trong khoang buồng hình cầu 3 , được làm bằng gốm sứ đặc biệt, có tác dụng cách điện. TRÊN bề mặt bên trong buồng được đặt ba cặp điện cực hình cốc 2 , được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều. Trục đối xứng của mỗi cặp điện cực như vậy hướng theo ba hướng vuông góc với nhau nên trường tĩnh điện do chúng tạo ra giữ cho tâm của rôto hình cầu ở chính giữa. VỀ máy ảnh. Rôto được quay nhờ từ trường quay do stato tạo ra 4, mang theo một cuộn dây điện. Trong khoang buồng 3 chân không cao được duy trì. Điện áp chỉ được cung cấp cho cuộn dây stato trong thời gian rôto tăng tốc. Sau đó, rôto quay theo quán tính trong một thời gian dài.
3.5 Thiết bị truyền tải điện
Thiết bị truyền tải điện dùng để cung cấp năng lượng điện từ nguồn bên ngoài tới các phần tử của thiết bị con quay nằm trên các nút chuyển động tương đối với nhau. Với sự trợ giúp của các thiết bị này, kết nối điện được thực hiện giữa các phần tử được đặt trên thân thiết bị và khung bên ngoài của gimbal hoặc trên khung bên ngoài và bên trong.
Năng lượng được truyền đơn giản nhất qua dây dẫn mềm (Hình 3.14), Dây dẫn mềm 3 là một bó dây dẫn kim loại được bện cách điện.
Cơm. 3.14. Sử dụng dây dẫn mềm để truyền năng lượng trong con quay hồi chuyển
Các đầu của lõi được nhúng vào một đầu chung, cố định vào các tiếp điểm chuyển tiếp 4. Danh bạ cung cấp kết nối giữa đầu và dây cứng 5 nằm ở phần tương ứng 1 đình chỉ. Các tiếp điểm được gắn trên khối 2 , cách ly các tiếp điểm khỏi bề mặt kim loại của bộ phận.
Trong trường hợp các góc quay lẫn nhau của các bộ phận của thiết bị con quay đạt giá trị đáng kể, các tiếp điểm trượt được sử dụng để truyền năng lượng (Hình 3.15, MỘT). Chải 3 , qua đó dòng điện được truyền đi, trượt dọc theo vòng thu dòng 2. Vòng được cách ly với trục khung 1 một ống bọc cách điện liên tục có mặt bích để bảo vệ chổi khỏi rơi ra khỏi vòng. Nếu tại các mối nối của các bộ phận treo cần thực hiện một số đường truyền cách ly với nhau dòng điện, khi đó số vòng thu dòng cần thiết sẽ được lắp đặt dọc theo trục treo.
Một loại thiết bị truyền năng lượng được sử dụng rộng rãi là các tiếp điểm điểm. Chúng khác với các tiếp điểm trượt ở chỗ chúng trong trường hợp nàyđiểm tiếp xúc nằm trên trục quay của các phần tử cung cấp dòng điện. Mỗi điểm tiếp xúc (Hình 3.15, b) bao gồm một cố định 3 và di động 4 các tiếp điểm tạo thành một cặp tiếp xúc. Trong ví dụ hiển thị, các tiếp điểm cố định được cố định vào khung bên ngoài 2 , và những cái có thể di chuyển được nằm trên trục quay của khung bên trong 1. Danh bạ 3 Và 4 cách ly với các bộ phận kim loại của hệ thống treo bằng vật liệu cách điện 5 .
Hình 3.15 Các thiết bị tiếp xúc dùng trong thiết bị con quay hồi chuyển.
a-trượt, 2 bộ tiếp điểm.
3.6 Các thiết bị khắc phục.
Một trong những đặc tính chính của con quay hồi chuyển ba độ là khả năng duy trì không thay đổi vị trí của trục quay rôto (trục chính của con quay hồi chuyển) trong không gian thế giới. Tuy nhiên, để giải quyết chuỗi vấn đề thực tếđiều cần thiết là trục chính của con quay hồi chuyển phải duy trì một hướng không đổi không phải trong không gian thế giới mà liên quan đến hệ tọa độ đã chọn này hoặc hệ tọa độ đã chọn khác. Vì vậy, để xác định góc lăn và góc nghiêng của máy bay sử dụng con quay hồi chuyển ba độ, trục quay của rôto cần phải được hướng theo phương thẳng đứng. Khi xác định độ lệch của máy bay so với một hướng nhất định bằng con quay hồi chuyển ba độ, trục chính của nó cần phải duy trì một hướng nhất định trong mặt phẳng ngang. Để loại bỏ những sai lệch không mong muốn của trục chính của con quay hồi chuyển so với hướng cần thiết hoặc để bù cho các loại khoảnh khắc nhiễu loạn khác nhau làm gián đoạn hoạt động bình thường của thiết bị con quay hồi chuyển, các thiết bị điều chỉnh được sử dụng.
Các thiết bị điều chỉnh của thiết bị con quay hồi chuyển đảm bảo duy trì vị trí cần thiết của trục chính của con quay hồi chuyển bằng cách áp dụng các mômen điều khiển (hiệu chỉnh) bên ngoài cho con quay hồi chuyển hoặc bù cho độ lệch của con quay hồi chuyển trong số đọc của thiết bị con quay hồi chuyển. Các bộ phận chính của thiết bị hiệu chỉnh là các bộ phận nhạy cảm và bộ truyền động. BẰNG yếu tố nhạy cảm các phần tử được chọn có tính chọn lọc theo hướng tham chiếu hoặc duy trì ổn định hướng được cung cấp cho chúng. Trong các thiết bị hàng không, các phần tử nhạy cảm định hướng theo trọng lực, từ tính và thiên thể chủ yếu được sử dụng.
Hướng quy chiếu của các phần tử hấp dẫn là hướng thẳng đứng của nơi đó trùng với hướng gia tốc trọng trường. Các phần tử cảm biến từ phản ứng với từ trường Trái đất nên hướng tham chiếu của chúng là hướng của kinh tuyến từ. Các yếu tố nhạy cảm định hướng dọc theo các thiên thể cung cấp hướng ổn định cho Mặt trời, Mặt trăng, các hành tinh hoặc các ngôi sao. Theo quy định, cơ quan điều hành của các thiết bị hiệu chỉnh của thiết bị máy bay là động cơ điện không đồng bộ đảo ngược hai pha hoạt động ở chế độ phanh, cũng như các hệ thống trợ động đồng bộ và chiết áp.
Trong số các phần tử nhạy cảm với trọng lực, cảm biến hướng thẳng đứng của con lắc chất lỏng được sử dụng rộng rãi nhất. Cảm biến con lắc chất lỏng một và hai trục (công tắc con lắc) được sử dụng.
Cảm biến con lắc chất lỏng một trục (LPD) (Hình 3.16) là một ống trụ thủy tinh 1 với các điện cực bạch kim được hàn vào đó 3, 5, 6. Xi lanh chứa đầy chất lỏng dẫn điện (chất điện phân) 2 sao cho bọt khí còn lại 4 khi cảm biến ở vị trí nằm ngang, nó sẽ bao phủ các điện cực bằng nhau và khoảng một nửa 3 , 5. Sơ đồ điện của sự tương tác giữa LMD và bộ phận điều hành (động cơ không đồng bộ hai pha) của hệ thống hiệu chỉnh được thể hiện trên Hình 2. 15.13. Điện cực 3 Và 6 trong bình 5 được nối với cuộn dây điều khiển động cơ 2, Điểm chung của cuộn dây điều khiển 1 được kết nối với một trong các pha của nguồn điện xoay chiều. Liên hệ trung tâm 4 được kết nối với một giai đoạn khác.
Cơm. 3.16. Cảm biến con lắc chất lỏng trục đơn
Cơm. 3.17. Sơ đồ điện của hệ thống hiệu chỉnh một trục
Sơ đồ điều chỉnh trục chính của con quay hồi chuyển ba độ trong mặt phẳng nằm ngang và theo hướng của vị trí thẳng đứng được thể hiện trong Hình. 3.18. Trong hình 3.18, MỘT hiển thị sơ đồ hiệu chỉnh ngang của trục chính
Cơm. 3.18. Hiệu chỉnh trục chính của con quay hồi chuyển ba độ:
MỘT- sơ đồ hiệu chỉnh theo chiều ngang; b- sơ đồ hiệu chỉnh theo hướng vị trí thẳng đứng
con quay hồi chuyển ba độ ( 1 - cảm biến con lắc chất lỏng, 2 - động cơ hiệu chỉnh). Khi trục chính của con quay hồi chuyển và do đó cảm biến nằm ngang, điện trở giữa điện cực giữa sẽ 6 (xem Hình 3.16) và mỗi điện cực bên ngoài 3, 5 giống nhau và dòng điện chạy qua cuộn dây điều khiển của động cơ hiệu chỉnh, có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều. Trong trường hợp này, động cơ đứng yên và không tạo ra mômen xoắn. Khi trục chính của con quay hồi chuyển lệch khỏi mặt phẳng chân trời, bọt khí sẽ di chuyển so với các điện cực và diện tích bề mặt tiếp xúc của chất điện phân với các điện cực thay đổi. Điện trở của mạch giữa điện cực trung tâm và điện cực bên ngoài thay đổi. Trong trường hợp này, điện trở của mạch điện cực có bề mặt tiếp xúc với chất lỏng nhỏ hơn sẽ lớn hơn. Kết quả là dòng điện có giá trị và hướng khác nhau sẽ chạy qua cuộn dây điều khiển của động cơ hiệu chỉnh. Động cơ sẽ tạo ra mômen tương ứng với trục treo của khung bên ngoài và con quay hồi chuyển sẽ bắt đầu tiến động so với trục treo của khung bên ngoài.