Учебная установка для демонстрации автоколебаний Советский патент 1983 года по МПК G09B23/06 

4

00 СП Изобретение относится к учебно-пабо раторному оборуцованию и может быть использовано & гюбораторном практикуме по фнзичес1сим основам ifexflHHKK в BbicimiJt и срецник спениапьных учебных завеаеннях. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению явпяется учебг ная установка ц ля цемонстращш автоколебаний, содержащая корпус с эпектропривоцом, установленный на валу sneKTp привоца подшипник скольжения, маятник в вице жесткого связанного с подшипником стержня со съемным грузом и элек рически связанный с электроприводом бпок управления скоростью вращения вала электропривода Л . Однако известная установка характеризуется недостаточными демонстрационными возможностями. . Цель изобретения - расширение демон страционных возможностей. . Цель достигается гём, что учебная установка для демонстрации автоколебаний, содержащая корпус с электроприводом, установленный на валу электропривода подшипник скольжения, маятник в виде жестко связанного с подшипником стержня со съемным грузом и электрически связанный с электроприводом блок управления скоростью вращения вала электроприводу, имеет узел обратной связи, состоящий из двух контактов, симметрично закрепленных на . корпу се относительно вала, и упругого кольца с выступом, установленного на подшипнике с возможностью взаимодействия с контактами, при этом подшипник выполнен в виде подпружиненных полувтуло Ка фиг. 1 изображена учебная устано ка для демонстрации автоколебаний, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - график зависимости коэффициента трения от относительной скорости вала и подшипника скольжения: на фиг. 4 - маятник в отклоненном положаНИИ, схема.„ Учебная установка для демонстрации: автоколебаний содержит маятник в виде стер ня 1, жестко связанного с подшипником сколь жения, выполненного с регулируемым диаметром в ьице двух подпружиненных попувтупок 2 и 3, соединенных винтами 4 и 5, на которых размешены пружнны 6 в 7, и установленных на валу 8. На стержне 1 размешен съемный груз 9, передвигающийся и закрепляющийся в любом заданном положении. Электропри вод 1О электрически связан с блоком управления 11 скоростью вращения вала 8. i Регулировку скорости вращения 8 осуществляют с помощью ручки Скорость блока управления 11 путем изменения напряжения, подаваемого на электропривод 10. Измерительная аппаратура предназначена для измерения амплитуды и периоду колебаний маятника, а также измерения числа оборотов вала 8. Она состоит из .секторной шкалы 12, тахогенератора 13, связанного с измерительным прибором 14, фото датчика 15, соединенного со счетчиком числа колебаний и эпектросекундомером.. Учебная установка имеет также узел обрат ной связи,состоящий из контактов 16, расстояние между, которыми можно плавно изменять для изменения амплитуды автоколебаний. Контакты 16 электрически соединены с электроприводом 1О через входящие в блок управления 11 скоростью вращения вала 8 тумблер Обратная . связь, элементы шунтирования обмотки электройривода 10 или элементы подключения ее на полное напряжение питания. В узел обратной связи входит также установленное на подшипнике скольжения упругое кольцо 17 с выступом 18, расположенным между контактами 16. Момент трения между упругим кольцом 17 и подшипником скольжения должен быть больше момента от усилий пружин контактов 16 относительно оси вала 8, а сумма моментов сил трения упругого кольца 17 о подшипник , и маятника с кольцом 17 о воздух меньше момента сил трения подшипника скольжения о вал 8. Детали и узлы установки смонтированы йа основании 19 и стойке 20. ; Учебная установка работает слецующим образом. Контакты 16 устанавливаются на расстоянии, при котором их замыкание выступом 18 происходит, если маятник отклонится на угол 35°, т. е. максимальный угол отклонения маятника, на котором обеспечиваются его гармонические колебания. При выключенном .тумблере О атная связь включается электропривод 10, который вращает вал 8.А1аятникв началь- ный момент увлекается валом 8 за счет трения и отклоняется на Небольшой угол по направлению его вращения, т. е., например, по часовой стрелке. При этом относитепьная скорость вала 8 и поцшшгаи.ка уменьшается по сравнению с их отнйситепьной скоростью при непоцвижном маятнике, так как направление цвижения вапа 8 и поашипника помагает колебаниям маятника, и работа сил трения увегга- чивает энергию колебаний маятника. За следующий полупериоц, когца вап В и маятник с подшипником цвижутч:я в разные стороны, скорость С1рольжения больше, а момент трения меньше, чем в прецыцущем случае, и работа MOMeti та трения, отнимающая энергию у ника, буцет меньше. Следовательно, за целый период вал 8 передает энергию маятнику и увеличивает его амплитуду колебаний, т. е. маятник начинает совершать нарастающие колебания.; С помощью блока управления ,11 по измерительному прибору задают скорость вращения вала 8, определяемую расчет ным путем по известным из физики . зависимостям для маятника с отрицательным трением, при которой рабочая точка находится на падающей части характёриотики коэ|ффициентатрения в зависимости от относительной скорости вала 8 и подшипника. Сначала увеличивая, а затем уменьшая, если колебания начинают затухать скорость вращения вала 8с помощью блока управления 11, устана& ливают такой режим колебаний маятника, при котором коэффициент затухания 8- О, т, е. маятник начинает совершать, автоколебания с постоянной амплитуас. На предлагаемой установке можно демонстрировать и исследовать влияние возмущений на характер колебаний MBHIW ника, которые возникают в реальных системах с течением времени, искусствен но вводя их путем небольшого иж леяения сксфости вращения вала 8 с помощью блока управления Ц ипи путем измене ния расстояния между контактами 16 до упора в них выступа 18, что приво дит к проскальзыванию упругого коль ца 17 и введению дополнительного кяле та трения в колебательную систему. Для обеспечения устойчивьтх автокоя баний с одинаковой амплитуцой вяе зав симости от наличия в колебательной системе каких-либо возмущений вкюо чают тумблер Обратная связь на бвоке управления 11. Контакты а 16 аопя вы быть установлены на расстояквв, обеспечивающем их замыкани§ выступом 18 Ъри отклонении маятника на угол, меньший максимального угла отклонения М1аятника при коэффициенте затухания . и отключенной обратной связи на величину, обеспечивающую выбег элект ропривода 1О. Маятнику сообщают колебания за счет его отклонения вручную на указаннь1й угол. В этом случае при замыкании ко, тактов 16, с помощью которых происходит подключение обмотки электропривода 1О на полное напряжение питания, скорость вращения вала 8 резко увеличивается, а при замыкании контактов 16, с помощью которых обмотка электропривода 10 щунтируется, скорость вращения вала 8 резко уменьшается. При этом упругое кольцо ,17 проскальзывает на подшипнике, в результате чего маятник продолжает движение до максимального угла отклонения, после чего он совершавв обратном направлении, происходит мгновенное размыкание контактов 16. Указанные выше пределы момента трения упругого кольца 17 ,на подшипнике обеспечивают надежное замыкание контакт тов 16 и их мгновенное размыкание при колебаниях маятника.: При разомкнутых контактах 16 и Обратном движении маятника вал 8 про.доцжает CBoej ускоренное движение в силу инерции системы электропривода 10 в течение нёкоторото 11ромежутка времени, после чего скорость вращения вала 8 выравнивается до своего номиналы ного значения, установленного по прибору 14.В результате-этого происходит . дополнительное изменение относительной скорости системы.вал - подшипник в крайних положениях маятника по cp U нению с ее измерением при отключенной обратной связи, вызывающее дополнительный приток в колебательную, систему при отключенном эпектроприво-/ не 10. Благодаря этой связи система вап - подшюпшк имеет устойчивые автоколебания с постоянной амплитудой в ш1фО ком диапазоне рабочих скоростей вапа на всем падающем участке характеристнкя трения. При работе установки происходит взнос поашипника, но благодаря постоянному прижиму полувтудок 2 в 3 к валу 8 пружвнамк 6 в 7 обеспечивается автоматическое регулирование циаметра поЕцшшнвка в усятя првнсвма полувтулЬк 2 в 3 к валу 8, Изобрегенве благодаря наличию o6paiw ной связв с упругвм коль;цс 4 в элемен-.

10485016

теми измецення скорости вращения ва-ной амппитуцой на всем падающем у шстпа позволяет повысить нацежность яке карактеристики трения системы вап стабипьность работы установки за счет обёс- поцилшник и расширить эксппуаташонные печения устойчивых автокопебаний с постоян- возможности установки.

УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ АВТОКОЛЕБАНИЙ соаержашая корпус с эпектропрввоаоМ| установпенный на вапу эпектропривопа поцшипник скольжения, маятник в вице жестко связанного с поцитпником стерне. ня со съемным грузом и эпектрнчески связанный с эпектропривоцом бпок управления скоростью вращения вала эпектро. привоаа, отличающаяся тем, что, с целью расширения цемонстраоионных возможностей, она имеет узел обратной связи,состоящий из цвух контактов, симметрично закрепленных на корпусе относительно вала, и упругого кольца с выступом, установленного на поцшишшке с возможностью взаимоцействия с кон1«ктами, при этом подшипник выполс S нен в вяае поцпружиненных полувтулок.

16

§е/1и ение

скорое/пи