Учебный прибор для демонстрации превращения колебательного движения во вращательное

 

Использование: изобретение относится к учебным и наглядным пособиям. Сущность изобретения: кинематическое возмущение от вибратора через основание, кронштейн передается на полый цилиндр. При принятом направлении расположения ворсинок внутреннего цилиндра и при движении полого цилиндра вверх реакция связи с внутренним цилиндром передается практически только на ворсинки, размещенные справа. В результате возникает вращающий момент, обеспечивающий самопроворачивание внутреннего цилиндра против часовой стрелки. При движении полого цилиндра вниз реакция связи со сменным цилиндром передается практически только на ворсинки, размещенные слева. В результате снова возникает вращающий момент, действующий против часовой стрелки. Выбирая определенный интервал времени, замеряют счетчиком число циклов колебаний количество циклов и тахометром количество оборотов внутреннего цилиндра относительно полого цилиндра и по отношению числа оборотов тахометра к числу циклов колебаний счетчика оценивают КПД преобразования. Меняя внутренний цилиндр или ворсистую ткань, делаются выводы о влиянии массы цилиндра, жесткости и плотности ворсинок на КПД элемента преобразования энергии данного типа. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к учебным и наглядным пособиям и может быть использовано в учебном процессе вузов.

Известен учебный прибор для демонстрации превращения одного вида энергии в другой, содержащий основание, кронштейн с элементом преобразования энергии и два проводника из разнородных металлов, одни концы которых подключены к индикатору, причем элемент преобразования энергии выполнен в виде диска с фетровым покрытием и установлен на кронштейне с возможностью вращения посредством привода, а другие свободные концы проводников из разнородных металлов спаяны и размещены на фетровой поверхности диска (авт. св. СССР N 1014004, кл. G 09 B 23/06, 1983).

Существенными недостатками данного устройства являются многоступенчатость преобразования энергии (кинетическая энергия вращения за счет трения превращается в тепловую, а тепловая в электрическую), низкий коэффициент полезного действия преобразования, невозможность количественной оценки степени преобразования одного вида энергии в другой.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей.

Для этого в учебном приборе для демонстрации превращения одного вида энергии в другой, содержащем основание, кронштейн с элементом преобразования энергии, последний выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого размещен сменный внутренний цилиндр с зазором, боковая поверхность которого покрыта ворсистой тканью с направлением ворсинок в одну сторону с возможностью изменения их плотности и жесткости, полый цилиндр закреплен на кронштейне, к торцам сменного внутреннего цилиндра прикреплены валы, на которых установлены маховики, выполненные в виде двух взаимно перпендикулярных спиц с сосредоточенными массами на концах, основание жестко закреплено на столе вибратора вибростенда, на основании установлен счетчик числа циклов колебаний, а к одному из маховиков присоединен тахометр.

Существенные отличия от прототипа и новизна заключаются в следующем: - элемент преобразования энергии выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого размещен сменный внутренний цилиндр с зазором, боковая поверхность которого покрыта ворсистой тканью с направлением ворсинок в одну сторону с возможностью изменения их плотности и жесткости; - полый цилиндр закреплен на кронштейне; - к торцам сменного внутреннего цилиндра прикреплены валы, на концах которых установлены маховики, выполненные в виде двух взаимно перпендикулярных спиц с сосредоточенными массами на концах; - основание жестко закреплено на столе вибратора вибростенда; - на основании установлен счетчик числа циклов колебаний, а к одному их маховиков присоединен тахометр.

На фиг. 1 изображен учебный прибор, общий вид.

На столе вибратора 1 вибростенда жестко закреплено основание 2, на котором установлены счетчик 3 числа циклов колебаний и кронштейн 4. На кронштейне 4 закреплен полый цилиндр 5 средства преобразования колебаний во вращение, внутри которого размещен сменный внутренний цилиндр 6 с зазором, боковая поверхность которого покрыта ворсистой тканью 7 с направлением ворсинок 8 в одну сторону. Чтобы исключить осевые перемещения цилиндра 6 относительно полого цилиндра 5, на торцах последнего закреплены шайбы 9. К торцам внутреннего цилиндра 6 на резьбе прикреплены валы 10, на торцах которых установлены маховики 11, выполненные в виде двух взаимно перпендикулярных спиц 12 с сосредоточенными массами 13 на концах. К одному из маховиков присоединен тахометр 14.

Прибор работает следующим образом.

Включают вибростенд и плавным изменением частоты колебаний вибратора 1 добиваются начала работы средства преобразования энергии. При этом кинематическое возмущение от вибратора 1 через основание 2, кронштейн 4 передается на полый цилиндр 5. При принятом направлении расположения ворсинок 8 и при движении полого цилиндра 5 вверх реакция связи R_cв с внутренним цилиндром 6 будет передаваться практически только на ворсинки 8, размещенные справа (фиг. 2). В результате возникает вращающий момент, обеспечивающий самопроворачивание внутреннего цилиндра 6 против часовой стрелки. Величина момента определяется плотностью и жесткостью ворсинок 8, массой цилиндра 6 и ускорением колебаний.

При движении полого цилиндра 5 вниз реакция связи R_св со сменным внутренним цилиндром 6 будет передаваться практически только на ворсинки 8, размещенные слева. В результате снова возникает вращающий момент, действующий против часовой стрелки и обеспечивающий самопроворачивание внутреннего цилиндра 6 в ту же сторону. Маховики 11 предназначены для обеспечения плавности вращательного движения.

Выбирая определенный интервал времени, замеряют счетчиком 3 числа циклов колебаний количество циклов и тахометром 14 количество оборотов внутреннего цилиндра 6 относительно полого цилиндра 5 и по отношению числа оборотов тахометра 14 к числу циклов колебаний счетчика 3 оценивают коэффициент полезного действия преобразования.

Плавно увеличивая частоту колебаний вибраторы 1 вибростенда, заменяют количество циклов и оборотов для нескольких фиксированных частот, при этом составляется диаграмма зависимости коэффициента полезного действия преобразования энергии от частоты колебаний.

Обнуляют частоту вибратора 1, вывинчивают шайбу 9 и заменяют внутренний цилиндр 6 на цилиндр изменяющейся массы, не с такой же ворсистой тканью, либо на цилиндр такой же массы, но с другой ворсистой тканью 7, у которой изменены жесткость или плотность ворсинок 8, затем завинчивают шайбу 9.

Плавно увеличивая частоту колебаний вибратора 1 вибростенда, замеряют количество циклов и оборотов для нескольких фиксированных частот, при этом составляют диаграмму зависимости коэффициента полезного действия преобразования энергии от частоты колебаний.

Сравнивая полученные результаты с предыдущими, делают выводы о влиянии массы цилиндра 6, жесткости и плотности ворсинок 8 на коэффициент полезного действия элемента преобразования энергии данного типа.

Предлагаемый прибор позволяет наглядно демонстрировать эффективный способ преобразования энергии в полезную энергию вращения с возможностью количественной оценки этого преобразования в зависимости от конструктивных параметров элемента преобразования.

Формула изобретения

1. УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ПРЕВРАЩЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ, содержащий вибратор и связанный с ним с возможностью вращения вал, отличающийся тем, что он имеет средство для преобразования колебаний вибратора во вращение вала, состоящее из двух расположенных один в другом цилиндров, внутренний из которых выполнен сменным и имеет на боковой поверхности покрытие из ворсистой ткани с односторонним направлением ворса, наружный цилиндр посредством кронштейна и основания со счетчиком циклов колебаний соединен с вибратором, при этом устройство имеет дополнительный вал, оба вала установлены на противолежащих торцах внутреннего цилиндра и каждый из них имеет на свободном конце маховик, выполненный в виде двух взаимно перпендикулярных спиц с сосредоточенными массами на концах, а один из маховиков подсоединен к тахометру.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что он имеет комплект сменных цилиндров с различной характеристикой покрытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2