Термодинамика реальных процессов

Вейник Альберт Иозефович

В ней предусмотрено отверстие для проволоки, идущей к чаше весов. Весь объем под доской, где висит БМ, окружен загородкой из плотного материала, защищающего от сквозняков: это может быть картон, плотная бумага, клеенка и т.п. Однако коренного снижения помех удалось добиться только после применения специального промежуточного рычага-коромысла 1, соединенного с чашей весов через резинку 4 (рис. 20). Длинные опорные ножи 2 хорошо гасят реакцию крутящего момента даже при наличии одного мотора. Изменением расстояния b - отношения b/a - до среднего ножа регулируется чувствительность весов для тяжелых БМ; с этой целью на коромысле предусмотрена серия запасных отверстий. Ножи 2 и седла для них 3 изготовлены

из твердой закаленной стали, например ХВГ. Токоподводящие провода 6 поддерживаются пластинками 5. Сами пластинки и отверстия в них под провода расположены точно против остриев ножей, поэтому при качании коромысла упругость и сила тяжести проводов практически не влияют на величину измеряемой силы. Провода образуют петли (они изображены жирными штриховыми линиями). Коромысло 1 и пластинки 5 и 7 сделаны из листовой стали толщиной 1 мм, коромысло упрочнено отогнутыми ребрами жесткости, как показано на рисунке.

Очень важно, чтобы все три острия ножей располагались в одной плоскости, тогда при качании коромысла не будет нарушаться соотношение плеч а и b рычага. Это достигается постановкой соответствующих прокладок под ножи. Острия ножей можно видеть через небольшие окна, вырезанные на вертикальных участках коромысла.

Промежуточный рычаг-коромысло особенно нужен при испытании таких БМ, где невозможно применить два гироскопа, вращающихся в разные стороны. Например, это относится к БМ-35, для которого к тому же потребны весьма высокие частоты вращения, что создает большой реактивный крутящий момент.

БМ крепится жестко к двум вертикальным пластинкам 7, привинченным к седлу 3. Для учета влияния тепловой конвекции воздуха и внешних хрональных воздействий нескомпенсированную силу целесообразно направлять при одном измерении вверх, а при другом - вниз, чтобы получить среднее ее значение. Если этого нельзя сделать путем изменения направления вращения двигателя, тогда приходится поворачивать все устройство БМ вокруг горизонтальной оси. Осями поворота могут служить два полых болта, расположенных внизу пластин 7, на них висит БМ, через отверстие в болтах пропускаются токоподводящие провода.

С целью снижения влияния тепловой конвекции коромысло целесообразно защитить двух-, трехслойным алюминиевым экраном 8 (изображен штриховыми линиями). Его бока должны быть отбортованы книзу, чтобы отвести струю теплого воздуха за пределы коромысла [ТРП, стр.429-431].

3. Устройства типа БМ-28.

Принципиальная схема прибора БМ-28 представлена на рис. 17. Этот прибор осуществлен с двигателями МА-40А и Д-12ТФ - 2-я серия. В первом случае двигатель пришлось полностью загерметизировать дюралевым кожухом. Во втором случае конструкцию удалось существенно упростить и облегчить (рис. 21). Здесь загерметизированы посредством кольца 2 и крышки 6 только стальное водило 4 с восемью рабочими шариками 5 диаметром 8 мм, которые катятся по кольцу 7 легкого шарикоподшипника с внутренним диаметром 45 мм.

Описанного типа приборы были испытаны в одиночку и в паре (рис. 22) на рычажных и крутильных весах при различной ориентации в пространстве эксцентриситета ? кольца. Парное устройство со взаимно противоположным направлением вращения двигателей применено с целью погашения реакции крутящего момента. Установлено, что во всех случаях нескомпенсированная хрональная сила РхВ направлена в сторону, где скорость шариков минимальна, причем величина силы от направления вращения моторов не зависит. Если эксцентриситет ? = 0, то сила РхВ обращается в нуль. При эксцентриситете ? = 0,7 мм и частоте вращения 21000 об/мин, что соответствует скорости движения шариков 42 м/с, сила РхВ равна около 14·10-5 ? [ТРП, стр.431-433].

4. Устройства типа БМ-29 и БМ-30.

Принципиальная схема этих приборов приведена на рис. 18. Они осуществлены с малыми и большими гиромоторами,

кривошипно-шатунный механизм приводится во вращение электродвигателями Д-12ТФ - 2-я серия. В одном варианте прибора гиромоторы колеблются по принципу скольжения между двумя параллельными направляющими, в другом ползушка с гиромотором катится между шариковыми подшипниками. Конструкция второго варианта изображена на рис. 23. Здесь поворотный круг 9, к которому крепится гиромотор 10, позволяет осуществлять колебания как поперек (БМ-29), так и вдоль оси гиромотора (БМ-30). Внешний вид спаренного прибора с малыми гиромоторами приведен на рис. 24.

При испытании приборов с гироскопами, колеблемыми поперк оси вращения (БМ-29, рис. 23), найдено, что нескомпенсированная сила ориентирована перпендикулярно к линии колебаний и направлена в сторону зоны гироскопа с наименьшей скоростью движения (см. рис. 18, в).

Направление силы изменяется на обратное при изменении направления вращения либо гироскопа, либо кривошипа. Например, малый гироскоп массой 0,42 кг при ? = 0,7 мм, R = 0,7 мм, l = 14 мм и частотах вращения кривошипа 2800 об/мин и гироскопа 21000 об/мин, что соответствует движению обода диаметром 55 мм со скоростью 63 м/с, дает нескомпенсированную силу РхВ , равную около 3·10-5 ?.

Испытания приборов типа БМ-30 с гироскопами, колеблемыми вдоль оси вращения (рис. 24), проходили аналогичным образом. Возникающая в опытах нескомпенсированная сила действует вдоль оси гироскопа и от направления его вращения не зависит, она во всех случаях ориентирована в сторону низкой скорости колебательного перемещения ползушки (см. рис. 18, г). Например, малый гироскоп при упомянутых выше (БМ-29) условиях развивает нескомпенсированную силу около 14·10-5 Н. Эта сила заметно превышает ту, которую дает гироскоп, колеблемый поперек оси вращения. Следует добавить, что приборы БМ-29 и БМ-30 испытывались на обычных и крутильных весах, поэтому колебания гироскопов по необходимости были ориентированы как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении [ТРП, стр.433-435].

5. Устройства типа БМ-33 и БМ-34.

Должен сказать, что различных приборов, действующих по схеме рис. 19, а, испытано большое множество. Например, один из них (БМ-17),состоит из двух маховиков, насаженных на валы электродвигателей, которые прикреплены к вращающейся вокруг вертикальной оси штанге. Есть приборы (БМ-33), содержащие два больших или два малых гиромотора, укрепленных на вращающемся диске. Но во всех этих приборах реакция крутящего момента штанги и диска не гасится, что затрудняет их испытание. Применение четырех малых гиромоторов и двух дисков, вращающихся в противоположных направлениях, частично гасит этот момент. Однако добиться таким способом высоких скоростей не удается, ибо подобную систему трудно сбалансировать по массе и в ней практически невозможно обеспечить одинаковые частоты вращения гиромоторов, а также дисков. В итоге пришлось прибегнуть к принудительной синхронизации частот вращения гироскопов с помощью шестеренок.

На рис. 25 изображена конструктивная схема одного такого прибора, а на рис. 26 - его внешний вид со снятым кожухом. Детали этого прибора изготовлены в основном из дюраля, маховики и крестообразные валы - из стали; все подшипники шариковые, радиальные однорядные. При диаметре маховика 35 мм масса сателлита с шестеренкой и подшипником 50 г, масса прибора БМ-33 в сборе 1,93 кг, радиус R = 11 мм, плечо момента сил L = 36 мм (см. рис. 19, а и 25). Коническая шестеренка сателлита 7 катится по неподвижной конической шестеренке 11. Вал верхней пары сателлитов зацепляется с таким же нижним валом с помощью цилиндрических зубчаток 12, поэтому они вращаются в разные стороны. Таким способом балансируются массы и синхронизируются частоты вращения всех сателлитов и валов.