Тема 4. Основные свойства гироскопа

1.

ПМ.01 «Управление и эксплуатация судна с правом эксплуатации
судовых энергетических установок»
МДК 01.02 «Управление судном и технические средства судовождения»
Раздел 01.02.02. «Технические средства судовождения»
Тема 4: «Основы теории, принцип
действия, устройство и эксплуатация
гирокомпасов»
«Основные свойства гироскопа»
Лектор: Шестаков Никита Викторович

2.

1. Понятие о гироскопе
2. Свойства гироскопа

3.

Гироско́п (от др.-греч. γῦρος «круг» + σκοπέω «смотрю») —
симметричное, быстро вращающееся тело (ротор), ось
вращения которого подвешена так, что может изменять
свое направление в пространстве относительно любой
системы координат. Простейший пример гироскопа —
юла (волчок).
Термин впервые введен Ж. Фуко в своём докладе в 1852
году во Французской академии наук. Доклад был
посвящён способам экспериментального обнаружения
вращения Земли в инерциальном пространстве. Этим и
обусловлено название «гироскоп».

4.

ХХ-главная ось (ось
собственного вращения
Ротора)
YY и ZZ-экваториальные
оси

5.

Понятие «быстровращающийся ротор» означает, что угловая
скорость собственного вращения ротора на много порядков
больше тех угловых скоростей, которые он может иметь
относительно экваториальных осей.
Число степеней свободы зависит от типа подвеса, в который
помещен ротор.
Ротор гироскопа с тремя степенями свободы может вращаться
вокруг 3 взаимно-перпендикулярных осей: вокруг оси X-X в
подшипниках внутренней рамы / первая степень свободы, вместе с
внутренней рамой оси Y-Y в подшипниках наружной рамы / вторая
степень свободы и, наконец, вместе с внутренней и наружной
рамами — вокруг оси Z-Z / треть степень свободы.
Такой подвес, в котором ротор имеет возможность вращаться вокруг
трех взаимно-перпендикулярных осей, называется КАРДАНОВЫМ
ПОДВЕСОМ.

6.

Свойства гироскопа
ПЕРВОЕ СВОЙСТВО гироскопа с 3 степенями свободы
состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять
в мировом пространстве приданное ей первоначальное
положение.
Если эта ось направлена на какую-либо звезду, то при
любых перемещениях основания прибора она будет
продолжать указывать на эту звезду, меняя свою
ориентацию относительно земных осей.
Впервые это свойство гироскопа использовал
французский ученый Л. Фуко для экспериментального
доказательства вращения Земли вокруг своей оси

7.

Второе свойство состоит в том, что под действием внешней
силы, приложенной к внутреннему или внешнему кольцу и
создающей момент, не совпадающий по направлению с
главной осью гироскопа, последняя будет двигаться не по
направлению действия силы (как это было бы при не
вращающемся роторе), а перпендикулярно этому
направлению. Подобное свойство гироскопа называется
прецессией. Прецессионное движение происходит с
постоянной угловой скоростью, т.е. является
безинерционным.

8.

Третье свойство выражается в следующем. Под действием
импульса силы (удара) главная ось гироскопа практически не
изменяет первоначального направления, а лишь, совершает
быстрые колебания около положения равновесия. Эти
колебания называются нутацией. Они особенно хорошо
заметны при небольшой угловой скорости собственного
вращения ротора.
Свойства гироскопа с тремя степенями свободы используются
в таких устройствах, как гирокомпасы, гирогоризонты,
гиростабилизаторы индикаторного типа.

9.

Свойство вращающегося симметричного тела с
двумя степенями свободы.
Гироскоп с двумя степенями свободы не обладает ни одним из тех
свойств, которые имеет гироскоп с тремя степенями свободы.
Свойство, присущее только гироскопу с двумя степенями свободы,
заключается в следующем. Если придать основанию, на котором
установлен гироскоп, вращение вокруг оси Z — Z, т. е. оси, не
совпадающей с осью собственного вращения ротора и осью подвеса
Y — Y, то ротор вместе с кольцом подвеса поворачивается вокруг
оси подвеса до тех пор, пока ось X — X собственного вращения
ротора не совпадет с осью вращения основания, т. е. с осью Z — Z
вынужденного вращения гироскопа.
На основе свойства гироскопа с двумя степенями свободы работают
гиротахометры (дифференцирующие гироскопы), интегрирующие
гироскопы и др.

10.

11.

Свойство гироскопа с одной степенью
свободы.
Пока основание, на котором установлено тело, обладающее
собственным вращением, неподвижно, никаких
гироскопических свойств тело не имеет. Они возникают в том
случае, если вращение основания вызовет вынужденное
вращение тела вокруг оси не совпадающей с осью его
собственного вращения. В соответствии со свойством
гироскопа с двумя степенями свободы ось собственного
вращения тела при этом стремится совпасть с осью
вынужденного вращения. Этому движению препятствуют
опоры (подшипники) главной оси. Действие ротора на опоры
выражается в виде приложения к ним сил F1 и F2 которые
получили название гироскопических сил.