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刚体陀螺实验装置
1 基本概念 陀螺仪( gyroscope)的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是 不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车 其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪 在工作时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能达到每分钟几十万转,可以工作很长时间。 然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。在现实生活中,陀螺仪 发生的进动是在重力力矩的作用下发生的。 陀螺仪多用于导航、定位等系统,常用实例如手机GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位。陀 螺仪基本上就是运用物体高速旋转时,角动量很大,旋转轴会一直稳定指向一个方向的性质,所 制造出来的定向仪器。不过它必需转得够快,或者惯量够大(也可以说是角动量要够大)。不然, 只要一个很小的力矩,就会严重影响到它的稳定性。 2 陀螺发展历史 1850年法国的物理学家莱昂傅科( J.Foucault)为了研究地球自转,首先发现高速转动中的转 子( rotor),由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向,他用希腊字 gyro(旋转)和skopein (看)两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 18世纪欧拉建立的动力学方程和欧拉运动学方程,为陀螺运动的理论奠定了基础。但是制造 出一个实用的陀螺却经历了长时间的探索。19世纪中期,随着钢制外壳船舶的出现,原来所用的 磁罗盘不再适用,因而用陀螺导航的要求日益迫切。在第一次世界大战中,美国海军制成了陀螺 导航仪,并很快被其他国家所采用。随着航海和航空事业的发展,陀螺仪已成为不可缺少的精密 导航仪器。20世纪初出现了飞机的陀螺稳定器和自动驾驶仪。但直到1940年后,陀螺罗盘才完全 代替了磁罗盘,1950年出现了惯性导航系统。 不论制造得多么精密的陀螺,要完全消除轴承的摩擦力并使质心和支点重合是不可能的,因 而就会产生外加干扰力矩的作用,引起陀螺转子自转轴的缓慢进动,称为陀螺漂移。这时的进动 角速度称为漂移角速度。陀螺漂移角速度的大小是衡量陀螺精度高低的标志。为最大限度地减少 漂移,近代陀螺的研究课题主要是如何实现无干扰力矩的支承。主要途径是用电场力来代替支架, 实现无支承悬浮。如果转子是个标准的球形,则电场力通过其中心,从而实现无摩擦的悬浮。另刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel:54170805 Fax:54170905 共 7 页 / 第 2 页 一个途径是用磁场力来实现转子的悬浮,但要求转子必须是用超导体制造的,才能使磁力线垂直 于球形转子的表面且不穿透它的表面。这就是近代电陀螺和磁陀螺的基本设想。 3 刚体陀螺仪结构 从力学的观点近似的分析陀螺的运动时,可以把它看成是一个刚体,刚体上有一个万向支点, 而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动,所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运 动。更确切地说,一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上,使陀螺 的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪。 图1 陀螺仪结构 陀螺仪的基本部件有: 1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴 高速旋转,并见其转速近似为常值); 2) 内、外框架(或称内、外环,它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构); 3) 附件(是指力矩马达、信号传感器、控制器等)。 4 陀螺仪工作原理 陀螺仪,是一个圆形的中轴的结合体。而事实上,静止与运动的陀螺仪本身并无区别,如果 静止的陀螺仪本身绝对平衡的话,抛除外在因素陀螺仪是可以不依靠旋转便能立定的。而如果陀 螺仪本身尺寸不平衡的话,在静止下就会造成陀螺仪模型倾斜跌倒,因此不均衡的陀螺仪必然依 靠旋转来维持平衡。刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel:54170805 Fax:54170905 共 7 页 / 第 3 页 陀螺仪本身与引力有关,因为引力的影响,不均衡的陀螺仪,重的一端将向下运行,而轻的 一端向上。在引力场中,重物下降的速度是需要时间的,物体坠落的速度远远慢于陀螺仪本身旋 转的速度时,将导致陀螺仪偏重点,在旋转中不断的改变陀螺仪自身的平衡,并形成一个向上旋 转的速度方向。当然,如果陀螺仪偏重点太大,陀螺仪自身的左右互作用力也将失效!。 而在旋转中,陀螺仪如果遇到外力导致,陀螺仪转轮某点受力。陀螺仪会立刻倾斜,而陀螺 仪受力点的势能如果低于陀螺仪旋转时速,这时受力点,会因为陀螺仪倾斜,在旋转的推动下, 陀螺仪受力点将从斜下角,滑向斜上角。而在向斜上角运行时,陀螺仪受力点的势能还在向下运 行。这就导致陀螺仪到达斜上角时,受力点的剩余势能将会将在位于斜上角时,势能向下推动。 而与受力点相反的直径另一端,同样具备了相应的势能,这个势能与受力点运动方向相反, 受力点向下,而它向上,且管这个点叫“联动受力点”。当联动受力点旋转180度,从斜上角到达 斜下角,这时联动受力点,将陀螺仪向上拉动。在受力点与联动受力互作用力下,陀螺仪回归平 衡。 5 实验原理 陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位,是由于它的两个基本特性:一为定轴性( inertia or rigidity),另一是进动性( precession),这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。 5.1 定轴性 当三自由度陀螺转子高速旋转后,若不受外力矩的作用,不管基座如何转动,支撑在万向支 架上的 陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变,这种特性叫“定轴性”。如果我们以地球为基准, 则可以认为三自由度陀螺相对于地球运动,这种运动称为陀螺的假视运动或视在运动。视在运动 是陀螺稳定性的表现。 其惯性随以下的物理量而改变: 1)转子质量愈大,转动惯量I愈大; 2)转子旋转半径愈大,转动惯量I愈大; 3)转子旋转速度愈高,转动惯量I愈大; 5.2 进动性刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel:54170805 Fax:54170905 共 7 页 / 第 4 页 在运转中的陀螺仪,如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上,则旋转轴并不沿施力方向运 动,而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动,此现象即是进动性。 进动性的大小也有三个影响的因素: 1)外界作用力愈大,其进动性也愈大; 2)转子的质量惯性矩(moment of inertia)愈大,进动性愈小; 3)转子的角速度愈大,进动性愈小; 而进动方向可根据进动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。 6 实验系统性能 1)刚体陀螺仪  尺寸:200*200*200mm  重量: 1.6Kg 2)转子电机:直流无刷电机(双电机结构); 3)电机转速:0~6000r/min(可调); 4)电源  电压:DC +12V  电流:3A 7 实验系统特点 1)采用三自由度刚体陀螺结构,可进行完善的陀螺实验及演示;刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel:54170805 Fax:54170905 共 7 页 / 第 5 页 2)转子电机采用高速无刷电机,转速平稳,寿命长; 3)转子采用双电机结构,保障了转子的对称性,并加大了转子驱动力矩,启动速度快; 4)配置有专用控制器,可以完成转子转速控制,方便实验; 8 实验操作 将刚体陀螺仪器平放在桌面上,仪器周转保留一定空间。 1)接通电源,打开开关; 2)设置转子转速:大、中、小; 3)启动陀螺,观察陀螺转子转速是否已经稳定; 4)定轴性实验 当三自由度陀螺转子高速旋转后,若不受外力矩的作用,不管基座如何转动,支撑在万向支 架上的陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变,这种特性叫“定轴性”。 当陀螺转子高速旋转稳定后,手持基座分别绕刚体陀螺三个轴转动,观测刚体陀螺仪转子轴 的指向的变化。 分别改变转子转速大中小,观测陀螺转子轴的变化。 5)进动性实验 进动性是三自由度陀螺仪的一个基本特性。陀螺仪绕着与外力矩矢量相垂直的方向的转动, 叫做进动,其转动角速度叫做进动角速度。 进动角速度的方向取决于转子动量矩H和外力矩M的方向。外加力矩沿陀螺自转方向转动 90°即为进动角速度( )矢量方向。或者用右手定则记忆:从动量矩H沿最短路径握向外力矩M的 右手旋进方向,即为进动角速度方向。 通过控制器可改变转子飞轮正反转、转速,从而控制动量矩H的方向和大小,通过内框两侧 不同一侧加挂已知重量砝码,改变外力矩M的大小和方向,动量矩H为转子转动惯量和转速的乘 积,方向符合右手定则 进动角速度计算公式:ω=M/H sinθ 当θ=90°时,sinθ=1,所以 ω=M/H =M/Iωr 6)关闭电源,断开开关;刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel:54170805 Fax:54170905 共 7 页 / 第 6 页 7)撤收仪器设备。 9 适用课程 惯性传感器原理、惯性导航原理、导航制导与控制、飞行控制原理、无人机实训实验、基础 力学、刚体力学、陀螺力学、理论力学、新型传感器原理及应用等。 10 注意事项 1)陀螺飞轮高速旋转时,不可用手触摸或试图阻止其转转; 2)实验系统工作时,尤其是陀螺转子处于高速旋状态下,必须有人在场; 3)刚体陀螺仪属于精密机械结构,操作中应当轻拿轻放,以免损坏设备。
上海紫航电子科技有限公司 2022-06-20
轴系部件实验装置
轴系部件拆装与分析实验是针对轴系结构开设的实验。实验分组进行,每组2人,课内4学时。为使学生了解并掌握更多不同类型的轴系结构形式,实验中为学生提供12种不同结构形式的方案,配有相关零部件实验箱。学生自行选择方案,按所选方案自行组装,然后画出轴系部件结构草图并进行测绘。每个环节指导教师逐一进行检查,实验课结束前指导教师在草图上签字。课后按要求做实验报告,并画正规轴系部件结构图一张。该实验为学生完成轴系部件设计大作业和课程设计奠定了良好基础。该实验装置2009年获黑龙江省教学成果二等奖。
哈尔滨工江机电科技有限公司 2022-11-22
华南理工大学负压隔离笼采购项目公开招标公告
华南理工大学负压隔离笼采购项目 招标项目的潜在投标人应在广咨电子招投标交易平台(www.gzebid.cn)获取招标文件,并于2022年06月15日 09点30分(北京时间)前递交投标文件。
华南理工大学 2022-05-27
一种用于油气田中的可降解水基清洁压裂液稠化剂
本发明公开了一种用于油气田中的可降解水基清洁压裂液稠化剂。本发明将具有酯基和磺基的甜菜碱型两性表面活性剂稠化剂式(I)用于可降解水基清洁压裂液中,得到的可降解水基清洁压裂液可自动破胶,且在剪切一小时后压裂液的粘度仍保持在50mPa·s以上。所述的可降解水基清洁压裂液的主要化学成分为具有酯基和磺基的甜菜碱型两性表面活性剂稠化剂和交联剂,稠化剂的质量百分比为1.5%‑4.0%;交联剂的质量百分比为0.5%‑1.0%。本发明的可降解水基清洁压裂液的生物降解性好,对环境影响小、耐温耐剪切性能好、破胶完全无残渣、配制简单。
华中科技大学 2021-04-10
一种用于油气田中的可降解水基清洁压裂液稠化剂
本发明公开了一种用于油气田中的可降解水基清洁压裂液稠化 剂。本发明将具有酯基和磺基的甜菜碱型两性表面活性剂稠化剂式(I) 用于可降解水基清洁压裂液中,得到的可降解水基清洁压裂液可自动 破胶,且在剪切一小时后压裂液的粘度仍保持在 50mPa·s 以上。所述 的可降解水基清洁压裂液的主要化学成分为具有酯基和磺基的甜菜碱 型两性表面活性剂稠化剂和交联剂,稠化剂的质量百分比为 1.5% -4.0%;交联剂的质量百分比为 0.
华中科技大学 2021-01-12
一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统
本实用新型公开了一种水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统,该系统包括计算机控制端、动力子系统、控制子系统和执行子系统;其中,计算机控制端用于精确调控整个轴向加载系统;动力子系统用于为主路系统和支路系统提供动力;控制子系统用于调节系统压力为适用油压;执行子系统用于将适用油压转换为轴向荷载并对试件进行加载。该系统的优点是:计算机控制端、动力子系统、控制子系统和执行子系统形成闭环控制系统,能提供长期流变实验所需的稳定压力与持续时长,能得出岩石长期流变的变形破坏全过程特征,能实现相同试验环境下的多元同步加载,能与水围压系统共同作用模拟深部岩土体真实水环境下的流变特性。本实用新型提供了一种经济高效、测试准确、试验过程易于控制的水压轴压联合作用岩石三轴流变试验机轴向加载系统。
四川大学 2017-12-28
基于环境孔压静力触探探头的重金属污染物浓度的测试方法
本发明提供一种基于环境孔压静力触探探头的重金属污染物浓度的测试方法,通过X射线能谱分析装置和电阻率测试装置完成重金属污染成分及浓度的测定。X射线能谱分析装置包括X射线发射器,X射线探测器以及高性能滤波片。通过X射线探测分析,检测土壤中重金属污染成分。电阻率测试装置由外周的四个环形电极组成,环形电极之间通过绝缘层隔离,中间两个环形电极为测试电极,上下两个环形电极为发射电极,发射电极用于向土体发射电流,测试电极用于测量电位差,再结合根据欧姆定律可以计算电极周围土体的电阻率大小,通过特定重金属元素的浓度电
东南大学 2021-04-14
深深厚表土层高地应力条件地面钻井卸压瓦斯抽采成套技术
针对深厚表土层高瓦斯、低透气性、高地应力煤层群开采条件下,地面钻井抽采卸压瓦斯的关键技术难题,系统研究了采动区钻井防断机理与控制技术、地面抽采瓦斯钻井结构设计与理论计算以及采动区地面钻井施工关键技术及工艺,创立了深厚表土层高地应力煤层群开采条件下地面钻井抽采卸压瓦斯技术体系。 (1)构建采动岩层地面钻井剪切滑移变形破坏模型,探索关键层对钻井套管剪切变形的影响效应,寻找受采动影响不同层位岩层运动导致钻井承受最大剪应力的位置,研究保障地面钻井抽采卸压瓦斯稳产的钻井防断理论与控制技术。 (2)破解井身贯穿不同岩层,软硬岩层交接面滑移不均匀而井身剪切破断等关键技术难题,研究获得了地面钻井井壁及其套管和筛管受弯曲、拉伸、压缩、剪切作用下的破断机理。 (3)针对地面钻井井壁及其套管和筛管受覆岩运动作用的结构特征,探索减少地面钻井受采动破坏而断裂的防护对策,设计多种钻面钻井井型结构,解决地面成井、护井和固井关键技术难题和施工工艺,建立地面钻井抽采卸压瓦斯高产、稳产的技术保障体系。 (4)建立煤矿生产接替与地面钻井滚动部署间的优化匹配模式,保障井下采煤工作面开采与地面钻井连续抽采卸压瓦斯的协同、安全高效生产。
安徽理工大学 2021-04-13
一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统及控制方法
本发明公开了一种水下作业平台压载水舱进排水控制系统,用于控制压载水舱的自动进排水,压载水舱由多个对称分布的子水舱构成,每个子水舱底部安装有一个该通海阀、其舱内布置有至少一个高压气阀、其顶部安装有若干透气阀、压载水舱艏艉的侧壁上还对称安装有深度计,还包括安装在控制舱中驱动阀箱,驱动阀箱与高压气阀、通海阀以及透气阀分别通过信号线连接,在控制舱中还安装有进排水PLC控制器,其对驱动阀箱发出指令,使驱动阀箱控制高压气阀、通海阀以及透气阀以实现压载水舱进排水。本发明还公开了基于状态反馈的多变量模糊解耦控制方法实现对压载水舱进排水的自动控制。本发明系统自动化程度高,控制准确,操作方便,可靠性高。
华中科技大学 2021-04-14
弹簧试验机|螺旋弹簧试验机|弹簧拉压试验机|弹簧机
产品详细介绍螺旋弹簧试验机|弹簧试验机|弹簧拉压试验机|弹簧疲劳试验机 一、螺旋弹簧试验机是依据弹簧试验机标准规定的技术要求制成,主要用于测试各种螺旋弹簧的拉力、压力、位移、刚度等强度试验和分析。 二、螺旋弹簧试验机的主要型号:TL-1000螺旋弹簧试验机;TL-2000螺旋弹簧试验机;TL-5000螺旋弹簧试验机。 三、螺旋弹簧试验机功能特点: ①试验力显示方式:度盘显示并且有上下限指示,具有分选功能。 ②位移显示方式:标尺与游标尺指示,具备微调功能。  ③加荷方式:采用手柄加荷,机械定位,检测速度快。 ④控制方式:接近开关控制加载点并具有刹车系统,能准确停车。 ⑤安全保护:上下极限位置停车保护与过载保护。 四、螺旋弹簧试验机技术参数: ⑴指标:TL-1000 TL-2000 TL-5000 ⑵最大试验力(N):1000;2000;5000 ⑶度盘每格刻度值(N):0~1000吋1.0/0~200吋0.2;0~2000吋2.0/0~400吋0.4    ;5 ⑷位移标尺最小分辨值(mm):0.05 ⑸拉伸试验两挂钩间最大距离(mm):270;700 ⑹压缩试验两压盘间最大距离(mm):250;650 ⑺上下压盘直径(mm):Ø110;Ø150 ⑻拉伸及压缩试验最大行程(mm):115;600 ⑼上压盘下降上升速度(mm/min):手动;600 ⑽试验机级别:1级;0.146 ⑾外形尺寸(长×宽×高):810×585×950;1020×850×1300 ⑿净重(kg):105;260 ⒀位移示值误差:≤±(50+0.15L)μm ⒁电源:(须有可靠的接地)220V±10%50Hz ⒂工作环境: 室温10~35℃,湿度20%~80% 五、系统配置: ①试验机主机 ②主机:1台 ③技术资料:使用说明书与维修手册、合格证、装箱单。 弹簧试验机 全自动、微机控制弹簧试验机/手动弹簧拉压试验机: ㈠主要用途:本机依据国家弹簧拉压试验机标准规定的技术要求,拉簧、压簧、碟簧、塔簧、板簧、卡簧、片弹簧、复合弹簧、气弹簧、模具弹簧、异性弹簧等精密弹簧的拉力、压力、位移、刚度等强度试验和分析。 ㈡功能特点: ①能够测量弹簧的拉力、压力、刚度、位移及显示日期、编号等内容 ②采用大规模继承电路,提高了测试精度,人机对话直观明了 ③依据国家标准设计的弹簧检测专用程序,效率高、功能全、操作方便 ④从寄希望原理和程序软件两方面考虑提高了量程的精确测量范围 ⑤即适合生产线上弹簧的批量检测、分选,也适合试验室的精密抽检 ⑥数据与曲线随试验过程动态显示 ⑦可对曲线进行再分析,可放大、缩小和点击察看曲线上各点对应的数据。 ⑧可将力值、位移、刚度、曲线等数据形成标准的试验报告进行打印 ⑨具有程控和机械两级限位保护 ㈢技术参数 ①型号:WDT ②最多试验机:100N~100KN ③拉伸试验的最大距:600mm ④压缩试验的最大距:600mm ⑤上亚盘下降上升速度:1~300mm/min或者0.01~500mm/min ⑥主机形式:单臂式,门式 『具体技术参数请查看济南思达测试技术有限公司的产品信息』 ㈣、试验机软件界面如下: ①主界面 主界面主要包括四部分:①菜单栏②示值显示区③试验曲线④试验操作 ②曲线显示界面 (力——时间曲线) ③数据查询界面 包括:①试验日期②试验批号③实验员④删除该批号⑤删除该编号 ④试验机结果界面      包括:①试验试样信息②试样编号列表③面积计算④试验结果 公司名称:济南思达测试技术有限公司 包装:木箱  价格:电议 电话:0531-85981092
济南思达测试技术有限公司 2021-08-23
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