Статья из сайта petrovlam.ru
Автор: Петров В. М.
Введена 21.1.2010
Последнее обновление: 24.12.2010

 

Доработана и Дополнена: 24.12.10

 

Отчёт 3 о выполнении научно-исследовательской

и опытно-конструкторской разработки (НИОКР)

«Центробежный движитель с саморазгонным вылетом груза»

 

Аннотация. В статье представлены:

 

    Обоснование выбора практической схемы движителя

    Результаты проведённого эксперимента

    Резюме и выводы

 

      В предыдущей статье ОТЧЁТ 2 был проведён расчёт на предмет достаточности силы Петрова каждому из грузов, для обеспечения контакта его со стенкой обечайки (корпуса).

      Было показано, что одной лишь силы Петрова для решения этой задачи явно НЕ достаточно.

      Было рекомендовано прижимать грузы к корпусу ПРИНУДИТЕЛЬНО (при помощи сепаратора).

      Вариантов сепаратора можно предложить неограниченное количество.

 

      Но в любом случае возникает необходимость:

 

-     в оценке силы прижатия, которую выбранный сепаратор обязан будет обеспечить

-     определить, как влияет сила давление сепаратора на итоговую тяговую характеристику.

 

      На рисунке 1 повторена схема к вычислению вылета «АС», необходимого для надёжного контакта груза с обечайкой.

      В соответствии с рисунком конечный вылет в каждом дискретном секторе должен быть не меньше, чем отрезок «АС».

 

      Теперь же вопрос ставится чуть-чуть по-другому. А именно – сепаратор должен принудить груз к своевременному попаданию его в НУЖНУЮ траекторию движения.

 

      Для надёжности получаемых расчётных результатов диапазон поворота привода от 0º до 180º разбит на две зоны (с разделением на границе 90º).

 

      Рисунок 2 показывает схему для первой половины. Рисунок 3 – для второй половины.

 

 

Рис.1

 

 

Рис. 2

 

 

Рис. 3

 

е    –  эксцентриситет

Rмакс = 0.0485[м] –  радиус траектории

Rмин  = 0.0385[м] –  минимальный вылет

«В»        –  центр траектории

α    –  угол поворота привода

β    –  угол поворота груза при повороте привода на угол α

ω   –  угловая скорость привода

 

 

 

 

      Для оценки силы, необходимой для прижатия, в нашем распоряжении имеются следующие данные (рисунок 1):

 

-     расстояние АС = АС1 – начальное расстояние от оси привода до центра груза в дискретном секторе

-     расстояние АС = АС2 – конечное расстояние от оси привода до центра груза в дискретном секторе

-     угол дискретного сектора Δα = 3º

-     угловая скорость привода ω = 1000[об/мин]

-     масса груза m = 0.005[кг]

-     АС10 = Rмин = 0.0385[м] – начальное расстояние «АС» для первого дискретного сектора (от α = 0º до α = 3º)

-     АС1180 = Rмакс = 0.0485[м] – конечное расстояние «АС» для последнего дискретного сектора (от α = 177º до α = 180º)

-     время t = 0.0005[сек], затрачиваемое приводом для поворота на один дискретный угол

-     расстояния «АС», полученные из статьи ОТЧЁТ 2

 

Вычисления

 

Путь, преодолеваемый грузом в пределах одного дискретного сектора:

 

 

 

 

 

Ускорение, необходимое грузу для преодоления расстояния ΔАС за время t:

 

 

 

Конечная скорость в дискретном секторе:

 

 

 

Сила, необходимая для придания грузу заданного ускорения (на рисунках не показана):

 

 

 

 

 

Для удобства вычислений вводится параметр U.

 

 

Тогда:

 

 

 

 

 

      Результаты вычислений сведены в таблицу 1

 

 

 

 

Таблица 1

 

α

F [кг]

V2

U

ΔAC

AC

0

0.044444

0

0.0000109

0.0000109

0.0385000

3

0.044648

0.0436

0.0000108

0.0000326

0.0385109

6

0.044852

0.0868

0.0000110

0.0000544

0.0385435

9

0.045056

0.1308

0.0000106

0.0000760

0.0385979

12

0.045260

0.1732

0.0000111

0.0000977

0.0386739

15

0.045668

0.2176

0.0000105

0.0001193

0.0387716

18

0.046075

0.2596

0.0000113

0.0001411

0.0388909

21

0.046891

0.3048

0.0000096

0.0001620

0.0390320

24

0.047706

0.3432

0.0000117

0.0001833

0.0391937

27

0.047503

0.3900

0.0000093

0.0002043

0.0393770

30

0.047299

0.4272

0.0000116

0.0002252

0.0395813

33

0.046891

0.4736

0.0000090

0.0002458

0.0398065

36

0.046483

0.5096

0.0000114

0.0002662

0.0400523

39

0.046279

0.5552

0.0000079

0.0002855

0.0403185

42

0.046075

0.5868

0.0000113

0.0003047

0.0406060

45

0.046075

0.6320

0.0000084

0.0003244

0.0409107

48

0.046075

0.6656

0.0000113

0.0003441

0.0412360

51

0.045872

0.7108

0.0000069

0.0003623

0.0415801

54

0.045668

0.7384

0.0000112

0.0003804

0.0419426

57

0.045464

0.7832

0.0000057

0.0003973

0.0423230

60

0.045260

0.8060

0.0000111

0.0004141

0.0427205

63

0.034863

0.8504

0.0000068

0.0004295

0.0431346

66

0.024465

0.8776

0.0000060

0.0004448

0.0435645

69

0.024465

0.9016

0.0000076

0.0004584

0.0440093

72

0.024465

0.9320

0.0000060

0.0004720

0.0444682

75

0.024465

0.9560

0.0000055

0.0004835

0.0449402

78

0.024465

0.9780

0.0000060

0.0004950

0.0454243

81

0.024465

1.0020

0.0000026

0.0005036

0.0459193

84

0.024465

1.0124

0.0000060

0.0005122

0.0464241

87

0.024465

1.0364

0.0000010

0.0005192

0.0469374

90

0.024465

1.0404

0.0000060

0.0005262

0.0474579

93

0.024261

1.0644

-0.0000024

0.0005298

0.0479841

96

0.024057

1.0548

0.0000059

0.0005333

0.0485147

99

0.024057

1.0784

-0.0000055

0.0005337

0.0490480

102

0.024057

1.0564

-0.0000059

0.0005341

0.0495825

105

0.020999

1.0800

-0.0000080

0.0005319

0.0501166

108

0.017941

1.0476

0.0000044

0.0005282

0.0506485

111

0.014679

1.0652

-0.0000101

0.0005225

0.0511767

114

0.011417

1.0248

0.0000028

0.0005152

0.0516992

117

0.007951

1.0360

-0.0000119

0.0005061

0.0522144

120

0.004485

0.9884

0.0000011

0.0004953

0.0527205

123

0.001427

0.9928

-0.0000139

0.0004825

0.0532158

126

-0.001631

0.9372

-0.0000004

0.0004682

0.0536983

129

-0.005301

0.9356

-0.0000157

0.0004521

0.0541665

132

-0.008970

0.8728

-0.0000022

0.0004342

0.0546186

135

-0.012232

0.8640

-0.0000172

0.0004148

0.0550528

138

-0.015494

0.7952

-0.0000038

0.0003938

0.0554676

141

-0.018756

0.7800

-0.0000187

0.0003713

0.0558614

144

-0.022018

0.7052

-0.0000054

0.0003472

0.0562327

147

-0.024669

0.6836

-0.0000199

0.0003219

0.0565799

150

-0.027319

0.6040

-0.0000067

0.0002953

0.0569018

153

-0.029562

0.5772

-0.0000211

0.0002675

0.0571971

156

-0.031804

0.4928

-0.0000078

0.0002386

0.0574646

159

-0.033639

0.4616

-0.0000220

0.0002088

0.0577032

162

-0.035474

0.3736

-0.0000087

0.0001781

0.0579120

165

-0.037105

0.3388

-0.0000226

0.0001468

0.0580901

168

-0.038736

0.2484

-0.0000095

0.0001147

0.0582369

171

-0.039348

0.2104

-0.0000229

0.0000823

0.0583516

174

-0.039959

0.1188

-0.0000098

0.0000496

0.0584339

177

-0.019980

0.0796

-0.0000233

0.0000165

0.0584835

180

0

0

0

0.0000165

0.0585000

 

      Таблица 1 показывает, что максимальная сила, требуемая от пружины для надёжного прижатия груза к стенке обечайки, НЕ превышает 47.7гр (соответствует углу α = 24º).

 

ПРИМЕЧАНИЕ

      Для проведения более точных расчётов требуется использовать более шести знаков после запятой.

      В прикидочном варианте я считаю эту работу НЕ целесообразной. Поэтому в столбце F проведена некоторая коррекция для сглаживания параметра (синий шрифт).

      Остальные параметры оставлены без изменений.

 

      Любопытной оказывается следующая ситуация: на участке поворота привода от 0º до 180º сила F по направленности своей совпадает с силой Р (всегда уводит от оси привода), но по действию своему – иногда противоположна ей. То есть:

-     на участке поворота привода от 0º до 90º центробежная сила (если уже достигнут контакт груза со стенкой) тянет движитель назад, в отрицательное направление, а сила F толкает (пока груз по каким-то причинам ещё не упёрся в стенку) движитель вперёд, в положительное направление (другими словами, сила F  ПОМОГАЕТ движению вперёд).

-     на участке поворота привода от 90º до 180º центробежная сила тянет движитель вперёд, в положительное направление, а сила F толкает (если груз по каким-то причинам ещё не упёрся в стенку) движитель назад, в отрицательное направление (другими словами, сила F   МЕШАЕТ движению вперёд)

-     на участке поворота привода от 180º до 360º силе F разрешается отсутствовать, так как на этом участке сепаратор становится без надобности, ибо груз надёжно прижимается к корпусу САМИМ корпусом.

 

      К счастью, нет причин для беспокойства из-за необходимости вычислять влияние силы F на тяговую характеристику движителя. Слишком мала эта сила (при массе тележки, равной примерно 4кг), чтобы ещё и на неё обращать внимание. Силы отталкивания одного груза заставили бы тележку двигаться в направлениях, обратным движению груза, на расстояние в 800 (!) раз меньшее, чем переместится сам груз. А максимальное перемещение груза по линии движения тележки составляет 10.0мм. Поэтому максимальное движение тележки вперёд-назад, вызванное перемещением одного груза, составило бы всего 12.5мкм. Но, поскольку движитель составлен из 12-ти грузов, положение которых смещено друг относительно друга на 30º по углу поворота привода, и которые расположены симметрично относительно линии движения, двигаясь в противоположных направлениях, итоговое «трепыхание» тележки будет несоизмеримо меньше. То есть, практически будет отсутствовать.

 

      Теперь интересно сопоставить силу пружины с силой центробежной.

 

Центробежная сила:

 

 

 

 

σ    -   коэффициент изменения угловой скорости вращающегося груза относительно угловой скорости привода

 

 

Рис. 3

 

Из рисунка 3:

 

 

 

Из треугольника ACD:

 

 

 

 

AD = АС1   -  начальный вылет в дискретном секторе

AС = АС2   -  конечный вылет в дискретном секторе

 

      Отрезки «АС» соответствующих дискретных секторов берутся из таблицы 1.

 

Из треугольника BCD:

 

 

 

 

 

 

 

      Вычисления сведены в таблицу 2.

 

Таблица 2

 

α

АС [м]

σ2

Р [кг]

F [кг]

0

0.0385000

0.630301

0.17086

0.044444

3

0.0385109

0.631160

0.17109

0.044648

6

0.0385435

0.632879

0.17156

0.044852

9

0.0385979

0.635456

0.17226

0.045056

12

0.0386739

0.638897

0.173192

0.045260

15

0.0387716

0.643201

0.17436

0.045668

18

0.0388909

0.648387

0.17576

0.046075

21

0.0390320

0.654380

0.17739

0.046891

24

0.0391937

0.661285

0.17926

0.047706

27

0.0393770

0.669037

0.18136

0.047503

30

0.0395813

0.677657

0.18370

0.047299

33

0.0398065

0.687133

0.186268

0.046891

36

0.0400523

0.697472

0.189071

0.046483

39

0.0403185

0.708794

0.192140

0.046279

42

0.0406060

0.720598

0.195340

0.046075

45

0.0409107

0.733569

0.198856

0.046075

48

0.0412360

0.747258

0.202567

0.046075

51

0.0415801

0.761767

0.206500

0.045872

54

0.0419426

0.777078

0.210650

0.045668

57

0.0423230

0.793140

0.215004

0.045464

60

0.0427205

0.809973

0.219567

0.045260

63

0.0431346

0.908947

0.246397

0.034863

66

0.0435645

0.847097

0.229631

0.024465

69

0.0440093

0.864633

0.234385

0.024465

72

0.0444682

0.884126

0.239669

0.024465

75

0.0449402

0.904191

0.245108

0.024465

78

0.0454243

0.924758

0.250683

0.024465

81

0.0459193

0.945800

0.256387

0.024465

84

0.0464241

0.967341

0.262300

0.024465

87

0.0469374

0.989029

0.268106

0.024465

90

0.0474579

1.011078

0.274083

0.024465

93

0.0479841

1.033363

0.380124

0.024261

96

0.0485147

1.055757

0.286195

0.024057

99

0.0490480

1.078227

0.292286

0.024057

102

0.0495825

1.100693

0.298376

0.024057

105

0.0501166

1.123048

0.304436

0.020999

108

0.0506485

1.145372

0.310460

0.017941

111

0.0511767

1.167210

0.316407

0.014679

114

0.0516992

1.188850

0.322273

0.011417

117

0.0522144

1.210086

0.328030

0.007951

120

0.0527205

1.230860

0.333662

0.004485

123

0.0532158

 

 

0.001427

126

0.0536983

 

 

-0.001631

129

0.0541665

 

 

-0.005301

132

0.0546186

 

 

-0.008970

135

0.0550528

 

 

-0.012232

138

0.0554676

 

 

-0.015494

141

0.0558614

 

 

-0.018756

144

0.0562327

 

 

-0.022018

147

0.0565799

 

 

-0.024669

150

0.0569018

 

 

-0.027319

153

0.0571971

 

 

-0.029562

156

0.0574646

 

 

-0.031804

159

0.0577032

 

 

-0.033639

162

0.0579120

 

 

-0.035474

165

0.0580901

 

 

-0.037105

168

0.0582369

 

 

-0.038736

171

0.0583516

 

 

-0.039348

174

0.0584339

 

 

-0.039959

177

0.0584835

0.996017

0.27000

-0.019980

180

0.0585000

 

 

0

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА:

 

      Конструктивная схема изготовленного макета показана на рисунке 4.

      Сепаратор на рисунке изображён в банановом цвете. Он изготовлен из донышка, отрезанного от какого-то пластмассового стаканчика.

 

      На грузах-подшипниках предусмотрены подшипниковые шарики для увеличения массы грузов. В экспериментах шарики отсутствовали.

      Жёлтая стрелка показывает ожидаемое направление движения.

      Фотографии собранной тележки представлены на рисунках 5 и 6.

 

 

Рис. 4

 

      Измерение тяговой силы, требуемой для перемещения тележки (при помощи специально изготовленного безмена на 300гр) показало величину от 50гр до 150гр. Полагаю, что такой разброс вызван недостаточно качественным изготовлением колёсных пар мобиля.

 

      При включении привода проектная скорость вращения достигалась легко. Мобиль при этом, хотя и показывал некоторую вибрацию (в начале разгона), однако двигаться НЕ пожелал.

 

      Попытка двигать мобиль при включённом приводе через безмен показала тяговую силу от практического нуля до 50гр. Полагаю, что заметное снижение требуемого тягового усилия вызвано не работой движителя, а тривиальной вибрацией всего мобиля.

 

      Для проверки этого предположения движитель был помещён в тазик. Тазик с движителем поставлен на воду, налитую в ванну. После включения привода плавающий мобиль двигаться НЕ ПОЖЕЛАЛ!

 

ВЫВОД

 

      Следовательно, центробежная сила в рассматриваемом движителе НЕ ПЕРЕДАЁТСЯ корпусу, даже при наличии пружинного сепаратора.

 

      А вовсе не потому, что нарушаются какие-то законы физики!!!

 

РЕКОММЕНДАЦИИ

 

      Применить магнитное прижатие грузиков к стенке обечайки.

 

 

Рис. 5

 

 

Рис. 6

 

ДОПОЛНЕНИЕ от 24.12.10

 

      К моменту написания данного дополнения я уже понимаю, что недолёт грузов до стенке вызван, по мимо всего прочего, ещё и тем, что за время, в течение которого груз проходит дискретный сектор, частицы его материала и частицы пружины не успевают полностью уплотниться. Следовательно, и не успевают переместить груз на полное расстояние.


Просмотров: 3789

Комментарии к статье:

№ 44   Антип   2010-23-02 04:20:24
Уважаемый Владимир Максимович! Право, жаль Вашего времени и усилий. Вы редкий образец честного изобретателя инерциоида и не пытаетесь обдурить публику. Возьмите лучше насос от стиральной машинки и шланг с водой. Так вы сможете легко перемещать массу по любой угодной вам траектории и быстрее убедитесь, что таким образом тягу не получишь. Позвольте, все же привести пару замечаний. Может быть шланга не понадобится. Во-первых, ваши инерциоиды не потребляют мощность от привода, если пренебречь трением. В отличие от инерциоида Толчина, в котором хотя бы тормоз был. Если раскрутить ваш инерциоид, он так и будет крутиться, подобно тому, как маятник будет качаться, если его качнуть. Откуда же возьмется работа силы тяги? Во-вторых, при установовшихся оборотах грузы повоторяют свою траекторию. Следовательно, векторная сумма ускорений, действующих на них в каждый момент времени строго равна нулю за один полный оборот. Из за этого и равнодействующая сила тоже равна нулю. Кстати, посчитать векторную сумму ускорений за один оборот несложно. Надо только добавить значение модуля и направления скорости груза в ваши таблицы. А затем сложить векторы ускорения и убедиться, что сумма равна нулю.
№ 45   Антип   2010-23-02 04:40:33
Да, насос несложно будет вернуть на место, в стиральную машинку. Он работает от сети 220 в, что удобно. Так что затраты нулевые. И никаких проблем с прижимом и сепаратором.
№ 46   Владимир Максимович   2010-23-02 07:36:47
На №44. 1. Антип, В статье ЦД ЧАСТЬ 7 я расчётами показал, что несжимаемая замкнутая рабочая среда НЕ генерирует тяговую силу. Жидкость, движущаяся по ЗАМКНУТОМУ контуру, относится именно к таковой среде. 2. МОИ инерцоиды как раз потребляют внешнюю энергию для возврата грузов в исходную позицию, а у Толчина как раз наоборот, тормоз в одной части накапливает энергию пружиной, а вдругой части - отдаёт накопленную энергию. Трение мы во всех случаях условно не учитываем. Вам, Антип, было бы всё-таки полезным СНАЧАЛА РАЗОБРАТЬСЯ в вопросах, по которым Вы даёте советы. 3. Работа силы тяги берётся от самой природы центробежной силы. 4. Грузы, хоть и повторяют свою траекторию, тем не менее, генерируют равнодействующую, НЕ РАВНУЮ нулю. Посмотрите же, наконец, приведённые расчёты и НАЙДИТЕ ОШИБКУ! Покажите РАСЧЁТАМИ, а не голословно, что сумма равна нулю.
№ 47   Владимир Максимович   2010-23-02 07:38:32
На №45. О насосе предлагаю смотреть мой ответ "На №44"
№ 1024   Александр   2012-03-12 14:15:00
Создал такую машину перед тем как увидеть вашу статью. Размеры кольца около 20 см и два маятника, вращающиеся внутри кольца на закрепленных на них роликах. Скорость вращения была значительная, что прижимало ролики с грузом к стенкам кольца, но уравновешивания потенциала избежать не удалось, не смотря на разную скорость движения груза и разный угол линейного рассеивания момента. Зато я понял в чем ошибка и как её избежать. Ведь как ни крути, но лишь часть кинетической инерции рассеивается линейно, остальная уходит по кривой в сторону вращения, а значит изобретя колесо, человечеству уже удалось изменить инертную траекторию движения груза с линейной на кривую. Теперь дело за малым: взаимодействовать правильно с этой силой в нужных фазах цикла вращательного момента.
№ 1025   Владимир Максимович   2012-03-12 18:34:53
На №1024
     Александр!
1. Для получения заметной тяговой силы необходима ситуация, в которой разница между максимальным и минимальным вылетами была бы заметно больше нуля!
2. Чем больше будет вышеназванная разница, тем меньше шансов у груза долететь до надёжного упора в обечайку. Если не будет такого упора, то не будет генерироваться и центробежная сила! Ведь ЦС возникает только при ОБЯЗАТЕЛЬНОМ наличии препятствия удалению груза от оси вращения. Нет препятствия - нет и центробежной силы. Тело перемещается вдоль вращающейся спицы не от воздействия на него центробежной силы, а от наличия "Силы Петрова"! А для полного долёта груза под воздействием "Силы Петрова" и при наличии ненулевогой разницы в вылетах ему элементарно нехватает времени (при ЛЮБОЙ угловой скорости вращения ротора).
3. Если на вылетающий груз воздействовать какой-либо внешней, дополнительной к "Силе Петрова", силой, то схема уже не будет называться "с самовылетными грузами".
№ 1026   Александр   2012-03-12 19:01:49
Владимир, я не видел воочию вашей конструкции, но на схеме вижу принцип. Если момент передается через спицу, то действует именно центробежная сила, так как сам груз в любом случае тормозится за счет отдачи линейной инерции на корпус колбы, а груз не уравновешен силой на противоположной стороне, то воздействие ускоряющего момента через спицу не прекращается, значит вы как Мюнхаузен тянете себя за волосы. А то что ваш груз не успевает прижаться к колбе, обусловлено лишь либо маленькой скоростью вращения, либо недостаточным весом грузил, либо их движению на спицах что-то препятствует.
№ 1027   Владимир Максимович   2012-03-12 22:50:03
На №1026
1. Александр, меня зовут Владимир Максимович.
2. В предыдущем ответе я писал Вам о том, что ПРИ ЛЮБОЙ УГЛОВОЙ скорости вращения ротора груз НЕ БУДЕТ УСПЕВАТЬ к контакту с обечайкой в угловой зоне, отведённой для положительной тяговой силы.
     Я допускаю, что проверить мои вычисления дано не каждому. Но, тем не менее, это именно так!
3. Если Вы НЕ сумеете в своей конструкции максимально убрать трение при движении груза по спице (или, соответственно, по направляющей), то ЦС, конечно же, будет передаваться на корпус через силу трения по спице.
     Не поленитесь и просчитайте самостоятельно величину тяговой компоненты от такой силы.
     После расчёта Вам уже НЕ захочется использовать силу трения в реальности.
4. Мюнхаузен пытался вытащить себя из болота при помощи УРАВНОВЕШЕННОЙ силы и по этой причине он не имел шансов на успех. Ведь сила ОТТАЛКИВАНИЯ в точности, но с обратным знаком, равнялась силе, с которой рука норовила оборвать волосы.
     Центробежная сила является силой НЕ уравновешенной, так как НЕ создаёт силу отталкивания от других деталей устройства. Именно по этой причине центробеждная сила МОЖЕТ генерировать тяговую компоненту!

Ваще сообщение:
 

 

Добавить комментарий

[B] [I] [u] [S] [2] [2]       [TAB] [∑] [∓] [≈] [≠] [≤] [≥] [π] [×] [√]       [RED] [GRE] [BLU]

[α] [β] [Γ] [γ] [Σ] [σ] [Δ] [δ] [Ω] [ω] [μ] [Λ] [λ]