Главная
Гироскоп как сделать своими руками: Как сделать самодельный гироскоп своими руками в домашних условиях, чертеж

Гироскоп как сделать своими руками: Как сделать самодельный гироскоп своими руками в домашних условиях, чертеж

Содержание

Как сделать самодельный гироскоп своими руками в домашних условиях, чертеж

Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироско́п — быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость
вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его
вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в
пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии
воздействия на неё моментов внешних сил.

Обязательно посмотрите это видео.
Это магазинный гироскоп:

Да,из мусора))нам понадобится-1.кусок ламината(нашол обрезок у деда на
балконе), 2.Донышко и крышка консервной банки(съел фасоль-получил
банку) 3.Стальная палочка(самая сложная деталь-нашол на улице)
4.Пластилин(спёр у сестры) 5.Гайки или(и)грузила 6.два
шурупа,кернер(острая штука на конце,сойдёт и шило,всё у деда)
6.проволока(медная толстая,у деда нашол)) 7.Поксипол(или др.застывающий
клей,взял у деда)) 8.Изолента(там же)) 9.Нитки(для запуска и кое-чего

ещё,у бабушки)) а так же пила,отвёртка и др…
общая идея понятна тут

далее вырежем из ламината рамку и согнём в кольцо проволоку,так же в
шурупах надо пробить по углублению шилом(я не делал заново,я просто
разобрал свой гироскоп и сфоткал части…))

потом соберём главную часть-ротор(или както по другому))берём донышко и
горлышко(они одинаковые)делаем в них по дырке(в цетре!!)дырка должна
быть толщиной с палку железную.Железный стержень обрежем по длине,концы
заточим.Что бы центровка была лучше,вставим стержень в дрель и как на
станке заточим напильником с 2 сторон так же надо сделать канавку для
завода ниткой(на фотке найдётё))на один из дисков намажем пластилина,а

в него напихаем гаек и грузил(у кого есть стальное кольцо-ваще
шикарно)затем соединим оба диска(бутерброд)и проткнём их через дырки
осью.Смаза всё ето дело поксиполом,засунем его(дело))в дрель и пока
поксипол стынет,будем центровать диск(чтоб не бил)ето самая важная
часть работы.Баланс должен быть идеальным.


собираем по картинке,свободный ход ротора вверх-вниз должен быть минимальным(чувствуется,но чутьчуть)

ставим защиту из проволоки,прикрепляем её ниткой,и готово.

Похожие статьи

Популярные статьи

Роторный гироскоп своими руками | all-he

Роторный гироскоп — быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения.

Данный гироскоп способен сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на неё моментов внешних сил.

Непонятно? Смотрим видео — как работает гироскоп.

Как сделать гироскоп

Делать его будем из подручных средств.

Понадобится:

  • обрезок ламината;
  • 2 крышки/дна консервной банки;
  • стальной стержень;
  • гайки;
  • 2 шурупа;
  • кернер;
  • медная проволока;
  • клей «Поксипол»;
  • изолента.

Вырезаем из ламината основную рамку. Медную проволоку сгибаем в виде кольца, а в шурупах с помощью керна делаем углубления.

Обрезаем стальной стержень нужной длины и затачиваем концы. Так же нужно сделать канавку для нити.

Ротор

В двух крышках от консервных банок проделываем отверстия по центру. На одну из крышек намазываем пластилин и на него прикрепляем гайки. Закрываем второй крышкой и вставляем стержень. Смазываем с двух сторон «Поксиполом» и пока клей не застыл необходимо центрировать диск, вставив его в дрель. Баланс должен получиться идеальным.

Собираем гироскоп. Ротор должен шевелиться между шурупами совсем чуть-чуть.

Устанавливаем кольцо из проволоки. Готово.

По материалам сайта: sam0delka.ru

Механический роторный гироскоп из подручных материалов

Эта самоделка будет интересна, в первую очередь, маленьким детям. Особенно, если собирать ее вместе. А вообще изготовление роторного гироскопа из подручных средств — это отличный способ весело и с пользой провести свободное время. Несмотря на визуальную сложность всей конструкции, сделать ее очень просто, ведь, по сути, гироскоп — это обычный волчок, только с «секретом».

Впрочем, сам принцип работы гироскопа также довольно прост: маховик вращается по часовой стрелке вокруг своей оси, которая, в свою очередь, сопряжена с кольцом и совершает вращательные движения в горизонтальной плоскости. Это кольцо жестко закреплено в другом кольце, поворачивающемся вокруг третьей оси. Вот и весь секрет.

Процесс изготовления роторного механического гироскопа

От пластиковой трубы отрезаем два кольца одинаковой ширины. Также потребуется подшипник, который нужно пролить суперклеем, чтобы он не крутился. Во внутреннее кольцо запрессовываем деревянную «таблетку», в которой по центру нужно просверлить отверстие под металлический стержень с заостренными концами.

1

Читайте также: Почти трон из деревянных поддонов

На один край стержня надеваем кусок пластиковой трубки (можно позаимствовать с шариковой ручки). В пластиковом кольце сверлим два отверстия под стержень и стыкуем с вращающейся осью подшипника при помощи металлических трубок большего диаметра (можно использовать отрезки телескопической антенны).

Затем надеваем на основную рамку второе пластиковое кольцо, предварительно сделав в нем небольшие прорези для более плотной «посадки». На последнем этапе по краям центральной оси приклеиваем утяжелители для баланса — стальные шарики. Подробный процесс сборки гироскопа смотрите в видеоролике на нашем сайте.

Мне нравитсяНе нравится

Андрей Васильев

Задать вопрос

Трехосевой настольный гироскоп своими руками

Здравствуйте, уважаемые читатели и самоделкины!
Многие любят украшать свой рабочий стол всякими глобусами, маятниками, и тому подобными механическими штуками.
В данной статье, автор YouTube канала «Инженер Брунс» расскажет Вам, как он изготовил трехосевой гироскоп.

Так вот, эта простая с виду красивая безделушка будет себя очень интересно вести, если придать вращательный момент центральному диску. Да, эта самоделка не очень проста в изготовлении, и ее даже продает сам автор. Но если у Вас есть токарный станок, или знакомый токарь — то на ее изготовление уйдет буквально пара часов.

Материалы.
— Алюминиевая и латунная болванки
— Эбонитовый кругляк
— Латунные и стальные прутки
— Капроновая нить
— Машинное масло.


Инструменты, использованные автором.
— Токарный станок
— Электронный штангенциркуль
— Ленточная пила
— Метчик, лерка
— Сверлильный станок
— Центроискатель, сверла.

Процесс изготовления.
Первым делом мастер отрезает блин от алюминиевой болванки.

Устанавливает ее в токарный станок, и выравнивает первую сторону.

Полученную заготовку разворачивает, и вырезает ее центральную часть. Затем отмечает соосные центры по сторонам.

Зафиксировал заготовку в тисках сверлильного станка, расположив центры горизонтально. Далее выравнивает патрон, используя центроискатель. И высверливает сквозные отверстия со всех четырех сторон.

Возвращает заготовку в токарный станок, и вырезает три кольца. В отверстиях нарезает резьбу.

Теперь автору нужно изготовить основание для гироскопа. Он его изготавливает из алюминиевой болванки, в форме конуса. Оставляет небольшой выступ, и нарезает на нем резьбу леркой.

Вот такое основание с декоративными проточками получается. Элементы опорной конструкции готовы.

Следующим этапом мастер приступает к изготовлению самого тела гироскопа. Для него он использует латунную болванку. Высверливает в центре сквозное отверстие, и делает проточку для втулок.

Для того, чтобы было лучше видно разметку, окрашивает внешнюю сторону заготовки в черный цвет, отмечает две центральные полосы. Стачивает первую сторону до формы тупого конуса, и делает декоративную проточку.

Перевернув заготовку обрабатывает вторую сторону, но оставляет ее гладкой.

Вот такая первая сторона получилась, теперь мастер решает нанести декоративные точки на гладкой стороне. Все должно быть симметрично, иначе будет разбалансировка.

Эти детали уже готовы, зашлифованы и отполированы. Остается много мелочевки — различные винтики, втулки и ось.

Еще одна важная деталь — это ось для гироскопа. Она будет изготовлена из стального прутка. На двух ее торцах мастер формирует конусы. Причем одна из сторон протачивается на половину миллиметра больше. Затем на более толстой стороне оси высверливается поперечное сквозное отверстие.

Теперь из латунного прутка мастер изготавливает винтик, делает накатку на его головке, и нарезает резьбу. Это будет просто декоративный винт для верхней части внешнего кольца.

Далее изготавливаются из стального прутка четыре винта с острой конической головкой.

И еще шесть ответных частей с выемкой в головке. Эти будут из латуни.

Собственно вот таким образом они будут установлены в конструкции, и будут удерживать кольца на своих осях, но давая им свободно вращаться.


Далее автор изготовил две втулки из эбонитового прутка, они будут жестко фиксировать ось и диск гироскопа между собой.

Начинается процесс сборки. Мастер запрессовывает втулки на их места в диске.


Далее прикручивает основание ко внешнему кольцу, вкручивает в верхнюю часть декоративный винтик. А в боковые отверстия вкручиваются ответные латунные винты с вогнутой головкой.


Почти таким же образом собирается второе и третье кольцо. Только там стальные винты и ответные латунные стоят соосно. Стальной — острием наружу, а латунной головкой внутрь.

Устанавливает второе кольцо на место, регулирует силу прижатия, и проверяет балансировку.


Запрессовывает ось в диск гироскопа, и устанавливает в третье кольцо.


Остается смазать места соединений, ведь чем больше там будет трение — тем хуже все работает.

В отверстие оси свободно продевается кончик веревки, и наматывается на ось. Резко дернув за веревку, гироскоп запускается, при этом веревка должна высвободится. Гироскоп запущен!

Теперь как ни крути основание — центральный диск будет оставаться в одном положении. А если сдвинуть одно из внутренних колец — то система придет в движение, и будут вращаться в пространстве оба внутренних кольца, и сам гироскоп.
Кстати, этот элемент декора помогает хорошо и быстро расслабиться и переключить внимание.

Спасибо автору за интересную и красивую реализацию трехосевого гироскопа в металле!

Всем хорошего настроения, удачи, и интересных идей!

Авторское видео можно найти здесь.


Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Игрушка из гироскопа

Сделайте своим детям игрушку – миниатюрную машину на одном колесе, используя игрушечный гироскоп, в этом забавном небольшом проекте и заставьте её поехать по одному рельсу! Все, что вам потребуется – это игрушечный гироскоп (или детали для его сборки), колпачок от подходящего баллончика, который бы соответствовал размерам гироскопа, и некоторые детали и материалы, которые Вы могли бы, вероятно, найти дома или в хозяйственном магазине.

Вы вероятно смотрели мою рубрику Интересные механизмы и видели что такое гироскоп, что он может и какие фокусы выполняют механизмы с его использованием. А теперь Вам предоставляется возможность своими руками изготовить такую же модель.

Изготовление начинается с изготовления донышка корпуса, на которое будут монтироваться электродвигатель гироскопа и батарейный отсек. Электродвигатель миниатюрный от какой-нибудь игрушки или приборчика, на напряжение 3 вольта. Чем больше оборотов он будет развивать – тем лучше. Закрепить его к донышку можно хомутами, стойками или промежуточными дисками, как показано в фильме. Самой проблемной деталью является ротор гироскопа – это должен быть довольно массивный диск с хорошей балансировкой. Где его взять – это подумайте сами. Если его не точно посадить на вал электродвигателя, всю систему будет трясти и машинка скорее всего не удержится. Поэтому отнеситесь к этой операции серьёзно.

Держатель для 2 батареек – от старого плеера, пульта ДУ, часов. Ходовое колесо с желобком – от игрушки, от прибора где есть тросики или ролик блока из хозяйственного магазина. Всё остальное скорее всего найдётся дома.

Рельсом для игрушки из гироскопа является согнутая в кольцо полоска твёрдого материала – металл, пластик. Опоры для рельса найдутся в детском конструкторе.

После сборки проверьте конструкцию на скорость вращения маховика и отсутствие сильного биения, поставьте механизм вертикально, включите питание и запускайте! За счёт возникающего момента от вращения маховика гироскопа – машинка побежит вперёд!

суть, принцип работы, где применяется. Процесс изготовления роторного механического гироскопа

Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироско́п – быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость
вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его
вращения. Основное свойство такого гироскопа – способность сохранять в
пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии
воздействия на неё моментов внешних сил.

Обязательно посмотрите это видео.
Это магазинный гироскоп:

Да,из мусора))нам понадобится-1.кусок ламината(нашол обрезок у деда на
балконе), 2.Донышко и крышка консервной банки(съел фасоль-получил
банку) 3.Стальная палочка(самая сложная деталь-нашол на улице)
4.Пластилин(спёр у сестры) 5.Гайки или(и)грузила 6.два
шурупа,кернер(острая штука на конце,сойдёт и шило,всё у деда)
6.проволока(медная толстая,у деда нашол)) 7.Поксипол(или др.застывающий
клей,взял у деда)) 8.Изолента(там же)) 9.Нитки(для запуска и кое-чего
ещё,у бабушки)) а так же пила,отвёртка и др…
общая идея понятна тут

далее вырежем из ламината рамку и согнём в кольцо проволоку,так же в
шурупах надо пробить по углублению шилом(я не делал заново,я просто
разобрал свой гироскоп и сфоткал части…))

потом соберём главную часть-ротор(или както по другому))берём донышко и
горлышко(они одинаковые)делаем в них по дырке(в цетре!!)дырка должна
быть толщиной с палку железную.Железный стержень обрежем по длине,концы
заточим.Что бы центровка была лучше,вставим стержень в дрель и как на
станке заточим напильником с 2 сторон так же надо сделать канавку для
завода ниткой(на фотке найдётё))на один из дисков намажем пластилина,а
в него напихаем гаек и грузил(у кого есть стальное кольцо-ваще
шикарно)затем соединим оба диска(бутерброд)и проткнём их через дырки
осью.Смаза всё ето дело поксиполом,засунем его(дело))в дрель и пока
поксипол стынет,будем центровать диск(чтоб не бил)ето самая важная
часть работы.Баланс должен быть идеальным.

Эта самоделка будет интересна, в первую очередь, маленьким детям. Особенно, если собирать ее вместе. А вообще изготовление роторного гироскопа из подручных средств – это отличный способ весело и с пользой провести свободное время. Несмотря на визуальную сложность всей конструкции, сделать ее очень просто, ведь, по сути, гироскоп – это обычный волчок, только с «секретом».

Впрочем, сам принцип работы гироскопа также довольно прост: маховик вращается по часовой стрелке вокруг своей оси, которая, в свою очередь, сопряжена с кольцом и совершает вращательные движения в горизонтальной плоскости. Это кольцо жестко закреплено в другом кольце, поворачивающемся вокруг третьей оси. Вот и весь секрет.

Процесс изготовления роторного механического гироскопа

От пластиковой трубы отрезаем два кольца одинаковой ширины. Также потребуется подшипник, который нужно пролить суперклеем, чтобы он не крутился. Во внутреннее кольцо запрессовываем деревянную «таблетку», в которой по центру нужно просверлить отверстие под металлический стержень с заостренными концами.

На один край стержня надеваем кусок пластиковой трубки (можно позаимствовать с шариковой ручки). В пластиковом кольце сверлим два отверстия под стержень и стыкуем с вращающейся осью подшипника при помощи металлических трубок большего диаметра (можно использовать отрезки телескопической антенны).

Однажды я наблюдал разговор двух друзей, точнее подруг:

А: О, знаешь, у меня новый смартфон, в нем есть даже встроенный гироскоп

Б: Аа, да, я тоже скачала себе, поставила гироскоп на месяц

А: Эмм, ты точно уверена, что это гироскоп?

Б: Да, гироскоп для всех знаков зодиака.

Чтобы таких диалогов в мире стало чуть меньше, предлагаем узнать, что такое гироскоп и как он работает.

Гироскоп: история, определение

Гироскоп – прибор, имеющий свободную ось вращения и способный реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором он установлен. При вращении гироскоп сохраняет свое положение неизменным.

Само слово происходит от греческих gyreuо – вращаться и skopeo – смотреть, наблюдать. Впервые термин гироскоп был введен Жаном Фуко в 1852 году, но изобрели прибор раньше. Это сделал немецкий астроном Иоганн Боненбергер в 1817 году.

Представляют собой вращающиеся с высокой частотой твердые тела. Ось вращения гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Свойствами гироскопа обладают вращающиеся артиллерийские снаряды, винты самолетов, роторы турбин.

Простейший пример гироскопа – волчок или хорошо всем известная детская игрушка юла. Тело, вращающееся вокруг определенной оси, которая сохраняет положение в пространстве, если на гироскоп не действуют какие-то внешние силы и моменты этих сил. При этом гироскоп обладает устойчивостью и способен противостоять воздействию внешней силы, что во многом определяется его скоростью вращения.

Например, если мы быстро раскрутим юлу, а потом толкнем ее, она не упадет, а продолжит вращение. А когда скорость волчка упадет до определенного значения, начнется прецессия – явление, когда ось вращения описывает конус, а момент импульса волчка меняет направление в пространстве.


Виды гироскопов

Существует множество видов гироскопов: двух и трехстепенные (разделение по степеням свободы или возможным осям вращения), механические , лазерные и оптические гироскопы (разделение по принципу действия).

Рассмотрим самый распространенный пример – механический роторный гироскоп . По сути это волчок, вращающийся вокруг вертикальной оси, которая поворачивается вокруг горизонтальной оси и в свою очередь закреплена в еще одной раме, поворачивающейся уже вокруг третьей оси. Как бы мы не поворачивали волчок, он всегда будет находится именно в вертикальном положении.

Применение гироскопов

Благодаря своим свойствам гироскопы находят очень широкое применение. Они используются в системах стабилизации космических аппаратов, в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах и игровых приставках, а также в качестве тренажеров.

Интересует, как такой прибор может поместиться в современный мобильный телефон и зачем он там нужен? Дело в том, что гироскоп помогает определить положение устройства в пространстве и узнать угол отклонения. Конечно, в телефоне нет непосредственно вращающегося волчка, гироскоп представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС), содержащую микроэлектронные и микромеханические компоненты.

Как это работает на практике? Представим, что вы играете в любимую игру. Например, гонки. Чтобы повернуть руль виртуального автомобиля не нужно нажимать никаких кнопок, достаточно лишь изменить положение своего гаджета в руках.


Как видим, гироскопы – удивительные приборы, обладающие полезными свойствами. Если вам понадобится решить задачу на расчет движения гироскопа в поле внешних сил, обращайтесь к специалистам студенческого сервиса , которые помогут вам справится с ней быстро и качественно!

Механические гироскопы бывают разными. Особенно интересен роторный гироскоп. Суть его заключается в том, что тело, вращающееся вокруг своей оси, достаточно стабильно в пространстве, хотя и может менять направление самой оси. Скорость поворота оси существенно ниже скорости поворота краёв гироскопа. Вращение гироскопа похоже на перемещение юлы на полу. Разница юлы с гироскопом в том, что юла свободна в пространстве, а гироскоп вращается в строго закрепленных точках, находящихся во внешней планке, и имеет защиту, чтобы при падении продолжать вращение.

Вам понадобится

  • – две крышки от консервных банок
  • – кусочек ламината
  • – изолента
  • – гайки 6 шт.
  • – стальная ось или гвоздь
  • – пластилин
  • – клей
  • – 2 болта
  • – толстая проволока
  • – дрель, напильник

Инструкция

  1. Имея эти запчасти, мы можем приступить к сбору ротора. Ровно по центру крышек от консервных банок пробиваем дырочки, желательно таким же гвоздем, как и тот, из которого мы будем делать ось ротора. Далее с помощью пластилина крепим гайки на крышке, можно положить больше шести, вес по краю ротора увеличит время его вращения.
  2. Далее делаем ось. Для этого закрепим электродрель в тисках, затянем в нем гвоздь без шляпки и напильником заточим. Так заточка оси будет располагаться максимально близко к центру оси. Заточить необходимо с двух сторон.
  3. Не вынимая заточенную ось из дрели, сделаем желоб для нити, которой будет запускать ротор. На ось прикрепляем крышку с гайками с помощью клея, но не используйте такой, который застывает слишком быстро. Хорошо подойдет “Поксипол”. Промажьте гайки этим же клеем.
  4. Теперь самое главное – балансировка. Пока клей сохнет, вам нужно идеально разместить грузы по краю крышки. Включаем дрель (вертикально), если вращающийся ротор бьет в какую-то сторону, то какой-то груз расположен не правильно. Поправляем, пробуем снова. Смазываем гайки сверху и накрываем второй крышкой. На края ротора приклеиваем изоленту. Сушим. Сам ротор готов!
  5. Берем два болта подлиннее, крепим в тиски и пробиваем в них углубления, в которых будет закреплён ротор. Теперь нужно придумать внешнюю рамку. Из ламината вырезаем круг. Лучше заранее прорисовать его циркулем. Сразу прорисуйте вертикальную и горизонтальную линии под углом 90 градусов. Внутри вырезаем круг поменьше, но такой, чтобы туда помещался ротор. По горизонтальным линиям делаем дырочки для болтов друг против друга. Вкручиваем болты. Между ними помещаем ось нашего гироскопа. При этом нельзя затягивать слишком плотно, иначе трение будет гасить скорость вращения, и ничего не получится. Оставьте около 1 мм хода, но так, чтобы гироскоп не вываливался из болтов. Приклеиваем болты к планке, чтобы вибрация не выкрутила их из рамки.
  6. Осталось только установить защиту. Берем толстую проволоку, сгибаем в кольцо. По месту отмеченной горизонтали прикрепляем к нашему изделию. Гироскоп готов. Наматываем ниточку на ось и, резко дергая за нее, проверяем работоспособность.

Как сделать гриль-гироскоп своими руками – Самоделкино.Инфо

Существует огромное количество разновидностей грилей. У каждого есть своим плюсы и минусы. А есть такие, у которых практически отсутствуют какие-либо недостатки.

 

В данном обзоре автор рассказывает и показывает, как изготовить очень интересный и функциональный гриль-гироскоп своими руками.

Для его изготовления потребуются следующие материалы:

  • профильные и квадратные трубы;
  • металлические уголки;
  • стальная полоса;
  • круглая арматура различных диаметров;
  • электродвигатель.

Помимо этого, нам понадобятся пара небольших шестерёнок, пара подшипников с держателями, просечной лист и старая металлическая бочка.

 

Из инструмента будут необходимы следующие:

 

  • сверлильный и отрезной инструмент;
  • станок для придания округлых форм металлической полосе;
  • сварочный аппарат.

Для начала отрезаем от квадратной трубы четыре одинаковых отрезка под 45 градусов. Свариваем их вместе и формируем раму гриля. По углам рамы привариваем четыре ножки.

Основные этапы работ

На следующем этапе формируем нижнюю сетку. Для этого свариваем четыре уголка необходимого размера и привариваем просечной лист. В нижней части рамы привариваем данную сетку.

Теперь установим боковые держатели для гироскопа. Свариваем по три отрезка профильной трубы и сверлим в стенках отверстия нужного диаметра. Затем на внешние стороны привариваем уголки с несколькими отверстиями.

Далее необходимо изготовить сам гироскоп. Для этого отрезаем три полосы необходимой длины. И на станке придаём им форму обручей. Каждый обруч должен быть чуть меньшего диаметра, чем предыдущее кольцо.

В самом большом кольце сверлим отверстия и привариваем по наружной части два отрезка арматуры. Продеваем подшипники и крепим их уголкам.

Далее на втором кольце сверлим четыре отверстия. На болтовое соединение соединяем первое и второе кольцо.

Третье кольцо необходимо сделать в виде сетки. Привариваем арматуру внутри кольца, формируя решетку. В четвертое кольцо также привариваем арматуру.

Располагаем третье и четвертое кольцо так, чтобы получилась клетка из арматуры. На один край привариваем петлю, а со второй стороны некое подобие замка. Соединяем третье кольцо со вторым, по необходимым отверстиям.

Теперь можно сделать топку. Отрезаем от бочки одну часть и вырезаем дверку. Привариваем к дверке петлю и замок.

Далее сгибаем ещё одну полосу и привариваем полосы металла внутри, формируя колосник. Привариваем ножки из арматуры.

Механизм опускания и поднимания топки, можно изготовить из арматуры, закрепленной на раме и пары полос металла. Привариваем и соединяем всё согласно схеме.

Для удобства пользования собираем небольшой столик с одного края и крепим его отрезками цепи. С другой стороны привариваем площадку под двигатель. Вал с шестернёй закрепляем на арматуре, которая выходит из подшипника, вторую шестерню — на двигателе.

Соединяем всё цепью и проверяем. Далее красим всю металлоконструкцию в необходимый цвет, и можно пользоваться.

Подробное изготовление данного гриля, можно посмотреть на видео ниже. Материал подготовлен на основе авторского видеоролика с YouTube канала Rock & Fix.

Создание гироскопов: работа с физикой

Гироскопы – воплощение «обманчиво простого». На первый взгляд, это выглядит как сложная вершина, с главной уловкой, что если колесо вращается, ориентация оси не изменится. Но это больше, чем просто настольная игрушка для руководителей – это жизненно важный компонент для многих из наших самых мощных и хрупких устройств.

Детали гироскопа. Изображение предоставлено: Википедия

Из-за большого разнообразия гироскопов нет ни одного исходного материала, который можно было бы перечислить.Некоторые из них сделаны дешево, в то время как другие используют драгоценные камни. Центральное колесо может вращаться на шарикоподшипниках или на сжатом воздухе. Есть даже такие, которые существуют в вакууме, подвешенные под действием электрического тока, чтобы предотвратить нарастание трения. Все зависит от того, для чего используется гироскоп.

Однако все гироскопы имеют одни и те же основные компоненты, особенно если они работают от электричества. Это двигатель, электрические компоненты, электронные платы для программирования, а также оси и кольца кардана.Некоторые из них, например двигатель, поставляются субподрядчиками или могут находиться на складе. Подвесы и оси изготавливаются производителем по индивидуальному заказу. Алюминий широко используется из-за его прочности и расширения, но титан обычно используется для более совершенных гироскопов.

Выбор металла также может зависеть от дизайна. Дизайн в основном фокусируется на том, какое колесо следует использовать для кардана, часто взятого из уже существующего набора конструкций. Производитель редко создает новый дизайн с нуля; большинство предпочитают использовать существующий дизайн для своего продукта.Однако каждый дизайн необходимо тщательно изучить. Здесь мало места для ошибки, поскольку гироскоп должен иметь равномерное поперечное сечение, чтобы оставаться сбалансированным.

После того, как дизайн завершен, пора приступать к производству. Подвесы и их рамы вырезаются из выбранного металла и полируются перед хранением для сборки. Затем идет двигатель, поскольку гироскопы обычно строятся изнутри. Средний двигатель гироскопа должен вращаться со скоростью 24 000 об / мин (оборот в минуту).Он неоднократно тестировался, чтобы гарантировать соблюдение минимума. Затем собираются и прикрепляются карданы и рамы, продолжая разворачиваться наружу. Подшипники устанавливаются на место, и добавляются внешние электрические соединения и монтажные платы. Наконец, гироскоп калибруется и проверяется вручную.

Контроль качества, пожалуй, самая важная часть производства гироскопа. Гироскопы есть во всем, от автомобилей до оружия, и в случае отказа могут вызвать ужасные разрушения.По этой причине рабочие сборочного конвейера должны пройти тестирование и пройти обучение перед приемом на работу, а также дополнительное обучение во время их пребывания в должности. Стандарты качества измеряются на протяжении всего производственного процесса, при этом для наиболее важных проверок привлекаются внешние инспекторы. Жизнеспособность обеспечения качества для гироскопов настолько высока, что государственные инспекторы, как известно, проверяют их. Во многих случаях заказчики проводят собственные тесты, возвращая неработающие гироскопы.

Стоит отметить, что, в отличие от производства многих компонентов, создание гироскопа не приводит к большим отходам.Некоторые стружки могут остаться после обработки карданов и подшипников, но они возвращаются поставщику металла для переработки. Их производство также довольно безопасно, несмотря на обучение, которое должны пройти сотрудники. Максимум, что необходимо сделать, – это регулировать влажность, чтобы предотвратить накопление статического электричества.

Гироскопы просты в понимании, но трудны в изготовлении. Однако без них многие машины и транспортные средства, которые мы считаем само собой разумеющимися, никогда не смогли бы функционировать. Это все, от защиты самолета от крушения до стабилизации стедикама.Это законы физики, и даже по мере развития технологий они всегда будут сбалансированы.

Некоторые гироскопы используются для обучения космонавтов или для игр.

Узнайте больше о World of Production и узнайте, как создаются микрочипов , анаморфотных графических и игровых контроллеров .

Что они из себя представляют, как они работают и их значение

На первый взгляд гироскопы – довольно странные объекты.Они двигаются особым образом и, кажется, бросают вызов гравитации. Особые свойства этих устройств сделали их бесценным активом в самолетах, космических станциях и множестве других технологий, связанных с вращением.

Типичный самолет часто имеет целый набор таких устройств, включая важнейший компас. Космическая станция “Мир” фактически использовала 11 из них для ориентации относительно Солнца, и у телескопа Хаббла есть их партия.

Источник : Rina / Flickr

Что такое гироскоп?

Согласно English Oxford Dictionary, гироскоп – это «устройство, состоящее из колеса или диска, установленного так, что он может быстро вращаться вокруг оси, которая сама может свободно менять направление.На ориентацию оси не влияет наклон крепления ».

Хотя это определение великолепно, оно на самом деле не объясняет, как они работают или почему они так важны (при условии, что мы немного урезали определение) Чтобы лучше понять это, нам сначала нужно взглянуть на их «странное поведение».

Профессиональные хитрости

Гироскопы, в их самой основной форме, представляют собой вращающееся колесо или диск на оси. Более сложные образцы также будут установлены на металлической раме или на наборе подвижных или неподвижных рам (или карданов) для повышения точности устройства.

Хотя на поверхности они кажутся простыми объектами, они могут выполнять некоторые очень странные трюки.

Когда колесо не вращается, гироскопы фактически представляют собой чрезмерно сконструированные пресс-папье. Если вы попытаетесь встать, он просто упадет (очевидно). Ключ к ним – в их вращении.

Источник : Гордон Джоли / Flickr

Возможно, вы играли с гироскопами в детстве? Может у вас есть спиннер непоседа? Если да, то вы вспомните, как они могут выполнять множество интересных трюков.Например, вы можете балансировать на веревке или пальце, пока он движется.

Еще одно примечательное их свойство, если вы когда-либо держали его в руках, – это то, что он будет пытаться сопротивляться попыткам сдвинуть свою позицию.

Вы можете даже наклонить его под углом, когда он подвешен на подставке, и он будет левитировать, хотя и вращается вокруг подставки. Еще более впечатляюще то, что вы можете поднять гироскоп с помощью веревки на одном конце.

Как работают гироскопы?

Объяснение этого явления сложно понять интуитивно.Их способность, казалось бы, игнорировать гравитацию, является продуктом углового момента, на который влияет крутящий момент на диске, например сила тяжести, для создания гироскопической прецессии вращающегося диска или колеса.

Источник: Берни Эммонс / Flickr

Это явление также известно как гироскопическое движение или гироскопическая сила, и оно действительно оказалось очень полезным для нас, людей. Эти термины относятся к тенденции вращающегося объекта, а не только гироскопа, сохранять ориентацию своего вращения.

Таким образом, вращающийся объект обладает угловым моментом, как упоминалось ранее, и его необходимо сохранять. Из-за этого вращающийся объект будет сопротивляться любому изменению своей оси вращения, так как изменение ориентации приведет к изменению углового момента.

Другой замечательный пример прецессии происходит и с планетой Земля. Как вы знаете, ось вращения Земли на самом деле лежит под углом к ​​вертикали, которая из-за своего угла образует круг, когда сама ось вращения вращается.

Хотя это не совсем относится к этой статье, причина странного наклона Земли на самом деле довольно интересна.

Этот эффект тем сильнее, чем быстрее вращается диск или колесо, как предсказывает Второй закон Ньютона. Это кажется очевидным любому, кто имеет базовые знания физики.

Основная причина, по которой они, кажется, бросают вызов гравитации, – это эффективный крутящий момент, приложенный к вращающемуся диску, который влияет на его вектор углового момента. Влияние силы тяжести на плоскость вращающегося диска заставляет ось вращения «отклоняться».

Источник : Х. М. Диксон / Wikimedia Commons

В результате вся ось вращения находит «золотую середину» между влиянием силы тяжести и собственным вектором углового момента. Теперь помните, что гироскоп не может упасть к центру тяжести из-за чего-то мешающего – например, вашей руки, рамы / стабилизатора или стола.

Теперь, если принять во внимание тот факт, что гироскоп останавливается от падения к центру тяжести из-за чего-то на пути, мы получаем захватывающие свойства, которые мы видим в этих устройствах.

Картинка – ну видео – стоит тысячи слов, поэтому мы делегируем более подробное объяснение следующему видео:

Гироскоп и акселерометр: в чем разница между ними?

Чтобы полностью ответить на этот вопрос, нам необходимо оценить, как работает каждое устройство. Поскольку мы уже подробно рассмотрели гироскоп выше, давайте посмотрим, что такое акселерометр и как он работает.

Современный акселерометр LIS302DL, Источник : Adam Greig / Flickr

В словаре Merriam Webster акселерометр определяется как «инструмент для измерения ускорения или для обнаружения и измерения вибраций.”

Отлично, но это не дает нам много информации. Акселерометры, в их самом основном смысле, представляют собой электромеханические устройства, которые измеряют силы ускорения – отсюда и название.

Эти силы могут быть статическими (например, сила тяжести) или динамический (вызванный движением или вибрацией устройства). Существуют различные способы изготовления акселерометра, в большинстве случаев использующие либо пьезоэлектрический эффект, либо чувствительную емкость. напряжение взамен.В последнем используются две микроструктуры, расположенные рядом друг с другом.

Каждая из них имеет определенную емкость, и когда ускоряющие силы перемещают одну из структур, ее емкость будет изменяться. Добавив схему для преобразования емкости в напряжение, вы получите очень полезный маленький акселерометр.

Источник: Misko / Flickr

Есть еще несколько методов, включая использование пьезорезистивного эффекта, пузырьков горячего воздуха и света, и это лишь некоторые из них. Итак, как видите, акселерометры и гироскопы действительно очень разные звери.

По сути, основное различие между ними состоит в том, что один может определять вращение, а другой – нет. Поскольку гироскопы работают по принципу углового момента, они идеально подходят для определения ориентации объекта в пространстве.

Акселерометры, с другой стороны, могут измерять только линейное ускорение на основе вибрации.

Однако есть некоторые варианты акселерометра, которые также включают гироскоп. Эти устройства состоят из гироскопа с грузом на одной из осей.

Устройство будет реагировать на силу, создаваемую весом, когда оно ускоряется, интегрируя эту силу для создания скорости.

Что такое оптические гироскопы?

Другой вид гироскопа – оптический гироскоп. Это устройство не имеет движущихся частей и обычно используется в современных коммерческих авиалайнерах, ракетах-носителях и орбитальных спутниках.

Кольцевой лазерный гироскоп, Источник: Британская энциклопедия

Используя преимущество эффекта Саньяка, эти устройства используют лучи света для обеспечения аналогичной функции механических гироскопов.Эффект был впервые продемонстрирован в 1911 году Францем Харрисом, но именно французский ученый Жорж Саньяк правильно определил причину.

Если луч света разделяется и направляется в двух противоположных направлениях по замкнутой траектории на вращающейся платформе с зеркалами по периметру, а затем лучи рекомбинируются, они проявляют интерференционные эффекты. В 1913 году Саньяк пришел к выводу, что свет распространяется со скоростью, не зависящей от скорости источника.

Он также обнаружил, что, несмотря на то, что оба луча находятся внутри замкнутого контура, луч, движущийся в одном направлении вращения, прибыл в свою начальную точку немного позже, чем другой.

Согласно Британской энциклопедии, «в результате была обнаружена картина« интерференционных полос »(чередование светлых и темных полос), которая зависела от точной скорости вращения поворотного стола».

Правило правой руки

Ученые склонны использовать так называемое «правило правой руки», чтобы визуализировать это.

Для этого возьмите правую руку и сделайте прямой угол. Затем можно растянуть пальцы по радиусу колеса.

Если вы согнете кончики пальцев в направлении вращения, ваш большой палец будет указывать в направлении углового момента.По сути, ось колеса будет направлением, в котором все вращающееся колесо «хочет» двигаться.

Источник: остановите голубя! / Flickr

Это видео дает нам довольно простое объяснение использования подвешенного велосипедного колеса.

Применение гироскопов

Интересные свойства гироскопов предоставили ученым и инженерам несколько увлекательных приложений. Их способность сохранять определенную ориентацию в пространстве является фантастической для некоторых приложений.

Наденьте сенсоры, и вы получите рецепт полезности. Имея это в виду, вот несколько отличных примеров использования гироскопов в нашем современном мире.

1. В самолетах вы найдете множество гироскопов.

Источник: Алекс Бельтюков / Wikimedia Commons

В современных самолетах инерционные системы наведения хорошо используют эти относительно простые устройства. У них есть набор вращающихся гироскопов для отслеживания и управления ориентацией самолета в полете. Вращающиеся гироскопы содержатся в специальных отсеках, которые позволяют им сохранять свою ориентацию независимо от ориентации самолета.

Клетки гироскопа имеют электрические контакты и датчики, которые могут передавать информацию пилоту, когда самолет катится или наклоняется. Это позволяет пилоту и системам наведения «знать» текущую относительную ориентацию самолета в пространстве.

2. Марсоход имеет пару гироскопов.

Марсоход также имеет набор гироскопов. Они обеспечивают устойчивость марсохода, а также помогают в навигации. Они также применяются в самолетах-дронах и вертолетах для обеспечения устойчивости и помощи в навигации.

3. В крылатых и баллистических ракетах также используются гироскопы.

Источник: Per-Olof Forsberg / Flickr

Еще одно интересное применение гироскопов – это системы наведения крылатых и баллистических ракет. Используемые для автоматического управления и коррекции крена, тангажа и рысканья, датчики гироскопов использовались для этой цели со времен немецких ракет Фау-1 и Фау-2 времен Второй мировой войны.

Как правило, ракеты для этого оснащены как минимум двумя гироскопами цель, с каждым гироскопом, обеспечивающим фиксированную опорную линию, от которой могут быть вычислены любые отклонения.Одна ссылка обычно включает ось вращения вертикального гироскопа.

От этой оси можно легко измерить отклонения по тангажу, крену и рысканью. Гироскопы также нашли применение в стабилизаторах прицелов, бомбовых прицелах и платформах для переноски орудий и радиолокационных систем на борту военных кораблей.

4. Гироскопы также можно найти в орбитальных космических аппаратах

Еще одно интересное применение гироскопов – это инерциальные системы наведения орбитальных космических аппаратов. Такое маленькое судно требует высокой точности, когда дело доходит до стабилизации, и гироскопы в значительной степени идеально подходят для этой работы.

Есть несколько более крупных и тяжелых устройств, называемых импульсными колесами или реактивными колесами, которые также используются для контроля высоты некоторых более крупных спутников.

5. Часть «Звездных войн: Возвращение джедая» была снята с помощью гироскопов. Джедай

(как и во многих других фильмах). Это устройство, используемое вместе с несколькими гироскопами, удерживало камеру стабильно при съемке фоновых снимков для знаменитой погони на спидер-байке на Эндоре.

Изобретенный Гарретом Брауном, он управлял установкой, чтобы пройти через лес из красного дерева, управляя камерой со скоростью один кадр в секунду . Когда отснятый материал был ускорен до 24 кадра в секунду до , это создавало впечатление скоростного путешествия сквозь деревья.

Сегодня потомки Steadicam – обычная черта многих кинопроизводств.

6. ​​В вашем телефоне тоже может быть один

Гироскопы также находят свое применение в различных потребительских товарах за последние несколько лет.Включение их в карманные устройства, такие как смартфоны, позволяет с высокой точностью определять движение в трехмерном пространстве.

Гироскопы обычно сочетаются с акселерометрами в современных смартфонах, чтобы обеспечить превосходное определение направления и движения. Известные примеры включают Samsung Galaxy Note 4, HTC Titan, iPhone 5s и т. Д.

Современные игровые консоли также имеют тенденцию включать в себя гироскоп в той или иной форме. Гироскопы – от пульта Wii до различных периферийных устройств Playstation 3 и 4 – открыли совершенно новый способ играть в компьютерные игры.

7. Чтобы мы не забыли дроны

Источник: Pexels

Еще одно интересное применение гироскопов в нашей повседневной жизни – это дроны. Для того, чтобы эти устройства могли идеально летать, им необходимы гироскопы, среди прочего, чтобы они могли парить и летать по уровню.

Современные коммерческие дроны, как правило, используют трех- и шестиосные гироскопические стабилизаторы для предоставления навигационной информации контроллеру полета, что упрощает и повышает безопасность полета дронов.

И это все, ребята.

Несмотря на простоту конструкции, они стали незаменимыми элементами комплекта для чего угодно, от океанских кораблей до космических шаттлов и, конечно же, вертолетов.

В целом гироскопы просто невероятны, даже если вы не подозреваете, что они там есть. Удивительно, что такое простое устройство может иметь такие интересные и разнообразные приложения.

Хотя устройства относительно просты, они обладают фантастическими свойствами, которые ученые и инженеры использовали, чтобы сделать наш мир немного лучше.

Если эта статья пробудила ваше воображение и вы хотите иметь собственный гироскоп, есть множество интернет-магазинов, из которых можно выбрать. Как ты мог отказаться?

Как работают гироскопы | HowStuffWorks

Почему гироскоп должен отображать такое поведение? Совершенно бессмысленно, что ось велосипедного колеса может вот так висеть в воздухе. Однако если вы подумаете о том, что на самом деле происходит с различными секциями гироскопа при его вращении, вы увидите, что это поведение совершенно нормально!

Давайте посмотрим на две маленькие секции гироскопа, когда он вращается – верхнюю и нижнюю, например:

Когда сила приложена к оси, секция в верхней части гироскопа будет пытаться переместиться в влево, а секция в нижней части гироскопа попытается сместиться вправо, как показано.Если гироскоп не крутится, то колесо перекатывается, как показано в видео на предыдущей странице. Если гироскоп вращается, подумайте, что происходит с этими двумя секциями гироскопа: Первый закон движения Ньютона гласит, что движущееся тело продолжает двигаться с постоянной скоростью по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила. Таким образом, на верхнюю точку гироскопа действует сила, приложенная к оси, и она начинает двигаться влево. Он продолжает попытки двигаться влево из-за первого закона движения Ньютона, но вращение гироскопа вращает его, как это:

Этот эффект является причиной прецессии.Различные секции гироскопа получают силы в одной точке, но затем поворачиваются в новое положение! Когда верхняя часть гироскопа поворачивается на 90 градусов в сторону, он продолжает двигаться влево. То же самое и с нижней частью – она ​​поворачивается на 90 градусов в сторону и продолжает стремиться двигаться вправо. Эти силы вращают колесо в направлении прецессии. Поскольку идентифицированные точки продолжают поворачиваться еще на 90 градусов, их первоначальные движения отменяются.Таким образом, ось гироскопа зависает в воздухе и прецессирует. Если вы посмотрите на это так, то увидите, что прецессия вовсе не таинственна – она ​​полностью соответствует законам физики!

Сделайте простой гироскоп с CD-ROM –

(Сделай сам Проект (DIY) Гироскоп)

Что такое гироскоп

?

Гироскоп – это устройство для измерения или сохранения ориентации, основанное на принципе сохранения углового момента.Механические гироскопы обычно содержат вращающееся колесо или диск, ось которого может свободно принимать любую ориентацию. (Википедия)

Объект обучения:
  • Чтобы понять основы углового момента, Работа с гироскопом

Как работает гироскоп? см. ссылку gyroscopes.org/how.asp
Создание простого гироскопа с использованием деталей привода компакт-дисков, например двигателя, компакт-диска и ступицы ротора компакт-диска и других деталей, карандаша, 9-вольтовой батареи или адаптера постоянного тока 9В.

Я покажу вам, как сделать простой Gyroscopee S tep с помощью Step в картинках.

Возьмите старый привод CD-ROM и откройте его. CD-ROM Drivetake Двигатель постоянного тока. Двигатель постоянного тока. Ступица привода диска (опора шпинделя) с маршрутизатором двигателя Ступица привода диска (опора шпинделя) Зажмите верхнюю часть корпуса CD-ROM и получите держатель ступицы привода диска Держатель ступицы привода диска Необходимые детали держателя ступицы привода CD-ROM, ступица привода компакт-диска, двигатель постоянного тока отдельно магнитный ротор двигателя Ступица привода диска (опорный диск шпинделя) Присоедините вал двигателя со ступицей привода диска (опорный диск шпинделя)

Прикрепите вал двигателя со ступицей привода диска (диск шпинделя) с помощью клея для ужина или клеевого пистолета вал двигателя со ступицей привода диска (диск шпинделя) Ступица привода диска (диск шпинделя) закреплена на двигателе Ступица привода диска (диск шпинделя) закреплена на моторстик карандаш с тыльной стороны мотора с клеем для ужина и шлифовальной палочкой карандаш с тыльной стороны мотора с ужином и песком Простой гироскоп с компакт-диска готов к работе Другой дизайн простого гироскопа с тремя Cd’sTow Simple Gyroscope

Смотреть простой гироскоп в действии

Предупреждение: роторы компакт-дисков опасны! Он может треснуть и взорваться.поэтому, пожалуйста, надевайте защитные очки для безопасности вас и ваших учеников. Имейте в виду, что скорость гироскопа довольно высокая даже при использовании одной батарейки AA, и он не подходит для маленьких детей.

Скачущие гироскопы | plus.maths.org

Январь 1999

Гироскопические силы

Если бы я сказал пещерному человеку о «центробежной силе», которую мы испытываем, когда заезжаем за угол в машине, он бы не понял, о чем я говорю, потому что самое быстрое, что он когда-либо делал, – это темп бега.Обычно требуется некоторый личный опыт, чтобы поверить в то, что что-то существует. Мы верим в центробежную силу, потому что все мы ее испытали. А как насчет гироскопического эффекта?

Что ж, в нашем повседневном опыте этого нет. Если бы в наших телах были вращающиеся части, мы бы это заметили. Самое близкое, что мы получаем, – это ощущение странного рывка фена, кофемолки или электродрели, когда мы быстро перемещаем его. Возможно, мы заметим погодные условия по часовой стрелке в Англии и против часовой стрелки в Австралии.Что происходит?

Сила Кориолиса

Представьте, что вы сидите на Северном полюсе. Вы не двигаетесь, но Земля движется – она ​​совершает полный оборот вокруг своей оси север-юг каждые 24 часа. Если вы просидите на полюсе полные 24 часа, вы «развернетесь на месте» на один полный оборот по отношению к пространству, окружающему Землю.

В общем, если вы стоите на одном месте в течение 24 часов в любом месте на Земле, ваше тело фактически будет отслеживать круговой путь в космосе по мере вращения Земли.На любом полюсе радиус этого круга будет равен нулю, и, следовательно, вы будете «вращаться на месте» относительно пространства.

Однако чем дальше вы удаляетесь от любого полюса, тем больше будет радиус этого круга (до тех пор, пока вы не достигнете экватора, где Земля наиболее широка относительно своей оси север-юг). Теперь требуется то же количество времени, что и , чтобы проследить каждый круговой путь (24 часа), и поэтому на больших путях вы должны двигаться быстрее, чем на меньших.

Рисунок 1: Сила Кориолиса.

А теперь представьте, что вы идете на юг от Северного полюса. С каждым шагом радиус круговой составляющей вашего пути, создаваемой вращением Земли, становится больше. Таким образом, составляющая вашей скорости, относящаяся к этому круговому пути, становится больше – вы ускоряетесь.

Поскольку вы ускоряетесь, на вас должна действовать сила, вызывающая ускорение. Эта сила известна как сила Кориолиса . На рисунке 1 показана сила Кориолиса, когда вы идете от точки A (ближе к Северному полюсу) до точки B (дальше от Северного полюса, но к северу от экватора).Сила Кориолиса перемещает погодные условия по кругу, и это пример гироскопической эффект.

Вы можете найти отличные анимации эффекта Кориолиса на веб-сайте Датской ассоциации производителей ветряных турбин.

Подобно Земле, гироскоп испытывает интересные силы при вращении. Однако, в отличие от Земли, гироскоп сделан с особой тщательностью, чтобы вы могли легко увидеть все эти эффекты!

Традиционный гироскоп

Рис. 2: Вращающийся прозрачный диск.

Все, что нужно для исследования гироскопических сил, – это простой вращающийся диск, как показано на рисунке 2.

Однако трудно ощутить гироскопические эффекты, создаваемые вращающимся диском, если он не поддерживается каким-либо образом, поэтому вы можете поднять его и переместить.

Рисунок 3: Базовый гироскоп – вращающийся диск на палочке.

На рисунке 3 показан очень простой гироскоп – диск, который может вращаться вокруг неподвижного стержня, проходящего через его центральную опору. Большинство гироскопов, с которыми вы столкнетесь, представляют собой вариации на эту простую тему: вращающийся диск каким-то образом поддерживается (например, в карданном подвесе), так что он может свободно вращаться во всех направлениях, но его центр остается в том же месте.

Хит мощь!

Рис. 4. Моторизованный гироскоп, закрепленный в карданном подвесе.

С гироскопами гораздо легче экспериментировать, если они моторизованы и, желательно, с батарейным питанием. На инженерном факультете Кембриджского университета у нас есть несколько портативных гироскопов с батарейным питанием, как показано на рисунке 4, и они делают действительно странные вещи.

Сохранение углового момента

Рис. 5: Угловой момент вращающегося диска.

Угловой момент – это мера количества движения вращающегося объекта. Направление вектора углового момента h вращающегося объекта параллельно оси вращения, как показано на рисунке 5.

Для любого независимого набора вращающихся объектов полный угловой момент должен оставаться постоянным. Это известно как сохранение углового момента .

Рис. 6a: Держите гироскоп горизонтально.

Сохранение углового момента можно легко наблюдать, если вы сядете на вращающийся стул, держа в руках вращающийся гироскоп.Стул установлен на шарнире так, чтобы стул мог вращаться вокруг вертикальной оси. Если вы держите гироскоп так, чтобы его ось вращения была горизонтальной (так, чтобы вращающийся диск находился в вертикальной плоскости), угловой момент гироскопа находится в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости их нет (как на рисунке 5).

Рисунок 6b: Переместите его в вертикальное положение, и вы начнете вращаться.

Если теперь вы наклоните гироскоп в вертикальное положение так, чтобы его вращающийся диск находился в горизонтальной плоскости, вы передали его угловой момент в вертикальную плоскость.Поскольку чистый угловой момент в этой плоскости должен оставаться равным нулю (чтобы сохранить угловой момент – он был нулевым в этой плоскости, когда мы начали), вы обнаружите, что вы и стул начинаете вращаться, чтобы компенсировать это! Вы, конечно, переедете направление, противоположное вращающемуся диску.

Рисунок 6c: Сделайте по-другому, закрутите по-другому!

Если вы вернете гироскоп в исходное положение, ваше вращение снова прекратится. Поверните его вертикально на , на другой , и вы будете вращаться в другом направлении.Достаточно, чтобы у кого-нибудь закружилась голова! Это действительно интересный эксперимент, и он отлично работает, если вы худощавы – меньше 8 стоун, и вы будете вращаться очень быстро!

Индуцирующая прецессия

В статье о бумерангах мы видели, что когда пара применяется к вращающемуся телу перпендикулярно оси вращения тела, тело начинает вращаться вокруг третьей оси, взаимно перпендикулярной двум другим. Это индуцированное вращение известно как прецессия.

Другое объяснение прецессии состоит в том, что закон Ньютона для вращательного движения гласит: Q = d h / dt , где Q – приложенная пара, а h – вектор углового момента.Короче говоря, это означает, что вектор углового момента изменяется на небольшую величину в направлении приложенной пары Q . Итак, ось вращения (которая находится в том же направление как h ) немного сместится в направлении Q .

Если вращающийся гироскоп установлен горизонтально на одном конце, произойдет прецессия. Давайте посмотрим на задействованные силы.

Рис. 7. Сила тяжести на гироскопе, установленном на конце.

На рисунке 7 вращающийся гироскоп установлен горизонтально на одном конце ( B ).Центр тяжести гироскопа находится на полпути между свободным концом A и установленным концом B , поэтому сила тяжести м г (где м – масса гироскопа) действует на расстоянии от точки крепления. Следовательно, имеется пара Q вдоль оси z , указывая со страницы (см. обсуждение пар в статье о бумерангах в этом выпуске).

Поскольку диск гироскопа вращается вокруг горизонтальной ( x -) оси, пара перпендикулярна оси вращения гироскопа, и ось вращения будет двигаться в направлении пары (из-за закона Ньютона для вращательного движения) , поэтому ось переместится за пределы страницы.Другими словами, гироскоп будет вращаться вокруг своей опоры на B , перемещаясь по кругу в горизонтальная плоскость. Это прецессия.

Рисунок 8: Игрушечный гироскоп, вращающийся на веревке.

Если у вас дома есть игрушечный гироскоп, вы легко можете сами наблюдать этот эффект. Раскрутите гироскоп и повесьте его одним концом на веревке, как показано на рисунке 8. Гироскоп будет вращаться вокруг струны из-за прецессии под действием силы тяжести.

Приспособление для прецессии

Если вы когда-либо пытались поднять тяжелый шест, удерживая его в горизонтальном положении, вы знаете, что гораздо проще сделать это, подняв его посередине (в центре масс), чем поднимая его за один конец.

Моторизованные гироскопы довольно тяжелые – они обычно весят 10 кг – и обычно было бы очень трудно поднять такую ​​массу с конца одной рукой, удерживая ее в горизонтальном положении. (Обратите внимание, что не было бы так трудно удерживать горизонтально, если бы вам разрешили поднять его под середину.)

Теперь, если вы установите вращение гироскопа, произойдет любопытная вещь. Пока вы позволяете гироскопу прецессировать, когда поднимаете его (т.е. вы поворачиваете себя в том направлении, в котором он хочет двигаться, когда вы его держите), вы обнаруживаете, что внезапно может поднять его с одного конца. , и на самом деле он кажется таким же тяжелым, как если бы вы подняли его с середины.Это позволяет вам выполнять то, что выглядят как удивительные подвиги силы!

Рисунок 9: Удивительные подвиги силы!

Был известный профессор Лэйтуэйт, который демонстрировал этот эффект и утверждал, что гироскопы являются антигравитационными устройствами, потому что их легче поднимать, когда они вращаются. (К сожалению, он умер, не успев создать свой первый космический корабль с помощью антигравитационных гироскопов!)

На самом деле, конечно, никакого «антигравитационного эффекта» за счет гироскопов нет.Можете ли вы объяснить, что здесь происходит, исходя из вашего понимания пар и гироскопов?

Попробуйте дома!

Рисунок 10: Гироскоп велосипедного колеса своими руками!

Очевидно, что у большинства людей дома не будет моторизованного гироскопа. Однако все те же эффекты можно наблюдать с игрушечным гироскопом, подобным показанному на рисунке 8. Если вы заинтересованы в более мощном физическом опыте гироскопических эффектов, вы можете построить себе гироскоп, используя обычное велосипедное колесо с ногой. -пег или другой стержень, прикрепленный к оси, чтобы за что-то держаться.

Чтобы узнать больше о гироскопах, посетите веб-сайт Хью Ханта.

МЭМС-гироскоп обеспечивает прецизионное инерционное зондирование в суровых и высокотемпературных средах

Все больше приложений нуждаются в сборе данных с датчиков, расположенных в условиях очень высоких температур. В последние годы был достигнут значительный прогресс в области полупроводников, пассивных элементов и межсоединений, позволяющих получать и обрабатывать данные с высокой точностью.Однако все еще остаются неудовлетворенные потребности в датчиках, которые могут работать при температурах до 175 ° C, особенно в простом в использовании форм-факторе, обеспечиваемом микроэлектромеханическими системами (MEMS). Датчики MEMS часто меньше, имеют меньшую мощность и более низкую стоимость, чем эквиваленты дискретных датчиков. Кроме того, они также могут интегрировать схемы преобразования сигналов в один и тот же полупроводниковый корпус.

Уже выпущен высокотемпературный МЭМС-акселерометр ADXL206, который обеспечивает высокоточные измерения наклона (наклона).Тем не менее, все еще существует потребность в дополнительных степенях свободы для точного измерения движения системы в суровых условиях окружающей среды, где конечный продукт может подвергаться сильным ударам, вибрации и резкому движению. Этот тип неправильного обращения может вызвать чрезмерный износ и преждевременный выход системы из строя, что повлечет за собой большие затраты на техническое обслуживание или простои.

Чтобы удовлетворить эту потребность, Analog Devices разработала новый высокотемпературный гироскоп для МЭМС со встроенным преобразователем сигнала – ADXRS645.Этот датчик позволяет точно измерять угловую скорость (скорость вращения) даже при наличии ударов и вибрации и рассчитан на работу при температурах до 175 ° C.

Теория работы

Гироскопы

MEMS измеряют угловую скорость с помощью ускорения Кориолиса. Эффект Кориолиса можно объяснить следующим образом, начиная с рисунка 1. Представьте, что вы стоите на вращающейся платформе около центра. Ваша скорость относительно земли показана длиной синей стрелки. Если бы вы переместились в точку рядом с внешним краем платформы, ваша скорость увеличилась бы относительно земли, на что указывает более длинная синяя стрелка.Скорость увеличения вашей тангенциальной скорости, вызванная вашей радиальной скоростью, и есть ускорение Кориолиса.

Рис. 1. Пример ускорения Кориолиса. Человек, движущийся на север к внешнему краю вращающейся платформы, должен увеличить составляющую скорости на запад (синие стрелки), чтобы сохранить курс на север. Требуемое ускорение – это ускорение Кориолиса.

Если Ω – угловая скорость, а r – радиус, тангенциальная скорость равна Ωr. Таким образом, если r изменяется со скоростью v, возникает тангенциальное ускорение Ωv.Это половина ускорения Кориолиса. Есть еще половина от изменения направления радиальной скорости, что в сумме дает 2Ωv. Если у вас есть масса (M), платформа должна приложить силу – 2MΩv – чтобы вызвать это ускорение, и масса испытывает соответствующую силу реакции. ADXRS645 использует этот эффект за счет использования резонирующей массы, аналогичной движению человека на вращающейся платформе. Масса микромашиностроена из поликремния и привязана к каркасу из поликремния, так что она может резонировать только в одном направлении.

На рис. 2 показано, что когда резонирующая масса движется к внешнему краю вращения, она ускоряется вправо и оказывает на раму противодействующую силу влево. Когда он движется к центру вращения, он прикладывает силу вправо, как показано зелеными стрелками.

Рис. 2. Демонстрация эффекта Кориолиса в ответ на резонансную кремниевую массу, подвешенную внутри рамки. Зеленые стрелки указывают силу, приложенную к конструкции, в зависимости от состояния резонирующей массы.

Для измерения кориолисового ускорения рама, содержащая резонирующую массу, привязана к подложке пружинами под углом 90 ° относительно резонирующего движения, как показано на рисунке 3. На этом рисунке также показаны сенсорные пальцы Кориолиса, которые используются для определения смещения рама посредством емкостной трансдукции в ответ на силу, приложенную массой.

Рис. 3. Схема механической конструкции гироскопа.

Рисунок 4, который показывает полную конструкцию, демонстрирует, что когда резонирующая масса движется и когда поверхность, на которой установлен гироскоп, вращается, масса и ее рама испытывают ускорение Кориолиса и перемещаются на 90 ° относительно вибрационного движения.По мере увеличения скорости вращения изменяется смещение массы и сигнал, полученный из соответствующей емкости. Следует отметить, что гироскоп можно разместить в любом месте вращающегося объекта и под любым углом, если его ось восприятия параллельна оси вращения.

Рис. 4. Рама и резонирующая масса смещаются вбок в ответ на эффект Кориолиса.

Емкостное зондирование

ADXRS645 измеряет смещение резонирующей массы и ее корпуса из-за эффекта Кориолиса с помощью емкостных чувствительных элементов, прикрепленных к резонатору, как показано на рисунке 4.Эти элементы представляют собой кремниевые балки, чередующиеся с двумя наборами неподвижных кремниевых балок, прикрепленных к подложке, таким образом образуя два номинально одинаковых конденсатора. Смещение из-за угловой скорости вызывает в этой системе дифференциальную емкость.

На практике ускорение Кориолиса представляет собой чрезвычайно слабый сигнал, производящий доли Ангстремов отклонения луча и соответствующие изменения емкости порядка зептофарадов. Поэтому чрезвычайно важно минимизировать перекрестную чувствительность к паразитным источникам, таким как температура, напряжение корпуса, внешнее ускорение и электрический шум.Частично это достигается размещением электроники, включая усилители и фильтры, на том же кристалле, что и механический датчик. Однако более важно проводить дифференциальные измерения как можно дальше в сигнальной цепи и соотносить сигнал со скоростью резонатора, особенно для того, чтобы иметь дело с эффектами внешнего ускорения.

Подавление вибрации

В идеале гироскоп был бы чувствителен только к скорости вращения и ни к чему другому. На практике все гироскопы имеют некоторую чувствительность к ускорению из-за асимметрии их механической конструкции и / или неточностей микрообработки.На самом деле, существует множество проявлений чувствительности к ускорению, серьезность которых варьируется от конструкции к конструкции. Наиболее важными обычно являются чувствительность к линейному ускорению (или чувствительность g, ) и выпрямление вибрации (или чувствительность g, 2 ), и она может быть достаточно серьезной, чтобы полностью снизить номинальную стабильность смещения детали. Выходной сигнал некоторых гироскопов переключается с рельса на рельс, когда входная скорость выходит за пределы номинального диапазона измерения. Другие гироскопы имеют тенденцию блокироваться при воздействии ударов величиной в несколько сотен г .Эти гироскопы не повреждаются ударом, но они больше не реагируют на скорость, и их необходимо выключить и снова включить для перезапуска.

ADXRS645 использует новый подход к измерению угловой скорости, который позволяет отклонять удары силой до 1000 g – он использует четыре резонатора для дифференциального восприятия сигналов и отклонения синфазных внешних ускорений, не связанных с угловым движением. Пары верхнего и нижнего резонаторов на рисунке 5 механически независимы и работают в противофазе.В результате они измеряют одинаковую величину вращения, но выдают выходные сигналы в противоположных направлениях. Следовательно, разница между сигналами датчиков используется для измерения угловой скорости. Это отменяет неротационные сигналы, которые влияют на оба датчика. Сигналы объединяются во внутренней проводке перед предусилителями. Таким образом, экстремальные перегрузки при ускорении в значительной степени предотвращаются от попадания на электронику, тем самым позволяя формированию сигнала сохранять выходную угловую скорость во время сильных ударов.

Рис. 5. Конструкция четырехдифференциального датчика.

Реализация датчика

Упрощенная схема гироскопа и связанных с ним схем возбуждения и считывания показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Блок-схема встроенного гироскопа.

Контур резонатора определяет скорость резонирующей массы, усиливает и приводит в движение резонатор, поддерживая хорошо контролируемую фазу (или задержку) относительно пути прохождения сигнала Кориолиса. Схема Кориолиса используется для обнаружения движения корпуса акселерометра с последующей обработкой сигнала для определения величины ускорения Кориолиса и получения выходного сигнала, соответствующего входной скорости вращения.Кроме того, функция самотестирования проверяет целостность всей сигнальной цепи, включая датчик.

Пример приложения

Одна из самых суровых сред для электроники, вероятно, встречается в индустрии скважинного бурения на нефть и газ. Эти системы используют множество датчиков для лучшего понимания движения бурильной колонны под поверхностью, оптимизации операций и предотвращения повреждений. Скорость вращения бурового станка, измеряемая в оборотах в минуту, является ключевым показателем, который оператор буровой установки должен всегда знать.Традиционно это рассчитывается с помощью магнитометров. Однако магнитометры подвержены помехам со стороны железных материалов, присутствующих в бурильной колонне и окружающей скважине. Они также должны быть размещены в специальных немагнитных утяжеленных бурильных трубах (корпусах).

Помимо простого измерения числа оборотов в минуту, растет интерес к пониманию движения бурильной колонны или динамики бурения для оптимального управления такими параметрами, как величина приложенного усилия, скорость вращения и рулевое управление.Плохо управляемая динамика бурения может привести к высокой вибрации и чрезвычайно неустойчивому движению сверла, что приведет к увеличению времени бурения до целевой зоны, преждевременному выходу из строя оборудования, трудностям в управлении долотом и повреждению самой скважины. В крайних случаях оборудование может быть сломано и оставлено в колодце, и его придется извлекать с очень высокими затратами.

Один особенно вредный тип движения, возникающий из-за плохого управления параметрами бурения, известен как прерывистое скольжение. Прихват-проскальзывание – это явление, при котором буровое долото застревает, но верх бурильной колонны продолжает вращаться.Когда долото застряло, нижняя часть бурильной колонны разворачивается до тех пор, пока не наберет достаточный крутящий момент, чтобы оторваться, часто с большой силой. Когда это происходит, у бурового долота возникает большой скачок скорости вращения. Прерывистое проскальзывание имеет тенденцию происходить циклически и может длиться в течение длительного периода времени. Типичный отклик частоты вращения на прерывистое скольжение показан на Рисунке 7. Поскольку бурильная колонна на поверхности продолжает нормально вращаться, бурильщики часто не подозревают, что это разрушительное явление происходит в скважине.

Рис. 7. Примеры циклического профиля частоты вращения при прерывистом скольжении.

Критически важным измерением для этого приложения является точное измерение скорости вращения вблизи бурового долота с высокой частотой дискретизации. Гироскоп, такой как вибропоглощающий ADXRS645, идеально подходит для этой задачи, поскольку измерение не связано с любым линейным перемещением бурильной колонны. Скорость вращения, рассчитанная с помощью магнитометров, подвержена шумам и ошибкам при высокой вибрации и неустойчивом движении.Решение на основе гироскопа дает мгновенный ответ для скорости вращения и не зависит от пересечения нуля или других алгоритмов, на которые могут повлиять удары и вибрация.

Кроме того, схема на основе гироскопа меньше и требует меньшего количества компонентов, чем решение феррозондового магнитометра, которое требует нескольких осей магнитометра и дополнительных схем управления. Формирование сигнала интегрировано в ADXRS645. Поддерживающие высокотемпературные ИС для выборки и оцифровки аналогового выхода гироскопа доступны в маломощных корпусах с малым количеством выводов.Цепь гироскопа с цифровым выходом, рассчитанная на 175 ° C, может быть реализована с помощью упрощенной сигнальной цепи, показанной на рисунке 8. Полный образец схемы сбора данных доступен на сайте www.analog.com/cn0365.

Рис. 8. Цепь цифрового выходного сигнала гироскопа, рассчитанная на 175 ° C.

Сводка

В этой статье представлен первый гироскоп для МЭМС, рассчитанный на работу при высоких температурах 175 ° C – ADXRS645. Этот датчик позволяет точно измерять угловую скорость в суровых условиях окружающей среды, исключая влияние ударов и вибрации.Гироскоп поддерживается набором высокотемпературных ИС для сбора сигнала для обработки. Для получения дополнительной информации о высокотемпературных продуктах Analog Devices посетите веб-сайт www.analog.com/hightemp.

Гироскоп

хочет помочь вам отслеживать все в себе и делиться этим со всем миром – TechCrunch

Разработчик программного обеспечения

Ананд Шарма съел суши и в субботу в середине дня пробежался на дистанцию ​​2,6 мили. Вчера днем ​​он тихо кодировал в своем доме недалеко от парка Голден-Гейт в Сан-Франциско, штат Калифорния.

Нет, мы не друзья на Facebook. Он добровольно поделился этой информацией в веб-приложении AprilZero, которое он построил, чтобы помочь ему отслеживать все о себе в прошлом году. Теперь он хочет помочь вам отслеживать все о себе, чтобы вы могли поделиться этим со всем миром, используя более широкую версию под названием Gyroscope.

Гироскоп – это в основном AprilZero для масс. Он создает для вас личный профиль на основе различных приложений для смартфонов, которые отслеживают такие данные, как вес, здоровье, пройденные шаги и места, где вы были.Foursquare помогает определить, где вы путешествовали, Instagram и Twitter отслеживают ваши действия, различные фитнес-приложения, такие как RunKeeper, Fitbit и Moves, отслеживают пробежки, а Withings, например, отслеживает ваш вес и частоту сердечных сокращений.

По словам Шармы, эти объединенные данные можно использовать, чтобы рассказать о себе в любой день. «Я думаю, что это одно из самых больших различий между тем, что я делаю, и другими количественными данными о себе или панелями инструментов, созданными людьми. Я надеюсь, что это станет будущим количественного самодвижения, и через несколько лет каждый будет измерять и понимать то, что им небезразлично – фитнес, продуктивность, путешествия, история болезни, все, что важно в жизни. ,” он сказал.

Может быть трудно убедить людей подписаться на еще одну службу отслеживания, особенно в свете недавних проблем с конфиденциальностью. Но, по словам Шармы, сотни людей просили создать аналогичный сайт, который бы отслеживал все о них самих и позволял бы им делиться этими данными с момента запуска AprilZero. В настоящее время более 4000 активных пользователей Gyroscope и почти 6000 находятся в списке ожидания нового сайта, который в настоящее время находится в частной бета-версии.

Шарма понимает, что могут быть некоторые проблемы с конфиденциальностью.Вы можете сделать свой профиль на сайте публичным или приватным. Но он добавляет, что компонент совместного использования – это часть того, что дает сайту ценность. «Представьте, что некоторые из ваших друзей легко могли видеть, что вы делали вчера, и было ли у вас хорошее настроение в последнее время. Я хочу создать инструменты, которые позволят легко делиться информацией с верными друзьями, сохраняя при этом конфиденциальность, особенно для медицинских и деликатных вопросов », – сказал он.

Сначала я не был уверен, что хочу, чтобы весь мир видел, где я и как далеко я вчера пробежал, но на самом деле я уже делюсь этой информацией.Я регулярно проверяю места на Foursquare и иногда даже добавляю их в Twitter или Facebook. Я лично не возражал бы, если бы отказался от некоторой информации, чтобы узнать больше о себе, хотя понятно, что многие другие не захотят этого делать.

Знание о том, что моя деятельность отслеживается и публикуется для всего мира, было действительно отличным мотивом для того, чтобы делать интересные вещи или стараться изо всех сил. Ананд Шарма
Я смог зайти на сайт, чтобы проверить это на себе в эти выходные, мне было стыдно осознавать, что в последний раз я регистрировался в Cardio Barre более года назад.Гироскоп показал мне, что в теплые месяцы я больше хожу и ем много мексиканской еды. Я также сделал 3,55 миллиона шагов и побывал в 86 городах с 2011 года.

Отслеживание всего через AprilZero помогло Шарме стать более продуктивным. «Знание о том, что моя деятельность отслеживается и публикуется для всего мира, было действительно отличным мотиватором для того, чтобы делать интересные вещи или стараться изо всех сил», – сказал он.

Есть «немного» ангельского финансирования от True Ventures, Hiten Shah, Jyri Engeström, Fresh VC, Siqi Chen и Semil Shah, чтобы помочь создать команду инженеров.

Шарма намекнул, что в ближайшие месяцы добавит больше приложений. Скоро появится поддержка Apple HealthKit. Он также рассматривает возможность добавления Goodreads, Nike + и отслеживания музыки.

Оставить комментарий