Лекции по Электрическому приводу

1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ДЕФОРМАЦИЯ

1.1. Силы инерции

Силы инерции возникают при движении тел с ускорением, т.е. в тех случаях, когда они изменяют свое количество движения. Если на тело действует сила, приложенная к его поверхности, то возникающая при этом сила инерции слагается из сил инерции его элементарных частиц как бы последовательно; более удаленные от места приложения действующей на тело силы частицы "давят" на более близкие. Во всем объеме тела возникают напряжения, приводящие к смещениям частиц тела. Этот эффект используется в различных инерционных выключателях, переключателях и акселерометрах. Силу инерции можно также использовать для создания дополнительного давления в различных технологических процессах.
Центробежная сила инерции возникает под действием центростремительной силы при вращении. Эта сила действует всегда только в одном направлении – от центра вращения, при этом энергия тела сохраняется. Примером использования может служить способ шлифования криволинейных поверхностей движущейся абразивной лентой. Фактически это есть сила взаимодействия между телом вращающимся и телом, удерживающим его на окружности. Их взаимодействие осуществляется посредством каких-либо связей – стержня, электрического или гравитационного поля и т.д. В случае разрыва связей, соединяющих взаимодействующие тела, оторвавшееся тело будет двигаться прямолинейно (по инерции). Чем больше масса вращающегося тела и чем дальше она отнесена от центра вращения, тем большим моментом инерции обладает тело.
Примером использования может служить способ регулирования энергии ударов в кузнечно-прессовых машинах ударного действия, заключающийся в изменении момента инерции маховых масс путем подачи или отвода жидкости в их внутренние полости.
Силы, возникающие в процессе вращательного движения, можно использовать для ускорения некоторых технологических процессов. Например, подвергая нагретую жидкость действию центробежного поля можно значительно увеличить производительность парогенераторов.
Другим примером является способ изготовления изделий с параболической поверхностью, основанный на использовании вращения резервуара с жидкостями разной плотности. На каждый элемент объема вращающейся вязкой жидкости действуют две силы: центробежная и сила тяжести. Обе силы пропорциональны плотности жидкостей, поэтому на форму параболического мениска плотность не влияет, т.е. любые жидкости будут иметь одинаковые формы. В данном случае в качестве формовочного элемента используют жидкость с большим удельным весом, на которую наносят жидкость с меньшим удельным весом, затвердевающую при вращении резервуара.
Еще одна особенность вращающегося тела в том, что оно обладает гироскопическим эффектом – способностью сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения. Гироскопы широко применяются в технике. Они являются одним из основных элементов современных систем управления судами, самолетами, планетоходами, космическими кораблями. При силовом воздействии с целью изменить направление оси вращения возникает прецессия гироскопических систем, т.е. движение оси вращения гироскопа по круговой конической поверхности [3]. Одновременно ось вращения может совершать нутационные колебания. Прецессия без нутационных колебаний называется регулярной. Измеряя прецессию гироскопа можно определить величину воздействующих внешних сил.
Поскольку при вращательном движении само тело остается на одном месте, а только участки тела совершают круговые движения, то во вращающемся теле можно аккумулировать кинетическую энергию, которую затем можно преобразовывать в кинетическую энергию поступательного движения. На этом принципе работают инерционные аккумуляторы, используемые, например, в гиробусах. Типичным примером использования запасенной кинетической энергии является применение в ТС больших маховых масс (маховиков).