В данной работе было решено провести моделирование в программе «Живая физика» гравитационного колеса с эксцентриками.
Раньше в Интернете можно было найти сразу минимум 5 вариантов гравитационных колёс с эксцентриками. Теперь удалось найти только один источник [1]. Возможно, есть другие страницы с похожими колёсами, но мне найти их не удалось.
Поэтому пришлось создавать свою модель. Она получилась очень простая. См. рис.1.
Рис.1. Простое колесо с эксцентриками.
У исследуемого колеса всего 4 эксцентрика, распределённых по окружности колеса через 90 градусов. Но можно «собрать» колесо и с 8, и с 16 и 32 эксцентриками. Можно сделать модель и с 2, 3, 5 и т.д. эксцентриками. Можно собрать модель, у которой начальный угол эксцентриков к горизонтальной линии будет изменяться от 0 до 360 градусов, что позволит на стадии запуска такого колеса определиться с направлением вращения колеса, а также в процессе вращения регулировать частоту вращения колеса, плавно меняя угол эксцентрика.
Особенностью данной модели является то, что направление вращения эксцентриков противоположно направлению вращения основного колеса. Для этого у каждого эксцентрика имеется мотор, который настроен на угловую скорость колеса и в любой момент времени угловая скорость вращения, создаваемая мотором равна по модулю угловой скорости вращения колеса и противоположна по направлению вращения.
В результате зеленые бруски-эксцентрики всегда находятся в горизонтальном положении и за счет смещения центра тяжести вдоль горизонтальной оси заставляют колесо вращаться по часовой стрелке.
Для имитации нагрузки осью голубого колеса выбран демпфер вращения. Его параметры устанавливаются регулятором чёрного цвета. В данном случае это 25 н*м*с/рад.
Масса голубого диска (колеса) 100 кг. Масса каждого зелёного бруска (эксцентрика) 20 кг. Общий вес колеса 180 кг.
После запуска такое колесо начинает вращаться самопроизвольно. И примерно через 160 с по логарифмической кривой выходит на постоянную угловую скорость. Также стабилизируется по логарифмической кривой за это же время кинетическая энергия колеса, а также мощность на осевом демпфере.
Таким образом, эксперимент в программе «Живая физика» показал, что гравитационные колеса с эксцентриками способно на самовращение и при наличии трения в сои и на стабилизацию угловой скорости. Этот факт показывает, что автор статьи в [1] зря сомневался, что натяжение цепи не позволит колесу вращаться. Ошибка автора в [1] состояла в том, что он не понял, что во время вращения натяжения цепи отсутствует, либо при вращении натяжение чередуется с ослаблением цепи.
В рассмотренной модели на ось каждого мотора можно установить трещотку или обгонную муфту, что позволит мотору гарантировано вращаться только в одну сторону. Но это только в том случае, если предполагается вращать колесо только в одну сторону. Если же предполагается использовать колесо с вращением в обе стороны, то от трещоток и обгонных муфт следует отказаться. Или использовать обгонные муфты с возможностью оперативной перестройки режима работы прямо во время вращения втулки (колеса). Если таких втулок нет, то их можно создать.
Исследованное колесо можно считать как вариантом колеса, функционирующего по алгоритму Петрова А.М., с некоторой натяжкой это колесо можно считать моделью колеса Дмитриева. Пока я не смог создать с использованием стандартных элементов программы «Живая физика» обгонную муфту. Как только это получится, на колесо Дмитриева обязательно попытаюсь составить модель и исследовать его поведение.
Ссылки:
13.03.2016.
