Neobvyklá precese

Popis zařízení: (viz fotoalbum schema a model p)Pravděpodobně stěží bychom očekávali precesi setrvačníku (3) spolu s jeho pohonem (4) a deskou pohonu (5) na které spočívá, kolem osy precese (1) ve stejném smyslu v jakém se otáčí strvačník, v případě, který je popsán přiloženým schematickým obrázkem.Deska pohonu klouže svým ohnutým koncem podlepeným plstí po hladké vodorovné základové plotně rámu (6) spočívajících na podpěrách. Kloub (9) umožňuje vychylování desky pohonu (5) v rovině osy precese(1) a osy rotace(2). Úhel sklonu desky pohonu vzhledm k ose precese se může pohybovat v rozmezí 0-90°. V tomto konkrétním případě má hodnotu 45°. Plotna rámu byla zhotovena z leštěného hliníku o síle 2mm,stejně jako deska pohonu. Setrvačník byl ocelový o průměru 58,6 mm ,síle 5mm a hmotnosti 114g. K pohonu setrvačníku byl použit stejnosměrný elmotor (4) pracujícím s napětím 3-9V a proudem 1,1-6,6A. Max ot.elmot. 11600ot/min. Zdrojem proudu pro emot. byla suchá bat. 12V,6,5Ah. Proud z bat.byl veden do pulzního elektronického regulátoru umožňujího spojitě regulovat  otáčky elmot. Proud z elektronic.reg, byl veden do elmot. přes pružné měděné kontakty a sběrné kroužky upevněné na precesním hřídeli. Pozice (8) na obrázku jsou dvě hmotově stejná tělíska, z nichž jedno je upevněno na přední a druhé na zadní straně setrvačníku. Obě tělíska jsou stejně vzdálena od osy rotace setrvačníku. Kotouč poz.(7) je upevněn na precesním hřídeli. Pozice(10) je přívod elproudu (model p).

Experimentální výsledky: Pokud se týká precese samotné a zejména jejich otáček, pak provedené experimenty na popsaném zařízení ukazují, že otáčky precese rostou především s otáčkami setrvačníku(3) a hmotností tělísek(8). Při experimentech byla použita dvě dvojice tělísek o různé hmotnosti. Jedny o hmotnosti 0,4g a druhé o hmotnosti2g. Vzdálenost obou tělísek od osy rotace setrvačníku byla stejná a měla hodnotu 26mm.K měření otáček setrvačníku byl požit digitální optoelektrický otáčkoměr o měřícím rozsahu 10-20000ot/min.

Výsledky měření:

Tělíska o hmotnosti 0,4g: ot.setrvačníku       ot.precese

                                                4260                    4,6

                                                4650                    4,7

                                                7900                    4,8

                                               11600                    6,0

Tělíska o hmotnosti 2,0g         3870                    6,0

                                                 5680                  15,0 

                                                 7500                   30,0

Uvedené hodnoty representují průměrné hodnoty z řady měření.

Diskuse: Výsledky měření ukazují na podstaný vliv hmotnosti tělísek na velikost otáček precese. Zatím co otáčky precese při aplikaci tělísek o hmotnosti 0,4g rostou se zvyšujícími otáčkami setrvačníku velmi zvolna je nárůst otáček precese při použití tělísek o hmotnosti 2g markantně strmější a otáčky dosahují dosahují také podstatně vyšších hodnot. Zároveň bylo zjištěno,že se zvětšující se hmotností tělísek roste kroutící moment precese. Při aplikaci tělísek o hmotnosti 2g bylo například pomocí kotouče (7) upevněného na precesním hřídeli zvednuto těleso o hmotnosti 200g. I takto relativně malé zařízení, jehož celková hmotnost má hodnotu 860g(obr.model), vytváří obstojný moment.

Závěr: Precesní pohyb je vizuálně plynulý a pravidelný. Provedené pokusy rovněž ukázaly, že obdobný precesní pohyb lze vyvolat rotujícími symetrickými tělesy, které nejsou, ať již z důvodu rozměrové nepřesnosti, případně materiálové homogenosti, zcela vyvážené. Tato skutečnost naznačuje, že k vyvolání uvedeného precesního pohybu je nutná určitá nevyváženost rotujících těles vzhledm k ose rotace resp.k ose k ní kolmé, procházející těžištěm rotujícího tělesa. Změna smyslu otáčení rotujícího tělesa znamená i změnu smyslu precese. Skutečnou podstatu tohoto pohybu se dosud nepodařilo plně teoreticky objasni. Zejména není dosud objasněno jakými dynamickými silami je při precesi brzděno rotující těleso.  

Možnosti praktického využití: Převodový mechanismus na principu buzení precesního pohybu je jednoduchý a k redukci otáček nepotřebuje ozubené převody. Je možno mluvit o t.zv. bezpřevodové převodovce. Vazba mezi vstupním a výstupním hřídelem je pružná a otáčky výstupního hřídele se přizpůsobují jeho zatížení při čemž vstupní otáčky mohou zůstat konstantní. Při zastavení výstupního hřídele při enormním zatížení, nenastane žádné mechanické poškození mechanismu. Není nutná bezpečnostní spojka jako je tomu třeba u převodů s ozubenými koly. Umožňuje značné snížení vstupních otáček bez složitých převodů. Protože základová plošina při precesi silně vibruje, je možno mech. využít například při zemních vrtech kdy zároveň s otáčením vrtacího nástroje je tento vystaven vibracím takže by šlo o vrtání s příklepem (viz.schema 2) Možné je také využití jako deskového vibrátoru. Na jeden precesní hřídel je možno připojit více roujících těles s vlastními pohony nebo s centrálním pohonem. Pokud se týká velikosti je možno je vyrábět od nejmenších mikromechanismů až po mega mechanismy, jejichž velikost je omezena jen pevností materiálu a odolností ložisek vstupního hřídele.