Исследование динамики силы и момента трения при прецессии волчка Томпсона

Андреев А.И., Чанчиков В.А., Славин Б.М., Перекрестов А.П., Семенов А.Е.

Астраханский государственный технический университет, Астрахань

Ключевые слова: волчок Томпсона, прецессия гироскопа, сила трения, момент трения, угловая скорость.

Аннотация. В работе проведено исследование момента трения, возникающего при прецессии волчка Томпсона. Показаны усилия от момента трения и их динамика в зависимости от коэффициента шероховатости поверхности опоры. Анализ полученных данных показывает, что распределения угловой скорости и усилия от момента трения имеют экспоненциальную форму и коррелируют с ранее проведёнными исследованиями. Для проведения экспериментальной работы был сконструирован и подготовлен стенд на базе волчка Томпсона с использованием тензодатчиков. В результате были получены и проанализированы зависимости изменения полной энергии системы и усилий, возникающих в ходе прецессии волчка. Показано распределение скоростей и усилий в динамике волчка, что важно для развития как фундаментальной, так и прикладной составляющих механического процесса. Проведены эксперименты для различных угловых скоростей, что также позволяет уточнить данные по фазовым диаграммам устойчивости волчка Томпсона. Приведены графические зависимости усилий от момента трения в зависимости от шероховатости поверхности, учитывающие также работу от возникающего момента трения. Показано, что прецессия волчка Томпсона имеет нелинейный характер её основных параметров по зависимостям близким к экспоненциальным, хотя это обстоятельство требует дополнительных исследований. Выполненное исследование имеет практическую ценность для разработки и калибровки новых трибометров на базе волчка Томпсона.

Study of the dynamics of force and moment of friction during precession of a Thompson top

Andreev A.I., Chanchikov V.A., Slavin B.M., Perekrestov A.P., Semenov A.E.

Astrakhan State Technical University, Astrakhan

Keywords: Thompson's top, gyroscope precession, friction force, friction moment, angular velocity.

Abstract. The work carried out a study of the friction moment arising during the precession of a Thompson top was carried out. The forces from the friction moment and their dynamics are shown depending on the roughness coefficient of the support surface. Analysis of the data obtained shows that the distributions of angular velocity and force from the moment of friction have an exponential shape and correlate with previously conducted studies. To carry out the experimental work, a stand was designed and prepared based on a Thompson top using strain gauges. As a result, the dependences of the change in the total energy of the system and the forces arising during the precession of the top were obtained and analyzed. The distribution of speeds and forces in the dynamics of the top is shown, which is important for the development of both fundamental and applied components of the mechanical process. Experiments were carried out for various angular velocities, which also makes it possible to clarify the data on the phase diagrams of stability of the Thompson top. Graphical dependences of the forces on the friction moment are given depending on the surface roughness, which also takes into account the work from the arising friction moment. It is shown that the precession of the Thompson top has a nonlinear nature of its main parameters according to dependences close to exponential, although this circumstance requires additional research. The performed research has practical value for the development and calibration of new tribometers based on the Thompson top.