А.В. Ревенков - Учебник - Теория и практика решения технических задач (1249576), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Изменение геометрического поля — одно из средств влияния на свойства веществ и ресурс для получения системного эффекта. Взаимодействие вещества с физическим полем также способствует появлению нового системного свойства. Например, в детской игрушке волчок поле скоростей (вращение) придает ей устойчивость. Двух- и трехстепенные гироскопы обладают такими свойствами, которые позволяют использовать их для измерения углового положения тел (трех- степенные) и угловых скоростей (двухстепенные). Системный эффект, который проявляется при взаимодействии полей с веществами, во многом зависит от того, как изменяется фазовая переменная поля (Фп) во времени (рис.
б.б), например, электрическое напряжение, давление, скорость и т, д. Монотонно Гармоаическое Импульсное Постоянное изменяющееся Рис. б.б. Временные характеристики полей Например, для жидких и газообразных сред можно рассматривать характер распределения давления, для твердых тел — распределение напряжений. Если эти характеристики постоянны или медленно изменяются по времени, то наблюдаемое явление описывается одними законами, например, закон одинакового давления во все стороны в каждой точке для жидкостей, закон Гука для твердых тел. Если давление имеет гармонический или импульсный характер от некоторого источника, то проявляются совсем другие свойства: распро- б.
Поиск ресурсов при решении технических задач страняются продольные или поперечные волны, действуют законы отражения и преломления на границе сред. Пример 6.3. Опыт с призматическим образцом. В призматической детали по центру выполнено сквозное отверстие (рис. 6.7, а). Если это отверстие заполнить жидкостью, закрыть крышками и создать большое давление, то произойдет разрушение — образуется трещина (рис. 6.7, 6) по принципу: где тонко, там н рвется. Рис. 6.7. Иллюстрация к опыту по разрушению образца: и — образец; б — характер разрушения образца от внутреннего давления; в — разрушение образца от взрывчатого заряда Когда в отверстие поместили заряд взрывчатого вещества н произвели его подрыв, образец развалился на четыре части, причем разрушение произошло по диагонали параллелепипеда (рис. 6.6, в).
Это объясняется тем, что ударная волна сжатия, дойдя до границы образца, отразилась. Но при отражении фаза волны меняется на 180'. Очевидно, что отразилась волна разрежения. Две отраженные волны разрежения встретились на диагонали параллелепипеда. Именно поэтому здесь и произошло разрушение. 6.2. Физико-технические эффекты В описании ФПД (см. разд. 5.1) участвуют физические законы, которые отражают взаимодействие веществ и полей. Это взаимодействие во многом определяется не только свойствами веществ и их формой, размерами, но и характеристиками полей (см.
рис. б.б). Взаимодействие веществ, полей, их форма, временные характеристики фазовых переменных, количественные характеристики фазовых переменных н свойств веществ оказывают влияние на формирование системного эффекта. Как правило, не всегда можно выделить отдельно математические, геометрические и физические эффекты, которые лежат в основе ФПД. Большинство эффектов являются результатом совместного действия фундаментальных законов природы, формы, размеров, характера дви- Раздел 2, Приемы н методы решения техннчесннх задач 96 жения веществ и свойств полей. Именно поэтому в дополнение к традиционным для математических, геометрических, физических, химических и электрохимических эффектов введено обобщающее понятие физико-технические эффекты (ФТЭ).
Следует отметить, что если ФТЭ определяет только некоторые системные свойства вещественно-полевого взаимодействия, то ФПД является совокупностью ФТЭ, которая характеризуется определенной структурой и способна выполнять определенную физическую операцию (см. разд, 5.1). Рассмотрим сначала некоторые эффекты, которые определяются преимущественно формой веществ„математическими и геометрическими свойствами фигур. б.ЯЛ. Математические эффекты Математические эффекты часто используются для формирования ФПД многих устройств. Пример 6.4. Командное устройство.
Некоторое устройство получает сигналы 51 и Юз, которые сначала усиливаются — каждый своим усилителем, а затем сравниваются. Если результат положительный, то вырабатывается один управляющий сигнал, а если отрицательный, то— другой (рис. б.8, а). Каждое устройство обрабатывает сигналы с некоторой ошибкой, кроме того, входящие сигналы Ю~ и Юз до входа в усилитель могут претерпевать некоторые искажения. Поэтому возможна такая ситуация, когда, например, бблъший сигнал 5~ до входа в усилитель исказится в меньшую сторону, а коэффициент усиления К1 окажется меньше, чем Кт (в пределах поля допуска усилителя).
В результате сравнения может быть выдан ошибочный управляющий сигнал. Как сделать так, чтобы исключить появление ошибочного сигнала даже при существенной разнице в коэффициентах усиления? Рис. 6.8. Иллюстрация к примеру бмй а — сравнение двух сигналов, поступивших с усилителей; б — сравнение квадратичных сигна- лов, поступивших с усилителей; > — усилитель сигнала 6. Поиск ресурсов ври решении технических задач 97 Математический эффект, известный из курса средней школы, дает ключ к решению этой задачи.
Разность квадратов двух величин всегда существенно больше, чем разность самих этих величин: ~52 ~2) Изменение схемы работы устройства (рис. б.8, б) позволяет сделать так„что, во-первых, погрешности коэффициентов усиления не влияют ца получаемый результат и, во-вторых, снижаются требования к качеству входного сигнала. Пример б.5. Многократные измерения. При проведении измерений часто возникает задача уменьшить случайную составляющую погрешности измерения. Из теории вероятностей известно, что если на исследуемую величину влияет много случайных факторов и действие их примерно одинаково, то эта случайная величина подчиняется нормальному закону распределения.
Если проводить несколько измерений и определять среднее значение, то в получаемом результате доля случайной составляющей погрешности будет меньше, чем при однократном измерении. Из математики известно также, что если число измерений больше 10, то максимальное практически возможное отклонение истинной величины от среднего арифметического значения будет меньше, чем среднее квадратичное отклонение (о).
Отклонение не превысит величины 3 — (и — число измерений). Таким образом можно рассчитать чл минимально необходимое число операций измерения для получения заданной точности. б.Г.Г. Геомегпрцческце зффекгпы Придавая твердому телу ту или иную геометрическую форму, можно обнаружить у него целый набор уникальных свойств, которые можно использовать при создании ТО. Пример б.б. Форма сечения крыла самолета. Поперечное сечение крыла самолета несимметрично: нижняя часть плоская, а верхняя— выпуклая (рис. б.9).
Рис. 6.9. Схема обтекания крыла самолета Длина траектории потока воздуха по верхней стороне болыпе, чем по нижней. Поэтому скорость потока на верхней стороне больше, чем на нижней, а в соответствие с законом Бернулли, чем выше скорость, тем меньше давление в потоке. Таким образом, только за счет разницы в кривизне поверхностей образуется разность давлений в верхней и нижней части крыла и создается подъемная сила. Раздел 2.
Приемы н методы решения технических задач 4Ф с:::-,'> Р 2з1пи Р= 2 Мя1п а Кл Рис. 6ЛО. Технические решения, позволяющие значительно увеличивать силу: с — тросом; б — каином; à — приложенная сила Пример 6.8. Свойства спирали Архимеда. Уравнение спирали Архимеда в полярной системе координат имеет вид р = а~р, где а — коэффициент. Расстояние между двумя последовательными витками спирали Архимеда является величиной постоянной и равной 2ая.
Это свойство спирали используется в самопентрируюшихся патронах токарных станков (рис. 6.1!) и в подобных устройствах. Корпус 1,1 с:» с» Диск со спиральной резьбой Коническое зубчатое колесо Рис. 6ЛК Основные элементы трехкулачковото патрона Пример 6.7. Создание больших сил. Для создания больших сил часто используется рычаг.
Если необходимо создать очень большие силы, то создаются устройства, основанные на использовании геометрических эффектов. Например, для вытаскивания застрявшего автомобиля (рис. 6.10, а) или для разъединения деталей (рис, 6.10, б). При малом угле а можно в десятки и сотни раз увеличивать силу воздействия на объект. б. Поиск ресурсов прн решении технических задач В радиальных пазах корпуса трехкулачкового патрона расположены три кулачка. Спиральными выступами на подошве кулачки входят в канавки спиральной резьбы зубчатого колеса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
