一種科氏加速度演示儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種科氏加速度演示儀，包括回轉平臺、第一電機、第二電機、第三電機、第一滾珠絲杠螺母機構、第一光軸導向機構、第二滾珠絲杠螺母機構、第二光軸導向機構、無線遙控器、控制模塊、無線輸送模塊、電腦顯示裝置，回轉平臺由第一電機帶動旋轉；第二電機和第三電機水平裝在回轉平臺上，繞其回轉中心對稱布置；第一滾珠絲杠螺母機構及第一光軸導向機構由第二電機帶動做直線運動，其上裝有第一感應盒；第二滾珠絲杠螺母機構及第二光軸導向機構由第三電機帶動做直線運動，其上裝有第二感應盒；控制模塊接收無線遙控器的指令進行控制；無線輸送模塊將數據傳給電腦顯示裝置處理。本發明將科氏加速度的大小及方向變化規律實時展現給學習人群。
【專利說明】—種科氏加速度演示儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及科氏加速度演示的【技術領域】，尤其是指一種科氏加速度演示儀。
【背景技術】
[0002]科氏加速度是動參系的轉動與動點相對動參系運動相互稱合引起的加速度,涉及到多個參數和變量。目前，很多學生在學習理論力學時對于科氏加速度的成因和計算都難以理解，而科氏加速度在解決一些相關問題，如牽連運動為轉動時點的合成運動問題時又極其重要。因此，掌握好科氏加速度的成因和計算方法對于解決現實生活中的很多問題都大有幫助。但是，目前國內外在科氏加速度演示儀方面研究不足，未能采用現代科技方法展示科氏加速度的大小、方向及變化規律。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提供一種科氏加速度演示儀，通過精準控制技術、無線傳輸技術、實時數據采集與處理技術等方法將科氏加速度的大小及方向變化規律實時展現給學習人群，能將抽象的知識變得生動形象，易于理解。
[0004]為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為:一種科氏加速度演示儀，包括有回轉平臺、第一電機、第二電機、第三電機、第一滾珠絲杠螺母機構及其配套的第一光軸導向機構、第二滾珠絲杠螺母機構及其配套的第二光軸導向機構、無線遙控器、控制模塊、無線輸送模塊、電腦顯示裝置、機架，其中，所述第一電機豎直安裝在機架上，帶動回轉平臺旋轉，模擬科氏加速度的牽連速度；所述第二電機和第三電機分別水平安裝在回轉平臺上，并繞回轉平臺的回轉中心對稱布置；所述第二電機通過第一聯軸器與第一滾珠絲杠螺母機構的第一滾珠絲桿連接，帶動所述第一滾珠絲桿勻速運動，所述第一滾珠絲杠螺母機構的第一絲桿螺母上安裝有第一感應盒，所述第一感應盒內裝有第一壓力傳感器、第二壓力傳感器及設在第一壓力傳感器和第二壓力傳感器之間的第一鋼球，所述第一光軸導向機構設在第一滾珠絲杠螺母機構旁邊，其第一直線滑塊通過第一連接板與第一絲桿螺母固定在一起，實現同步運動；所述第三電機通過第二聯軸器與第二滾珠絲杠螺母機構的第二滾珠絲桿連接，帶動所述第二滾珠絲桿勻速運動，所述第二滾珠絲杠螺母機構的第二絲桿螺母上安裝有第二感應盒，所述第二感應盒內裝有第三壓力傳感器、第四壓力傳感器及設在第三壓力傳感器和第四壓力傳感器之間的第二鋼球，所述第二光軸導向機構設在第二滾珠絲杠螺母機構旁邊，其第二直線滑塊通過第二連接板與第二絲桿螺母固定在一起，實現同步運動；所述控制模塊固定在回轉平臺上，由所述無線遙控器發送指令，進而控制第一電機、第二電機、第三電機；所述無線輸送模塊將壓力傳感器獲得的數據傳送給電腦顯示裝置，所述電腦顯示裝置接收后自動處理數據，同步生成圖表，顯示相應的科氏加速度大小和方向。
[0005]所述第一滾珠絲桿的兩端分別安裝有第一行程開關和第二行程開關，并通過第一帶座軸承和第二帶座軸承固定在回轉平臺上；所述第二滾珠絲桿的兩端分別安裝有第三行程開關和第四行程開關，并通過第三帶座軸承和第四帶座軸承固定在回轉平臺上；所述第一滾珠絲杠螺母機構和第二滾珠絲杠螺母機構繞回轉平臺的回轉中心對稱布置；；當絲桿螺母處于最大或最小行程狀態時，會壓迫行程開關，行程開關再將信號傳給控制模塊，進而控制模塊會自動改變絲桿螺母的運行方向，使其具有往復運動的功能。
[0006]所述第一感應盒和第二感應盒的頂部均設有擋塊，用于防止鋼球運動過程中躍出感應盒。
[0007]所述回轉平臺的外圍設置有平臺回轉槽，使其在工作過程中始終處于平臺回轉槽內。
[0008]所述控制模塊包括有電源、電源開關、藍牙模塊、單片機模塊，工作時，通過所述藍牙模塊接收無線遙控器的信號指令，再通過所述單片機模塊控制電源開關，實現第一電機、第二電機和第三電機的啟動、停止、速度調節和正反轉控制；所述控制模塊在控制第二電機和第三電機時，控制指令是對等的，控制第二電機和第三電機同時運動，用來模擬科氏加速度的相對運動。
[0009]所述第一光軸導向機構包括有第一光軸及滑動安裝在該第一光軸上的第一直線滑塊，所述第一光軸的兩端通過第五帶座軸承和第六帶座軸承固定在回轉平臺上；所述第二光軸導向機構包括有第二光軸及滑動安裝在該第二光軸上的第二直線滑塊，所述第二光軸的兩端通過第七帶座軸承和第八帶座軸承固定在回轉平臺上。
[0010]所述無線輸送模塊有兩個分別安裝在第一連接板和第二連接板上。
[0011]所述機架上安裝有推力圓柱滾子軸承，所述回轉平臺安裝在推力圓柱滾子軸承上。
[0012]所述回轉平臺的外圍設有防護罩。
[0013]所述第一電機、第二電機和第三電機均為速度可調的交流電機、步進電機或直流電機；所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器和第四壓力傳感器均為壓力應變片。
[0014]本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果:
[0015]1、相對運動部分由第二電機和第三電機控制，為勻速直線運動，比在重力作用下產生的加速直線相對運動更易處理和計算，該速度大小和方向均可調節，有助于學生理解和進行試驗研究；
[0016]2、所用傳感器僅有壓力感應器，信號處理簡單便捷，可實現實時處理，實時顯示；
[0017]3、在靠近滾珠絲桿兩端安裝有行程開關，可有效防止感應盒超行程造成實驗儀器損壞，同時也避免造成試驗誤差；
[0018]4、牽連運動部分由第一電機控制，其速度大小和方向均可調節，當其運動參數和相對運動部分運動參數改變時可以得到不同的科氏加速度，從而使得演示更加生動形象和具體；
[0019]5、感應盒中的信號通過無線輸送模塊發出，儀器運轉時電腦顯示裝置不受儀器擺放位置的影響，展示更加靈活，更加適合演示；
[0020]6、電腦顯示裝置通過編寫的軟件，可處理所接收信號，并在屏幕上實時顯示科氏加速度的曲線、圖表，可直觀反映出科氏加速度的大小和方向，有利于向學生及參觀人員查看、記錄科氏加速度大小和方向的實時動態變化情況，能使抽象的知識變得生動形象，易于理解和掌握。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明所述科氏加速度演示儀的軸視圖。
[0022]圖2為本發明所述科氏加速度演示儀除去無線遙控器和電腦顯示裝置后的俯視圖。
[0023]圖3為圖2的A局部放大圖。
[0024]圖4為圖2的B局部放大圖。
[0025]圖5為本發明所述科氏加速度演示儀除去無線遙控器和電腦顯示裝置后的側視圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0027]如圖1至圖5所示，本實施例所述的科氏加速度演示儀，包括有回轉平臺1、第一電機2、第二電機3、第三電機4、第一滾珠絲杠螺母機構及其配套的第一光軸導向機構、第二滾珠絲杠螺母機構及其配套的第二光軸導向機構、無線遙控器5、控制模塊6、無線輸送模塊7、電腦顯示裝置8、機架9。
[0028]所述第一電機2豎直安裝在機架9上，通過其電機軸帶動回轉平臺I旋轉，模擬科氏加速度的牽連速度；所述機架9上安裝有推力圓柱滾子軸承40，所述回轉平臺I安裝在推力圓柱滾子軸承40上，其外圍設置有平臺回轉槽33，使回轉平臺I在工作過程中始終處于平臺回轉槽33內，防止其回轉時出現較大的振動和顛簸，此外，為提高設備的使用安全性，所述回轉平臺I的外圍還設置有防護罩41 ;所述第二電機3和第三電機4分別水平安裝在回轉平臺I上，并繞回轉平臺I的回轉中心對稱布置。
[0029]所述第二電機3通過第一聯軸器10與第一滾珠絲杠螺母機構的第一滾珠絲桿11連接，帶動所述第一滾珠絲桿11勻速運動，所述第一滾珠絲桿11的兩端分別安裝有第一行程開關(圖中未畫出)和第二行程開關(圖中未畫出)，并通過第一帶座軸承28和第二帶座軸承29固定在回轉平臺I上，所述第一滾珠絲杠螺母機構的第一絲桿螺母12上安裝有第一感應盒13，所述第一感應盒13內裝有第一壓力傳感器14、第二壓力傳感器15及設在第一壓力傳感器14和第二壓力傳感器15之間的第一鋼球16,為防止第一鋼球16在運動過程中躍出第一感應盒13，所述第一感應盒13的頂部設有擋塊32，所述第一光軸導向機構設在第一滾珠絲杠螺母機構旁邊，其第一直線滑塊17通過第一連接板18與第一絲桿螺母12固定在一起，實現同步運動，以防止第一絲桿螺母12及附屬零部件出現繞絲桿軸回轉的現象；所述第一光軸導向機構包括有第一光軸34及滑動安裝在該第一光軸34上的第一直線滑塊17，所述第一光軸34的兩端通過第五帶座軸承35和第六帶座軸承36固定在回轉平臺I上。
[0030]所述第三電機4通過第二聯軸器19與第二滾珠絲杠螺母機構的第二滾珠絲桿20連接，帶動所述第二滾珠絲桿20勻速運動，所述第二滾珠絲桿20的兩端分別安裝有第三行程開關(圖中未畫出)和第四行程開關(圖中未畫出)，并通過第三帶座軸承30和第四帶座軸承31固定在回轉平臺I上，所述第二滾珠絲杠螺母機構的第二絲桿螺母21上安裝有第二感應盒22，所述第二感應盒22內裝有第三壓力傳感器23、第四壓力傳感器24及設在第三壓力傳感器23和第四壓力傳感器24之間的第二鋼球25，同樣，為了防止第二鋼球25在運動過程中躍出第二感應盒22，所述第二感應盒22的頂部也設有擋塊32，所述第二光軸導向機構設在第二滾珠絲杠螺母機構旁邊，其第二直線滑塊26通過第二連接板27與第二絲桿螺母21固定在一起，實現同步運動，以防止第二絲桿螺母21及附屬零部件出現繞絲桿軸回轉的現象；所述第二光軸導向機構包括有第二光軸37及滑動安裝在該第二光軸37上的第二直線滑塊26，所述第二光軸37的兩端通過第七帶座軸承38和第八帶座軸承39固定在回轉平臺I上。
[0031]所述控制模塊6包括有電源、電源開關、藍牙模塊、單片機模塊，可以接收由所述無線遙控器5發送的指令，工作時，通過所述藍牙模塊接收無線遙控器5的信號指令，再通過所述單片機模塊控制電源開關，實現第一電機、第二電機和第三電機的啟動、停止、速度調節和正反轉控制；此外，當絲桿螺母處于最大或最小行程狀態時，會壓迫行程開關，行程開關再將信號傳給控制模塊6，這樣控制模塊6會自動改變絲桿螺母的運行方向，使其具有往復運動的功能，防止絲桿螺母超出行程；所述控制模塊6在控制第二電機3和第三電機4時，控制指令是對等的，而控制第二電機3和第三電機4同時運動，用來模擬科氏加速度的相對運動。所述無線輸送模塊7有兩個分別安裝在第一連接板18和第二連接板27上，感應盒中的鋼球由于科氏加速度作用壓迫壓力傳感器，使其產生感應信號，此時由所述無線輸送模塊7將壓力傳感器獲得的數據傳送給電腦顯示裝置8，所述電腦顯示裝置8接收后會自動處理數據，并同步生成圖表，從而實時顯示相應的科氏加速度大小和方向等信息。
[0032]在本實施例中，所述第一電機2、第二電機3和第三電機4均為速度可調的交流電機、步進電機或直流電機；所述第一壓力傳感器14、第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器23和第四壓力傳感器24均為壓力應變片。
[0033]工作時,通過無線遙控器5向控制模塊6發送指令,控制模塊6控制第一電機2、第二電機3和第三電機4運轉速度和方向,第一電機2帶動回轉平臺I繞電機軸旋轉，這樣回轉平臺I及附屬其上的部件同時也繞電機軸旋轉，構成牽連運動，而第二電機3和第三電機4分別帶動各自滾珠絲杠螺母機構及光軸導向機構做直線運動，這樣此兩個運動相互耦合時會引起感應盒內鋼球壓迫壓力傳感器，壓力傳感器產生電信號，并傳給無線輸送模塊7，無線輸送模塊7將電信號再傳給電腦顯示裝置8，電腦顯示裝置8通過計算轉換為加速度，即可反映出鋼球的受力情況，該加速度即為科氏加速度，電腦顯示裝置8可以實時顯示該加速度的大小、方向等信息，從而達到演示科氏加速度的目的。
[0034]以上所述之實施例子只為本發明之較佳實施例，并非以此限制本發明的實施范圍，故凡依本發明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種科氏加速度演示儀，其特征在于:包括有回轉平臺(I)、第一電機(2)、第二電機(3)、第三電機(4)、第一滾珠絲杠螺母機構及其配套的第一光軸導向機構、第二滾珠絲杠螺母機構及其配套的第二光軸導向機構、無線遙控器(5)、控制模塊(6)、無線輸送模塊(7)、電腦顯示裝置(8)、機架(9)，其中，所述第一電機(2)豎直安裝在機架(9)上，帶動回轉平臺⑴旋轉，模擬科氏加速度的牽連速度；所述第二電機⑶和第三電機⑷分別水平安裝在回轉平臺(I)上，并繞回轉平臺(I)的回轉中心對稱布置；所述第二電機(3)通過第一聯軸器(10)與第一滾珠絲杠螺母機構的第一滾珠絲桿(11)連接，帶動所述第一滾珠絲桿(11)勻速運動，所述第一滾珠絲杠螺母機構的第一絲桿螺母(12)上安裝有第一感應盒(13)，所述第一感應盒(13)內裝有第一壓力傳感器(14)、第二壓力傳感器(15)及設在第一壓力傳感器(14)和第二壓力傳感器(15)之間的第一鋼球(16),所述第一光軸導向機構設在第一滾珠絲杠螺母機構旁邊，其第一直線滑塊(17)通過第一連接板(18)與第一絲桿螺母(12)固定在一起，實現同步運動；所述第三電機(4)通過第二聯軸器(19)與第二滾珠絲杠螺母機構的第二滾珠絲桿(20)連接，帶動所述第二滾珠絲桿(20)勻速運動，所述第二滾珠絲杠螺母機構的第二絲桿螺母(21)上安裝有第二感應盒(22)，所述第二感應盒(22)內裝有第三壓力傳感器(23)、第四壓力傳感器(24)及設在第三壓力傳感器(23)和第四壓力傳感器(24)之間的第二鋼球(25)，所述第二光軸導向機構設在第二滾珠絲杠螺母機構旁邊，其第二直線滑塊(26)通過第二連接板(27)與第二絲桿螺母(21)固定在一起，實現同步運動；所述控制模塊￠)固定在回轉平臺(I)上，由所述無線遙控器(5)發送指令，進而控制第一電機(2)、第二電機(3)、第三電機(4);所述無線輸送模塊(7)將壓力傳感器獲得的數據傳送給電腦顯示裝置(8)，所述電腦顯示裝置(8)接收后自動處理數據，同步生成圖表，顯不相應的科氏加速度大小和方向。
2.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述第一滾珠絲桿(11)的兩端分別安裝有第一行程開關和第二行程開關，并通過第一帶座軸承(28)和第二帶座軸承(29)固定在回轉平臺(I)上；所述第二滾珠絲桿(20)的兩端分別安裝有第三行程開關和第四行程開關，并通過第三帶座軸承(30)和第四帶座軸承(31)固定在回轉平臺(I)上；所述第一滾珠絲杠螺母機構和第二滾珠絲杠螺母機構繞回轉平臺(I)的回轉中心對稱布置；當絲桿螺母處于最大或最小行程狀態時，會壓迫行程開關，行程開關再將信號傳給控制模塊￠)，進而控制模塊(6)會自動改變絲桿螺母的運行方向，使其具有往復運動的功能。
3.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述第一感應盒(13)和第二感應盒(22)的頂部均設有擋塊(32)，用于防止鋼球運動過程中躍出感應盒。
4.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述回轉平臺⑴的外圍設置有平臺回轉槽(33)，使其在工作過程中始終處于平臺回轉槽(33)內。
5.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述控制模塊(6)包括有電源、電源開關、藍牙模塊、單片機模塊，工作時，通過所述藍牙模塊接收無線遙控器(5)的信號指令，再通過所述單片機模塊控制電源開關，實現第一電機、第二電機和第三電機的啟動、停止、速度調節和正反轉控制；所述控制模塊(6)在控制第二電機(3)和第三電機(4)時，控制指令是對等的，控制第二電機(3)和第三電機(4)同時運動，用來模擬科氏加速度的相對運動。
6.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演不儀，其特征在于:所述第一光軸導向機構包括有第一光軸(34)及滑動安裝在該第一光軸(34)上的第一直線滑塊(17)，所述第一光軸(34)的兩端通過第五帶座軸承(35)和第六帶座軸承(36)固定在回轉平臺(I)上；所述第二光軸導向機構包括有第二光軸(37)及滑動安裝在該第二光軸(37)上的第二直線滑塊(26)，所述第二光軸(37)的兩端通過第七帶座軸承(38)和第八帶座軸承(39)固定在回轉平臺⑴上。
7.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述無線輸送模塊(7)有兩個分別安裝在第一連接板(18)和第二連接板(27)上。
8.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述機架(9)上安裝有推力圓柱滾子軸承(40)，所述回轉平臺(I)安裝在推力圓柱滾子軸承(40)上。
9.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述回轉平臺⑴的外圍設有防護罩(41)。
10.根據權利要求1所述的一種科氏加速度演示儀，其特征在于:所述第一電機⑵、第二電機(3)和第三電機(4)均為速度可調的交流電機、步進電機或直流電機；所述第一壓力傳感器(14)、第二壓力傳感器(15)、第三壓力傳感器(23)和第四壓力傳感器(24)均為壓力應變片。
【文檔編號】G09B23/10GK104361791SQ201410566957
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】段潔利, 許鵬輝, 李榮福, 朱正波, 翁爍, 譚敬信, 王霄宇 申請人:華南農業大學