机械平衡实验仪的制作方法
机械平衡实验仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种机械平衡实验仪，包括支撑机构、动力机构和平衡调节机构，支撑机构包括底座，设在底座两端的固定支杆和底座一端的延长板；所述固定支杆的上端配合有支撑杆；动力机构包括电机，减速齿轮装置、旋转主轴和短轴；平衡调节机构包括矢量合成平衡机构，振动显示机构，刚柔性支撑切换机构和托盘升降机构。本发明将旋转主轴的振动进行放大，通过激光笔射出光点在屏幕上的位置即可判断出振动大小，从实现了微小振动的可视化；通过标准质量块的移动和卡盘体位置的改变，可以动平衡原理实验由单一的验证性实验转变为设计性实验，将能够极大的锻炼学生的动手实践能力，并提高学生的感性认识。
【专利说明】机械平衡实验仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械平衡装置，尤其是一种机械平衡实验仪。
技术背景
[0002]在机械类课堂中，有许多十分重要的原理，动平衡就是其中ー种。动平衡原理在机械的设计中会经常使用，但是在学习的过程中比较难以理解，老师在讲授这一部分知识时，都是大量的数学推导过程和简单的图片展示，无法让同学们形成直观的印象，理解起来有一定的难度。通过实验的方式让同学们自己去验证这一原理，能加深理解，实际的操作也让同学们对这一原理印象深刻。但是现有的动平衡实验仪功能简单，只能找到在同一平面内的不平衡质量的质径积，无法通过双面平衡法确定两个以上不同平面内的不平衡质量的质径积，而动平衡的精华就是双面平衡法的应用，现有的实验仪不能够让同学从根本上理解动平衡原理。
【发明内容】
[0003]针对现有的动平衡实验台存在的问题，本发明提供一种机械平衡实验仪，本装置可以验证简单的静平衡原理，可以确定単一平面内的不平衡质量的质径积，还可以确定多个不同平面内的不平衡质量的质径积，功能全面，能够有效的帮助学生们掌握这一部分知识。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种机械平衡实验仪，包括支撑机构、动カ机构(8)和平衡调节机构，支撑机构包括重质量的底座(6)，设在底座(6)两端的固定支杆(38)和底座(6) —端的延长板；所述固定支杆(38)的上端配合有内设强质弹簧
(14)的支撑杆(9);所述延长板上固定有两根与两根固定支杆(38)处于同一水平线上的竖杆(40);动カ机构(8)包括固定在底座(6) —端的延长板上的电机(18),与电机(18)输出轴连接的減速齿轮装置(17)，通过轴承(5)连接支撑杆(9)上端的旋转主轴(3)，通过轴承(5 )配合连接在竖杆(40 )上的短轴(39 )，减速齿轮装置(17)通过带(16 )传动与短轴(39 )连接，所述旋转主轴(3)与短轴(39)通过离合器(15)连接；其特征在于:平衡调节机构包括矢量合成平衡机构，将旋转主轴(3)单方向的振动量以可见的方式展示出来的振动显示机构(7)，用于改变旋转主轴(3)支撑方式的刚柔性支撑切换机构(20)和托盘升降机构(19)。
[0005]矢量合成平衡机构包括两个平衡基准圆盘(I)和两个待平衡圆盘(2),圆盘包括一个较薄的金属圆盘，通过螺旋槽机构连接的中心活动卡盘和可用于增减圆盘质量且配合在螺旋槽机构上质量块(28);所述的两个平衡基准圆盘(I)通过活动卡盘固定在旋转主轴
(3)的两端，处于两根固定支杆(38)的外侧；所述的两个待平衡圆盘(2)通过活动卡盘固定在旋转主轴(3)的中间位置且等距分布。
[0006]振动显示机构(7)安装在靠近固定支杆(38)的两端，包括配合在旋转主轴(3)上的方槽盘(4)，通过曲柄滑块机构(21)连接的激光笔(22)，与激光笔(22)笔尖成角度可调的平面镜I (23)，与平面镜I成角度可调的平面镜II (24)，及与平面镜II成对应角度的观察板(25);激光笔(22)、平面镜I (23)、平面镜II (24)和观察板(25)按顺序形成ー组光线反射机构。平面镜和观察板(25)均通过支杆固定在底座(6)上，观察板(25)上设有用于对照两组反射光线的刻度线。
[0007]刚柔性支撑切换机构(20)为两组，分别设在两根固定支杆(38)的两侧，包括刚性支撑杆(11)，弹簧(12)，紧固杆(13)。刚性支撑杆(11)的上端为沟槽(10)，下端为L型，其下端通过轴连接在固定支杆(38)上，可绕轴转动；两组刚性支撑杆(11)的下端L型末端通过横杆(41)连接在一起；所述紧固杆(13)成曲折状，左端为插销部分，紧固杆(13)的中间位置通过轴连接在刚性支撑杆(11)的下端L型处，紧固杆(13)的左端通过弹簧(12)连接刚性支撑杆(11);当为刚性支撑方式时，刚性支撑杆(11)上端的沟槽(10)将刚性支撑杆
(11)侧面的轴卡紧，紧固杆(13)左端部分插入底座(6)侧面凸台的凹槽中，防止在刚性支撑状态时刚性支撑杆(11)受外力晃动；当切换柔性支撑方式吋，手捏紧固杆(13)外端，推动刚性支撑杆(11)绕轴转动，使刚性支撑杆(11)的沟槽(10 )与支撑杆分离，支撑杆不受约束，不平衡质量旋转时的离心カ引起固定杆上下振动，将不平衡质量显示出来。
[0008]托盘升降机构(19)设有两组，分别设在两个待平衡圆盘(2)的正下方，由偏心轮
(34)、支撑架(33)、棘爪机构(36)组成。支撑架(33)的圆直径比圆盘大，且带(16)可配合圆盘的凹槽；支撑架(33)下端的支杆为配合孔，设在底座(6)上的支柱上端套接在其配合孔内；偏心轮(34)通过轴设在支柱上，其上设有带(16)齿轮的手柄(37);偏心轮(34)的边缘与支撑架(33)下端支杆上的外延伸杆(35)接触；棘爪机构(36)与带(16)齿轮的手柄
(37)形成棘轮装置，用于锁定偏心轮(34)。
[0009]活动卡盘由卡爪(32 )、丝杆(31)、螺旋槽(29 )、卡盘体(30 )组成，质量块(28 )可配合在丝杆(31)上，丝杆(31)的两侧设有用干支撑连接圆盘的横杆，横杆上设有半径刻度线
(26)和角度刻度线(27);通过调节质量块(28)的位置来模拟不平衡质量的分布，包括对不平衡质量径向尺寸和角度的模拟。其中质量块制成螺母状，与丝杆(31)构成丝杠螺母机构以便质量块(28)在丝杆(31)上滑动。
[0010]本发明的有益效果是:①将转轴的振动进行放大，通过激光笔射出光点在屏幕上的位置即可判断出振动大小，从实现了微小振动的可视化。②通过刚柔性支撑的转换，能够排除传送带转动对于卡盘振动的影响，使得实验的精确度更高。③通过标准质量块的移动和卡盘体位置的改变，可以动平衡原理实验由単一的验证性实验转变为设计性实验，将能够极大的锻炼学生的动手实践能力，并提高学生的感性认识。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明立体效果图
[0012]图2是本发明的结构简图
[0013]图3是刚柔性支撑切换机构的结构示意图
[0014]图4、图5是振动显示机构的结构示意图
[0015]图6、图7是矢量合成平衡机构的结构示意图
[0016]图8是托盘升降机构的结构示意图
【具体实施方式】[0017]下面结合【专利附图】
【附图说明】和实施例对本发明做进ー步说明。
[0018]在图1-图8所示的实施例中，振动显示机构:旋转主轴在振动的时候是沿圆周360度各个方向振动的，为了将旋转主轴的周向振动转换为单方向的振动，并用可见的方式将振动量的大小展示出来，从而方便对振动量的測量并进行后续的调节；该振动显示机构安装在靠近固定支杆的两端，分别用来检测旋转主轴两端的振动量并通过此机构显示出来并进行相应的被比较调节，其工作原理如下所述:
[0019]工作原理:根据轴的振动原理可知，旋转主轴的振动是偏心质量对固定支杆所造成的转矩引起的，偏心质量作圆周运动，因此轴在回转的过程中的振动是朝各个方向的，但为了显示出轴的振动量的大小，只需知道其在某ー个方向上的振动就可以，因此该装置通过方槽盘及底座上相应孔的共同作用，使得旋转主轴在周向回转的时候保证方槽盘只进行上下振动，消除其他方向的振动，从而方便测量与观察；方槽盘竖直的插入底座的孔中并与ー连接杆铰接，激光笔杆身可作为运动部件，与方槽盘、连接杆组成曲柄滑块机构，将方槽盘的上下运动传递到了激光笔杆身，激光笔杆身一端可绕底座ー凸台上转动，其末端有可发光的激光灯，利用杠杆原理，将其振动量放大，以光线的形式传送出去。
[0020]携帯振动信息的光线经平面镜反射后可在观察面板上观察，其原理图如图5所
/Jn o
[0021]平面镜布置在底座上并且倾斜角度可调，激光灯的振动使得光线振动，经过两次平面镜的反射后最终显示在观察面板上，由于振动速度与轴的转动速度成正比，因此光线的振动速度也较快，由于人眼视觉暂留的作用，观察到的将是一条直线段。左右两侧的振动量以相同的方式显示在此观察面板上，观察面板上有相应的刻度线，可以观察測量出两段直线段的长度，记录下来并以此为基础进行动平衡的调节，每ー个刻度长度对应着平衡基面圆盘上滑块的移动量，因此该装置可十分方便地通过观察振动量并进行有目的有方向的调节。
[0022]矢量合成机构:通过对每个不平衡质量圆盘进行动平衡的调节之后，即可确定出在平衡基面上所需增加的质量块的位置及方位角，但在动平衡的实际调节过程中，只希望在平衡基面上増加ー个质量块便可达到使其动平衡的效果而不是两个，因此需要将两次动平衡调节过程中所确定的两质量块进行矢量合成，得到ー个质量块。
[0023]其工作原理为:矢量合成机构是ー个较薄的金属圆盘，质量块是ー质量已知的方块磁铁，可吸附在圆盘上，首先对照圆盘上的角度和半径刻度线，将两已确定位置和方向角的铁块置于相应的位置，利用重力使其自然下垂，并在反方向放置第三块磁铁块，并用手轻轻扳动圆盘，利用静平衡的调节原理，反复调节该磁铁块的位置，确定其在任意方向均能停止不下垂，即可确定其经矢量合成后的质量块的最終位置。
[0024]刚柔性支撑切换机构:刚柔性支撑机构:主要用于旋转主轴支撑方式的改变，实现刚性支撑与柔性支撑之间的快速切換，以达到在电机加载初速度时为刚性支撑；具有一定初速度后采用柔性支撑，避免电机对振动造成影响，使主轴的振动皆为不平衡质量引发的目的。
[0025]刚柔性支撑机构主要包括:刚性支撑杆，弹簧，紧固杆。刚性支撑杆可以绕轴旋转，以实现刚柔性支撑的切換。当为刚性支撑方式吋，刚性支撑杆上端的沟槽将固定杆侧面的轴卡紧，紧固杆左端部分插入底座侧面凸台的凹槽中，防止在刚性支撑状态时，刚性支撑杆受外力晃动，导致刚性支撑杆与固定杆分离，避免主轴在加速过程中受外界影响而振动；当需要切换柔性支撑方式时，手捏紧固杆外端，然后推动刚性支撑杆绕轴转动，使刚性支撑杆的沟槽与固定杆分离，固定杆不受约束，不平衡质量旋转时的离心カ引起固定杆上下振动，就将不平衡质量显示了出来。
[0026]活动卡盘:由卡爪、丝杆、螺旋槽、卡盘体、标准质量块组成，通过调节质量块的位置来模拟不平衡质量的分布，包括对不平衡质量径向尺寸和角度的模拟。其中质量块制成螺母状，与丝杆构成丝杠螺母机构以便质量块在丝杆上滑动。工作原理如下:当螺旋槽相对卡盘体转动时，三个卡爪在螺旋槽背面的螺纹配合作用下同时向中心运动，直至将中间的转轴卡紫，当螺旋槽相对反向运动吋，卡爪松开转轴；标准质量块可以在丝杆上旋转进行移动，两侧的横杆上标注有刻度，可以从上读出标准质量块的位置。
[0027]托架升降机构:由偏心轮、支撑架、棘爪机构组成。利用偏心轮(凸轮)机构实现托架的升降并通过棘轮棘爪机构进行锁定。工作原理如下:当偏心轮上的手柄顺时针转动吋，支撑架在偏心轮的作用下脱离与底座的接触向上升起，当到达指定位置时，松手，偏心轮在棘爪的锁定下保持静止状态；当需要将支撑架降下吋，向上拨动棘爪的另一端，顺时针转动偏心轮的手柄，使支撑架到达指定位置，将圆盘支撑起，使其不随轴回转同时不会干涉轴的运动。
【权利要求】
1.一种机械平衡实验仪，包括支撑机构、动カ机构(8)和平衡调节机构，支撑机构包括重质量的底座(6),设在底座(6)两端的固定支杆(38)和底座(6) 一端的延长板；所述固定支杆(38)的上端配合有内设强质弹簧(14)的支撑杆(9);所述延长板上固定有两根与两根固定支杆(38)处于同一水平线上的竖杆(40);动カ机构(8)包括固定在底座(6) —端的延长板上的电机(18 )，与电机(18 )输出轴连接的减速齿轮装置(17 )，通过轴承(5 )连接支撑杆(9 )上端的旋转主轴(3 )，通过轴承(5 )配合连接在竖杆(40 )上的短轴(39 )，减速齿轮装置(17)通过带(16)传动与短轴(39)连接，所述旋转主轴(3)与短轴(39)通过离合器(15)连接；其特征在于:平衡调节机构包括矢量合成平衡机构，将旋转主轴(3)单方向的振动量以可见的方式展示出来的振动显示机构(7)，用于改变旋转主轴(3)支撑方式的刚柔性支撑切换机构(20)和托盘升降机构(19)； 矢量合成平衡机构包括两个平衡基准圆盘(I)和两个待平衡圆盘(2)，圆盘包括ー个较薄的金属圆盘，通过螺旋槽机构连接的中心活动卡盘和可用于增减圆盘质量且配合在螺旋槽机构上质量块(28);所述的两个平衡基准圆盘(I)通过活动卡盘固定在旋转主轴(3)的两端，处于两根固定支杆(38)的外侧；所述的两个待平衡圆盘(2)通过活动卡盘固定在旋转主轴(3)的中间位置且等距分布； 振动显示机构(7)安装在靠近固定支杆(38)的两端，包括配合在旋转主轴(3)上的方槽盘(4)，通过曲柄滑块机构(21)连接的激光笔(22)，与激光笔(22)笔尖成角度可调的平面镜I (23)，与平面镜I成角度可调的平面镜II (24)，及与平面镜II成对应角度的观察板(25);激光笔(22)、平面镜I (23)、平面镜II (24)和观察板(25)按顺序形成一组光线反射机构。
2.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:平面镜和观察板(25)均通过支杆固定在底座(6)上，观察板(25)上设有用于对照两组反射光线的刻度线。
3.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:刚柔性支撑切换机构(20)为两组，分别设在两根固定支杆(`38)的两侧，包括刚性支撑杆(11)，弹簧(12)，紧固杆(13)；刚性支撑杆(11)的上端为沟槽(10)，下端为L型，其下端通过轴连接在固定支杆(38)上，可绕轴转动；两组刚性支撑杆(11)的下端L型末端通过横杆(41)连接在一起。
4.根据权利要求3所述的机械平衡实验仪，其特征在于:所述紧固杆(13)成曲折状，左端为插销部分，紧固杆(13)的中间位置通过轴连接在刚性支撑杆(11)的下端L型处，紧固杆(13)的左端通过弹簧(12)连接刚性支撑杆(11 )。
5.根据权利要求3或4所述的机械平衡实验仪，其特征在于:当为刚性支撑方式吋，刚性支撑杆(11)上端的沟槽(10)将刚性支撑杆(11)侧面的轴卡紧，紧固杆(13)左端部分插入底座(6)侧面凸台的凹槽中，防止在刚性支撑状态时刚性支撑杆(11)受外力晃动；当切换柔性支撑方式时，手捏紧固杆(13)外端，推动刚性支撑杆(11)绕轴转动，使刚性支撑杆(11)的沟槽(10)与支撑杆分离，支撑杆不受约束，不平衡质量旋转时的离心カ引起固定杆上下震动，将不平衡质量显示出来。
6.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:托盘升降机构(19)设有两组，分别设在两个待平衡圆盘(2)的正下方，由偏心轮(34)、支撑架(33)、棘爪机构(36)组成；支撑架(33)的圆直径比圆盘大,且带(16)可配合圆盘的凹槽；支撑架(33)下端的支杆为配合孔，设在底座(6)上的支柱上端套接在其配合孔内；偏心轮(34)通过轴设在支柱上，其上设有带(16)齿轮的手柄(37);偏心轮(34)的边缘与支撑架(33)下端支杆上的外延伸杆(35 )接触；棘爪机构(36 )与带(16 )齿轮的手柄(37 )形成棘轮装置，用于锁定偏心轮(34)。
7.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:活动卡盘由卡爪(32)、丝杆(31)、螺旋槽(29)、卡盘体(30)组成，质量块(28)可配合在丝杆(31)上，丝杆(31)的两侧设有用干支撑连接圆盘的横杆，横杆上设有半径刻度线(26)和角度刻度线(27);通过调节质量块(28)的位置来模拟不平衡质量的分布，包括对不平衡质量径向尺寸和角度的模拟。
8.根据权利要求7所述的机械平衡实验仪，其特征在于:质量块制成螺母状，与丝杆(31)构成丝杠螺母机构以便质量块( 28)在丝杆(31)上滑动。
【文档编号】G09B25/02GK103606334SQ201310639110
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】雷康, 赵丽, 周智 申请人:雷康, 赵丽, 周智
【专利摘要】本发明涉及一种机械平衡实验仪，包括支撑机构、动力机构和平衡调节机构，支撑机构包括底座，设在底座两端的固定支杆和底座一端的延长板；所述固定支杆的上端配合有支撑杆；动力机构包括电机，减速齿轮装置、旋转主轴和短轴；平衡调节机构包括矢量合成平衡机构，振动显示机构，刚柔性支撑切换机构和托盘升降机构。本发明将旋转主轴的振动进行放大，通过激光笔射出光点在屏幕上的位置即可判断出振动大小，从实现了微小振动的可视化；通过标准质量块的移动和卡盘体位置的改变，可以动平衡原理实验由单一的验证性实验转变为设计性实验，将能够极大的锻炼学生的动手实践能力，并提高学生的感性认识。
【专利说明】机械平衡实验仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械平衡装置，尤其是一种机械平衡实验仪。
技术背景
[0002]在机械类课堂中，有许多十分重要的原理，动平衡就是其中ー种。动平衡原理在机械的设计中会经常使用，但是在学习的过程中比较难以理解，老师在讲授这一部分知识时，都是大量的数学推导过程和简单的图片展示，无法让同学们形成直观的印象，理解起来有一定的难度。通过实验的方式让同学们自己去验证这一原理，能加深理解，实际的操作也让同学们对这一原理印象深刻。但是现有的动平衡实验仪功能简单，只能找到在同一平面内的不平衡质量的质径积，无法通过双面平衡法确定两个以上不同平面内的不平衡质量的质径积，而动平衡的精华就是双面平衡法的应用，现有的实验仪不能够让同学从根本上理解动平衡原理。
【发明内容】
[0003]针对现有的动平衡实验台存在的问题，本发明提供一种机械平衡实验仪，本装置可以验证简单的静平衡原理，可以确定単一平面内的不平衡质量的质径积，还可以确定多个不同平面内的不平衡质量的质径积，功能全面，能够有效的帮助学生们掌握这一部分知识。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种机械平衡实验仪，包括支撑机构、动カ机构(8)和平衡调节机构，支撑机构包括重质量的底座(6)，设在底座(6)两端的固定支杆(38)和底座(6) —端的延长板；所述固定支杆(38)的上端配合有内设强质弹簧
(14)的支撑杆(9);所述延长板上固定有两根与两根固定支杆(38)处于同一水平线上的竖杆(40);动カ机构(8)包括固定在底座(6) —端的延长板上的电机(18),与电机(18)输出轴连接的減速齿轮装置(17)，通过轴承(5)连接支撑杆(9)上端的旋转主轴(3)，通过轴承(5 )配合连接在竖杆(40 )上的短轴(39 )，减速齿轮装置(17)通过带(16 )传动与短轴(39 )连接，所述旋转主轴(3)与短轴(39)通过离合器(15)连接；其特征在于:平衡调节机构包括矢量合成平衡机构，将旋转主轴(3)单方向的振动量以可见的方式展示出来的振动显示机构(7)，用于改变旋转主轴(3)支撑方式的刚柔性支撑切换机构(20)和托盘升降机构(19)。
[0005]矢量合成平衡机构包括两个平衡基准圆盘(I)和两个待平衡圆盘(2),圆盘包括一个较薄的金属圆盘，通过螺旋槽机构连接的中心活动卡盘和可用于增减圆盘质量且配合在螺旋槽机构上质量块(28);所述的两个平衡基准圆盘(I)通过活动卡盘固定在旋转主轴
(3)的两端，处于两根固定支杆(38)的外侧；所述的两个待平衡圆盘(2)通过活动卡盘固定在旋转主轴(3)的中间位置且等距分布。
[0006]振动显示机构(7)安装在靠近固定支杆(38)的两端，包括配合在旋转主轴(3)上的方槽盘(4)，通过曲柄滑块机构(21)连接的激光笔(22)，与激光笔(22)笔尖成角度可调的平面镜I (23)，与平面镜I成角度可调的平面镜II (24)，及与平面镜II成对应角度的观察板(25);激光笔(22)、平面镜I (23)、平面镜II (24)和观察板(25)按顺序形成ー组光线反射机构。平面镜和观察板(25)均通过支杆固定在底座(6)上，观察板(25)上设有用于对照两组反射光线的刻度线。
[0007]刚柔性支撑切换机构(20)为两组，分别设在两根固定支杆(38)的两侧，包括刚性支撑杆(11)，弹簧(12)，紧固杆(13)。刚性支撑杆(11)的上端为沟槽(10)，下端为L型，其下端通过轴连接在固定支杆(38)上，可绕轴转动；两组刚性支撑杆(11)的下端L型末端通过横杆(41)连接在一起；所述紧固杆(13)成曲折状，左端为插销部分，紧固杆(13)的中间位置通过轴连接在刚性支撑杆(11)的下端L型处，紧固杆(13)的左端通过弹簧(12)连接刚性支撑杆(11);当为刚性支撑方式时，刚性支撑杆(11)上端的沟槽(10)将刚性支撑杆
(11)侧面的轴卡紧，紧固杆(13)左端部分插入底座(6)侧面凸台的凹槽中，防止在刚性支撑状态时刚性支撑杆(11)受外力晃动；当切换柔性支撑方式吋，手捏紧固杆(13)外端，推动刚性支撑杆(11)绕轴转动，使刚性支撑杆(11)的沟槽(10 )与支撑杆分离，支撑杆不受约束，不平衡质量旋转时的离心カ引起固定杆上下振动，将不平衡质量显示出来。
[0008]托盘升降机构(19)设有两组，分别设在两个待平衡圆盘(2)的正下方，由偏心轮
(34)、支撑架(33)、棘爪机构(36)组成。支撑架(33)的圆直径比圆盘大，且带(16)可配合圆盘的凹槽；支撑架(33)下端的支杆为配合孔，设在底座(6)上的支柱上端套接在其配合孔内；偏心轮(34)通过轴设在支柱上，其上设有带(16)齿轮的手柄(37);偏心轮(34)的边缘与支撑架(33)下端支杆上的外延伸杆(35)接触；棘爪机构(36)与带(16)齿轮的手柄
(37)形成棘轮装置，用于锁定偏心轮(34)。
[0009]活动卡盘由卡爪(32 )、丝杆(31)、螺旋槽(29 )、卡盘体(30 )组成，质量块(28 )可配合在丝杆(31)上，丝杆(31)的两侧设有用干支撑连接圆盘的横杆，横杆上设有半径刻度线
(26)和角度刻度线(27);通过调节质量块(28)的位置来模拟不平衡质量的分布，包括对不平衡质量径向尺寸和角度的模拟。其中质量块制成螺母状，与丝杆(31)构成丝杠螺母机构以便质量块(28)在丝杆(31)上滑动。
[0010]本发明的有益效果是:①将转轴的振动进行放大，通过激光笔射出光点在屏幕上的位置即可判断出振动大小，从实现了微小振动的可视化。②通过刚柔性支撑的转换，能够排除传送带转动对于卡盘振动的影响，使得实验的精确度更高。③通过标准质量块的移动和卡盘体位置的改变，可以动平衡原理实验由単一的验证性实验转变为设计性实验，将能够极大的锻炼学生的动手实践能力，并提高学生的感性认识。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明立体效果图
[0012]图2是本发明的结构简图
[0013]图3是刚柔性支撑切换机构的结构示意图
[0014]图4、图5是振动显示机构的结构示意图
[0015]图6、图7是矢量合成平衡机构的结构示意图
[0016]图8是托盘升降机构的结构示意图
【具体实施方式】[0017]下面结合【专利附图】
【附图说明】和实施例对本发明做进ー步说明。
[0018]在图1-图8所示的实施例中，振动显示机构:旋转主轴在振动的时候是沿圆周360度各个方向振动的，为了将旋转主轴的周向振动转换为单方向的振动，并用可见的方式将振动量的大小展示出来，从而方便对振动量的測量并进行后续的调节；该振动显示机构安装在靠近固定支杆的两端，分别用来检测旋转主轴两端的振动量并通过此机构显示出来并进行相应的被比较调节，其工作原理如下所述:
[0019]工作原理:根据轴的振动原理可知，旋转主轴的振动是偏心质量对固定支杆所造成的转矩引起的，偏心质量作圆周运动，因此轴在回转的过程中的振动是朝各个方向的，但为了显示出轴的振动量的大小，只需知道其在某ー个方向上的振动就可以，因此该装置通过方槽盘及底座上相应孔的共同作用，使得旋转主轴在周向回转的时候保证方槽盘只进行上下振动，消除其他方向的振动，从而方便测量与观察；方槽盘竖直的插入底座的孔中并与ー连接杆铰接，激光笔杆身可作为运动部件，与方槽盘、连接杆组成曲柄滑块机构，将方槽盘的上下运动传递到了激光笔杆身，激光笔杆身一端可绕底座ー凸台上转动，其末端有可发光的激光灯，利用杠杆原理，将其振动量放大，以光线的形式传送出去。
[0020]携帯振动信息的光线经平面镜反射后可在观察面板上观察，其原理图如图5所
/Jn o
[0021]平面镜布置在底座上并且倾斜角度可调，激光灯的振动使得光线振动，经过两次平面镜的反射后最终显示在观察面板上，由于振动速度与轴的转动速度成正比，因此光线的振动速度也较快，由于人眼视觉暂留的作用，观察到的将是一条直线段。左右两侧的振动量以相同的方式显示在此观察面板上，观察面板上有相应的刻度线，可以观察測量出两段直线段的长度，记录下来并以此为基础进行动平衡的调节，每ー个刻度长度对应着平衡基面圆盘上滑块的移动量，因此该装置可十分方便地通过观察振动量并进行有目的有方向的调节。
[0022]矢量合成机构:通过对每个不平衡质量圆盘进行动平衡的调节之后，即可确定出在平衡基面上所需增加的质量块的位置及方位角，但在动平衡的实际调节过程中，只希望在平衡基面上増加ー个质量块便可达到使其动平衡的效果而不是两个，因此需要将两次动平衡调节过程中所确定的两质量块进行矢量合成，得到ー个质量块。
[0023]其工作原理为:矢量合成机构是ー个较薄的金属圆盘，质量块是ー质量已知的方块磁铁，可吸附在圆盘上，首先对照圆盘上的角度和半径刻度线，将两已确定位置和方向角的铁块置于相应的位置，利用重力使其自然下垂，并在反方向放置第三块磁铁块，并用手轻轻扳动圆盘，利用静平衡的调节原理，反复调节该磁铁块的位置，确定其在任意方向均能停止不下垂，即可确定其经矢量合成后的质量块的最終位置。
[0024]刚柔性支撑切换机构:刚柔性支撑机构:主要用于旋转主轴支撑方式的改变，实现刚性支撑与柔性支撑之间的快速切換，以达到在电机加载初速度时为刚性支撑；具有一定初速度后采用柔性支撑，避免电机对振动造成影响，使主轴的振动皆为不平衡质量引发的目的。
[0025]刚柔性支撑机构主要包括:刚性支撑杆，弹簧，紧固杆。刚性支撑杆可以绕轴旋转，以实现刚柔性支撑的切換。当为刚性支撑方式吋，刚性支撑杆上端的沟槽将固定杆侧面的轴卡紧，紧固杆左端部分插入底座侧面凸台的凹槽中，防止在刚性支撑状态时，刚性支撑杆受外力晃动，导致刚性支撑杆与固定杆分离，避免主轴在加速过程中受外界影响而振动；当需要切换柔性支撑方式时，手捏紧固杆外端，然后推动刚性支撑杆绕轴转动，使刚性支撑杆的沟槽与固定杆分离，固定杆不受约束，不平衡质量旋转时的离心カ引起固定杆上下振动，就将不平衡质量显示了出来。
[0026]活动卡盘:由卡爪、丝杆、螺旋槽、卡盘体、标准质量块组成，通过调节质量块的位置来模拟不平衡质量的分布，包括对不平衡质量径向尺寸和角度的模拟。其中质量块制成螺母状，与丝杆构成丝杠螺母机构以便质量块在丝杆上滑动。工作原理如下:当螺旋槽相对卡盘体转动时，三个卡爪在螺旋槽背面的螺纹配合作用下同时向中心运动，直至将中间的转轴卡紫，当螺旋槽相对反向运动吋，卡爪松开转轴；标准质量块可以在丝杆上旋转进行移动，两侧的横杆上标注有刻度，可以从上读出标准质量块的位置。
[0027]托架升降机构:由偏心轮、支撑架、棘爪机构组成。利用偏心轮(凸轮)机构实现托架的升降并通过棘轮棘爪机构进行锁定。工作原理如下:当偏心轮上的手柄顺时针转动吋，支撑架在偏心轮的作用下脱离与底座的接触向上升起，当到达指定位置时，松手，偏心轮在棘爪的锁定下保持静止状态；当需要将支撑架降下吋，向上拨动棘爪的另一端，顺时针转动偏心轮的手柄，使支撑架到达指定位置，将圆盘支撑起，使其不随轴回转同时不会干涉轴的运动。
【权利要求】
1.一种机械平衡实验仪，包括支撑机构、动カ机构(8)和平衡调节机构，支撑机构包括重质量的底座(6),设在底座(6)两端的固定支杆(38)和底座(6) 一端的延长板；所述固定支杆(38)的上端配合有内设强质弹簧(14)的支撑杆(9);所述延长板上固定有两根与两根固定支杆(38)处于同一水平线上的竖杆(40);动カ机构(8)包括固定在底座(6) —端的延长板上的电机(18 )，与电机(18 )输出轴连接的减速齿轮装置(17 )，通过轴承(5 )连接支撑杆(9 )上端的旋转主轴(3 )，通过轴承(5 )配合连接在竖杆(40 )上的短轴(39 )，减速齿轮装置(17)通过带(16)传动与短轴(39)连接，所述旋转主轴(3)与短轴(39)通过离合器(15)连接；其特征在于:平衡调节机构包括矢量合成平衡机构，将旋转主轴(3)单方向的振动量以可见的方式展示出来的振动显示机构(7)，用于改变旋转主轴(3)支撑方式的刚柔性支撑切换机构(20)和托盘升降机构(19)； 矢量合成平衡机构包括两个平衡基准圆盘(I)和两个待平衡圆盘(2)，圆盘包括ー个较薄的金属圆盘，通过螺旋槽机构连接的中心活动卡盘和可用于增减圆盘质量且配合在螺旋槽机构上质量块(28);所述的两个平衡基准圆盘(I)通过活动卡盘固定在旋转主轴(3)的两端，处于两根固定支杆(38)的外侧；所述的两个待平衡圆盘(2)通过活动卡盘固定在旋转主轴(3)的中间位置且等距分布； 振动显示机构(7)安装在靠近固定支杆(38)的两端，包括配合在旋转主轴(3)上的方槽盘(4)，通过曲柄滑块机构(21)连接的激光笔(22)，与激光笔(22)笔尖成角度可调的平面镜I (23)，与平面镜I成角度可调的平面镜II (24)，及与平面镜II成对应角度的观察板(25);激光笔(22)、平面镜I (23)、平面镜II (24)和观察板(25)按顺序形成一组光线反射机构。
2.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:平面镜和观察板(25)均通过支杆固定在底座(6)上，观察板(25)上设有用于对照两组反射光线的刻度线。
3.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:刚柔性支撑切换机构(20)为两组，分别设在两根固定支杆(`38)的两侧，包括刚性支撑杆(11)，弹簧(12)，紧固杆(13)；刚性支撑杆(11)的上端为沟槽(10)，下端为L型，其下端通过轴连接在固定支杆(38)上，可绕轴转动；两组刚性支撑杆(11)的下端L型末端通过横杆(41)连接在一起。
4.根据权利要求3所述的机械平衡实验仪，其特征在于:所述紧固杆(13)成曲折状，左端为插销部分，紧固杆(13)的中间位置通过轴连接在刚性支撑杆(11)的下端L型处，紧固杆(13)的左端通过弹簧(12)连接刚性支撑杆(11 )。
5.根据权利要求3或4所述的机械平衡实验仪，其特征在于:当为刚性支撑方式吋，刚性支撑杆(11)上端的沟槽(10)将刚性支撑杆(11)侧面的轴卡紧，紧固杆(13)左端部分插入底座(6)侧面凸台的凹槽中，防止在刚性支撑状态时刚性支撑杆(11)受外力晃动；当切换柔性支撑方式时，手捏紧固杆(13)外端，推动刚性支撑杆(11)绕轴转动，使刚性支撑杆(11)的沟槽(10)与支撑杆分离，支撑杆不受约束，不平衡质量旋转时的离心カ引起固定杆上下震动，将不平衡质量显示出来。
6.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:托盘升降机构(19)设有两组，分别设在两个待平衡圆盘(2)的正下方，由偏心轮(34)、支撑架(33)、棘爪机构(36)组成；支撑架(33)的圆直径比圆盘大,且带(16)可配合圆盘的凹槽；支撑架(33)下端的支杆为配合孔，设在底座(6)上的支柱上端套接在其配合孔内；偏心轮(34)通过轴设在支柱上，其上设有带(16)齿轮的手柄(37);偏心轮(34)的边缘与支撑架(33)下端支杆上的外延伸杆(35 )接触；棘爪机构(36 )与带(16 )齿轮的手柄(37 )形成棘轮装置，用于锁定偏心轮(34)。
7.根据权利要求1所述的机械平衡实验仪，其特征在于:活动卡盘由卡爪(32)、丝杆(31)、螺旋槽(29)、卡盘体(30)组成，质量块(28)可配合在丝杆(31)上，丝杆(31)的两侧设有用干支撑连接圆盘的横杆，横杆上设有半径刻度线(26)和角度刻度线(27);通过调节质量块(28)的位置来模拟不平衡质量的分布，包括对不平衡质量径向尺寸和角度的模拟。
8.根据权利要求7所述的机械平衡实验仪，其特征在于:质量块制成螺母状，与丝杆(31)构成丝杠螺母机构以便质量块( 28)在丝杆(31)上滑动。
【文档编号】G09B25/02GK103606334SQ201310639110
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】雷康, 赵丽, 周智 申请人:雷康, 赵丽, 周智
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1