一种机械式速度波动演示仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机械式速度波动演示仪，包括驱动机构、平衡阻尼机构、速度波动检测装置和激光显示与书写机构，所述驱动机构包括驱动电机和飞轮；所述平衡阻尼机构包括调阻螺钉、支撑架组件、弹性阻尼、滑块、导杆、曲柄圆、曲柄和挡块；所述速度波动检测装置包括推力杆、导向轴、箱体、透盖、轴、橡胶片、锁紧螺钉、密封轴承、O型圈、T型接头、保护壳和弹性薄膜；所述激光显示与书写机构包括机架，及固定在机架上的主动轴、从动轴、副电机、纸带、激光笔支架、激光笔和彩色笔；该装置可以让老师有效的展示速度波动与调节这一学习内容，避免传统教具演示过程中的“黑箱”，便于学生理解速度波动与调节这一学习内容，避免理解断层的发生。
【专利说明】一种机械式速度波动演示仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机械式速度波动演示仪。
【背景技术】
[0002] 在进行机械机构的运动分析、机构的设计中，往往将原动件假设为匀速运动的，但 在实际生产中，机械设备的原动件如电机等并不是匀速运动的，原动件的运动受机构中各 构件的质量、转动惯量和作用在其上的驱动力、阻抗力等影响，原动件的运动并不是匀速运 动而是波动的，因此为了对机构进行精确的运动分析和力的分析，就需要对机构原动件的 运动规律进行精确的描述，这对于高速、高精度和高自动化程度的机械设计是十分重要的。 因此"速度波动的调节"是机械类核心课程《机械原理》课中的重要内容。然而，结合学习 实际，并经过大量的调研发现，在《机械原理》课程教学与学习中，"速度波动的调节"由于要 改变传统观念和默认，即原动件是"匀速"的，加上课程内容较为深奥，以致于这一内容存在 "老师教学难、学生学习难"的状态，因此需要一种能便于学生观察的演示教具。
[0003] 教具的开发不仅能直接使相关的老师和学生受益，同时教具的开发也可带来直接 的经济效益。2012年教育部印发《教育十年发展规划（2011-2020年》，确定了坚持面向未 来，育人为本；坚持应用驱动，共建共享；坚持统筹规划，分类推进；坚持深度融合，引领创 新的工作方针。2012年中央财政教育支出安排3781. 32亿元。国家政策的支持使得教具业 生产有了政策和资金的保障，使教具产业方兴未艾，因此产生了很多教具企业，如湖南长沙 形成了大型的教具工业园区，杭州、宁波等地出现了多家大型教生产企业，如杭州天煌教仪 公司等等，可见教具的开发不仅具有较好的社会效益，还有广阔的市场前景。
[0004] 目前，由于速度波动与调节这一学习内容的重要性和这一内容的特殊性，使多个 企业关注到了这一教具的研发，如湖南宇航科技公司，湖南百瑞德教具有限公司、上海东方 教具有限公司、山东现代教具有限公司等。在现在的情况下，多个企业的教具呈现了基本相 同的形式，其原理是用机械的方式构成速度波动，用电子测控的方式反应速度变化。用这一 结构形式具有结构简单、能数字化反应实验效果等优点，但这一结构形式系统构成较复杂， 它需要用机械结构、传感检测系统、计算机系统等组成，这就导致于这一设备体积庞大，只 能安置于实验室内，使之难以移动，一般只能固定地放置于实验室中，难以带入课堂，难以 成为一种教学展不的教具。
[0005] 同时这一系列的教具的直观性不够，由于对速度及波动的测量是借助电子电路实 现的，因此速度波动这一现象与最后呈现的速度变化的波形之间存在一个"黑箱"，即如何 将旋转速度变化成为波形的变化是不可见，不可知的。若要弄清中间的变化需要花费较多 的时间，但这不是课程教学内容，若忽视了这一"黑箱"，则老师的教学与学生的学习中，对 事物的理解是存在断层的，因此教学中需要一种新型的关于速度波动与高度的实验设备或 是教学教具，使教学更加直观，更好地在老师的"教"、学生的"学"之中发挥作用，鉴于这一 思考情况下，需要开发一种新的演示教具，以避免教具演示过程中的"黑箱"使得学生可以 更为直观的观察。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种机械式速度波动演示仪，该装置可以让老师 有效的展示速度波动与调节这一学习内容，避免传统教具演示过程中的"黑箱"，便于学生 理解速度波动与调节这一学习内容，避免理解断层的发生，且本设备较为轻盈，携带十分便 利，结构简单，造价低廉。
[0007] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案： 一种机械式速度波动演示仪，包括； 驱动机构，所述驱动机构包括驱动电机和飞轮，所述飞轮紧固在所述驱动电机的输出 轴的末端上； 平衡阻尼机构，所述平衡阻尼机构包括调阻螺钉、支撑架组件、弹性阻尼、滑块、导杆、 曲柄圆、曲柄和挡块；所述支撑架组件设置有两组，对称设置在曲柄圆的两侧，单侧支撑架 组件包括两个支撑架，所述导杆设置有两根，套设在两支撑架之间，并且两导杆之间相互平 行，所述滑块套设在两导杆之间，所述曲柄一端连接曲柄圆另一端连接所述滑块，所述挡块 设置在导杆上，所述调阻螺钉设置在外侧的支撑架上，并且旋入端与所述挡块相抵，所述弹 性阻尼设置在导杆上，并且位于所述挡块与滑块之间； 速度波动检测装置，所述速度波动检测装置包括推力杆、导向轴、箱体、透盖、轴、橡胶 片、锁紧螺钉、密封轴承、0型圈、T型接头、保护壳和弹性薄膜；所述箱体内部具有一个T字 形的容腔，所述密封轴承对称设置有两个，设置在所述容腔内，所述传动轴贯穿该两个密封 轴承，并且所述传动轴的两端均延伸至箱体外部，所述传动轴的一端通过T型接头连接所 述保护壳，所述传动轴另一端连接所述曲柄圆，所述导向轴通过锁紧螺钉紧固在所述箱体 的顶部，并且下端面延伸至容腔内，所述推力杆设置在所述导向轴内部，所述透盖设置在箱 体的两侧，并封闭所述密封轴承，所述橡胶片相抵在所述透盖与箱体之间，所述传动轴的轴 身位置处设置有一个卡槽，所述0型圈卡在所述卡槽内，所述弹性薄膜设置在所述保护壳 内，并且所述弹性薄膜内部具有空腔，该空腔与所述箱体内部的容腔相通；所述驱动电机与 所述传动轴相配合； 激光显示与书写机构，所述激光显示与书写机构包括机架，及固定在机架上的主动轴、 从动轴、副电机、纸带、激光笔支架、激光笔和彩色笔，所述副驱动电机的输出端与所述主动 轴相连，所述主轴承和从动轴处于同一坚直面，所述纸带缠绕在主动轴和从动轴之间，所述 激光笔支架固定在机架上，所述激光笔架设在所述激光笔之间上，所述彩色笔固定在推力 杆顶部，并且所述推力杆顶部还与所述激光笔相抵 作为优选的技术方案，所述曲柄与所述曲柄圆之间，所述曲柄与所述滑块之间均连接 有螺栓。
[0008] 本发明的有益效果是： 1. 相对于现有实验的只有载荷的单因素实验，可变为是转动惯量、系统载荷、，系统动 平衡等多因素下的实验，并可进行正交实验，将验证性实验设备开发成综合性、研究性实验 设备； 2. 相对于传统实验，这一实验设备可更直观、灵敏度高、响应快、结果更真实可靠、维护 方便等优点； 3. 可新增多个实验项目：载荷对速度影响实验、转动惯量对速度影响实验、机构平衡 实验、机构平衡对速度影响实验、机构平衡对系统振动影响实验等等； 4. 该装置可以让老师有效的展示速度波动与调节这一学习内容，避免传统教具演示过 程中的"黑箱"，便于学生理解速度波动与调节这一学习内容，避免理解断层的发生，且本设 备较为轻盈，携带十分便利，结构简单，造价低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0010] 图1为本发明的结构示意图； 图2为速度波动检测装置的剖视图。
[0011] 图中附图标记： 1、驱动电机；2、飞轮；3、平衡阻尼机构；301、调阻螺钉；302、支撑架；303、弹性阻尼； 304、滑块；305、导杆；306、曲柄圆；307、曲柄；308、挡块；4、速度波动检测装置；401、推力 杆；402、导向轴；403、箱体；404、透盖；405、传动轴；406、橡胶片；407、锁紧螺钉；408、密封 轴承；409、0型圈；410、T型接头；411、保护壳；412、弹性薄膜；501、机架；502、主动轴；503、 从动轴；504、副电机；505、纸带；506、激光笔支架；507、激光笔；508、彩色笔。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0013] 参阅图1和图2所示的一种机械式速度波动演示仪，包括； 驱动机构，所述驱动机构包括驱动电机和飞轮，所述飞轮紧固在所述驱动电机的输出 轴的末端上； 平衡阻尼机构，所述平衡阻尼机构包括调阻螺钉、支撑架组件、弹性阻尼、滑块、导杆、 曲柄圆、曲柄和挡块；所述支撑架组件设置有两组，对称设置在曲柄圆的两侧，单侧支撑架 组件包括两个支撑架，所述导杆设置有两根，套设在两支撑架之间，并且两导杆之间相互平 行，所述滑块套设在两导杆之间，所述曲柄一端连接曲柄圆另一端连接所述滑块，所述挡块 设置在导杆上，所述调阻螺钉设置在外侧的支撑架上，并且旋入端与所述挡块相抵，所述弹 性阻尼设置在导杆上，并且位于所述挡块与滑块之间； 速度波动检测装置，所述速度波动检测装置包括推力杆、导向轴、箱体、透盖、轴、橡胶 片、锁紧螺钉、密封轴承、〇型圈、T型接头、保护壳和弹性薄膜；所述箱体内部具有一个T字 形的容腔，所述密封轴承对称设置有两个，设置在所述容腔内，所述传动轴贯穿该两个密封 轴承，并且所述传动轴的两端均延伸至箱体外部，所述传动轴的一端通过T型接头连接所 述保护壳，所述传动轴另一端连接所述曲柄圆，所述导向轴通过锁紧螺钉紧固在所述箱体 的顶部，并且下端面延伸至容腔内，所述推力杆设置在所述导向轴内部，所述透盖设置在箱 体的两侧，并封闭所述密封轴承，所述橡胶片相抵在所述透盖与箱体之间，所述传动轴的轴 身位置处设置有一个卡槽，所述O型圈卡在所述卡槽内，所述弹性薄膜设置在所述保护壳 内，并且所述弹性薄膜内部具有空腔，该空腔与所述箱体内部的容腔相通；所述驱动电机与 所述传动轴相配合； 激光显示与书写机构，所述激光显示与书写机构包括机架，及固定在机架上的主动轴、 从动轴、副电机、纸带、激光笔支架、激光笔和彩色笔，所述副驱动电机的输出端与所述主动 轴相连，所述主轴承和从动轴处于同一坚直面，所述纸带缠绕在主动轴和从动轴之间，所述 激光笔支架固定在机架上，所述激光笔架设在所述激光笔之间上，所述彩色笔固定在推力 杆顶部，并且所述推力杆顶部还与所述激光笔相抵 作为优选的技术方案，所述曲柄与所述曲柄圆之间，所述曲柄与所述滑块之间均连接 有螺栓。
[0014] 本实施例中驱动电机的选型 驱动电机的极数一般可选2、4、6极。由于该试验台所检测的速度范围是(T400r/min， 为了让皮带轮的直径尽可能的小，在此我们选取4极，转速为lOOOr/min的电动机，因此所 需的传动比〖=2_5。
【权利要求】
1. 一种机械式速度波动演示仪，其特征在于：包括； 驱动机构，所述驱动机构包括驱动电机和飞轮，所述飞轮紧固在所述驱动电机的输出 轴的末端上； 平衡阻尼机构，所述平衡阻尼机构包括调阻螺钉、支撑架组件、弹性阻尼、滑块、导杆、 曲柄圆、曲柄和挡块；所述支撑架组件设置有两组，对称设置在曲柄圆的两侧，单侧支撑架 组件包括两个支撑架，所述导杆设置有两根，套设在两支撑架之间，并且两导杆之间相互平 行，所述滑块套设在两导杆之间，所述曲柄一端连接曲柄圆另一端连接所述滑块，所述挡块 设置在导杆上，所述调阻螺钉设置在外侧的支撑架上，并且旋入端与所述挡块相抵，所述弹 性阻尼设置在导杆上，并且位于所述挡块与滑块之间； 速度波动检测装置，所述速度波动检测装置包括推力杆、导向轴、箱体、透盖、轴、橡胶 片、锁紧螺钉、密封轴承、0型圈、T型接头、保护壳和弹性薄膜；所述箱体内部具有一个T字 形的容腔，所述密封轴承对称设置有两个，设置在所述容腔内，所述传动轴贯穿该两个密封 轴承，并且所述传动轴的两端均延伸至箱体外部，所述传动轴的一端通过T型接头连接所 述保护壳，所述传动轴另一端连接所述曲柄圆，所述导向轴通过锁紧螺钉紧固在所述箱体 的顶部，并且下端面延伸至容腔内，所述推力杆设置在所述导向轴内部，所述透盖设置在箱 体的两侧，并封闭所述密封轴承，所述橡胶片相抵在所述透盖与箱体之间，所述传动轴的轴 身位置处设置有一个卡槽，所述0型圈卡在所述卡槽内，所述弹性薄膜设置在所述保护壳 内，并且所述弹性薄膜内部具有空腔，该空腔与所述箱体内部的容腔相通；所述驱动电机与 所述传动轴相配合； 激光显示与书写机构，所述激光显示与书写机构包括机架，及固定在机架上的主动轴、 从动轴、副电机、纸带、激光笔支架、激光笔和彩色笔，所述副驱动电机的输出端与所述主动 轴相连，所述主轴承和从动轴处于同一坚直面，所述纸带缠绕在主动轴和从动轴之间，所述 激光笔支架固定在机架上，所述激光笔架设在所述激光笔之间上，所述彩色笔固定在推力 杆顶部，并且所述推力杆顶部还与所述激光笔相抵。
2. 根据权利要求1所述的机械式速度波动演示仪，其特征在于：所述曲柄与所述曲柄 圆之间，所述曲柄与所述滑块之间均连接有螺栓。
【文档编号】G09B23/00GK104332084SQ201410695311
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】徐洪, 朱钱军, 周紫瑞, 崔健, 陈忆, 王颖鹏, 吴臻贺, 黄品涵 申请人:浙江师范大学