科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置的制作方法

本实用新型属于运动学和动力学的实验教学装置技术领域，具体涉及一种科氏加速度演示测量及加速度合成定理检验实验装置。

背景技术：

在分析物体的合成运动时，当动系作定轴转动，动点在某瞬时的绝对加速度等于该瞬时它的牵连加速度、相对加速度与科氏加速度的矢量和。科氏加速度是由于动系为转动时，牵连运动与相对运动相互影响产生的。与科氏加速度对应的力叫科氏力。科氏加速度广泛的存在于我们的现实生活，例如河床两岸冲刷不一样，南北半球旋风旋向相反等。科氏加速度是《理论力学》和《机械原理》等课程中的重难点，主要是科氏加速度较为抽象，产生原因和方向判断较难理解。科氏加速度的产生由于伴随转动，故一般情况下不易观察。因此需要通过实验装置直观的展示科氏加速度的现象，测量其大小。加速度合成定理涉及空间矢量运算，也较为复杂，需要在测量科氏加速度的基础上进一步对合加速度分量进行检验。

为了演示或测量科氏加速度，已有一些实验装置。

专利号ZL201420694536.3，授权公告号CN 204257073 U，授权公告日 2015.04.08，申请人为：浙江师范大学，申报的专利：一种科氏加速度演示仪，该演示仪的变频电机带动大转盘旋转，在大转盘上直流电机驱动皮带运动，则皮带受到在水平面内垂直于皮带方向的科氏力，皮带向中间靠拢或向两边分开。随着转速和皮带倾角的变化，科氏力变化，相应皮带靠拢或分开的距离发生变化。河海大学研制的转盘水泵式演示平台与之类似。该类实验装置可演示科氏加速度的现象，但是体积较大，而且不能测量科氏力或科氏加速度的大小。

专利号ZL201410209679.5，授权公告号CN 104021708 B，授权公告日 2016.06.08，申请人为：上海理工大学，申报的专利：科氏加速度演示仪以及科氏惯性力测量方法，该科氏加速度演示仪增加了科氏力测量部分。启动电机，让内筒和皮带反向转动，使皮带的两直边靠近，用红外激光测距仪记录两直边的最小间距。关闭电机，推动两个推杆，分别驱动两个压力传感器推动两个滑块在导轨上滑动，挤压皮带两条直边，使其距离与上述最小距离相同，将压力传感器上的气压表读数乘以感应器活塞的面积，即可得科氏力的大小。该实验装置虽然可以测量科氏力，但是采用间接方法测量，皮带在科氏力作用下变形后的形状和滑块作用下的变形后的形状有差别；皮带的实际受力还包括了产生牵连加速度的向心力，因此测量误差较大。

另外武汉理工大学胡芮在受科氏力作用的滑块上安装指针，指针上的画笔记录指针轨迹进行定量分析；南京航空航天大学王松松用受科氏力作用的钢球压迫弹簧，弹簧发生变形，利用滑轮、引线和位移补偿丝杆组成的传递机构，将弹簧变形量传递到显示装置，从而显示科氏加速度的存在。这些装置的测量方法都是间接法，测量误差大、结构复杂、成本较高。

而对于加速度合成定理检验的实验装置未见报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种科氏加速度演示测量及加速度合成定理检验实验装置，既可以演示科氏加速度现象，也可以测试科氏加速度大小，分析影响科氏加速度的因素，另外还能通过实验装置检验加速度合成定理。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。

科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置，该实验装置包括牵连运动组件、相对运动组件和测量传感器；

牵连运动组件包括机架、第一电机、第一转轴和第一转盘；机架由上支撑板、底板和侧板组成；第一电机设置在机架内部，第一电机的输出轴上设置有第一齿轮；第一转轴底部设置在底板上，第一转轴与底板之间设置有第一轴承；第一转轴中部套有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合；第一转轴上部穿过上支撑板，第一转轴与上支撑板之间设置有第二轴承；第一转轴顶部设置有第一法兰，第一转轴的顶部通过第一法兰支撑第一转盘；第一转轴垂直于第一转盘，第一转轴的顶部位于第一转盘的圆心位置；

相对运动组件包括第一支撑架、第二支撑架、第二电机、第二转轴和第二转盘；第一支撑架和第二支撑架设置在第一转盘上，第二电机设置在第一支撑架上；第二转盘呈竖直设置，第二转轴穿过第二转盘的圆心；第二电机的输出轴通过联轴器与第二转轴的一端连接，第二转轴的另一端支撑在第二支撑架上，第二转轴与第二支撑架之间设置有第三轴承；第二转轴上还设置有第二法兰，第二转盘通过第二法兰安装在第二转轴上；

测量传感器包括转速传感器和加速度传感器；转速传感器用于测量第一转盘和第二转盘的转速大小及方向；加速度传感器用于测量第二转盘上的某一点在三个正交方向上的加速度。

其中，第一转盘上设置有第一导槽和第二导槽，第一支撑架的底部嵌在第一导槽上，第二支撑架的底部嵌在第二导槽上；第一支撑架在第一导槽上的安装位置可调，第二支撑架在第二导槽上的安装位置可调。

本实用新型实验装置在进行科氏加速度现象演示时，第二转盘采用软质圆盘；该实验装置在进行科氏加速度公式检验和加速度合成定理检验时，第二转盘采用硬质圆盘。第二转盘为硬质圆盘时，第二转盘的盘面上设置有第三导槽和第四导槽，第三导槽和第四导槽以第二转盘的圆心O2对称分布，且第三导槽的对称线L1、第四导槽的对称线L2和第二转盘的圆心O2位于同一条直线上；第三导槽上设置有第一三向加速度传感器，第一三向加速度传感器在第三导槽上的安装位置可调；第四导槽上设置有第二三向加速度传感器，第二三向加速度传感器在第四导槽上的安装位置可调。

另外，第一转盘与机架之间的第一转轴上设置有集流环，集流环的外环固定在机架上，集流环的内环套在并固定在第一转轴上。

再者，第一电机为步进电机、变频电机或伺服电机，第二电机为步进电机、变频电机或伺服电机；第一电机通过第一驱动器与控制器连接，第二电机通过第二驱动器与控制器连接；控制器通过第一驱动器控制第一电机的转速大小和转速方向，控制器通过第二驱动器控制第二电机的转速大小和转速方向。

本实用新型的有益效果是:体积小巧、造价低、使用方便、直观，可应用于课堂教学、展示现象以及实验探究。既可用于直观演示科氏加速度的存在，便于理解科氏加速度产生原理；也可精确测量科氏加速度大小，帮助学生全方位理解科氏加速度的影响因素；同时还可以检验加速度合成定理。对于提高《理论力学》和《机械原理》等课程的教学效果具有重要作用。

附图说明

图1是本实用新型科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置的结构示意图；

图2是本实用新型科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置的另一个结构示意图；

图3是本实用新型第三导槽和第四导槽设置在第二转盘上的结构示意图；

图4是本实用新型第一电机、第二电机分别和控制器连接的结构示意图；

图5是本实用新型第一转盘和第二转盘运动示意图；

图6是本实用新型第一三向加速度传感器的坐标方向图；

图7是本实用新型第一三向加速度传感器测试科氏加速度的计算分析图；

图8是本实用新型第一三向加速度传感器检验加速度合成定理的计算分析图。

图中，1.机架；2.第一电机；3.集流环；4.第一法兰；5.第一支撑架； 6.第二电机；7.第一三向加速度传感器；8.联轴器；9.第二转轴；10.第二三向加速度传感器；11.第二齿轮；12.第一齿轮；13.第二转盘；14.第二法兰； 15.第一转盘；16.第一转轴；17.第二支撑架；18.上支撑板；19.底板；20.侧板；21.第一导槽；22.第三轴承；23.控制器；24.第一驱动器；25.第二驱动器； 26.第二导槽；27.第三导槽；28.第四导槽。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型提供一种科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置，包括牵连运动组件、相对运动组件和测量传感器。

牵连运动组件包括机架1、第一电机2、第一转轴16和第一转盘15；机架 1由上支撑板18、底板19和侧板20组成；第一电机2设置在机架1内部，第一电机2的输出轴上设置有第一齿轮12；第一转轴16底部设置在底板19上，第一转轴16与底板19之间设置有第一轴承；第一转轴16中部套有第二齿轮11，第一齿轮12与第二齿轮11啮合；第一转轴16上部穿过上支撑板18，第一转轴16与上支撑板18之间设置有第二轴承；第一转轴16顶部设置有第一法兰4，第一转轴16的顶部通过第一法兰4支撑第一转盘15；第一转轴16垂直于第一转盘15，第一转轴16的顶部位于第一转盘15的圆心位置。第一电机2工作时，第一电机2的输出轴转动，带动第一齿轮12转动，第一齿轮12再带动第二齿轮11转动，第二齿轮11既而带动第一转轴16转动，第一转轴16带动第一转盘15转动，实现牵连运动。

相对运动组件包括第一支撑架5、第二支撑架17、第二电机6、第二转轴9 和第二转盘13；第一支撑架5和第二支撑架17设置在第一转盘15上，第二电机6设置在第一支撑架5上；第二转盘13呈竖直设置，第二转轴9穿过第二转盘13的圆心；第二电机6的输出轴通过联轴器8与第二转轴9的一端连接，第二转轴9的另一端支撑在第二支撑架17上，第二转轴9与第二支撑架17之间设置有第三轴承22；第二转轴9上还设置有第二法兰14，第二转盘13通过第二法兰14安装在第二转轴9上。第二电机6工作时，第二电机6的输出轴转动，带动第二转轴9转动，第二转轴9带动第二转盘13转动，实现相对运动。

如图4所示，第一电机2为步进电机、变频电机或伺服电机，第二电机6 为步进电机、变频电机或伺服电机；第一电机2通过第一驱动器24与控制器23 连接，第二电机6通过第二驱动器25与控制器23连接；控制器23通过第一驱动器24控制第一电机2的转速大小和转速方向，控制器23通过第二驱动器25 控制第二电机6的转速大小和转速方向。

另外，如图2所示，第一转盘15上设置有第一导槽21和第二导槽26，第一支撑架5的底部嵌在第一导槽21上，第二支撑架17的底部嵌在第二导槽26 上。第一支撑架5在第一导槽21上的安装位置可调，第二支撑架17在第二导槽26上的安装位置可调。通过调整第一支撑架5在第一导槽21上的安装位置和第二支撑架17在第二导槽26上的安装位置，来调节第二转盘13在第一转盘 15上的位置，使得第一转盘15和第二转盘13相对位置发生变化。

进一步的，可以通过降低或升高第一支撑架5的高度，来改变第二转轴9 的倾斜角度，使得第一转盘15和第二转盘13的相对角度发生变化。

再者，第一转盘15与机架1之间的第一转轴16上设置有集流环3，集流环 3的外环固定在机架1上，集流环3的内环套在并固定在第一转轴16上。由于第二电机6随着第一转盘15一起旋转，采用线缆对其供电时线缆将发生缠绕，无法持续工作。因此在第一转盘15与机架1之间的第一转轴16上设置有集流环3，第二驱动器25的电流通过集流环3传输到上部的第二电机6。

本实用新型的测量传感器包括转速传感器和加速度传感器；转速传感器用于测量第一转盘15和第二转盘13的转速大小及方向；加速度传感器用于测量第二转盘13上的某一点在三个正交方向上的加速度。转速传感器可使用接触传感器或非接触式传感器，本实用新型优先选用非接触式传感器，在第一转盘15或第二转盘13上贴上反光标签，用非接触式传感器可测量其转速。加速度传感器采三向加速度传感器，用于测量第二转盘13上的某一点在三个正交方向上的加速度。

本实用新型实验装置在进行科氏加速度现象演示的时候，第二转盘13采用软质圆盘，可选材料为橡胶，第二转盘13为软质圆盘时，第二转盘13的盘面上无导槽及加速度传感器。

本实用新型实验装置在进行科氏加速度公式检验和加速度合成定理检验的时候，第二转盘13采用硬质圆盘，可选材料为亚克力玻璃。如图1所示，第二转盘13为硬质圆盘时，在第二转盘13的盘面上设置有第三导槽27和第四导槽28，第三导槽27和第四导槽28以第二转盘13的圆心O2对称分布，且第三导槽27的对称线L1、第四导槽28的对称线L2和第二转盘13的圆心O2位于同一条直线上，如图3所示；第三导槽27上设置有第一三向加速度传感器7，第一三向加速度传感器7在第三导槽27上的安装位置可调；第四导槽28上设置有第二三向加速度传感器10，第二三向加速度传感器10在第四导槽28上的安装位置可调。

本实用新型的数据测试终端用于显示、记录测试数据。转速传感器测试出的数据通过转速仪上的显示屏直接显示出来，而加速度传感器测试出来的数据通过有线或无线方式传给手机或电脑，手机或电脑上能实时显示加速度传感器测试出来的各种数据，通过数据处理计算，检验科氏加速度的计算表达式及加速度合成定理。具体地，有线方式是将第二转盘13上加速度传感器测试出的数据通过集流环3传输给手机或电脑；无线方式是将加速度传感器与电池、无线信号发射器集成为一个小模块，通过无线信号的发射和接收将加速度传感器测试出的数据传输给手机或电脑，比如蓝牙无线传输方式。

一、基于本实用新型科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置进行科氏加速度现象演示的方法为：

步骤1，

准备工作：调节机架1使第一转盘15处于水平状态，第二转盘13采用软质圆盘，将第二转盘13安装在第二转轴9上，调节第一支撑架5和第二支撑架 17的高度，使第二转盘13与第一转盘15垂直，且第二转盘13圆心的垂直投影与第一转盘15的圆心重合；第二转盘13上无需安装加速度传感器；

步骤2，

对第一电机2的转速进行校核：启动第一电机2，关闭第二电机6，向控制器23输入参数，依据输入的参数可计算出第一转盘15转速的理论值；为保证准确，采用非接触式转速传感器测量第一转盘15转速的实际值；记录下控制器 23不同输入参数对应的转速实际值，以备实验时使用；

对第二电机6的转速进行校核：启动第二电机6，关闭第一电机2，向控制器23输入参数，依据输入的参数可计算出第二转盘13转速的理论值；为保证准确，采用非接触式转速传感器测量第二转盘13转速的实际值；记录下控制器 23不同输入参数对应的转速实际值，以备实验时使用；

步骤3，

3.1当第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，而第二转盘13不转动时，虽然有动坐标系的转动而没有相对运动，没有科氏力产生，此时软质材料的第二转盘13不发生变形；

3.2当第一转盘15不转动，第二转盘13按照设定好的转速匀速转动，只有相对运动而没有动坐标系的转动，没有科氏力产生，此时软质材料的第二转盘13不发生变形；

3.3当第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动时，由于动坐标系的转动和动点在动坐标系上的相对运动，产生了科氏力，科氏力促使软质材料的第二转盘13的上部和下部沿着第二转轴 9的轴向分别向相反的方向偏斜，从而直观地演示了科氏加速度效应；然后改变第一转盘15或第二转盘13转动速度的大小和方向，观察第二转盘13变形的大小和方向发生的变化，从而展示转速大小和方向对科氏力的影响；

3.4通过调整第一支撑架5在第一导槽21上的安装位置和第二支撑架17在第二导槽26上的安装位置，来调节第二转盘13在第一转盘15上的位置，然后使第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动时，观察软质材料的第二转盘13变形的变化，展示第一转盘15和第二转盘13相对位置变化对科氏力的影响；

3.5将本实用新型实验装置恢复至步骤1的初始状态；再降低或升高第一支撑架5的高度，来改变第二转轴9的倾斜角度；然后使第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动，观察软质材料的第二转盘13变形的变化，展示第一转盘15和第二转盘13相对角度变化对科氏力的影响。

二、基于本实用新型科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置对科氏加速度公式进行检验的方法为：

步骤1，

准备工作：调节机架1使第一转盘15处于水平状态，第二转盘13采用硬质圆盘，将第二转盘13安装在第二转轴9上，调节第一支撑架5和第二支撑架 17的高度，使第二转盘13与第一转盘15垂直，且第二转盘13圆心的垂直投影与第一转盘15的圆心重合；并在第二转盘13的第三导槽27和第四导槽28上安装第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10，且第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10以第二转盘13圆心O2为中心对称分布；转动第二转盘13使第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10位于同一水平面内，然后保持第一转盘15和第二转盘13静止不动，打开第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10进行调零；

步骤2，

对第一电机2的转速进行校核：启动第一电机2，关闭第二电机6，向控制器23输入参数，依据输入的参数可计算出第一转盘15转速的理论值；为保证准确，采用非接触式转速传感器测量第一转盘15转速的实际值；记录下控制器 23不同输入参数对应的转速实际值，以备实验时使用；

对第二电机6的转速进行校核：启动第二电机6，关闭第一电机2，向控制器23输入参数，依据输入的参数可计算出第二电机6转速的理论值；为保证准确，采用非接触式转速传感器测量第二电机6转速的实际值；记录下控制器23 不同输入参数对应的转速实际值，以备实验时使用；

步骤3，

3.1当第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，而第二转盘13不转动时，虽然有动坐标系的转动而没有相对运动，没有科氏加速度产生，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10同时测得垂直于第二转盘13方向上的加速度为零；

3.2当第一转盘15不转动，第二转盘13按照设定好的转速匀速转动时，只有相对运动而没有动坐标系的转动，没有科氏加速度产生，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10同时测得垂直于第二转盘13方向上的加速度为零；

3.3当第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动时，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器 10测得垂直于第二转盘13方向上的加速度呈正弦规律变化；记录第一转盘15 和第二转盘13转速的大小和方向、科氏加速度的大小和方向；

然后改变第一转盘15或第二转盘13转动速度的大小和方向，或沿着第三导槽27和第四导槽28调节第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器 10在第二转盘13上距离圆心O2的位置，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10测得垂直于第二转盘13方向上的加速度大小或方向发生变化；记录第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在第二转盘13 上距离圆心O2的位置变化，并记录第一转盘15和第二转盘13转速的大小和方向、科氏加速度的大小和方向；

3.4将本实用新型实验装置恢复至步骤1的初始状态；再通过调整第一支撑架5在第一导槽21上的安装位置和第二支撑架17在第二导槽26上的安装位置，来调节第二转盘13在第一转盘15上的位置，然后使第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10测得垂直于第二转盘13方向上的加速度变化规律发生变化；记录第二转盘13在第一转盘15上的位置变化，并记录第一转盘15和第二转盘13转速的大小和方向、科氏加速度的大小和方向；

3.5将本实用新型实验装置恢复至步骤1的初始状态；再通过降低或升高第一支撑架5的高度，来改变第二转轴9的倾斜角度，使得第一转盘15和第二转盘13相对角度发生变化，然后使第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10测得垂直于第二转盘13方向上的加速度变化规律发生变化；记录第一支撑架5的高度变化，并记录第一转盘15和第二转盘13转速的大小和方向、科氏加速度的大小和方向；

步骤4，

对记录数据进行整理计算，检验科氏加速度公式。

在上述本实用新型装置进行科氏加速度测量的过程中：(注：以下分析与计算都是以第一三向加速度传感器7为例，以第一三向加速度传感器7的位置点 M作为检测点，第二三向加速度传感器10作为对称和补充，第二三向加速度传感器10的分析计算与第一三向加速度传感器7完全相同，在此不做赘述。)

如图5所示，第一转盘15的圆心为O1，第二转盘13的圆心为O2。第一转盘15作定轴转动，角速度ωe，其运动为牵连运动。在第二转盘13上设定动参考系O2xyz，x轴平行于第二转盘13沿水平方向，y轴平行于第二转盘13沿垂直方向，z轴垂直于第二转盘13沿水平方向。第二转盘13绕z轴旋转，角速度ωr，其运动为相对运动。

在第二转盘13上设置了第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10；如图6所示，第一三向加速度传感器7或第二三向加速度传感器10可以同时测量x′、y′、z′三个方向的加速度，其中z′轴方向与z轴平行，y′轴沿第二转盘13的周向，x′轴沿第二转盘13的径向。

科氏加速度是由于动系为转动时，牵连运动与相对运动相互影响产生的，科氏加速度矢量表达式为

其中，表示坐标系O2xyz转动的牵连角速度矢量，表示动点相对于动坐标系O2xyz的相对运动速度矢量。以第一三向加速度传感器7的位置点M为例，其相对运动速度大小为

vr＝rωr (2)

其中，r是点M到圆心O2的距离，如图7所示，点M与圆心O2的连线与x 轴的夹角为α；科氏加速度方向与第二转盘13垂直；根据矢量叉乘关系式，可得科氏加速度ac大小：

ac＝2ωevrx＝2ωevr sinθ (3)

其中，θ为牵连运动的角速度矢量方向与相对运动的速度方向的夹角，由图 7可知

θ＝α (4)

当第二转盘13匀速转动时，

α＝ωrt (5)

t为第一三向加速度传感器7从水平位置开始转动的时间；

由式(2)(3)(4)(5)得

ac＝2ωerωr sinωrt (6)

由式(6)可知，被测点M的科氏加速度呈余弦规律变化。当被测点M转到与水平方向夹角α＝0°或180°时，科氏加速度为零；当被测点M转到与水平方向夹角α＝90°或-90°时，科氏加速度取最大值或最小值(由第二转盘13的转动方向决定)

acmax＝-acmin＝2ωerωr (7)

通过测试第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在z′方向的加速度值，与上式计算结果比较，可检验科氏加速度公式。

三、基于本实用新型科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置对加速度合成定理进行检验的方法为：

步骤1，

准备工作：调节机架1使第一转盘15处于水平状态，第二转盘13采用硬质圆盘，将第二转盘13安装在第二转轴9上，调节第一支撑架5和第二支撑架17的高度，使第二转盘13与第一转盘15垂直，且第二转盘13圆心的垂直投影与第一转盘15的圆心重合；并在第二转盘13的第三导槽27和第四导槽28上安装第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10，且第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10以第二转盘13圆心O2为中心对称分布；转动第二转盘13使第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10位于同一水平面内，然后保持第一转盘15和第二转盘13静止不动，打开第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10进行调零；

步骤2，

对第一电机2的转速进行校核：启动第一电机2，关闭第二电机6，向控制器23输入参数，依据输入的参数可计算出第一转盘15转速的理论值；为保证准确，采用非接触式转速传感器测量第一转盘15转速的实际值；记录下控制器 23不同输入参数对应的转速实际值，以备实验时使用；

对第二电机6的转速进行校核：启动第二电机6，关闭第一电机2，向控制器23输入参数，依据输入的参数可计算出第二转盘13转速的理论值；为保证准确，采用非接触式转速传感器测量第二转盘13转速的实际值；记录下控制器 23不同输入参数对应的转速实际值，以备实验时使用；

步骤3，

3.1当第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，而第二转盘13不转动时，虽然有动坐标系的转动而没有相对运动，此时牵连加速度不为零，相对加速度和科氏加速度为零；记录第一转盘15转速的大小和方向，并记录第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在x′、y′、z′三个方向上的加速度大小和方向；

3.2当第一转盘15不转动，第二转盘13按照设定好的转速匀速转动时，只有相对运动而没有动坐标系的转动，此时相对加速度不为零，牵连加速度和科氏加速度为零；记录第二转盘13转速的大小和方向，并记录第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在x′、y′、z′三个方向上的加速度大小和方向；

3.3当第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动时，此时同时有牵连加速度、相对加速度和科氏加速度的产生；记录第一转盘15和第二转盘13转速的大小和方向，并记录第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在x′、y′、z′三个方向上的加速度大小和方向；

然后改变第一转盘15或第二转盘13转动速度的大小和方向，或沿着第三导槽27和第四导槽28调节第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器 10在第二转盘13上距离圆心O2的位置；此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10测得在x′、y′、z′三个方向上的加速度大小和方向发生变化；记录第一转盘15和第二转盘13转速的大小和方向，记录第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在第二转盘13上距离圆心O2的位置变化，并记录第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在x′、y′、z′三个方向上的加速度大小和方向；

3.4将本实用新型实验装置恢复至步骤1的初始状态；再通过调整第一支撑架5在第一导槽21上的安装位置和第二支撑架17在第二导槽26上的安装位置，来调节第二转盘13在第一转盘15上的位置；然后使第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10测得在x′、y′、z′三个方向上的加速度变化规律发生变化；记录第二转盘13在第一转盘15上的位置变化，记录第一转盘15和第二转盘13转速的大小和方向，并记录第一三向加速度传感器7 和第二三向加速度传感器10在x′、y′、z′三个方向上的加速度大小和方向；

3.5将本实用新型实验装置恢复至步骤1的初始状态；再通过降低或升高第一支撑架5的高度，来改变第二转轴9的倾斜角度，使得第一转盘15和第二转盘13相对角度发生变化；然后使第一转盘15按照设定好的转速匀速转动，同时第二转盘13按照设定好的转速匀速转动，此时第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10测得在x′、y′、z′三个方向上的加速度的大小和方向发生变化；记录第一支撑架5的高度变化，记录第一转盘15和第二转盘13转速的大小和方向，记录第一三向加速度传感器7和第二三向加速度传感器10在x′、 y′、z′三个方向上的加速度大小和方向；

步骤4，

对记录数据进行整理计算，检验加速度合成定理。

在上述本实用新型装置进行加速度合成定理检验的过程中：(注：以下分析与计算都是以第一三向加速度传感器7为例，以第一三向加速度传感器7的位置点M作为检测点，第二三向加速度传感器10作为对称和补充，第二三向加速度传感器10的分析计算与第一三向加速度传感器7完全相同，在此不做赘述。)

依据牵连运动是定轴转动的加速度合成定理的矢量表达式

其中，为牵连加速度矢量，为相对加速度矢量，为科氏加速度矢量。作为示例，这里第二转盘13垂直于第一转盘15，第二转盘13圆心O2的垂直投影与第一转盘15的圆心O1重合；第一转盘15匀速转动时，牵连加速度的大小为

ae＝rcosαωe² (9)

牵连加速度方向沿水平方向平行于第二转盘13，如图8。

第二转盘13匀速转动时，相对加速度的大小为

ar＝rωr² (10)

相对加速度方向沿第二转盘13的半径指向圆心O2，如图8。

依据坐标转换关系，第一三向加速度传感器7在y′方向测得的加速度大小为：

ay′＝aesinα (11)

联立式(5)、式(9)和式(11)得

即第一三向加速度传感器7在y′方向测得的加速度呈正弦规律变化，周期为第二转盘13周期的一半，当被测点M转到与水平方向夹角α＝-45°或135°时取最大值为当被测点转到与水平方向夹角α＝45°或-135°时，取最小值为

第一三向加速度传感器7在x′方向测得的加速度大小为：

ax′＝-ar-aecosα (13)

联立式(5)、式(9)、式(10)和式(13)得

即第一三向加速度传感器7在x′方向测得的加速度呈余弦规律变化，周期为第二转盘13周期的一半。当被测点转到与水平方向夹角α＝0°或180°时，取最小值为-rωr²-rωe²；当被测点M转到与水平方向夹角α＝90°或-90°时，取最大值为-rωr²。

第一三向加速度传感器7在z′方向测得的加速度即前面的科氏加速度。通过测量，若加速度传感器在三个方向测得的数据在误差范围内，则检验了加速度合成定理。