专利名称：热机循环实验装置的制作方法
技术领域：
本装置属物理教学演示仪器。
国内外已有的热机循环演示仪是采用加热方式进行模拟演示热机的工作循环，示动图(P-V图)是采取激光投射方法进行描绘的。
研制本仪器的目的在于使物理教师能利用该仪器在课堂上真实地演示热机的工作过程，便于讲解热机循环中各个分过程的热力学特征，使学生能够生动形象地理解热机循环的基本理论。
新研制的热机循环实验装置的气缸用透明有机玻璃制作，以汽油为燃料，可以观察到热机的内部构造及其真实地演示出热机的工作过程。并且用柱塞压强计上的记录笔，可把P-V图绘制在透明的记录板上。热机用火花塞打火，能够连续工作，演示现象逼真，记录方法简便、直接，还可以利用投影仪把P-V图投影在银幕上进行放大观察。可供各类学校讲授热机原理之用。
该仪器由曲柄连杆机构、机体、配气系统、点火系统、记录装置五部分构成。
曲柄连杆机构主要由活塞[1]、活塞杆[2]、连杆[4]、曲轴轮[6]、飞轮[5]等部件组成。
活塞[1]的主体用有机玻璃加工而成，顶部用耐热耐油橡胶制作，最顶部可为铝制的换气突起板。活塞[1]与气缸[13]之间应摩擦力小、密封性好。活塞[1]用活塞杆[2]与连杆[4]的小头相连接。活塞杆[2]可用φ5不锈钢棒制成，连杆[4]可用铜材制作。连杆[4]的大头与曲轴[6]的曲柄相连接，曲轴[6]可用钢材制成。曲轴[6]的主轴与飞轮[5]紧固在一起，飞轮[5]可为铸铁制成。
机体部分主要由气缸[13]、气缸垫[15]、气缸盖[16]、气缸底[11]、密封套管[3]、支撑板[7]、底座[8]、紧固螺杆[14]等部件组成。
气缸[13]可用φ40壁厚约为5mm的透明有机玻璃加工而成，在壁上开有进气口、换气口、排气口。气缸[13]的顶部用气缸垫[15]与气缸盖[16]密封；气缸[13]的底部也用气缸垫与气缸底[11]密封。气缸垫[15]用耐热耐油橡胶制成；气缸盖[16]和气缸底[11]均用铝合金材料制成。气缸盖[16]与气缸底[11]之间用四根紧固螺杆[14]加以固定，使气缸[13]的两端密封良好。气缸底[11]与活塞[1]之间形成换气室(一般二冲程汽油机的曲轴箱为换气室)。在气缸底[11]上安装有活塞杆[2]的密封套管[3]，使活塞杆[2]作未复运动时，也能保证换气室不漏气。气缸底[11]又与支撑板[7]紧固。支撑板[7]可用厚度为10mm的透明有机玻璃制作，在曲轴[6]的主轴位置处装有轴承。支撑板[7]、气缸底[11]、气缸盖[16]均固定在底座[8](可用铸铁制造)，其表面和飞轮[5]的表面均为烤漆处理。
配气系统主要由汽油蒸气室[12]、换气管道[26]及气缸[13]上的进气口、换气口、排气口等部分所组成。
汽油蒸气室[12]可用透明有机玻璃制成，上部与进气口相连接，侧壁开有小圆孔，可使空气进入室内。换气管道也用透明有机玻璃制作，用三氯甲烷把它与气缸[13]粘合在一起，气缸[13]上的两个换气口与换气管道[26]形成混合气的换气通道。当活塞[1]向右运行时，换气室内形成一定的真空度，又当活塞[1]把进气口开启时，在大气压力作用下，把空气吸入汽油蒸气室[12]、并与汽油蒸气混合形成可燃气进入换气室。活塞[1]在接近上止点时，火花塞[17]发出火花，点燃了已被压缩的混合气。燃烧后的高温高压气体膨胀做功，迫使活塞[1]向左移动。进气口逐渐被关闭，流入换气室的可燃混合气被预先压缩。当活塞[1]接近下止点时，排气口开启，将废气排出，被预先压缩的可燃混合气便经换气管道[26]和换气口流入气缸内，并驱除残余废气。之后重复上述过程，使热机连续工作(以上也是二冲程汽油机的工作原理)。
点火系统主要由火花塞[17]、高压感应圈[10]、断电器[9]断电突起[27]、电容、电源及开关等部件组成。
火花塞[17]和高压感应圈[10](点火线圈)为通用的标准器件。断电器[9]的触点用白金(或抗氧化合金)制作，两片触点片分别固定在较薄的动片和较厚的定片上，动片和定片均为磷铜材制作。当飞轮[5]上的断电突起[27]与动片相碰时，断电器[9]的触点断开，可使高压感应圈[10]产生高压而使火花塞[17]点火。断电突起[27]用绝缘材料制成。
记录装置主要由记录板[24]、体积拉杆[25]、记录笔[23]压强支杆[22]、压强计柱塞[18]、柱塞套管[19]、弹簧[20]弹簧套管[21]等部件组成。
记录板[24]用透明有机玻璃板制作，在其上面刻有P-V坐标。记录板[24]在体积拉杆[25]带动下可与活塞[1]同步运动。压强计是采用一种新型的柱塞式弹簧压强计(演示实验只作相对测量)。压强计安装在气缸盖[16]上与气缸[13]燃烧室相通。压强计柱塞[18]和柱塞套管[19]用金属材料精密加工而成，二者之间摩擦力小，密封性好(二者间加仪表油)。柱塞顶部安装有弹簧[20]，弹簧[20]外面为金属的弹簧套管[21]。柱塞顶部还安装有压强支杆[22]。压强支杆[22]的另一端为记录笔[23]。当气缸内的压强增大时，塞柱[18]向上移动并压缩弹簧[20]，弹簧的形变与压强成正比，因此，可用记录笔在P-V坐标上的高度显示压强的相对大小。当热机正常工作时，由于记录板左右移动表示体积的变化，所以在记录板[25]上可自动描绘出P-V图象，即热机循环示功图。
附图
为热机循环实验装置结构示意图。
权利要求1.一种具有曲柄连杆机构、机体、配气系统、点火系统的热机循环实验装置，其特点是曲柄连杆机构主要由活塞(1)、活塞杆(2)、“连杆(4)、曲轴(6)、飞轮(5)等构成，活塞(1)主体用有机玻璃制成，顶部由耐热耐油橡胶制成，最顶部可用铝制成换气突起板，曲轴(6)的主轴与飞轮(5)紧固在一起，飞轮可由铸铁制成，机体部分主要由气缸(13)、气缸垫(15)、气缸盖(16)、气缸底(11)、密封套管(3)、支撑板(7)、底座(8)、紧固螺丝等构成，气缸(13)用透明有机玻璃制成、壁上开有进气口、换气口、排气口。顶部与气缸盖(16)密封、底部与气缸底(11)密封，气缸盖(16)与气缸底(11)可用铝合金材料制成，之间用螺杆加固，气缸底(11)与活塞(1)之间形成换气室 气缸底(11)、气缸盖(16)均固定在底座(8)上，配气系统主要由汽油蒸发室(12)、换气管道(26)构成，点炎系统主要由火花塞(17)、高压感应圈(10)、断电器(9)、断电突起(27)等构成，记录装置主要由记录板(24)、体积拉杆(25)、记录笔(23)、压强支杆(22)、压强计柱塞(18)柱塞套管(19)、弹簧(20)、弹簧套管(21)等组成，压强计为柱塞式弹簧压强计，安装在气缸盖(16)上与气缸(13)的燃烧室相通，压强柱塞(18)装有弹簧(20)同时连接压强支杆(22)，记录笔(23)与压强支杆(22)连接。
2.按权利要求1所述的热机循环实验装置，其特征是所述的气缸(13)φ为40mm、壁厚5mm，气缸垫(15)用耐热耐油橡胶制成，汽油蒸气室(12)及换气管均用透明有机玻璃制成，气缸(13)上的两个换气口与换气管道(26)形成混合气的换气通道。
3.按权利要求1所述的热机循环实验装置，其特征是记录板(24)，用透明有机玻璃制成，其上面刻有P-V坐标，在体积拉杆(25)带动下与活塞(1)同步运动。
专利摘要本实用新型属物理演示实验仪器。该仪器由一部简易而独特的二冲程汽油机和P－V图自动记录装置构成。仪器的气缸用透明材料制作,用汽油为燃料,可以观察到热机的内部构造,真实地演示出热机的循环过程。用柱塞式弹簧压强计和记录板来自动记录R－V图象。该仪器在结构设计、观测方法等方面有较大改进和创新。本仪器可直接观察,还可用投影仪把P－V图象放大演示。可供大、专院校物理教学及各类职业学校专业教学使用。
文档编号G09B23/16GK2289277SQ9720999
公开日1998年8月26日 申请日期1997年2月21日 优先权日1997年2月21日
发明者李树仁, 白建英, 韩长明 申请人:东北师范大学