科氏加速度演示仪制造技术

本发明专利技术涉及一种科氏加速度演示仪，包括支架、传动模块和展示模块，传动模块安装在支架上，传动模块包括齿轮机构，上下开口圆筒状固定套，用于手摇的曲柄，内轴，圆筒状的外轴，传动轴和竖直轴，曲柄与传动轴的一端连接固定，传动轴的前后端各采用一个固定轴承通过螺纹连接方式固定在支架上；所述内轴通过轴承内接于外轴内，外轴再通过轴承固定连接在固定套内，且上端高于固定套的边缘，外轴的上端面设有至少四对用于连接展示模块和数据采集模块的螺纹孔；固定套处于竖直状态，通过固定式连接固定在支架上；其现象展示直观有趣，数据监测方便，其操作简单，模块拆装方便，可以携带到教室很好的帮助老师完成该部分的教学内容。

【技术实现步骤摘要】
科氏加速度演示仪
本专利技术涉及一种科式加速度演示装置，具体说是主要应用于理论力学课堂的科氏加速度教学环节，帮助老师讲解该部分内容，同时也帮助同学消化吸收。它集科氏加速度现象展示和数据采集于一体，包括传动模块、现象展示模块和数据采集模块三部分组成，老师通过旋转手柄为整套装置提供动力，通过传动模块与不同的模块连接以实现不同的功能。技术背景科氏加速度是动点在旋转的动系上运动产生的一种加速度，其关系式为生活中许多现象都是由科氏加速度引起的，例如火车南北行驶时左右轮受力不同，炮弹发射时轨道出现偏离等。同时，科氏加速度是理论力学课程中一个重要且难懂的知识点。目前，几乎所有有关力学的教科书只是对科氏加速度进行数学推导得出一般结论，但是并不能使学生对其产生一个感性认识，这就增加了老师讲解的难度。因此，设计一种可辅助老师教学、帮助学生理解的科氏加速度教具在现在的教学活动中是十分必要的。现在市场上的科氏加速度演示仪种类单一，虽能够模拟出科氏力的存在，但是其展示形式与科氏加速度的产生原理有较大的出入，其主要是对科氏加速度现象的一种展示，而并不能直观的讲解科氏加速度的产生原理，所以其仍不能有效帮助老师讲解和同学学习。科氏加速度展示教具的工作原理：科氏加速度是由动点在旋转的动系上运动产生的加速度。开始展示时，通过旋转手柄，带动动系圆盘旋转，此时四个指针在向心加速度的作用下沿径向由圆心指向外。然后按下曲柄运动按键使曲柄与动力系统连接，在曲柄旋转的同时，带动各自两个相反方向的滑块在轨道上做往复运动，此时作为动点的滑块和指针在旋转的动系上产生科氏加速度，由于指针的中心不在指针的旋转中心上而产生指针的偏转，进而利用四个不同的指针各自偏转的角度不同而产生的效果，从而解决了单一指针在动系高速旋转时产生的视觉误差以及看不清指针偏转的问题。在原理展示模块展示结束后，将现象展示模块固定在动系圆盘上，摇动手柄后，模拟地球在匀速旋转，上面的炮弹发射机构开始发射炮弹进而带动炮弹杆的偏转，傅科摆机构在科氏加速度的作用下产生角度的循环偏转，从而完成炮弹偏转现象模拟和傅科摆现象的模拟演示。
技术实现思路
针对上述科式加速度演示仪的不足，本专利技术公开了一种科氏加速度演示仪，科氏加速度演示仪是一种便携式课堂教具，主要应用于理论力学课堂的科氏加速度教学环节，帮助老师讲解该部分内容，同时也帮助同学消化吸收。它集科氏加速度现象展示和数据采集于一体，包括传动模块、现象展示模块和数据采集模块三部分组成，老师通过旋转手柄为整套装置提供动力，通过传动模块与不同的模块连接以实现不同的功能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种科氏加速度演示仪，其特征在于：包括支架、传动模块和展示模块，传动模块安装在支架上，展示模块安装在传动模块的上端，传动模块包括齿轮机构，上下开口圆筒状固定套，用于手摇的曲柄，内轴，圆筒状的外轴，传动轴和竖直轴，曲柄与传动轴的一端连接固定，传动轴的前后端各采用一个固定轴承通过螺纹连接方式固定在支架上；所述内轴通过轴承内接于外轴内，外轴再通过轴承固定连接在固定套内，且上端高于固定套的边缘，外轴的上端面设有至少四对用于连接展示模块和数据采集模块的螺纹孔；固定套处于竖直状态，通过固定式连接固定在支架上；齿轮机构包括锥齿轮I、锥齿轮II、锥齿轮III、锥齿轮IV、圆形齿轮I、圆形齿轮II，锥齿轮I通过键固定连接在传动轴的前端位置，锥齿轮III通过键固定连接在传动轴的后端位置；所述锥齿轮II通过键连接在内轴的下端，与锥齿轮I啮合；所述竖直轴的上端采用固定轴承通过螺纹连接方式连接在固定套的外壁上，且内轴、外轴、传动轴和竖直轴的轴心处于同一竖直平面上，竖直轴的下端通过键连接固定锥齿轮IV。所述圆形齿轮I固定连接在外轴靠下端位置，所述圆形齿轮II固定连接在竖直轴靠下端位置，与圆形齿轮I处于同一水平面，且相互啮合。所述展示模块包括双曲柄四滑块机构，用于给双曲柄四滑块机构提供滑道导轨的滑块机构和四个活动指针；所述双曲柄四滑块机构包括杆一、杆二、杆三、杆四、杆五、杆六，杆一的一端通过小型轴承与内轴的上端连接，杆一的另一端通过销钉依次从下至上连接杆二、杆三、杆四的一端，杆二、杆三的另一端为自由端，杆二、杆三的自由端设有通孔，分别通过连接杆各连接一个活动指针；杆四的另一端通过销钉依次自下而上连接杆五、杆六，杆五、杆六的另一端为自由端，杆五、杆六的自由端设有通孔，分别通过连接杆各连接一个活动指针；六根杆均为圆角的扁块状，杆一为主动杆，其长度小于杆二、杆三的长度，杆二、杆三为传动杆，杆四为传动杆，其长度小于杆五、杆六的长度。所述的滑块机构包括四根上端面均带有等距分布通孔的滑杆，分别配合在四根滑杆上的四个滑块和分别设在四个滑块的四个触碰式LED灯，每根滑杆的一端均通过一对螺杆从其上的通孔穿入与外轴上端面的一对螺纹孔配合紧固，且四根滑杆按角度等分分布；所述滑杆的横截面为矩形，其两侧各设有一条滑槽，滑槽与滑杆长度相同；四个滑块均为矩形牙嵌式，滑块两侧的契合牙与滑杆两侧的滑槽配合，让滑块在滑杆上前后滑动。所述杆二、杆三的自由端通过其上的连接杆各连接一个滑块，杆五、杆六的自由端通过其上的连接杆各连接一个滑块。内轴转动，杆一带动杆二、杆三、杆四运动，杆二、杆三带动其自由端的滑块运动，杆四传动杆五、杆六运动，杆五、杆六带动其自由端的滑块运动，由于六根杆的分层运动，避免曲柄在运动时与滑块的连杆产生干涉。所述触碰式LED灯包括触控开关、扣式电池和LED灯，触控开关、扣式电池和LED灯形成串联电路，两个触碰式LED相碰时，LED灯亮起。在一些实施方式中，还包括数据采集模块，数据采集模块包括由支撑架连接构成的双杆滑轨，带有双孔且配合在滑轨上的滑块，连接在支撑架一端的角度调节机构，电路控制模块，滑块转速测试模块，滑块直线速度测试模块和倾角测试模块，数据采集模块在展示模块拆卸后通过螺钉穿过设在角度调节机构一侧连杆上的孔与在外轴的大转盘上面的螺纹孔上配合紧固。电路控制模块包括控制电机的启停、正反转、测速模块、限位开关、相关传感器和角度调节机构，该装置的控制芯片为51单片机，其控制电机的正反转，对各传感器的数据进行采集和转换，输出需要的数据。滑块转速测试模块：由于该模块是固定在外轴的大转盘上面的，所以通过测量大装盘的转速就可以得到滑块的转速，这里利用光电码盘进行测速，通过测量某一段时间内码盘转过的角度就可以计算出转速。滑块直线速度测试模块：该部分滑块的移动是由步进电机通过同步齿形带进行传动，带动滑块在滑轨上做直线运动，这样就可以通过测量电机的转速转化成滑块的线速度。由于滑块运动到一端时需要进行换向，所以在导轨两侧分别安装有接触开关，当滑块运动到某一端，触碰接触开关，就可以控制电机反转。倾角测试模块：整个模块通过任意停机构支撑，角度可以随意调节，其内部为摩擦式棘轮机构，因此随意停具有单向自锁功能，当抬起后，很难落下，只有施加相应的力才能落下，这样就可以调节转速和直线速度的夹角，在随意停转轴处安装有量角器，可以读出此时的夹角。本专利技术的有益效果是：(1)功能创新：能够同时进行现象展示和数据测量，可以从定性和定量两个角度学习科氏加速度。(2)结构创新：A设计了双曲柄四滑块机构，可以由一个轴带动四个滑块同时运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.科氏加速度演示仪，其特征在于：包括支架(1)、传动模块(2)和展示模块(3)，传动模块(2)安装在支架(1)上，展示模块(3)安装在传动模块(2)的上端,所述展示模块(3)包括双曲柄四滑块机构，用于给双曲柄四滑块机构提供滑道导轨的滑块机构和四个活动指针(301)；传动模块(2)包括齿轮机构，上下开口圆筒状固定套(201)，用于手摇的曲柄(203)，内轴(204)、圆筒状的外轴(202)、传动轴(205)和竖直轴(206)，曲柄(203)与传动轴(205)的一端连接固定，传动轴(205)的前后端各采用一个固定轴承(5)通过螺纹连接方式焊接在支架(1)上；所述内轴(204)通过轴承内接于外轴(202)内，外轴(202)再通过轴承固定连接在固定套(201)内，且上端高于固定套(201)的边缘，外轴(202)的上端面设有至少四对用于连接展示模块的螺纹孔；固定套(201)处于竖直状态，通过焊接固定在支架(1)上；传动模块由内外轴差动传动，外轴与大转盘相接旋转产生动系，内轴与展示模块相连接时，带动双曲柄四滑块机构，把内轴的转动转换成为四个滑块的直线运动；当圆盘与数据采集模块相连接时，为其提供动系；由手柄提供动力，通过锥齿轮换向把水平转动转换成竖直转动。...

【技术特征摘要】
1.科氏加速度演示仪，其特征在于：包括支架(1)、传动模块(2)和展示模块(3)，传动模块(2)安装在支架(1)上，展示模块(3)安装在传动模块(2)的上端,所述展示模块(3)包括双曲柄四滑块机构，用于给双曲柄四滑块机构提供滑道导轨的滑块机构和四个活动指针(301)；传动模块(2)包括齿轮机构，上下开口圆筒状固定套(201)，用于手摇的曲柄(203)，内轴(204)、圆筒状的外轴(202)、传动轴(205)和竖直轴(206)，曲柄(203)与传动轴(205)的一端连接固定，传动轴(205)的前后端各采用一个固定轴承(5)通过螺纹连接方式焊接在支架(1)上；所述内轴(204)通过轴承内接于外轴(202)内，外轴(202)再通过轴承固定连接在固定套(201)内，且上端高于固定套(201)的边缘，外轴(202)的上端面设有至少四对用于连接展示模块的螺纹孔；固定套(201)处于竖直状态，通过焊接固定在支架(1)上；传动模块由内外轴差动传动，外轴与大转盘相接旋转产生动系，内轴与展示模块相连接时，带动双曲柄四滑块机构，把内轴的转动转换成为四个滑块的直线运动；当圆盘与数据采集模块相连接时，为其提供动系；由手柄提供动力，通过锥齿轮换向把水平转动转换成竖直转动。2.根据权利要求1所述的科氏加速度演示仪，其特征在于：齿轮机构包括锥齿轮I(207)、锥齿轮II(208)、锥齿轮III(209)、锥齿轮IV(210)、圆形齿轮I(211)、圆形齿轮II(212)，锥齿轮I(207)通过键固定连接在传动轴(205)的前端位置，锥齿轮III(209)通过键固定连接在传动轴(205)的后端位置；所述锥齿轮II(208)通过键连接在内轴(204)的下端，与锥齿轮I(207)啮合；所述竖直轴(206)的上端采用固定轴承(5)通过螺纹连接方式连接在固定套(201)的外壁上，且内轴、外轴、传动轴和竖直轴的轴心处于同一竖直平面上，竖直轴的下端通过键连接固定锥齿轮IV(210)，与锥齿轮III(209)啮合。3.根据权利要求2所述的科氏加速度演示仪，其特征在于：所述圆形齿轮I(211)固定连接在外轴(202)靠下端位置，所述圆形齿轮II(212)固定连接在竖直轴(206)靠下端位置，与圆形齿轮I(211)处于同一水平面，且相互啮合；传动模块运动时，内轴(204)和外轴(202)的方向相反。4.根据权利要求1所述的科氏加速度演示仪，其特征在于：所述双曲柄四滑块机构包括杆一(302)、杆二(303)、杆三(304)、杆四(305)、杆五(306)、杆六(307)，杆一(302)的一端通过小型轴承与内轴(204)的上端连接，杆一(302)的另一端通过销钉依次从下至上连接杆二(303)、杆三(304)、杆四(305)的一端，杆二(303)、杆三(304)的另一端为自由端，杆二...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡谧，陈思思，
申请(专利权)人：武汉兮锐科技有限公司，胡谧，
类型：发明
国别省市：湖北,42