一种摩擦力学习演示装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种摩擦力学习演示装置，包括：底座、实验台、摩擦块、拉力传感器、传送装置、盘线轮、控制装置、显示屏、图像采集装置。使用本装置可同时测定最大静摩擦力、滑动摩擦力与滚动摩擦力及其影响因素，还可考察摩擦块在斜坡上运动时的摩擦力；各种摩擦力以及摩擦系数可在显示屏上直接显示，读数方便，测得的数据准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦力学习演示装置
本专利技术涉及教学设备领域，尤其涉及一种摩擦力学习演示装置。
技术介绍
摩擦力分为静摩擦力、滚动摩擦力、滑动摩擦力3种。摩擦力特别是滑动摩擦力的测量一直是物理实验设计的难点，物理实验中测量摩擦力的传统方法有手动牵引法、重物牵引法、电动牵引法等。测量摩擦力最简单的是手动牵引法，其原理是用手去拉弹簧秤，让物体保持匀速运动，从弹簧秤中读出摩擦力的值。因人手很难提供恒定的速度，故提供的牵引力难以做到与摩擦力相等，且很难准确读出测量值，因此手动牵引方法测量具有人为操作引起的误差大、测量数据不准确、读数不方便等缺点。重物牵引法的原理是利用重物提供稳定的牵引力，测量出物体的位移和时间，通过牛顿第二定律可求得物体的滑动摩擦力，与手动牵引法相比，精度有所提高，其缺点是测量过程需要记录多个数值、操作过程及处理数据复杂。电动牵引法的原理是通过调节电动机使其匀速转动来测量摩擦力，例如专利号为2008100204889的中国专利，公开了一种“平面、斜坡动、静摩擦力演示仪”，能演示在平面和斜坡中动、静摩擦力的大小和方向，最大静摩擦力和滑动摩擦力，结构简单，操作演示方便；其缺点是调节电动机转速匀速较难、读数不方便及误差较大，不能演示出摩擦力的方向和相对运动趋势方向，不能直观准确的演示静摩擦力、最大静摩擦力到滑动摩擦力的变化过程，也不能对滚动摩擦力进行演示，并且实验数据需要经过后期人工计算才能得出实验结果，工作量较大、演示效果较差。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，提供一种摩擦力学习演示装置，能直观、准确的演示出静摩擦力、最大静摩擦力到滑动摩擦力的变化过程，还能对滚动摩擦力进行演示。本专利技术的摩擦力学习演示装置，包括：底座、实验台、摩擦块、拉力传感器、传送装置、盘线轮、控制装置、显示屏、图像采集装置；所述传送装置包括传送带、驱动滚筒、从动滚筒，所述传送带由驱动滚筒驱动，由从动滚筒带动运动，所述驱动滚筒包括第一电机、传动轴、联轴器和减速器；所述传送带侧边设有标记块，靠近所述标记块一侧设有刻度，传送带移动的距离可以通过标记块或刻度示出；所述实验台上设有支撑固定所述传送装置的第一支撑架；所述实验台上还设有托举上方传送带的上托平板，通过第二支撑架置于所述实验台上，所述上托平板表面下设有压力称，所述摩擦块起始置于所述压力称上；所述底座上设有立柱，所述立柱顶端焊接有铰接块，所述底座与实验台通过所述铰接块铰接，所述底座与实验台之间设有用于调节实验台坡度的升降调节装置；所述摩擦块与细绳连接面相邻的四个表面面积相同，其中三个表面具有不同的粗糙度，另一个表面的四个角设有滚轮，与细绳连接面相对的表面的面积比前述四个表面的面积小；所述拉力传感器一端通过细绳与摩擦块连接、另一端通过细绳与盘线轮连接；连接所述摩擦块、拉力传感器、盘线轮的细绳与所述实验台平行；所述底座设有滑轨，所述图像采集装置可在所述滑轨上移动，所述图像采集装置包括摄像头与支撑杆，所述摄像头固定在所述支撑杆上，所述支撑杆上设有驱动所述图像采集装置移动的第二电机；所述控制装置与显示屏设于所述底座上，所述控制装置包括集成电路板、插接于集成电路板上的单片机、无线信息发送器、无线信息接收器和USB接口；所述压力称、拉力传感器、第一电机、第二电机、第三电机、图像采集装置与所述控制装置连接，所述控制装置将所述压力称、拉力传感器、摄像头所采集图像的信息通过无线信息发送器发出，然后通过无线信息接收器接收信号在所述显示屏上显示；所述显示屏显示摩擦块的重量、摩擦力、摩擦系数数据以及摄像头所采集到的图像。控制装置将处理好的摩擦力的值通过无线信息发送器发出，通过无线信息接收器接收信号，然后通过显示屏显示出来，显示屏显示的数据就是所测量物体的摩擦力值。通过所述控制装置的USB接口连接计算机，或再连接投影设备，将所述图像采集装置采集的信息以及摩擦实验数据投影展示，同学们可以很方便地观察实验，加深对摩擦力知识点的理解。进一步地，本专利技术的装置还包括与所述控制装置连接的超声波传感器，用于获取所述标记块位置，位于所述底座上，所述超声波传感器、标记块形成的直线与摩擦块、拉力传感器、盘线轮形成的直线平行。进一步地，所述控制装置采用PID控制，PID控制是一种线性控制方法，在工业上的应用十分广泛，简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件；它将给定值与实际输出值的偏差的比例、积分和微分进行线性组合，形成控制量输出，可精确控制摩擦块做相应运动，得到准确的实验结果。进一步地，所述升降装置包括伸缩杆与高度调节旋钮，和/或所述摩擦块为长方体形状，与细绳连接面相邻的四个表面形状为长方形，与细绳连接面相对的表面形状为正方形，以便考察摩擦力与接触面积之间的关系。进一步地，所述控制装置上设有控制按钮，所述控制按钮包括电源按钮、匀速按钮、变速按钮、重置按钮，所述电源按钮用于控制所述控制装置的开启与停止，所述匀速按钮用于调节所述第一电机拉动所述摩擦块匀速运动的速度，所述变速按钮用于调节所述第一电机拉动所述摩擦块变速运动的速度，所述重置按钮控制第三电机驱动所述摩擦块返回至起始位置和控制第二电机驱动图像采集装置返回至起始位置，此时老师可以向同学们讲解实验现象，与同学们交流互动，节约时间，简化实验操作，十分方便。进一步地，向所述控制装置输入匀速算法公式或变速算法公式控制摩擦块匀速运动或变速运动；所述变速算法公式包括PWM变速算法公式、加速算法公式、减速算法公式中的一种或多种。进一步地，所述摩擦块内设有置物槽，摩擦块的质量可以通过外加重物改变。进一步地，所述置物槽为磁性置物槽，通过重物与置物槽之间的磁力将重物的位置固定，从而保证实验结果的准确性；和/或，所述滑轨截面呈T字型结构，所述支撑杆的底端具有与所述滑轨相匹配的限位块。进一步地，所述摩擦块与细绳连接面相邻的四个表面材料分别为：木材、铁、橡胶，其中橡胶面为橡胶毛刷，所述橡胶毛刷所显示的方向，便是所述摩擦块所受摩擦力的方向，所述摩擦块与细绳连接面相对的表面材料为木材。进一步地，所述第一电机、和/或第二电机为低速电机，低速电机带来的运动偏移量较小，保证摩擦块按设定条件运动。本专利技术取得的有益效果如下：1、摩擦块四面具有不同的粗糙度，不需要更换摩擦块便可考察不同摩擦系数表面对摩擦块运动或有相对运动趋势时所受摩擦力的影响，可同时测定最大静摩擦力、滑动摩擦力与滚动摩擦力，还可考察摩擦块在斜坡上运动时的摩擦力和考察摩擦力与不同接触面积的关系；2、采用超声波传感器实时获取摩擦块的位置和位移信息，发送给控制装置通过PID控制算法调节电机转速，使其严格按照设定的运动条件运动，精确测得摩擦块所述摩擦力；3、本专利技术设有图像采集装置，可将实验过程的具体情况展示在同学们面前，吸引同学们的兴趣，加深理解；摩擦块设有橡胶毛刷，可直观显示摩擦块所受摩擦力的方向，通过图像采集装置还可投影至屏幕上；4、置物槽的设置，可以在摩擦块内增加磁性重物从而增加摩擦块对实验台的正压力，并且增加的磁性重物在置物槽内不会发生移动，避免了其他外力的影响，保证了实验结果的准确性。5、本专利技术的装置结构较简单，操作方便，实验结果准确直观。附图说明图1为本专利技术的摩擦力学习演示装置正视图；图2为本专利技术的摩擦力学习演示装置实验过程示意图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摩擦力学习演示装置，其特征在于，包括：底座、实验台、摩擦块、拉力传感器、传送装置、盘线轮、控制装置、显示屏、图像采集装置；所述传送装置包括传送带、驱动滚筒、从动滚筒，所述传送带由驱动滚筒驱动，由从动滚筒带动运动，所述驱动滚筒包括第一电机、传动轴、联轴器和减速器；所述传送带侧边设有标记块，靠近所述标记块一侧设有刻度；所述实验台上设有支撑固定所述传送装置的第一支撑架；所述实验台上还设有托举上方传送带的上托平板，通过第二支撑架置于所述实验台上，所述上托平板表面下设有压力称，所述摩擦块起始置于所述压力称上；所述底座上设有立柱，所述立柱顶端焊接有铰接块，所述底座与实验台通过所述铰接块铰接，所述底座与实验台之间设有用于调节实验台坡度的升降调节装置；所述摩擦块与细绳连接面相邻的四个表面面积相同，其中三个表面具有不同的粗糙度，另一个表面的四个角设有滚轮，与细绳连接面相对的表面比前述四个表面的面积小；所述拉力传感器一端通过细绳与摩擦块连接、另一端通过细绳与盘线轮连接；连接所述摩擦块、拉力传感器、盘线轮的细绳与所述实验台平行；所述底座设有滑轨，所述图像采集装置可在所述滑轨上移动，所述图像采集装置包括摄像头与支撑杆，所述摄像头固定在所述支撑杆上，所述支撑杆上设有驱动所述图像采集装置移动的第二电机；所述控制装置与显示屏设于所述底座上，所述控制装置包括集成电路板、插接于集成电路板上的单片机、无线信息发送器、无线信息接收器和USB接口；所述压力称、拉力传感器、第一电机、第二电机、图像采集装置与所述控制装置连接，所述控制装置将所述压力称、拉力传感器、摄像头所采集图像的信息通过无线信息发送器发出，然后通过无线信息接收器接收信号在所述显示屏上显示；所述显示屏显示摩擦块的重量、摩擦力、摩擦系数数据以及摄像头所采集到的图像。...

【技术特征摘要】
1.一种摩擦力学习演示装置，其特征在于，包括：底座、实验台、摩擦块、拉力传感器、传送装置、盘线轮、控制装置、显示屏、图像采集装置；所述传送装置包括传送带、驱动滚筒、从动滚筒，所述传送带由驱动滚筒驱动，由从动滚筒带动运动，所述驱动滚筒包括第一电机、传动轴、联轴器和减速器；所述传送带侧边设有标记块，靠近所述标记块一侧设有刻度；所述实验台上设有支撑固定所述传送装置的第一支撑架；所述实验台上还设有托举上方传送带的上托平板，通过第二支撑架置于所述实验台上，所述上托平板表面下设有压力称，所述摩擦块起始置于所述压力称上；所述底座上设有立柱，所述立柱顶端焊接有铰接块，所述底座与实验台通过所述铰接块铰接，所述底座与实验台之间设有用于调节实验台坡度的升降调节装置；所述摩擦块与细绳连接面相邻的四个表面面积相同，其中三个表面具有不同的粗糙度，另一个表面的四个角设有滚轮，与细绳连接面相对的表面比前述四个表面的面积小；所述拉力传感器一端通过细绳与摩擦块连接、另一端通过细绳与盘线轮连接；连接所述摩擦块、拉力传感器、盘线轮的细绳与所述实验台平行；所述底座设有滑轨，所述图像采集装置可在所述滑轨上移动，所述图像采集装置包括摄像头与支撑杆，所述摄像头固定在所述支撑杆上，所述支撑杆上设有驱动所述图像采集装置移动的第二电机；所述控制装置与显示屏设于所述底座上，所述控制装置包括集成电路板、插接于集成电路板上的单片机、无线信息发送器、无线信息接收器和USB接口；所述压力称、拉力传感器、第一电机、第二电机、图像采集装置与所述控制装置连接，所述控制装置将所述压力称、拉力传感器、摄像头所采集图像的信息通过无线信息发送器发出，然后通过无线信息接收器接收信号在所述显示屏上显示；所述显示屏显示摩擦块的重量、摩擦力、摩擦系数数据以及摄像头所采集到的图...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕德盛，
申请(专利权)人：吕德盛，
类型：发明
国别省市：山东,37