科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术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，该实验装置包括牵连运动组件、相对运动组件和测试传感器；牵连运动组件包括机架、第一电机、第一转轴和第一转盘；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；第二转轴上设置有第二法兰，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。本实用新型专利技术体积小巧、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，也可精确测量科氏加速度大小，同时还可以检验加速度合成定理。

An experimental device for Coriolis acceleration measurement and test of acceleration synthesis theorem

The utility model provides an experimental device for Coriolis acceleration measurement and acceleration synthesis theorem test, which comprises an involved motion component, a relative motion component and a test sensor; an involved motion component includes a frame, a first motor, a first rotating shaft and a first rotating disc; the first rotating shaft is perpendicular to the first rotating disc, and the top part of the first rotating shaft is at the central position of the first rotating disc; The motion component includes the first support frame, the second support frame, the second motor, the second rotating shaft and the second rotating disc; the second flange is arranged on the second rotating shaft, and the second rotating disc is installed on the second rotating shaft through the second flange; the measuring sensor includes the speed sensor and the acceleration sensor. The utility model has the advantages of compact size, low cost, convenient use and intuition, and can be applied to classroom teaching, exhibition phenomena and experimental exploration. It can be used not only to visually demonstrate the existence of Coriolis acceleration, but also to accurately measure the size of Coriolis acceleration, and also to test the theorem of acceleration synthesis.

【技术实现步骤摘要】
科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置
本技术属于运动学和动力学的实验教学装置
，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。
技术介绍
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CN204257073U，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CN104021708B，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。
技术实现思路
本技术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，本技术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。本技术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。本技术的有益效果是: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是本技术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是本技术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是本技术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是本技术第一电机、第二电机分别和控制器连接的结构示意图；图5是本技术第一转盘和第二转盘运动示意图；图6是本技术第一三向加速度传感器的坐标方向图；图7是本技术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是本技术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；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置，其特征在于：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；所述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)；所述机架(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)；所述第一转轴(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；所述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)；所述第一支撑架(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；所述第二转盘(13)呈竖直设置，第二转轴(9)穿过第二转盘(13)的圆心；所述第二电机(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；所述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。...

【技术特征摘要】
1.科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置，其特征在于：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；所述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)；所述机架(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)；所述第一转轴(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；所述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)；所述第一支撑架(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；所述第二转盘(13)呈竖直设置，第二转轴(9)穿过第二转盘(13)的圆心；所述第二电机(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；所述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。2.根据权利要求1所述的科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置，其特征在于：所述第一转盘(15)上设置有第一导槽(21)和第二导槽(26)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，李明，张可朋，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61