异步拖动消阻尼谐振子制造技术

技术编号:2999358 阅读:244 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
单簧异步拖动消阻尼谐振子是一种物理实验仪器,是从机械振动一章中的旋转矢量---简谐振动的数学模型出发,构造而成的简谐振动的实验模型。其特征在于:力学系统至少包含称之为约束曲柄滑块机构的OMP↑[(1)]、和称之为拖动曲柄滑块机构的OGQ↓[1]↑[(2)]两个四杆机构;由传动轴↑[(3)]驱动的曲柄滑动机构OMP↑[(1)]的曲柄OM↑[(4)]和连杆MP↑[(5)]的长度均为旋转矢量A的一半,连杆MP↑[(5)]与受到约束的作为简谐运动观测目标的滑块m↑[(6)]铰链于P点,滑块m↑[(6)]套在水平滑杆L↑[(7)]上;由同一传动轴↑[(3)]驱动的曲柄滑块机构OGQ↓[1]↑[(2)]的曲柄OG↑[(8)]的长度等于旋转矢量A,曲柄OG↑[(8)]位相超前于曲柄OM↑[(4)]的位相,两曲柄的夹角为Δθ,与曲柄OG↑[(8)]铰链于G点的连杆GQ↓[1]↑[(9)]的长度为旋转矢量A的r倍(1.5<r<3.5),水平滑杆L↑[(7)]作为曲柄滑块机构OGQ↓[1]↑[(2)]的滑块,和连杆GQ↓[1]↑[(9)]铰链于Q↓[1]点;自然长度为S↓[1]的弹簧↑[(10)]套在水平滑杆L↑[(7)]上,铰接于P点和Q↓[1]点之间。(*该技术在2005年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种物理实验仪器,可以作为教师讲授机械振动时的演示教具,或作为培养学生实验技能的实验仪器,属于国际专利分类号G09B23/06所描述的
市场调查和文献检索表明,多数学校通常使用的同类仪器中,有一些过于简陋,如抛弃概念的准确性、用振幅很大的沙摆描绘简谐振动的位移——时间曲线和李萨茹图形等,有一些则是让刚刚步入校门的低年级学生在力学实验中,使用复杂的电子仪器,如用示波器配之以移相器或数字频率计,观察振动方向垂直的两振动的合成等。力学中简谐振动及其合振动的运动规律。例如物体同时参与两个频率相同、振动方向相同的振动时的运动规律以及拍频现象,是力学中机械波的干涉和电磁学中电磁振荡与信号调制理论的基础。本末到置,让不了解电磁振荡等电子线路的低年级学生,选择和扭动示波器面板上的衰减器、频率、频率微调、同步调谐等等诸多旋钮,来观测力学中机械振动的基本规律,必然要加重教师和学生的负担且难以收到预期的教学效果。本技术的目的是构造一种简谐振子,它能够提供较大的周期性策动力,迫使其它物体随之一起作简谐运动,以便构造各类振动合成实验,使学生在不涉及任何电磁学和光学概念的条件下,在力学范筹内完成械振动一章的实验教学活动。在深刻地理解和掌握机械振动及其合振动的规律之后,再利用示波器等电磁学仪器学习电磁学知识。本技术的基本构思,源于大学物理机械振动一章理论课中,简谐振动的旋转矢量图示法。解决这一问题的关键在于为旋转矢量的终端在振动方向上的投影点寻找一个客观的载体,把它作为简谐振动的观察目标,并由它提供策动力以迫使其它物体作简谐振动,进而构造各类振动合成实验。附图说明图1是体现上述基本构思,达到本技术目的实验装置的三视图。力学系统由曲柄滑块机构OMP(1)和曲柄滑块机构OGQ1(2)两个四杆机构组成;由传动轴(3)驱动的曲柄滑块机构OMP(1)的曲柄OM(4)和连杆MP(5)的长度均为旋转矢量A的一半,连杆MP(5)与受到约束的作为简谐运动观测目标的滑块m(6)铰链于P点,滑块m(6)套在滑杆L(7)上;在传动轴(3)的驱动力矩作用下,曲柄OM(4)以角速度匀速ω转动时,滑块m(6)在滑杆L上运动。从理论上讲,在表面加工光洁度高、装配工差小的条件下,滑块m(6)可依照简谐规律周而复始地运动。但实际上由于装配公差、机械磨损的存在,摩擦阻尼可使滑块m(6)的运动在±90°出现死点。曲柄滑块机构OMP(1)为简谐运动的观测目标提供了几何约束,但由于可能出现死点状态,其独立运行的可靠性较差,故定义为约束曲柄滑块机构。图一中为消除约束曲柄滑块机构OMP(1)的死点而设置的、由同一传动轴(3)驱动的曲柄滑块机构OGQ1(2),定义为拖动曲柄滑块机构。曲柄滑块机构OGQ1(2)的曲柄OG(8)的长度等于旋转矢量A,曲柄OG(8)位相超前于曲柄OM(4)的位相,曲柄OG(8)与曲柄OM(4)的夹角为Δθ,与曲柄OG(8)铰链于G点的连杆GQ1(9)的长度为旋转矢量A的r倍(1.5<r<3.5),滑杆L(7)作为曲柄滑块机构OGQ1(2)的滑块,和连杆GQ1(9)铰链于Q1点;自然长度为S1的弹簧S1(10)套在滑杆L(7)上,铰接于P点和Q1点之间。这样,当系统运行时,滑块m(5)在受到曲柄OM(4)连杆MP(5)的驱动力、滑杆L(7)的磨擦力作用的同时,还受到弹簧S1(10)沿着水平方向的周期性作用力(+90°附近为拉力、-90°附近为压力),滑块m(6)便可赖以消除死点,作振幅为A、角频率为ω的简谐运动,即滑块m(6)可作为旋转矢量A的终端在水平方向上投影点的载体,视为简谐运动的观察目标,并且,可在同步驱动的卷纸上绘制振动曲线。因此装置只有一个弹簧,姑且称其为单簧异步拖动消阻尼谐振子。如果仅仅用于演示简谐振动,水平滑杆L(7)可与机架(底座)固定在一起,增加一个滑环套在其上,通过滑环将连杆GQ1(9)和弹簧S1(10)铰链在一起。这种结构的荷载能力虽小,但体积较小,适用于说明简谐振动规律。为了构造振动合成实验装置,如前所述,要求谐振子能够提供更大的周期性策动力,或者说要有更大的荷载能力。双簧异步拖动消阻尼谐振子作为图1所示装置的同类改型装置,图2绘出了它的三视图。双簧异步拖动消阻尼谐振子由约束曲柄连杆机构(1)、和拖动曲柄连杆机构(2)两个曲柄连杆机构组成。由传动轴(3)驱动的曲柄连杆机构(1)的曲柄OM(4)和连杆MP(5)的长度均为旋转矢量A的一半,连杆MP(5)与受到约束的作为简谐运动观测目标的滑块m(6)铰链于P点,滑块m(6)套在水平滑杆L(7)上;由同一传动轴(3)驱动的曲柄连杆机构(2)的曲柄OG(8)的长度等于旋转矢量A,曲柄OG(8)位相超前于曲柄OM(4)的位相,两曲柄的夹角为Δθ,与曲柄OG(8)铰链于G点的连杆GQ1(9)和连杆GQ2(10)的长度为旋转矢量A的r倍(1.5<r<3.5),水平滑杆L(7)作为曲柄连轩机构OGQ1(11)滑块,和连杆GQ1(9)铰链于Q1点,曲柄连杆机构OGQ2(12)的滑块是套在水平滑杆L(7)上的滑环(13),自然长度为S2的弹簧S21(14)和弹簧S22(15)套在水平滑杆L(7)上,分别位于Q1点、P点之间和P点、Q2点之间,各有一个自由端,另一端分别铰接于Q1点、Q2点。图1所示单簧异步拖动消阻尼谐振子与图2所示双簧异步拖动消阻尼谐振子的差别在于在图2中,增设了与图1中连杆GQ1(9)相对称的连杆GQ2(10),用于驱动与之铰链的增设的滑环(13),即增设了一个拖动曲柄滑块机构OGQ2(12);与图1中的弹簧S1(10)相对称,增设了弹簧S22(15);且两弹簧S21(14)、S22(15)各有一个自由端,另一端分别铰接于Q1点、Q2点,且S21(14)、S22(15)两弹簧的长度S2小于图1中的弹簧S1(10),在运行中没有拉伸形变,只是分别在±90°左右产生压缩形变时对滑块m(6)施加推力以消除死点。由于弹簧(11)、弹簧(8)可以有较小的长度和较大的弹性系数,故可在±90°位相附近提供较大的拖动力,且同时可避免无用的势能储备。适用于构造各类振动合成实验装置。此装置有两个弹簧,为区别前者,姑且称其为双簧异步拖动消阻尼谐振子。表1分别列出了单簧和双簧异步拖动机构的典型参数。表1单簧和双簧异步拖动机构的典型参数r=2.1 Δθ=25.4° </tables>附图1说明图1-1单簧异步拖动消阻尼谐振子正视图图1-2单簧异步拖动消阻尼谐振子俯视图图1-3单簧异步拖动消阻尼谐振子侧视图(1)约束曲柄滑块机构OMP(1)(2)拖动曲柄滑块机构OGQ1(2)(3)传动轴(3)(4)约束曲柄滑块机构的曲柄OM(4)(5)约束曲柄滑块机构的连杆MP(5)(6)约束曲柄滑块机构的滑块m(6)(7)滑杆L(7)、拖动曲柄滑块机构OGQ的滑块(8)拖动曲柄滑块机构的曲柄OG(8)(9)拖动曲柄滑块机构的连杆GQ1(9)(10)弹簧S1(10),(11)传动轴(3)的支架(座)(12)水平设置的杆形滑块(7)的支架(座)左右各一个(13)分度盘,(14)底座附图2说明图2-1双簧异步拖动消阻尼谐振子正视图图2-2双簧异步拖动消阻尼谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:翟云飞孙玉兰熊艳玲何丽娟
申请(专利权)人:哈尔滨理工大学
类型:实用新型
国别省市:

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