專利名稱：彈簧振子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實驗儀器，尤其涉及一種彈簧振子裝置。
背景技術(shù)：
在中學物理教學中，以彈簧振子作模型，描繪出彈簧振子的振動曲線，根據(jù)振動曲線來研究簡諧振動的規(guī)律、演示彈簧振子運動現(xiàn)象和驗證其周期公式等。在中國專利號為ZL2007203(^6865、申請日為2007年12月M日、名稱為“彈簧振子演示儀”的專利文獻中公開了一種可描繪出彈簧振子振動曲線的實驗儀器，該儀器包括支架、設(shè)置在支架上的彈簧振子與顯示板，該彈簧振子為磁性振子，顯示板為磁粉顯示板。 使用時，彈簧振子上下振動，顯示板沿水平方向前行，通過振子對顯示板上的磁粉的吸引作用使磁粉粘附在顯示板上顯示出彈簧振子的振動曲線。該專利由于彈簧振子是以豎直方向進行振動的，受彈簧振子所受重力的影響，所描繪出的曲線只能粗象地反饋出彈簧振子的振動情況，同理論曲線之間的偏差會比較大， 因此用該種彈簧振子進行實驗時，不能推導出和驗證相關(guān)的物理規(guī)律和公式，也即該種彈簧振子的實驗性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種振動情況同理論較接近的彈簧振子裝置，解決了現(xiàn)有的彈簧振子不能真實反饋出彈簧振子的理論振動情況、導致實驗性差的問題。以上技術(shù)問題是通過下列技術(shù)方案解決的一種彈簧振子裝置，包括振子塊和使振子塊產(chǎn)生振動的振子彈簧，還包括水平設(shè)置的導軌，所述導軌同所述振子塊之間設(shè)有將振子塊懸浮在導軌上的懸浮機構(gòu)，所述振子彈簧同所述導軌相平行。使用時，振子彈簧驅(qū)動振子塊沿軌道的軸向作水平方向的振動，重力同振子塊所受的彈簧的彈力的方向垂直、因此振子塊所受的重力不會影響振子塊的振動，影響振子振動的力為振子塊同導軌之間的摩擦力，故通過設(shè)計懸浮機構(gòu)，使懸浮機構(gòu)對振子塊的浮力等于振子塊的所受的重力，此時振子塊作用于導軌的正壓力(用N表示)為零，根據(jù)摩擦力公式F (摩擦力)=NXK (摩擦系數(shù)) 可知摩擦力也為零，故彈簧振子所作的振動更接近于理論狀態(tài)。作為優(yōu)選，所述振子塊位于所述導軌的上方，所述懸浮機構(gòu)包括設(shè)置在所述導軌內(nèi)部的氣腔、若干設(shè)置在所述振子塊所在側(cè)的所述導軌上的氣孔和給氣腔供氣的氣泵，所述氣孔同所述氣腔相連通。使用時氣源中的氣體輸送到氣腔，然后經(jīng)氣孔噴出，噴出的氣流將振子塊從導軌上浮起。作為優(yōu)選，本發(fā)明包括控制裝置和安裝導軌的機架，所述機架設(shè)有至少三只支撐腳，所述支撐腳中至少有兩只為升降腳，所述升降腳包括穿設(shè)在所述機架上的支撐桿、驅(qū)動支撐桿伸縮的偏心輪和驅(qū)動偏心輪轉(zhuǎn)動的伺服馬達，所述伺服馬達通過所述控制裝置進行控制。使用時通過升降腳來將導軌調(diào)整到水平狀態(tài)，使本發(fā)明放置在不水平的實驗臺上時也能夠方便地使導軌保持水平，彈簧振子的振動狀態(tài)同理論狀態(tài)的一致性好。調(diào)整方法為上方伺服馬達驅(qū)動偏心輪轉(zhuǎn)動，偏心輪使得支撐桿相對于機架伸縮，機架的該側(cè)高度位置產(chǎn)生改變。作為優(yōu)選，所述支撐桿的中心線和所述偏心輪的轉(zhuǎn)軸的中心線位于同一平面上。 此種設(shè)計，能使支撐桿受到機架及其上的部件的重力的下壓時，還能自動保持在對應的位置不變，故不需設(shè)計其它鎖緊結(jié)構(gòu)來保持支撐桿的位置不變，結(jié)構(gòu)簡單。當然不這樣設(shè)計， 而將伺服馬達設(shè)計為具有自鎖功能的馬達，同樣能達到該效果。作為優(yōu)選，本發(fā)明包括兩個交叉設(shè)置的水平檢測管，所述水平檢測管包括透明的管體和內(nèi)置于管體的可在管體內(nèi)滾動的滾動體，所述管體與垂直于由所述振子塊的質(zhì)心同所述導軌所在的直線所確定的平面的平面相平行。根據(jù)滾動體在管體內(nèi)的位置來判斷導軌是否水平。能直觀地準確地判斷出導軌是否水平。作為另一優(yōu)選，本發(fā)明包括兩根交叉設(shè)置的水平檢測管，所述水平檢測管包括管體、內(nèi)置于管體的可在管體內(nèi)滾動的滾動體和兩個設(shè)置在管體的兩端的同滾動體相配套的檢測開關(guān)，所述管體與垂直于由所述振子塊的質(zhì)心同所述導軌所在的直線所確定的平面的平面相平行，所述檢測開關(guān)同所述控制裝置電連接。當振子塊所受的重力方向不與垂直于由所述振子塊的質(zhì)心同所述導軌所在的直線所確定的平面的平面相垂直時，則振子塊所受的浮力不能齊全抵消重力，振子塊同軌道之間會有摩擦力，對振子塊的振動的會造成影響， 此時相應的管體內(nèi)的滾動體會滾向其較低的一端并觸碰到對應的檢測開關(guān)，檢測開關(guān)將該信息給控制裝置，控制裝置根據(jù)此信息通過對應的伺服馬達調(diào)整對應支撐桿、使機架的對應側(cè)的高度產(chǎn)生改變到合符要求也即水平為止。根據(jù)三點確定一個平面的原理，兩根管體交叉設(shè)置即不不行時，當兩根管體都水平時，則與兩根管體都平行的平面一定為水平面。作為優(yōu)選，所述檢測開關(guān)為壓力開關(guān)。當滾動體觸碰到壓力開關(guān)時，滾動體的重量會對壓力開關(guān)產(chǎn)生壓力，也即壓力開關(guān)感知到滾動體到達了壓力開關(guān)所在的管體端。檢測開關(guān)用機械式開合式的開關(guān)或其他傳感器都可以。作為優(yōu)選，所述支撐腳有三只，所述三只支撐腳中有兩只為所述升降腳，所述三只支撐腳呈三角形分布，由所述三只支撐腳所確定的三角形的一條邊同所述兩根水平檢測管中的一根相平行。先調(diào)整能使同三只支撐腳所確定的三角形的一條邊相平行的那根管體保持水平的升降腳，使該管體水平后再調(diào)整另一根管體到水平。作為優(yōu)選，所述兩只升降腳只有一只位于由所述三只支撐腳所確定的三角形的同所述水平檢測管相平行的那條邊上。最多只需啟動兩次伺服馬達即能調(diào)整到振子塊的水平符合要求，調(diào)整快速方便，馬達啟動次數(shù)少，節(jié)能。本發(fā)明具有下述優(yōu)點，由于振子塊為水平方向振動，且設(shè)計懸浮裝置使振子塊懸浮在導軌上，因此彈簧振子的振動情況與理論狀態(tài)更加接近，實驗性強；在優(yōu)選方案中，設(shè)計相關(guān)的結(jié)構(gòu)能確保本發(fā)明無論放置在水平與否的工作臺上，都能調(diào)整甚至自動調(diào)整到導軌水平且由振子塊的質(zhì)心和導軌所在的直線所確定的平面保持在豎直狀態(tài)，因此本發(fā)明無論在怎樣的工作臺上都能使彈簧振子的振動情況與理論狀態(tài)接近，適應性好。


圖1為本發(fā)明實施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的B— B截面示意圖。
圖3為圖1的A—A截面示意圖。圖4為本發(fā)明實施例二的立體機構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實施例三的立體機構(gòu)示意圖。圖6為實施例三的電路框圖。圖中機架1，擋板11，左支撐耳朵12，右支撐耳朵13，支撐腳2，左前支撐腳21， 左后支撐腳22，左后支撐桿221，左偏心輪222，左伺服馬達223，左偏心輪的轉(zhuǎn)軸224，右支撐腳23，右支撐桿231，右偏心輪232，右伺服馬達233，右偏心輪的轉(zhuǎn)軸234，三角形C，三角形的左邊Cl，擋板11，水平檢測管3，第一水平檢測管31，第一管體311，第一滾動體312，前檢測開關(guān)313，后檢測開關(guān)314，第二水平檢測管32，第二管體321，第二滾動體322，左檢測開關(guān)323，右檢測開關(guān)324，導軌4，振子塊5，溝槽51，振子彈簧6，懸浮機構(gòu)7，氣泵71，氣孔 72，氣腔73，出氣管74，控制裝置8。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一，參見圖1，一種彈簧振子裝置，包括機架1、導軌4、振子塊5和振子彈簧 6。軌道4水平設(shè)置在機架1上。振子塊5位于軌道4的上方。振子彈簧6的右端同振子塊5固接在一起，振子彈簧6的左端同機架1上的擋板 11固定在一起。振子彈簧6同導軌4相平行。機架1上還設(shè)有氣泵71。參見圖2，軌道4的橫截面為三角形。軌道4為管狀結(jié)構(gòu)。振子塊5所在側(cè)的軌道 4的表面上設(shè)有多個氣孔72。振子塊5的下側(cè)面上設(shè)有倒置的“V”形溝槽51。溝槽51正對軌道4。參見圖3，軌道4的內(nèi)腔形成氣腔73。氣泵71通過出氣管74輸送氣體給氣腔73。氣泵71、氣腔73和氣孔72構(gòu)成懸浮機構(gòu)7。使用時，啟動氣泵71，氣泵71產(chǎn)生的氣體經(jīng)出氣管74流入氣腔73，氣腔73內(nèi)的氣體經(jīng)氣孔72流出，從而將振子塊5浮起在軌道4的上方，右拉振子塊5 —段距離后釋放振子塊5，在振子彈簧6的作用下，振子塊5在軌道4的上方作振動運動。實施例二，同實施例一的不同之處為
參見圖4，機架1設(shè)有三只支撐腳2，三只支撐腳2分別為左前支撐腳21、左后支撐腳 22和右支撐腳23。三只支撐腳2位于三角形C的三個頂點上。左前支撐腳21為一根桿子。左前支撐腳21是焊接在機架1的下表面上的。左后支撐腳22和右支撐腳23都為升降腳。左后支撐腳22包括穿設(shè)在機架1上的左后支撐桿221、左偏心輪222、左伺服馬達 223。左后支撐桿221的上端抵接在左偏心輪222的輪緣上。左后支撐桿221的中心線和左偏心輪的轉(zhuǎn)軸224的中心線位于同一平面上。左偏心輪的轉(zhuǎn)軸224穿設(shè)在左支撐耳朵12上，左偏心輪的轉(zhuǎn)軸224同左支撐耳朵12之間設(shè)有軸承。左偏心輪的轉(zhuǎn)軸2M通過聯(lián)軸器同左伺服馬達223的動力輸出軸固接在一起。右支撐腳23包括穿設(shè)在機架1上的右支撐桿231、右偏心輪232、右伺服馬達233。右支撐桿231的上端抵接在右偏心輪232的輪緣上。右支撐桿231的中心線和右偏心輪的轉(zhuǎn)軸234的中心線位于同一平面上。右偏心輪的轉(zhuǎn)軸234穿設(shè)在右支撐耳朵13上，右偏心輪的轉(zhuǎn)軸234同右支撐耳朵 13之間設(shè)有軸承。右偏心輪的轉(zhuǎn)軸234通過聯(lián)軸器同右伺服馬達233的動力輸出軸固接在一起。機架1上設(shè)有兩根水平檢測管3。兩根水平檢測管3分別為第一水平檢測管31和第二水平檢測管32。第一水平檢測管31和第二水平檢測管32交叉設(shè)置，交叉角為60°。第一水平檢測管31包括第一管體311和內(nèi)置于第一管體311的第一滾動體312。第一管體311為透明管，第一管體311的兩端是封閉的。第一管體311與垂直于由振子塊5的質(zhì)心同導軌4所在的直線所確定的平面的平面相平行。第一滾動體312為能在第一管體311內(nèi)自由滾動的球體。第二水平檢測管32包括第二管體321和內(nèi)置于第二管體321的第二滾動體322。第二管體321為透明管，第二管體321的兩端是封閉的。第二管體321與垂直于由振子塊5的質(zhì)心同導軌4所在的直線所確定的平面的平面相平行。第二滾動體322為能在第二管體321內(nèi)自由滾動的球體。使用時，通過兩根水平檢測管3內(nèi)的滾動體的位置來判斷導軌4是否水平，如果不水平，則通過人工控制對應的伺服馬達去調(diào)節(jié)到導軌4水平。實施例三，參見圖5，同實施例二的不同之處為第一水平檢測管31和第二水平檢測管32相垂直。三角形的左邊Cl同第一水平檢測管31相平行。第一水平檢測管31還包括設(shè)置在第一管體311的前端的前檢測開關(guān)313和設(shè)置在第一管體311的后端的后檢測開關(guān)314。第一管體311是不透明的。前檢測開關(guān)313和后檢測開關(guān)314都為壓力開關(guān)。第二水平檢測管32還包括設(shè)置在第二管體321的左端的左檢測開關(guān)323和設(shè)置在第二管體321的右端的右檢測開關(guān)324。第二管體321是不透明的。左檢測開關(guān)323和右檢測開關(guān)3 都為壓力開關(guān)。參見圖6，還設(shè)有控制裝置8?？刂蒲b置8同前檢測開關(guān)313、后檢測開關(guān)314、左檢測開關(guān)323、右檢測開關(guān)324、左伺服馬達223以及右伺服馬達233電連接在一起。參見圖6與圖5，調(diào)整導軌4水平的過程為如果第一滾動體312壓在后檢測開關(guān) 314上則表示導軌4的后側(cè)偏低，則后檢測開關(guān)314將該信息輸送給控制裝置8，控制裝置8 使左伺服馬223按照與圖中D向相反的方向轉(zhuǎn)動，左伺服馬223驅(qū)動左偏心輪222按照與圖中D向相反的方向轉(zhuǎn)動，左后支撐桿221伸出機架1的長度變大，機架1的后側(cè)升高，機架1升高時將第一管體311的后端和導軌4的后側(cè)抬起，抬起到第一滾動體312不壓在后檢測開關(guān)314后則左伺服馬達223停止；如果第一滾動體312壓在前檢測開關(guān)313上則表示導軌4的前側(cè)偏低，則前檢測開關(guān)313將該信息輸送給控制裝置8，控制裝置8使左伺服馬223按照圖中D向轉(zhuǎn)動，左伺服馬223驅(qū)動左偏心輪222按照圖中D向轉(zhuǎn)動，左后支撐桿 221伸出機架1的長度變小，機架1的后側(cè)下降，機架1下降時將第一管體311的后端和導軌4的后側(cè)降低，降低到第一滾動體312不壓在前檢測開關(guān)313后則左伺服馬達223停止； 如果第二滾動體322壓在左檢測開關(guān)323上則表示導軌4的左側(cè)偏低，則左檢測開關(guān)323 將該信息輸送給控制裝置8，控制裝置8使右伺服馬233按照圖中E向轉(zhuǎn)動，右伺服馬233 驅(qū)動右偏心輪232按照圖中E向轉(zhuǎn)動，右支撐桿231伸出機架1的長度變小，機架1的右側(cè)降低，機架1降低時將第二管體321的右端和導軌4的右端降低，降低到第二滾動體322不壓在左檢測開關(guān)323后則右伺服馬達233停止。如果第二滾動體322壓在右檢測開關(guān)324 上則表示導軌4的右側(cè)偏低，則右檢測開關(guān)3M將該信息輸送給控制裝置8，控制裝置8使右伺服馬233按照與圖中E向相反的方向轉(zhuǎn)動，右伺服馬233驅(qū)動右偏心輪232按照與圖中E向相反的方向轉(zhuǎn)動，右支撐桿231伸出機架1的長度變大，機架1的右側(cè)升高，機架1 升高時將第二管體321的右端和導軌4的右端抬起，抬起到第二滾動體322不壓在右檢測開關(guān)3M后則右伺服馬達233停止。本實施例較之實施例二而言，實現(xiàn)了自動調(diào)整水平，自動化程度高。以上的實施例中懸浮機構(gòu)7是以氣壓作為動力來使振子塊5懸浮在導軌4上，當然也可以設(shè)計為磁懸浮的形式。
權(quán)利要求
1.一種彈簧振子裝置，包括振子塊和使振子塊產(chǎn)生振動的振子彈簧，其特征在于，包括水平設(shè)置的導軌，所述導軌同所述振子塊之間設(shè)有將振子塊懸浮在導軌上的懸浮機構(gòu)，所述振子彈簧同所述導軌相平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧振子裝置，其特征在于，所述振子塊位于所述導軌的上方，所述懸浮機構(gòu)包括設(shè)置在所述導軌內(nèi)部的氣腔、若干設(shè)置在所述振子塊所在側(cè)的所述導軌上的氣孔和給氣腔供氣的氣泵，所述氣孔同所述氣腔相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彈簧振子裝置，其特征在于，包括控制裝置和安裝導軌的機架，所述機架設(shè)有至少三只支撐腳，所述支撐腳中至少有兩只為升降腳，所述升降腳包括穿設(shè)在所述機架上的支撐桿、驅(qū)動支撐桿伸縮的偏心輪和驅(qū)動偏心輪轉(zhuǎn)動的伺服馬達，所述伺服馬達通過所述控制裝置進行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈簧振子裝置，其特征在于，所述支撐桿的中心線和所述偏心輪的轉(zhuǎn)軸的中心線位于同一平面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈簧振子裝置，其特征在于，包括兩個交叉設(shè)置的水平檢測管，所述水平檢測管包括透明的管體和內(nèi)置于管體的可在管體內(nèi)滾動的滾動體，所述管體與垂直于由所述振子塊的質(zhì)心同所述導軌所在的直線所確定的平面的平面相平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈簧振子裝置，其特征在于，包括兩根交叉設(shè)置的水平檢測管，所述水平檢測管包括管體、內(nèi)置于管體的可在管體內(nèi)滾動的滾動體和兩個設(shè)置在管體的兩端的同滾動體相配套的檢測開關(guān)，所述管體與垂直于由所述振子塊的質(zhì)心同所述導軌所在的直線所確定的平面的平面相平行，所述檢測開關(guān)同所述控制裝置電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彈簧振子裝置，其特征在于，所述檢測開關(guān)為壓力開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彈簧振子裝置，其特征在于，所述支撐腳有三只，所述三只支撐腳中有兩只為所述升降腳，所述三只支撐腳呈三角形分布，由所述三只支撐腳所確定的三角形的一條邊同所述兩根水平檢測管中的一根相平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的彈簧振子裝置，其特征在于，所述兩只升降腳只有一只位于由所述三只支撐腳所確定的三角形的同所述水平檢測管相平行的那條邊上。
全文摘要
本發(fā)明涉及實驗儀器。一種彈簧振子裝置，包括振子塊和使振子塊產(chǎn)生振動的振子彈簧，還包括水平設(shè)置的導軌，所述導軌同所述振子塊之間設(shè)有將振子塊懸浮在導軌上的懸浮機構(gòu)，所述振子彈簧同所述導軌相平行。本發(fā)明提供了一種振動情況同理論較接近的彈簧振子裝置，解決了現(xiàn)有的彈簧振子不能真實反饋出彈簧振子的理論振動情況、導致實驗性差的問題。
文檔編號G09B23/10GK102456284SQ20111036428
公開日2012年5月16日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者汪仁華, 趙齊浩 申請人:浙江向陽花教學器材有限公司