機械平衡實驗儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機械平衡實驗儀，包括支撐機構、動力機構和平衡調(diào)節(jié)機構，支撐機構包括底座，設在底座兩端的固定支桿和底座一端的延長板；所述固定支桿的上端配合有支撐桿；動力機構包括電機，減速齒輪裝置、旋轉主軸和短軸；平衡調(diào)節(jié)機構包括矢量合成平衡機構，振動顯示機構，剛柔性支撐切換機構和托盤升降機構。本發(fā)明將旋轉主軸的振動進行放大，通過激光筆射出光點在屏幕上的位置即可判斷出振動大小，從實現(xiàn)了微小振動的可視化；通過標準質量塊的移動和卡盤體位置的改變，可以動平衡原理實驗由單一的驗證性實驗轉變?yōu)樵O計性實驗，將能夠極大的鍛煉學生的動手實踐能力，并提高學生的感性認識。
【專利說明】機械平衡實驗儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機械平衡裝置，尤其是一種機械平衡實驗儀。
技術背景
[0002]在機械類課堂中，有許多十分重要的原理，動平衡就是其中ー種。動平衡原理在機械的設計中會經(jīng)常使用，但是在學習的過程中比較難以理解，老師在講授這一部分知識時，都是大量的數(shù)學推導過程和簡單的圖片展示，無法讓同學們形成直觀的印象，理解起來有一定的難度。通過實驗的方式讓同學們自己去驗證這一原理，能加深理解，實際的操作也讓同學們對這一原理印象深刻。但是現(xiàn)有的動平衡實驗儀功能簡單，只能找到在同一平面內(nèi)的不平衡質量的質徑積，無法通過雙面平衡法確定兩個以上不同平面內(nèi)的不平衡質量的質徑積，而動平衡的精華就是雙面平衡法的應用，現(xiàn)有的實驗儀不能夠讓同學從根本上理解動平衡原理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有的動平衡實驗臺存在的問題，本發(fā)明提供一種機械平衡實驗儀，本裝置可以驗證簡單的靜平衡原理，可以確定単一平面內(nèi)的不平衡質量的質徑積，還可以確定多個不同平面內(nèi)的不平衡質量的質徑積，功能全面，能夠有效的幫助學生們掌握這一部分知識。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種機械平衡實驗儀，包括支撐機構、動カ機構(8)和平衡調(diào)節(jié)機構，支撐機構包括重質量的底座(6)，設在底座(6)兩端的固定支桿(38)和底座(6) —端的延長板；所述固定支桿(38)的上端配合有內(nèi)設強質彈簧
(14)的支撐桿(9);所述延長板上固定有兩根與兩根固定支桿(38)處于同一水平線上的豎桿(40);動カ機構(8)包括固定在底座(6) —端的延長板上的電機(18),與電機(18)輸出軸連接的減速齒輪裝置(17)，通過軸承(5)連接支撐桿(9)上端的旋轉主軸(3)，通過軸承(5 )配合連接在豎桿(40 )上的短軸(39 )，減速齒輪裝置(17)通過帶(16 )傳動與短軸(39 )連接，所述旋轉主軸(3)與短軸(39)通過離合器(15)連接；其特征在于:平衡調(diào)節(jié)機構包括矢量合成平衡機構，將旋轉主軸(3)單方向的振動量以可見的方式展示出來的振動顯示機構(7)，用于改變旋轉主軸(3)支撐方式的剛柔性支撐切換機構(20)和托盤升降機構(19)。
[0005]矢量合成平衡機構包括兩個平衡基準圓盤(I)和兩個待平衡圓盤(2),圓盤包括一個較薄的金屬圓盤，通過螺旋槽機構連接的中心活動卡盤和可用于增減圓盤質量且配合在螺旋槽機構上質量塊(28);所述的兩個平衡基準圓盤(I)通過活動卡盤固定在旋轉主軸
(3)的兩端，處于兩根固定支桿(38)的外側；所述的兩個待平衡圓盤(2)通過活動卡盤固定在旋轉主軸(3)的中間位置且等距分布。
[0006]振動顯示機構(7)安裝在靠近固定支桿(38)的兩端，包括配合在旋轉主軸(3)上的方槽盤(4)，通過曲柄滑塊機構(21)連接的激光筆(22)，與激光筆(22)筆尖成角度可調(diào)的平面鏡I (23)，與平面鏡I成角度可調(diào)的平面鏡II (24)，及與平面鏡II成對應角度的觀察板(25);激光筆(22)、平面鏡I (23)、平面鏡II (24)和觀察板(25)按順序形成ー組光線反射機構。平面鏡和觀察板(25)均通過支桿固定在底座(6)上，觀察板(25)上設有用于對照兩組反射光線的刻度線。
[0007]剛柔性支撐切換機構(20)為兩組，分別設在兩根固定支桿(38)的兩側，包括剛性支撐桿(11)，彈簧(12)，緊固桿(13)。剛性支撐桿(11)的上端為溝槽(10)，下端為L型，其下端通過軸連接在固定支桿(38)上，可繞軸轉動；兩組剛性支撐桿(11)的下端L型末端通過橫桿(41)連接在一起；所述緊固桿(13)成曲折狀，左端為插銷部分，緊固桿(13)的中間位置通過軸連接在剛性支撐桿(11)的下端L型處，緊固桿(13)的左端通過彈簧(12)連接剛性支撐桿(11);當為剛性支撐方式時，剛性支撐桿(11)上端的溝槽(10)將剛性支撐桿
(11)側面的軸卡緊，緊固桿(13)左端部分插入底座(6)側面凸臺的凹槽中，防止在剛性支撐狀態(tài)時剛性支撐桿(11)受外力晃動；當切換柔性支撐方式吋，手捏緊固桿(13)外端，推動剛性支撐桿(11)繞軸轉動，使剛性支撐桿(11)的溝槽(10 )與支撐桿分離，支撐桿不受約束，不平衡質量旋轉時的離心カ引起固定桿上下振動，將不平衡質量顯示出來。
[0008]托盤升降機構(19)設有兩組，分別設在兩個待平衡圓盤(2)的正下方，由偏心輪
(34)、支撐架(33)、棘爪機構(36)組成。支撐架(33)的圓直徑比圓盤大，且?guī)?16)可配合圓盤的凹槽；支撐架(33)下端的支桿為配合孔，設在底座(6)上的支柱上端套接在其配合孔內(nèi)；偏心輪(34)通過軸設在支柱上，其上設有帶(16)齒輪的手柄(37);偏心輪(34)的邊緣與支撐架(33)下端支桿上的外延伸桿(35)接觸；棘爪機構(36)與帶(16)齒輪的手柄
(37)形成棘輪裝置，用于鎖定偏心輪(34)。
[0009]活動卡盤由卡爪(32 )、絲桿(31)、螺旋槽(29 )、卡盤體(30 )組成，質量塊(28 )可配合在絲桿(31)上，絲桿(31)的兩側設有用干支撐連接圓盤的橫桿，橫桿上設有半徑刻度線
(26)和角度刻度線(27);通過調(diào)節(jié)質量塊(28)的位置來模擬不平衡質量的分布，包括對不平衡質量徑向尺寸和角度的模擬。其中質量塊制成螺母狀，與絲桿(31)構成絲杠螺母機構以便質量塊(28)在絲桿(31)上滑動。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:①將轉軸的振動進行放大，通過激光筆射出光點在屏幕上的位置即可判斷出振動大小，從實現(xiàn)了微小振動的可視化。②通過剛柔性支撐的轉換，能夠排除傳送帶轉動對于卡盤振動的影響，使得實驗的精確度更高。③通過標準質量塊的移動和卡盤體位置的改變，可以動平衡原理實驗由単一的驗證性實驗轉變?yōu)樵O計性實驗，將能夠極大的鍛煉學生的動手實踐能力，并提高學生的感性認識。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明立體效果圖
[0012]圖2是本發(fā)明的結構簡圖
[0013]圖3是剛柔性支撐切換機構的結構示意圖
[0014]圖4、圖5是振動顯示機構的結構示意圖
[0015]圖6、圖7是矢量合成平衡機構的結構示意圖
[0016]圖8是托盤升降機構的結構示意圖
【具體實施方式】[0017]下面結合【專利附圖】

【附圖說明】和實施例對本發(fā)明做進ー步說明。
[0018]在圖1-圖8所示的實施例中，振動顯示機構:旋轉主軸在振動的時候是沿圓周360度各個方向振動的，為了將旋轉主軸的周向振動轉換為單方向的振動，并用可見的方式將振動量的大小展示出來，從而方便對振動量的測量并進行后續(xù)的調(diào)節(jié)；該振動顯示機構安裝在靠近固定支桿的兩端，分別用來檢測旋轉主軸兩端的振動量并通過此機構顯示出來并進行相應的被比較調(diào)節(jié)，其工作原理如下所述:
[0019]工作原理:根據(jù)軸的振動原理可知，旋轉主軸的振動是偏心質量對固定支桿所造成的轉矩引起的，偏心質量作圓周運動，因此軸在回轉的過程中的振動是朝各個方向的，但為了顯示出軸的振動量的大小，只需知道其在某ー個方向上的振動就可以，因此該裝置通過方槽盤及底座上相應孔的共同作用，使得旋轉主軸在周向回轉的時候保證方槽盤只進行上下振動，消除其他方向的振動，從而方便測量與觀察；方槽盤豎直的插入底座的孔中并與ー連接桿鉸接，激光筆桿身可作為運動部件，與方槽盤、連接桿組成曲柄滑塊機構，將方槽盤的上下運動傳遞到了激光筆桿身，激光筆桿身一端可繞底座ー凸臺上轉動，其末端有可發(fā)光的激光燈，利用杠桿原理，將其振動量放大，以光線的形式傳送出去。
[0020]攜帯振動信息的光線經(jīng)平面鏡反射后可在觀察面板上觀察，其原理圖如圖5所
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[0021]平面鏡布置在底座上并且傾斜角度可調(diào)，激光燈的振動使得光線振動，經(jīng)過兩次平面鏡的反射后最終顯示在觀察面板上，由于振動速度與軸的轉動速度成正比，因此光線的振動速度也較快，由于人眼視覺暫留的作用，觀察到的將是一條直線段。左右兩側的振動量以相同的方式顯示在此觀察面板上，觀察面板上有相應的刻度線，可以觀察測量出兩段直線段的長度，記錄下來并以此為基礎進行動平衡的調(diào)節(jié)，每ー個刻度長度對應著平衡基面圓盤上滑塊的移動量，因此該裝置可十分方便地通過觀察振動量并進行有目的有方向的調(diào)節(jié)。
[0022]矢量合成機構:通過對每個不平衡質量圓盤進行動平衡的調(diào)節(jié)之后，即可確定出在平衡基面上所需增加的質量塊的位置及方位角，但在動平衡的實際調(diào)節(jié)過程中，只希望在平衡基面上増加ー個質量塊便可達到使其動平衡的效果而不是兩個，因此需要將兩次動平衡調(diào)節(jié)過程中所確定的兩質量塊進行矢量合成，得到ー個質量塊。
[0023]其工作原理為:矢量合成機構是ー個較薄的金屬圓盤，質量塊是ー質量已知的方塊磁鐵，可吸附在圓盤上，首先對照圓盤上的角度和半徑刻度線，將兩已確定位置和方向角的鐵塊置于相應的位置，利用重力使其自然下垂，并在反方向放置第三塊磁鐵塊，并用手輕輕扳動圓盤，利用靜平衡的調(diào)節(jié)原理，反復調(diào)節(jié)該磁鐵塊的位置，確定其在任意方向均能停止不下垂，即可確定其經(jīng)矢量合成后的質量塊的最終位置。
[0024]剛柔性支撐切換機構:剛柔性支撐機構:主要用于旋轉主軸支撐方式的改變，實現(xiàn)剛性支撐與柔性支撐之間的快速切換，以達到在電機加載初速度時為剛性支撐；具有一定初速度后采用柔性支撐，避免電機對振動造成影響，使主軸的振動皆為不平衡質量引發(fā)的目的。
[0025]剛柔性支撐機構主要包括:剛性支撐桿，彈簧，緊固桿。剛性支撐桿可以繞軸旋轉，以實現(xiàn)剛柔性支撐的切換。當為剛性支撐方式吋，剛性支撐桿上端的溝槽將固定桿側面的軸卡緊，緊固桿左端部分插入底座側面凸臺的凹槽中，防止在剛性支撐狀態(tài)時，剛性支撐桿受外力晃動，導致剛性支撐桿與固定桿分離，避免主軸在加速過程中受外界影響而振動；當需要切換柔性支撐方式時，手捏緊固桿外端，然后推動剛性支撐桿繞軸轉動，使剛性支撐桿的溝槽與固定桿分離，固定桿不受約束，不平衡質量旋轉時的離心カ引起固定桿上下振動，就將不平衡質量顯示了出來。
[0026]活動卡盤:由卡爪、絲桿、螺旋槽、卡盤體、標準質量塊組成，通過調(diào)節(jié)質量塊的位置來模擬不平衡質量的分布，包括對不平衡質量徑向尺寸和角度的模擬。其中質量塊制成螺母狀，與絲桿構成絲杠螺母機構以便質量塊在絲桿上滑動。工作原理如下:當螺旋槽相對卡盤體轉動時，三個卡爪在螺旋槽背面的螺紋配合作用下同時向中心運動，直至將中間的轉軸卡紫，當螺旋槽相對反向運動吋，卡爪松開轉軸；標準質量塊可以在絲桿上旋轉進行移動，兩側的橫桿上標注有刻度，可以從上讀出標準質量塊的位置。
[0027]托架升降機構:由偏心輪、支撐架、棘爪機構組成。利用偏心輪(凸輪)機構實現(xiàn)托架的升降并通過棘輪棘爪機構進行鎖定。工作原理如下:當偏心輪上的手柄順時針轉動吋，支撐架在偏心輪的作用下脫離與底座的接觸向上升起，當?shù)竭_指定位置時，松手，偏心輪在棘爪的鎖定下保持靜止狀態(tài)；當需要將支撐架降下吋，向上撥動棘爪的另一端，順時針轉動偏心輪的手柄，使支撐架到達指定位置，將圓盤支撐起，使其不隨軸回轉同時不會干涉軸的運動。
【權利要求】
1.一種機械平衡實驗儀，包括支撐機構、動カ機構(8)和平衡調(diào)節(jié)機構，支撐機構包括重質量的底座(6),設在底座(6)兩端的固定支桿(38)和底座(6) 一端的延長板；所述固定支桿(38)的上端配合有內(nèi)設強質彈簧(14)的支撐桿(9);所述延長板上固定有兩根與兩根固定支桿(38)處于同一水平線上的豎桿(40);動カ機構(8)包括固定在底座(6) —端的延長板上的電機(18 )，與電機(18 )輸出軸連接的減速齒輪裝置(17 )，通過軸承(5 )連接支撐桿(9 )上端的旋轉主軸(3 )，通過軸承(5 )配合連接在豎桿(40 )上的短軸(39 )，減速齒輪裝置(17)通過帶(16)傳動與短軸(39)連接，所述旋轉主軸(3)與短軸(39)通過離合器(15)連接；其特征在于:平衡調(diào)節(jié)機構包括矢量合成平衡機構，將旋轉主軸(3)單方向的振動量以可見的方式展示出來的振動顯示機構(7)，用于改變旋轉主軸(3)支撐方式的剛柔性支撐切換機構(20)和托盤升降機構(19)； 矢量合成平衡機構包括兩個平衡基準圓盤(I)和兩個待平衡圓盤(2)，圓盤包括ー個較薄的金屬圓盤，通過螺旋槽機構連接的中心活動卡盤和可用于增減圓盤質量且配合在螺旋槽機構上質量塊(28);所述的兩個平衡基準圓盤(I)通過活動卡盤固定在旋轉主軸(3)的兩端，處于兩根固定支桿(38)的外側；所述的兩個待平衡圓盤(2)通過活動卡盤固定在旋轉主軸(3)的中間位置且等距分布； 振動顯示機構(7)安裝在靠近固定支桿(38)的兩端，包括配合在旋轉主軸(3)上的方槽盤(4)，通過曲柄滑塊機構(21)連接的激光筆(22)，與激光筆(22)筆尖成角度可調(diào)的平面鏡I (23)，與平面鏡I成角度可調(diào)的平面鏡II (24)，及與平面鏡II成對應角度的觀察板(25);激光筆(22)、平面鏡I (23)、平面鏡II (24)和觀察板(25)按順序形成一組光線反射機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的機械平衡實驗儀，其特征在于:平面鏡和觀察板(25)均通過支桿固定在底座(6)上，觀察板(25)上設有用于對照兩組反射光線的刻度線。
3.根據(jù)權利要求1所述的機械平衡實驗儀，其特征在于:剛柔性支撐切換機構(20)為兩組，分別設在兩根固定支桿(`38)的兩側，包括剛性支撐桿(11)，彈簧(12)，緊固桿(13)；剛性支撐桿(11)的上端為溝槽(10)，下端為L型，其下端通過軸連接在固定支桿(38)上，可繞軸轉動；兩組剛性支撐桿(11)的下端L型末端通過橫桿(41)連接在一起。
4.根據(jù)權利要求3所述的機械平衡實驗儀，其特征在于:所述緊固桿(13)成曲折狀，左端為插銷部分，緊固桿(13)的中間位置通過軸連接在剛性支撐桿(11)的下端L型處，緊固桿(13)的左端通過彈簧(12)連接剛性支撐桿(11 )。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的機械平衡實驗儀，其特征在于:當為剛性支撐方式吋，剛性支撐桿(11)上端的溝槽(10)將剛性支撐桿(11)側面的軸卡緊，緊固桿(13)左端部分插入底座(6)側面凸臺的凹槽中，防止在剛性支撐狀態(tài)時剛性支撐桿(11)受外力晃動；當切換柔性支撐方式時，手捏緊固桿(13)外端，推動剛性支撐桿(11)繞軸轉動，使剛性支撐桿(11)的溝槽(10)與支撐桿分離，支撐桿不受約束，不平衡質量旋轉時的離心カ引起固定桿上下震動，將不平衡質量顯示出來。
6.根據(jù)權利要求1所述的機械平衡實驗儀，其特征在于:托盤升降機構(19)設有兩組，分別設在兩個待平衡圓盤(2)的正下方，由偏心輪(34)、支撐架(33)、棘爪機構(36)組成；支撐架(33)的圓直徑比圓盤大,且?guī)?16)可配合圓盤的凹槽；支撐架(33)下端的支桿為配合孔，設在底座(6)上的支柱上端套接在其配合孔內(nèi)；偏心輪(34)通過軸設在支柱上，其上設有帶(16)齒輪的手柄(37);偏心輪(34)的邊緣與支撐架(33)下端支桿上的外延伸桿(35 )接觸；棘爪機構(36 )與帶(16 )齒輪的手柄(37 )形成棘輪裝置，用于鎖定偏心輪(34)。
7.根據(jù)權利要求1所述的機械平衡實驗儀，其特征在于:活動卡盤由卡爪(32)、絲桿(31)、螺旋槽(29)、卡盤體(30)組成，質量塊(28)可配合在絲桿(31)上，絲桿(31)的兩側設有用干支撐連接圓盤的橫桿，橫桿上設有半徑刻度線(26)和角度刻度線(27);通過調(diào)節(jié)質量塊(28)的位置來模擬不平衡質量的分布，包括對不平衡質量徑向尺寸和角度的模擬。
8.根據(jù)權利要求7所述的機械平衡實驗儀，其特征在于:質量塊制成螺母狀，與絲桿(31)構成絲杠螺母機構以便質量塊( 28)在絲桿(31)上滑動。
【文檔編號】G09B25/02GK103606334SQ201310639110
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】雷康, 趙麗, 周智 申請人:雷康, 趙麗, 周智