專(zhuān)利名稱(chēng)：：異步拖動(dòng)消阻尼諧振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型是一種物理實(shí)驗(yàn)儀器，可以作為教師講授機(jī)械振動(dòng)時(shí)的演示教具，或作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的實(shí)驗(yàn)儀器，屬于國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)G09B23/06所描述的
技術(shù)領(lǐng)域：
。市場(chǎng)調(diào)查和文獻(xiàn)檢索表明，多數(shù)學(xué)校通常使用的同類(lèi)儀器中，有一些過(guò)于簡(jiǎn)陋，如拋棄概念的準(zhǔn)確性、用振幅很大的沙擺描繪簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移——時(shí)間曲線和李薩茹圖形等，有一些則是讓剛剛步入校門(mén)的低年級(jí)學(xué)生在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，使用復(fù)雜的電子儀器，如用示波器配之以移相器或數(shù)字頻率計(jì)，觀察振動(dòng)方向垂直的兩振動(dòng)的合成等。力學(xué)中簡(jiǎn)諧振動(dòng)及其合振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。例如物體同時(shí)參與兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的振動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及拍頻現(xiàn)象，是力學(xué)中機(jī)械波的干涉和電磁學(xué)中電磁振蕩與信號(hào)調(diào)制理論的基礎(chǔ)。本末到置，讓不了解電磁振蕩等電子線路的低年級(jí)學(xué)生，選擇和扭動(dòng)示波器面板上的衰減器、頻率、頻率微調(diào)、同步調(diào)諧等等諸多旋鈕，來(lái)觀測(cè)力學(xué)中機(jī)械振動(dòng)的基本規(guī)律，必然要加重教師和學(xué)生的負(fù)擔(dān)且難以收到預(yù)期的教學(xué)效果。本實(shí)用新型的目的是構(gòu)造一種簡(jiǎn)諧振子，它能夠提供較大的周期性策動(dòng)力，迫使其它物體隨之一起作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，以便構(gòu)造各類(lèi)振動(dòng)合成實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在不涉及任何電磁學(xué)和光學(xué)概念的條件下，在力學(xué)范籌內(nèi)完成械振動(dòng)一章的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。在深刻地理解和掌握機(jī)械振動(dòng)及其合振動(dòng)的規(guī)律之后，再利用示波器等電磁學(xué)儀器學(xué)習(xí)電磁學(xué)知識(shí)。本實(shí)用新型的基本構(gòu)思，源于大學(xué)物理機(jī)械振動(dòng)一章理論課中，簡(jiǎn)諧振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)矢量圖示法。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于為旋轉(zhuǎn)矢量的終端在振動(dòng)方向上的投影點(diǎn)尋找一個(gè)客觀的載體，把它作為簡(jiǎn)諧振動(dòng)的觀察目標(biāo)，并由它提供策動(dòng)力以迫使其它物體作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，進(jìn)而構(gòu)造各類(lèi)振動(dòng)合成實(shí)驗(yàn)。圖1是體現(xiàn)上述基本構(gòu)思，達(dá)到本實(shí)用新型目的實(shí)驗(yàn)裝置的三視圖。力學(xué)系統(tǒng)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OMP(1)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(2)兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成；由傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OMP(1)的曲柄OM(4)和連桿MP(5)的長(zhǎng)度均為旋轉(zhuǎn)矢量A的一半，連桿MP(5)與受到約束的作為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)觀測(cè)目標(biāo)的滑塊m(6)鉸鏈于P點(diǎn)，滑塊m(6)套在滑桿L(7)上；在傳動(dòng)軸(3)的驅(qū)動(dòng)力矩作用下，曲柄OM(4)以角速度勻速ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊m(6)在滑桿L上運(yùn)動(dòng)。從理論上講，在表面加工光潔度高、裝配工差小的條件下，滑塊m(6)可依照簡(jiǎn)諧規(guī)律周而復(fù)始地運(yùn)動(dòng)。但實(shí)際上由于裝配公差、機(jī)械磨損的存在，摩擦阻尼可使滑塊m(6)的運(yùn)動(dòng)在±90°出現(xiàn)死點(diǎn)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OMP(1)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)目標(biāo)提供了幾何約束，但由于可能出現(xiàn)死點(diǎn)狀態(tài)，其獨(dú)立運(yùn)行的可靠性較差，故定義為約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖一中為消除約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OMP(1)的死點(diǎn)而設(shè)置的、由同一傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(2)，定義為拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(2)的曲柄OG(8)的長(zhǎng)度等于旋轉(zhuǎn)矢量A，曲柄OG(8)位相超前于曲柄OM(4)的位相，曲柄OG(8)與曲柄OM(4)的夾角為Δθ，與曲柄OG(8)鉸鏈于G點(diǎn)的連桿GQ1(9)的長(zhǎng)度為旋轉(zhuǎn)矢量A的r倍(1.5＜r＜3.5)，滑桿L(7)作為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(2)的滑塊，和連桿GQ1(9)鉸鏈于Q1點(diǎn)；自然長(zhǎng)度為S1的彈簧S1(10)套在滑桿L(7)上，鉸接于P點(diǎn)和Q1點(diǎn)之間。這樣，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，滑塊m(5)在受到曲柄OM(4)連桿MP(5)的驅(qū)動(dòng)力、滑桿L(7)的磨擦力作用的同時(shí)，還受到彈簧S1(10)沿著水平方向的周期性作用力(+90°附近為拉力、-90°附近為壓力)，滑塊m(6)便可賴(lài)以消除死點(diǎn)，作振幅為A、角頻率為ω的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，即滑塊m(6)可作為旋轉(zhuǎn)矢量A的終端在水平方向上投影點(diǎn)的載體，視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的觀察目標(biāo)，并且，可在同步驅(qū)動(dòng)的卷紙上繪制振動(dòng)曲線。因此裝置只有一個(gè)彈簧，姑且稱(chēng)其為單簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子。如果僅僅用于演示簡(jiǎn)諧振動(dòng)，水平滑桿L(7)可與機(jī)架(底座)固定在一起，增加一個(gè)滑環(huán)套在其上，通過(guò)滑環(huán)將連桿GQ1(9)和彈簧S1(10)鉸鏈在一起。這種結(jié)構(gòu)的荷載能力雖小，但體積較小，適用于說(shuō)明簡(jiǎn)諧振動(dòng)規(guī)律。為了構(gòu)造振動(dòng)合成實(shí)驗(yàn)裝置，如前所述，要求諧振子能夠提供更大的周期性策動(dòng)力，或者說(shuō)要有更大的荷載能力。雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子作為圖1所示裝置的同類(lèi)改型裝置，圖2繪出了它的三視圖。雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子由約束曲柄連桿機(jī)構(gòu)(1)、和拖動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)(2)兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。由傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)(1)的曲柄OM(4)和連桿MP(5)的長(zhǎng)度均為旋轉(zhuǎn)矢量A的一半，連桿MP(5)與受到約束的作為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)觀測(cè)目標(biāo)的滑塊m(6)鉸鏈于P點(diǎn)，滑塊m(6)套在水平滑桿L(7)上；由同一傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)(2)的曲柄OG(8)的長(zhǎng)度等于旋轉(zhuǎn)矢量A，曲柄OG(8)位相超前于曲柄OM(4)的位相，兩曲柄的夾角為Δθ，與曲柄OG(8)鉸鏈于G點(diǎn)的連桿GQ1(9)和連桿GQ2(10)的長(zhǎng)度為旋轉(zhuǎn)矢量A的r倍(1.5＜r＜3.5)，水平滑桿L(7)作為曲柄連軒機(jī)構(gòu)OGQ1(11)滑塊，和連桿GQ1(9)鉸鏈于Q1點(diǎn)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)OGQ2(12)的滑塊是套在水平滑桿L(7)上的滑環(huán)(13)，自然長(zhǎng)度為S2的彈簧S21(14)和彈簧S22(15)套在水平滑桿L(7)上，分別位于Q1點(diǎn)、P點(diǎn)之間和P點(diǎn)、Q2點(diǎn)之間，各有一個(gè)自由端，另一端分別鉸接于Q1點(diǎn)、Q2點(diǎn)。圖1所示單簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子與圖2所示雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子的差別在于在圖2中，增設(shè)了與圖1中連桿GQ1(9)相對(duì)稱(chēng)的連桿GQ2(10)，用于驅(qū)動(dòng)與之鉸鏈的增設(shè)的滑環(huán)(13)，即增設(shè)了一個(gè)拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ2(12)；與圖1中的彈簧S1(10)相對(duì)稱(chēng)，增設(shè)了彈簧S22(15)；且兩彈簧S21(14)、S22(15)各有一個(gè)自由端，另一端分別鉸接于Q1點(diǎn)、Q2點(diǎn)，且S21(14)、S22(15)兩彈簧的長(zhǎng)度S2小于圖1中的彈簧S1(10)，在運(yùn)行中沒(méi)有拉伸形變，只是分別在±90°左右產(chǎn)生壓縮形變時(shí)對(duì)滑塊m(6)施加推力以消除死點(diǎn)。由于彈簧(11)、彈簧(8)可以有較小的長(zhǎng)度和較大的彈性系數(shù)，故可在±90°位相附近提供較大的拖動(dòng)力，且同時(shí)可避免無(wú)用的勢(shì)能儲(chǔ)備。適用于構(gòu)造各類(lèi)振動(dòng)合成實(shí)驗(yàn)裝置。此裝置有兩個(gè)彈簧，為區(qū)別前者，姑且稱(chēng)其為雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子。表1分別列出了單簧和雙簧異步拖動(dòng)機(jī)構(gòu)的典型參數(shù)。表1單簧和雙簧異步拖動(dòng)機(jī)構(gòu)的典型參數(shù)r＝2.1Δθ＝25.4°</tables>附圖1說(shuō)明圖1-1單簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子正視圖圖1-2單簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子俯視圖圖1-3單簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子側(cè)視圖(1)約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OMP(1)(2)拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(2)(3)傳動(dòng)軸(3)(4)約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄OM(4)(5)約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿MP(5)(6)約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊m(6)(7)滑桿L(7)、拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ的滑塊(8)拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄OG(8)(9)拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿GQ1(9)(10)彈簧S1(10)，(11)傳動(dòng)軸(3)的支架(座)(12)水平設(shè)置的桿形滑塊(7)的支架(座)左右各一個(gè)(13)分度盤(pán)，(14)底座附圖2說(shuō)明圖2-1雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子正視圖圖2-2雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子俯視圖圖2-3雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子側(cè)視圖(1)約束曲柄連桿機(jī)構(gòu)OMP(1)；(2)拖動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)OGQ1(2)；(3)傳動(dòng)軸(3)；(4)約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄OM(4)；(5)約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的連桿MP(5)；(6)約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊m(6)；(7)滑桿L(7)、拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1的滑塊；(8)拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄OG(8)；(9)拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1的連桿GQ1(9)；(10)拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ2的連桿GQ2(10)；(11)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(11)，(12)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ2(12)；(13)滑環(huán)(13)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ2(12)的滑塊；(14)彈簧S21(14)；(15)彈簧S22(15)；(16)傳動(dòng)軸(1)的支架(座)；(17)水平設(shè)置的桿形滑塊(7)的支架(座)左右各一個(gè)；(18)分度盤(pán)；(19)底座權(quán)利要求1.單簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子是一種物理實(shí)驗(yàn)儀器，是從機(jī)械振動(dòng)一章中的旋轉(zhuǎn)矢量———簡(jiǎn)諧振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，構(gòu)造而成的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。其特征在于力學(xué)系統(tǒng)至少包含稱(chēng)之為約束曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的OMP(1)、和稱(chēng)之為拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的OGQ1(2)兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)；由傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OMP(1)的曲柄OM(4)和連桿MP(5)的長(zhǎng)度均為旋轉(zhuǎn)矢量A的一半，連桿MP(5)與受到約束的作為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)觀測(cè)目標(biāo)的滑塊m(5)鉸鏈于P點(diǎn)，滑塊m(4)套在水平滑桿L(7)上；由同一傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(2)的曲柄OG(8)的長(zhǎng)度等于旋轉(zhuǎn)矢量A，曲柄OG(8)位相超前于曲柄OM(4)的位相，兩曲柄的夾角為Δθ，與曲柄OG(8)鉸鏈于G點(diǎn)的連桿GQ1(9)的長(zhǎng)度為旋轉(zhuǎn)矢量A的r倍(1.5＜r＜3.5)，水平滑桿L(7)作為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1(2)的滑塊，和連桿GQ1(9)鉸鏈于Q1點(diǎn)；自然長(zhǎng)度為S1的彈簧(10)套在水平滑桿L(7)上，鉸接于P點(diǎn)和Q1點(diǎn)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所提出的單簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子，其特征還在于作為拖動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)OGQ1中滑塊的水平滑桿L(7)，可與機(jī)架(底座)固定在一起，增加一個(gè)滑環(huán)套在其上，通過(guò)滑環(huán)將連桿GQ1和彈簧(10)鉸鏈在一起。3.雙簧異步拖動(dòng)消阻尼諧振子也是一物理實(shí)驗(yàn)儀器，是從機(jī)械振動(dòng)一章中的旋轉(zhuǎn)矢量———簡(jiǎn)諧振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，構(gòu)造而成的效率高、荷載能力更強(qiáng)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。其特征在于力學(xué)系統(tǒng)至少包含約束曲柄連桿機(jī)構(gòu)(1)、和拖動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)(2)兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)；由傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)(1)的曲柄OM(4)和連桿MP(5)的長(zhǎng)度均為旋轉(zhuǎn)矢量A的一半，連桿MP(5)與受到約束的作為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)觀測(cè)目標(biāo)的滑塊m(5)鉸鏈于P點(diǎn)，滑塊m(6)套在水平滑桿L(7)上；由同一傳動(dòng)軸(3)驅(qū)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)(2)的曲柄OG(8)的長(zhǎng)度等于旋轉(zhuǎn)矢量A，曲柄OG(8)位相超前于曲柄OM(4)的位相，兩曲柄的夾角為Δθ，與曲柄OG(8)鉸鏈于G點(diǎn)的連桿GQ1(9)和連桿GQ2(10)的長(zhǎng)度為旋轉(zhuǎn)矢量A的r倍(1.5＜r＜3.5)，水平滑桿L(7)作為曲柄連桿機(jī)構(gòu)OGQ1(11)的滑塊，和連桿GQ1(9)鉸鏈于Q1點(diǎn)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)OGQ2(12)的滑塊是套在水平滑桿L(7)上的滑環(huán)(13)，自然長(zhǎng)度為S2的彈簧(14)和彈簧(15)套在水平滑桿L(7)上，分別位于Q1點(diǎn)、P點(diǎn)之間和P點(diǎn)、Q2點(diǎn)之間，各有一個(gè)自由端，另一端分別鉸接于Q1點(diǎn)、Q2點(diǎn)。專(zhuān)利摘要一物理學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，由兩個(gè)以上曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成，其中一個(gè)曲柄與連桿長(zhǎng)度相等，用來(lái)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)目標(biāo)提供幾何約束和驅(qū)動(dòng)力；其它曲柄連桿機(jī)構(gòu)則借助與前者的相差使彈簧產(chǎn)生的拉伸、壓縮形變，對(duì)觀測(cè)目標(biāo)施以消除死點(diǎn)的拖動(dòng)力。依結(jié)構(gòu)分為兩類(lèi)三種，適于繪制振動(dòng)曲線、演示簡(jiǎn)諧振動(dòng)、受迫振動(dòng)、構(gòu)造各類(lèi)振動(dòng)合成實(shí)驗(yàn)裝置?？墒箼C(jī)械振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在不涉及電學(xué)、光學(xué)知識(shí)的力學(xué)范疇內(nèi)完成，能減輕師生負(fù)擔(dān)、改進(jìn)教學(xué)效果。文檔編號(hào)G09B23/00GK2264394SQ95250540公開(kāi)日1997年10月8日申請(qǐng)日期1995年12月25日優(yōu)先權(quán)日1995年12月25日發(fā)明者翟云飛,孫玉蘭,熊艷玲,何麗娟申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)