CN104036674B - 动力学碰撞实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力学碰撞实验装置，斜面轨道座下端的垂直板上固定连接被冲弹簧及承压板，垂直板后面装有激光传感器，激光传感器的激光束穿过斜面轨道座垂直板上的通孔，射在承压板的中心，斜面轨道座上端放置小车，小车内置有筒体，小车前、后端分别密封固定连接前挡板和后端盖，小车内装满液流介质，前挡板与筒体外端面密封固定连接，筒体内装有冲头杆、移动活塞，移动活塞内孔与冲头杆配合连接，移动活塞将筒体分成前腔体和后腔体，位于后腔体后端的尾盖上带有泄流孔，冲头杆前端与前挡板的通孔配合密封连接，主弹簧安装在冲头杆的台阶圆柱面与移动活塞的台阶圆柱面上，恢复弹簧安装在移动活塞后端台阶与尾盖后端面上，尾盖与筒体间密封固定连接。

Description

动力学碰撞实验装置
技术领域
本发明涉及一种动力学碰撞实验装置，尤其是一种用于理论力学、工程力学等的力学实验教学领域的综合实验装置。
背景技术
力学是一门古老的学科，它的产生和发展过程就是人类对于物体机械运动认识的深化过程，并在工程技术的推动下按自身的逻辑进一步演化。在固体力学分支中，理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，具体说就是研究力与机械运动改变之间的关系，是力学的学科基础，通常分为静力学、运动学、动力学三部分。常用的理论力学等力学课程学习方法是关注理论教学学习，而缺乏实验教学环节，尤其是缺少反映物体力与运动变化之间关系的动力学综合实验装置，因而学生缺少动手的实践环节，这也不符合现代工程应用型技术人才的培养要求。本发明正是为了加强学生对理论知识的感性认识、对理论知识的理解和提高学生的实践能力而设计。
发明内容
本发明是要提供一种用于力学实验教学的动力学碰撞实验装置，通过实验装置能综合体现动力学中动量、冲量、动能定理等概念和基本原理。实验装置安装于实验室内的试验平台上，具有综合性强、直观可靠、数据采集方便等优点。
本发明的目的是这样实现的：一种动力学碰撞实验装置，包括激光传感器、被冲弹簧、承压板、斜面轨道座、冲头杆、前挡板、连接螺栓螺母、主弹簧、小车、筒体、移动活塞、恢复弹簧、尾盖，其特点是：斜面轨道座下端的垂直板上固定连接被冲弹簧及承压板，垂直板后面装有用于测量被冲弹簧的压缩变形量的激光传感器，激光传感器的激光束穿过斜面轨道座垂直板上的通孔，射在承压板的中心，斜面轨道座上端放置小车，小车内置有筒体，小车前、后端分别密封固定连接前挡板和后端盖，小车内装满液流介质，前挡板与筒体外端面密封固定连接，筒体内装有冲头杆、移动活塞，移动活塞内孔与冲头杆配合连接，移动活塞将筒体分成前腔体和后腔体，位于后腔体后端的尾盖上带有泄流孔，冲头杆前端与前挡板的通孔配合密封连接，主弹簧安装在冲头杆的台阶圆柱面与移动活塞的台阶圆柱面上，恢复弹簧安装在移动活塞后端台阶上与尾盖后端面上，尾盖与筒体间密封固定连接。
动力学碰撞实验时，从斜面轨道座高处释放小车后，小车与承压板及被冲弹簧形成碰撞，激光传感器通过数据采集仪与PC机连接，用于将被冲弹簧的压缩变形量数据传输到PC机中。
被冲击弹簧、承压板、斜面轨道座之间通过套嵌式焊接成一体。尾盖与小车箱体底面内壁之间安装一个用于保证冲头杆安装精度的契形调整块。移动活塞的长度大于筒体直径的三分之一。筒体在筒壁上沿轴线方向上设置键形槽。
本发明的有益效果是：
本发明是一种纯机械结构装置，由冲头杆、弹簧、筒体、导轨等简单零部件组成，用来反映物体的机械运动一般规律，构思巧妙，富有创新性。实验装置设计中的活塞将腔体分为前后两个部分，前腔体与后腔体，分别放置主弹簧和恢复弹簧，保证实验的有序进行。实验装置结构紧凑，在一个实验装备上完成了多个力学概念和定理的体现，综合性强，成本低，机械结构强度高，安装调整方便，机械运动可靠，并且数据采集方式使用现代化手段，可以增强学生对力学基本原理的感性认识，有利于学生实践能力的提高，也丰富了理论力学等力学课程的教学内容和手段。通过动力学碰撞实验过程，可使学生从直观上正确理解动量mv、冲量Ft、动能mv2、势能mgh、变形能Pdδ、能量转换关系和动能定理等力学概念和原理及其工程应。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的缓冲装置结构剖视图；
图3为本发明的冲头杆结构示意图；
图4为本发明的移动活塞结构示意图；
图5 为发明的筒体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图5所示，本发明的动力学碰撞实验装置，包括激光传感器1、被冲弹簧2、承压板3、斜面轨道座4、冲头杆5、前挡板6、连接螺栓螺母7、主弹簧8、放水螺塞9、小车10、筒体11、移动活塞12、恢复弹簧13、泄流尾盖14、契形调整块15。
斜面轨道座4下端的垂直板上固定连接被冲弹簧2及承压板3，垂直板后面装有激光传感器1，斜面轨道座4上端放置小车10，小车10内置有筒体11，小车10前、后端分别密封固定连接前挡板6和后端盖，小车10内装满液流介质，前挡板6与筒体11外端面密封固定连接，筒体11内装有冲头杆5、移动活塞12，移动活塞12内孔与冲头杆5配合连接，移动活塞12将筒体11分成前腔体和后腔体，位于后腔体后端的尾盖14上带有泄流孔，冲头杆5前端与前挡板6的通孔配合密封连接，主弹簧8安装在冲头杆5的台阶圆柱面与移动活塞12的台阶圆柱面上，恢复弹簧13安装在移动活塞12后端台阶上与尾盖14后端面上，尾盖14与筒体11间密封固定连接。移动活塞12的长度大于筒体11直径的三分之一。筒体11在筒壁上沿轴线方向上设置键形槽。
激光传感器1的激光束穿过斜面轨道座4垂直板上的通孔，射在承压板3的中心，且方向与承压板3垂直，用于测量被冲弹簧2的压缩变形量；激光传感器1的安装位置与碰撞实验装置间的位置关系相互独立；激光传感器1通过连接线与数据采集仪相连将数据传输到PC机中，进行数据采集系统。被冲弹簧2与斜面轨道座4和承压板3，采用套嵌式焊接结构，结合成一体；斜面轨道座4上端放置小车10，前挡板6与小车的前端面通过螺栓连接，之间采用橡胶垫片密封，冲头杆5处于前挡板6的通孔上，通孔上装有轴用密封圈，筒体11外端面与前挡板6端面之间有密封垫片，使用螺栓螺母7连接；主弹簧8安装在冲头杆5的台阶圆柱面与移动活塞12的台阶圆柱面上，恢复弹簧13安装在移动活塞12后端台阶上与泄流尾盖14后端面上，泄流尾盖14与筒体11间放置密封垫片，并通过螺栓连接，泄流尾盖14与小车10箱体底面内壁之间安装一个契形调整块15，保证冲头杆5的安装精度。
实验小车10置于斜面轨道座4上端，与斜面轨道座4下端垂直的平面上安装一个大刚度的被冲弹簧2，将小车10从的斜面轨道座4上端释放，冲击被冲弹簧2。动力学碰撞实验装置小车10内冲头杆10轴系上的部件采用双弹簧结构；筒体11被移动活塞12分为两个部分，前腔体与后腔体，后腔体是一个不完全封闭的腔体，尾盖14上带有泄流孔，当冲头杆5的冲头触碰被冲弹簧2受到碰撞冲击时，由于缓冲装置后面是一个内部充满液流介质（水）的不完全封闭腔体，冲头杆5会后缩，主弹簧8会推动移动活塞12将腔体内的水从带有孔的尾盖14的泄流孔排出去，由于泄流孔面积小于移动活塞12的环面积，流体产生阻尼效应，延长了碰撞力的作用时间。被冲弹簧2的压缩变形量由激光传感器1测量，通过数据采集仪将所测数据传输到PC机中记录。实验结束后，打开防水螺塞9将液流介质防掉后再旋上。

Claims (6)

1.一种动力学碰撞实验装置，包括激光传感器（1）、被冲弹簧（2）、承压板（3）、斜面轨道座（4）、冲头杆（5）、前挡板（6）、连接螺栓螺母（7）、主弹簧（8）、小车（10）、筒体（11）、移动活塞（12）、恢复弹簧（13）、尾盖（14），其特征在于：所述斜面轨道座（4）下端的垂直板上固定连接被冲弹簧（2）及承压板（3），垂直板后面装有用于测量被冲弹簧（2）压缩变形量的激光传感器（1），激光传感器（1）的激光束穿过斜面轨道座（4）垂直板上的通孔，射在承压板（3）的中心，斜面轨道座（4）上端放置小车（10），小车（10）内置有筒体（11），小车（10）前、后端分别密封固定连接前挡板（6）和后端盖，小车（10）内装满液流介质，前挡板（6）与筒体（11）外端面密封固定连接，筒体（11）内装有冲头杆（5）、移动活塞（12），移动活塞（12）内孔与冲头杆（5）配合连接，移动活塞（12）将筒体（11）分成前腔体和后腔体，位于后腔体后端的尾盖（14）上带有泄流孔，冲头杆（5）前端与前挡板（6）的通孔配合密封连接，主弹簧（8）安装在冲头杆（5）的台阶圆柱面与移动活塞（12）的台阶圆柱面上，恢复弹簧（13）安装在移动活塞（12）后端台阶与尾盖（14）后端面上，尾盖（14）与筒体（11）间密封固定连接。
2.根据权利要求1所述的动力学碰撞实验装置，其特征在于：动力学碰撞实验时，从斜面轨道座（4）高处释放小车（10）后，小车（10）与承压板（3）及被冲弹簧（2）形成碰撞，激光传感器（1）通过数据采集仪与PC机连接，用于将被冲弹簧（2）的压缩变形量数据传输到PC机中。
3.根据权利要求1所述的动力学碰撞实验装置，其特征在于：所述被冲弹簧（2）、承压板（3）、斜面轨道座（4）之间通过套嵌式焊接成一体。
4.根据权利要求1所述的动力学碰撞实验装置，其特征在于：所述尾盖（14）与小车（10）箱体底面内壁之间安装一个用于保证冲头杆（5）安装精度的契形调整块（15）。
5.根据权利要求1所述的动力学碰撞实验装置，其特征在于：所述移动活塞（12）的长度大于筒体（11）直径的三分之一。
6.根据权利要求1所述的动力学碰撞实验装置，其特征在于：所述筒体（11）在筒壁上沿轴线方向上设置键形槽。
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