CN104700694A - 陀螺效应演示仪 - Google Patents

Abstract

一种陀螺效应演示仪。它包括底座，其特征还含底座上设蓄电池、立杆、立杆上由底板及带上、下非导体电刷套的非导体电刷套杆构成的电刷架、穿过电刷架底板上底板孔并插入立杆盲孔内的转动轴、转动轴上带上、下金属电刷环的非导体金属电刷环座、由螺钉与转动轴上端面内螺纹孔固定的操作手柄及呈“U”形状下支架、与呈“U”形状下支架两端端部螺纹联接转动的呈倒“U”形状上支架及固定在呈倒“U”形状上支架上的由下端面设前支撑、中支撑及后支撑的飞机模型上板与上端面设输出轴上带陀螺的微型直流电机的飞机模型下板构成的飞机模型体。上、下非导体电刷套内设上、下电刷，上、下金属电刷环引出有上、下金属电刷环接线端子。本发明用于教学。

Description

陀螺效应演示仪

技术领域

本发明涉及一种教学教具，特别是涉及一种陀螺效应演示仪。

背景技术

陀螺仪是早期应用于航海导航的一类仪器，随着科学技术的发展，陀螺仪也广泛应用于航空航天、军事、民用设备等领域。陀螺仪可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。所以对陀螺仪基础的了解变得尤为重要，特别是轮机和渔船等专业的学生对陀螺仪的学习是必不可少的，都需要了解并且掌握的一个理论知识， 但只是书本上对陀螺效应理论的受力分析及概念描述很多只是抽象的形容陀螺仪的工作现象，无法使学生能够真正的理解其精髓，很难让所有学生在脑海中能建立一个陀螺效应理论的动态概念。为此有待于开发一种演示仪，以便学生从感性认识中，更多了解陀螺效应理论的知识面。

发明内容

本发明的目的是要提供一种陀螺效应演示仪，它不但可以直观形象演示出陀螺效应，且结构简单合理。

为了达到上述的目的本发明是这样实现的: 本发明的一种陀螺效应演示仪，包括一底座，所述底座上中部处设有一立杆，右端部处设有一蓄电池，所述立杆上端面上设有一盲孔，所述盲孔的内底面呈锥形状，所述立杆上端面上设有一电刷架，所述电刷架由底板及带上、下非导体电刷套的非导体电刷套杆所构成，所述上、下非导体电刷套的右端面上分别设有上、下导线孔，所述非导体电刷套杆与所述上、下非导体电刷套的右端面上分别所设的上、下导线孔相对处分别设有上、下非导体电刷套杆孔，所述上、下非导体电刷套内分别嵌接联接有一后端带上、下弹簧的上、下电刷，所述上、下电刷后端的导线分别窜过所述上、下弹簧、所述上、下非导体电刷套的右端面上分别所设的上、下导线孔及所述上、下非导体电刷套杆孔，并伸出所述上、下非导体电刷套杆孔外，且还分别电连接有一另一端带上、下金属夹的正、负极电源连接线，所述底板中部处设有一底板孔，且其与所述立杆上端面上所设的盲孔相对，并形成配合连接固定，所述电刷架的底板中部处所设的底板孔处及所述立杆上端面上所设的盲孔内插入有一相配合的转动轴，所述转动轴的上端面上设有内螺纹孔，中部处串装有一非导体金属电刷环座，所述非导体金属电刷环座上、下端部处分别设有一上、下金属电刷环，所述非导体金属电刷环座上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环处各引出有一上、下金属电刷环接线端子，所述非导体金属电刷环座上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环处分别与所述上、下非导体电刷套内所分别嵌接联接的上、下电刷相对并形成接触电连接，所述转动轴上端面上设有一呈“U”形状的下支架，所述呈“U”形状的下支架的底部处设有一固定孔，两端端部处上分别设有一下左、右装配孔，所述呈“U”形状的下支架的底部处所设的固定孔上处还设有一带螺钉孔的操作手柄，且由螺钉穿过所述操作手柄上的螺钉孔及所述呈“U”形状的下支架的底部处所设的固定孔与所述转动轴上端面上所设的内螺纹孔处形成螺纹联接固定，所述转动轴上端面上所设的呈“U”形状的下支架上设有一飞机模型体，所述飞机模型体由飞机模型上板与飞机模型下板所形成，所述飞机模型上板上与飞机模型下板上的中部处分别设有一相对且相配的上、下陀螺孔，所述飞机模型上板下端面上的前端端部处设有一呈横向“U”形状的前支撑，前端部处设有一其上带中轴承的中支撑，中部处设有一其上带后轴承的后支撑，所述飞机模型下板上端面的后端部处设有一输出轴上带陀螺的微型直流电机，所述陀螺由陀螺旋转轴与串装在陀螺旋转轴上的陀螺体所形成，所述陀螺旋转轴的两端部处分别与所述飞机模型上板下端面的中支撑上的中轴承内圈及后支撑上的后轴承内圈形成固定联接，所述陀螺旋转轴的伸出后支撑上的后轴承内圈外的一端还与所述微型直流电机的输出轴由联轴器形成联接固定，所述微型直流电机的直流电源线分别与所述非导体金属电刷环座上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环处各引出的上、下金属电刷环接线端子电连接，所述飞机模型下板的下端面上还设有一呈倒“U”形状的上支架, 所述呈倒“U”形状的上支架两端端部处上分别设有一上左、右装配孔，所述呈倒“U”形状的上支架两端端部处上分别所设的上左、右装配孔之间的间距为大于所述呈“U”形状的下支架两端端部处上分别所设的下左、右装配孔之间的间距，所述呈倒“U”形状的上支架两端端部处上分别所设的上左、右装配孔分别与所述呈“U”形状的下支架两端端部处上分别所设的下左、右装配孔相对，并分别通过螺栓及螺母形成配合转动联接，所述飞机模型下板与飞机模型上板相对，并与所述飞机模型上板下端面上的呈横向“U”形状的前支撑、中支撑及后支撑的下端面连接形成一体，且所述陀螺的陀螺体伸出所述飞机模型上板上与飞机模型下板上的中部处分别所设的相对且相配的上、下陀螺孔外。

本发明的陀螺效应演示仪的操作说明：本发明通过连通蓄电池，且将上、下电刷后端的导线分别窜过上、下弹簧、上、下非导体电刷套的右端面上分别所设的上、下导线孔及上、下非导体电刷套杆孔，并伸出上、下非导体电刷套杆孔外，且还分别电连接的正、负极电源连接线的另一端的上、下金属夹与蓄电池上的正、负极电连接，来启动在飞机模型体的飞机模型下板上端面的后端部处所设的输出轴上带陀螺的微型直流电机，微型直流电机的转动，从而带动飞机模型体的飞机模型上板与飞机模型下板的中部处分别所设的相对且相配的上、下陀螺孔处的陀螺作高速转动，使飞机模型体保持水平“悬停”状态，且开始演示陀螺效应，从飞机模型体的机头看陀螺顺时针转动时，用手向右拨动固定在呈“U”形状的下支架的底部处的操作手柄，使呈“U”形状的下支架的底部处还固定连接着的转动轴在底座上中部处所设的立杆上端面上的盲孔内转动，与此同时，通过与呈“U”形状的下支架配合转动联接的飞机模型体的飞机模型下板的下端面上所设的呈倒“U”形状的上支架使飞机模型体的机身向右转动(“右盘旋”)，这时飞机模型体的机身会向上“爬升”，即“右向爬升盘旋”，当用手向左拨动固定在呈“U”形状的下支架的底部处的操作手柄，使呈“U”形状的下支架的底部处还固定连接着的转动轴在底座上中部处所设的立杆上端面上的盲孔内转动，与此同时，通过与呈“U”形状的下支架配合转动联接的飞机模型体的飞机模型下板的下端面上所设的呈倒“U”形状的上支架使飞机模型体的机身向左转动(“左盘旋”)，这时飞机模型体的机身会向下“俯冲”，即 “左向俯冲盘旋”。

上述现象表现的即为陀螺效应，重力对高速旋转中的陀螺产生的对支撑点的力矩不会使其发生倾倒，而是产生了一个小角度的进动力。陀螺有两个特点进动性和定轴性。当高速旋转的陀螺遇到外力时，它的陀螺旋转轴的方向是不会随着外力的方向发生改变的，而是陀螺旋转轴围绕着一个定点进动。

根据赖柴定理可知，当陀螺旋转轴方向出现变化时，这种被称为规则进动的运动使外力矩作用在陀螺旋转轴上。根据作用与反作用定律，陀螺对迫使它改变运动状态的物体（轴承、机身等）必然施加以反作用力矩。

这一力矩使得我们在转动机身的时候，结合微型直流电机的转向（即陀螺的自转方向），飞机会产生俯冲或仰头的现象。这就是陀螺表现出来的一种惯性阻抗力矩，称为陀螺力矩。

陀螺力矩既然是惯性力矩，它就不作用于陀螺本身，而作用于对陀螺施加外力的周围物体上。凡是绕对称轴高速转动的物体，当对称轴被迫在空间改变方向即进动时，它就必然产生陀螺力矩，作用在迫使对称轴改变方向的其他物体上，这种现象称为陀螺效应。

陀螺效应不仅在这个陀螺装置中非常重要，而且在一般具有高速旋转部件的机器中也具有重要的意义。

例如，飞机上涡轮发动机的转子或轮船上汽轮机的转子，当飞机或轮船的运动方向改变，即对转子产生强迫进动时，将会有陀螺效应出现，在转子轴的轴承上产生附加动压力，甚至导致轴承的破坏。这种因陀螺力矩而在轴承上产生的附加动压力，称为陀螺压力。陀螺压力通过轴承传给飞机或轮船的机体，有时甚至会影响飞机或轮船船行的稳定性，具有单螺旋桨的飞机，在机动飞行时就会产生陀螺效应，它会使飞机在盘旋时产生仰俯，在仰俯时产生偏航。因此，在驾驶飞机时应做相应的协调，使空气动力对飞机舵面产生相应的力矩，并与作用在机体上的陀螺力矩相平衡。因为陀螺力矩这个概念在课堂黑板上很难依靠画图使每个同学明白，本发明的陀螺效应演示仪则能够很好的演示出陀螺力矩产生的效果，更加的形象直观，方便学生理解。

本发明的陀螺效应演示仪的特点：

1、本发明的陀螺效应演示仪采用了非导体金属电刷环座上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环分别与上、下非导体电刷套内所分别嵌接联接的上、下电刷相对并形成接触电连接的结构，这样能使飞机模型体在“盘旋”过程中可以有稳定的直流电源供应给微型直流电机,确保陀螺效应演示仪的运作。

2、本发明的陀螺效应演示仪利用简易的飞机模型作为载体，以高速旋转的微型直流电机作为动力来驱动陀螺的高速转动，使得整体结构可以保持水平，并在施加外力后可以自动恢复到原状态，通过两自由度来演示陀螺的定轴性。

3、本发明的陀螺效应演示仪对陀螺的转动采用了可移动蓄电池电源供电，可广泛普及到各种教育环境，携带十分方便。

4、本发明的陀螺效应演示仪对未来的课堂演示提供了一个简易的平台，小到基础教学，大到学术科研，不但能直观展现陀螺效应，而且还可以让学生更真切的感受其工作状态以及表现出来的现象，同时作为教具它的使用领域也非常广泛。

5、本发明的陀螺效应演示仪结构合理、简洁，同时制作成本低，宜于推广使用。

本发明的陀螺效应演示仪适宜于教学使用。

附图说明

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图１是本发明的结构示意图。

图2是本发明的直流电源电连接的示意图。

图3是本发明的去飞机模型体的飞机模型上板的结构示意图。

图4是本发明的转动轴的俯视示意图。

图5是本发明的下支架的结构示意图。

图6是本发明的操作手柄的俯视示意图。

图7是本发明的上支架的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的一种陀螺效应演示仪作进一步的详细描述。

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，该发明的一种陀螺效应演示仪包括一底座1。

所述底座1上中部处设有一立杆11，右端部处设有一蓄电池12。

所述立杆11上端面上设有一盲孔111，所述盲孔111的内底面呈锥形状，所述立杆11上端面上设有一电刷架2。

所述电刷架2由底板21及带上、下非导体电刷套221、222的非导体电刷套杆22所构成。

所述底板21中部处设有一底板孔211，且其与所述立杆11上端面上所设的盲孔111相对，并形成配合连接固定。

所述上、下非导体电刷套221、222右端面上分别设有上、下导线孔2211、2221，所述非导体电刷套杆22与所述上、下非导体电刷套221、222右端面上分别所设的上、下导线孔2211、2221相对处分别设有上、下非导体电刷套杆孔227、228，所述上、下非导体电刷套221、222内分别嵌接联接有一后端带上、下弹簧225、226的上、下电刷223、224，所述上、下电刷223、224后端的导线分别窜过所述上、下弹簧225、226、所述上、下非导体电刷套221、222的右端面上分别所设的上、下导线孔2211、2221及所述上、下非导体电刷套杆孔227、228，并伸出所述上、下非导体电刷套杆孔227、228外，且还分别电连接有一另一端带上、下金属夹2213、2223的正、负极电源连接线2212、2222。

所述电刷架2的底板21中部处所设的底板孔211处及所述立杆11上端面上所设的盲孔111内插入有一相配合的转动轴3。

所述转动轴3的上端面上设有内螺纹孔31，中部处串装有一非导体金属电刷环座32，所述非导体金属电刷环座32上、下端部处分别设有一上、下金属电刷环33、34，所述非导体金属电刷环座32上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环33、34处各引出有一上、下金属电刷环接线端子331、341，所述非导体金属电刷环座32上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环33、34处分别与所述上、下非导体电刷套221、222内所分别嵌接联接的上、下电刷223、224相对并形成接触电连接。

所述转动轴3上端面上设有一呈“U”形状的下支架4。

所述呈“U”形状的下支架4的底部处设有一固定孔41，两端端部处上分别设有一下左、右装配孔42、43，所述呈“U”形状的下支架4的底部处所设的固定孔41上处还设有一带螺钉孔51的操作手柄5，且由螺钉穿过所述操作手柄5上的螺钉孔51及所述呈“U”形状的下支架4的底部处所设的固定孔41与所述转动轴3上端面上所设的内螺纹孔31处形成螺纹联接固定。

所述转动轴3上端面上所设的呈“U”形状的下支架4上设有一飞机模型体6。

所述飞机模型体6由飞机模型上板61与飞机模型下板62所形成。

所述飞机模型上板61上与飞机模型下板62上的中部处分别设有一相对且相配的上、下陀螺孔611、621。

所述飞机模型上板61下端面上的前端端部处设有一呈横向“U”形状的前支撑612，前端部处设有一其上带中轴承的中支撑613，中部处设有一其上带后轴承的后支撑614。

所述飞机模型下板62上端面的后端部处设有一输出轴上带陀螺7的微型直流电机8。

所述陀螺7由陀螺旋转轴71与串装在陀螺旋转轴71上的陀螺体72所形成。

所述陀螺旋转轴71的两端部处分别与所述飞机模型上板61下端面的中支撑613上的中轴承内圈及后支撑614上的后轴承内圈形成固定联接，所述陀螺旋转轴71的伸出后支撑614上的后轴承内圈外的一端还与所述微型直流电机8的输出轴由联轴器81形成联接固定，所述微型直流电机8的直流电源线分别与所述非导体金属电刷环座32上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环33、34处各引出的上、下金属电刷环接线端子331、341电连接。

所述飞机模型下板62的下端面上还设有一呈倒“U”形状的上支架9, 所述呈倒“U”形状的上支架9两端端部处上分别设有一上左、右装配孔91、92，所述呈倒“U”形状的上支架9两端端部处上分别所设的上左、右装配孔91、92之间的间距为大于所述呈“U”形状的下支架4两端端部处上分别所设的下左、右装配孔42、43之间的间距，所述呈倒“U”形状的上支架9两端端部处上分别所设的上左、右装配孔91、92分别与所述呈“U”形状的下支架4两端端部处上分别所设的下左、右装配孔42、43相对，并分别通过螺栓及螺母形成配合转动联接。

所述飞机模型下板62与飞机模型上板61相对，并与所述飞机模型上板61下端面上的呈横向“U”形状的前支撑612、中支撑613及后支撑614的下端面连接形成一体，且所述陀螺7的陀螺体72伸出所述飞机模型上板61上与飞机模型下板62上的中部处分别所设的相对且相配的上、下陀螺孔611、621外。

Claims (1)

1.一种陀螺效应演示仪，它包括一底座（1），其特征在于所述底座（1）上中部处设有一立杆（11），右端部处设有一蓄电池（12），所述立杆（11）上端面上设有一盲孔（111），所述盲孔（111）的内底面呈锥形状，所述立杆（11）上端面上设有一电刷架（2），所述电刷架（2）由底板（21）及带上、下非导体电刷套（221、222）的非导体电刷套杆（22）所构成，所述上、下非导体电刷套（221、222）的右端面上分别设有上、下导线孔（2211、2221），所述非导体电刷套杆（22）与所述上、下非导体电刷套（221、222）的右端面上分别所设的上、下导线孔（2211、2221）相对处分别设有上、下非导体电刷套杆孔（227、228），所述上、下非导体电刷套（221、222）内分别嵌接联接有一后端带上、下弹簧（225、226）的上、下电刷（223、224），所述上、下电刷（223、224）后端的导线分别窜过所述上、下弹簧（225、226）、所述上、下非导体电刷套（221、222）的右端面上分别所设的上、下导线孔（2211、2221）及所述上、下非导体电刷套杆孔（227、228），并伸出所述上、下非导体电刷套杆孔（227、228）外，且还分别电连接有一另一端带上、下金属夹（2213、2223）的正、负极电源连接线（2212、2222），所述底板（21）中部处设有一底板孔（211），且其与所述立杆（11）上端面上所设的盲孔（111）相对，并形成配合连接固定，所述电刷架（2）的底板（21）中部处所设的底板孔（211）处及所述立杆（11）上端面上所设的盲孔（111）内插入有一相配合的转动轴（3），所述转动轴（3）的上端面上设有内螺纹孔（31），中部处串装有一非导体金属电刷环座（32），所述非导体金属电刷环座（32）上、下端部处分别设有一上、下金属电刷环（33、34），所述非导体金属电刷环座（32）上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环（33、34）处各引出有一上、下金属电刷环接线端子（331、341），所述非导体金属电刷环座（32）上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环（33、34）处分别与所述上、下非导体电刷套（221、222）内所分别嵌接联接的上、下电刷（223、224）相对并形成接触电连接，所述转动轴（3）上端面上设有一呈“U”形状的下支架（4），所述呈“U”形状的下支架（4）的底部处设有一固定孔（41），两端端部处上分别设有一下左、右装配孔（42、43），所述呈“U”形状的下支架（4）的底部处所设的固定孔（41）上处还设有一带螺钉孔（51）的操作手柄（5），且由螺钉穿过所述操作手柄（5）上的螺钉孔（51）及所述呈“U”形状的下支架（4）的底部处所设的固定孔（41）与所述转动轴（3）上端面上所设的内螺纹孔（31）处形成螺纹联接固定，所述转动轴（3）上端面上所设的呈“U”形状的下支架（4）上设有一飞机模型体（6），所述飞机模型体（6）由飞机模型上板（61）与飞机模型下板（62）所形成，所述飞机模型上板（61）上与飞机模型下板（62）上的中部处分别设有一相对且相配的上、下陀螺孔（611、621），所述飞机模型上板（61）下端面上的前端端部处设有一呈横向“U”形状的前支撑（612），前端部处设有一其上带中轴承的中支撑（613），中部处设有一其上带后轴承的后支撑（614），所述飞机模型下板（62）上端面的后端部处设有一输出轴上带陀螺（7）的微型直流电机（8），所述陀螺（7）由陀螺旋转轴（71）与串装在陀螺旋转轴（71）上的陀螺体（72）所形成，所述陀螺旋转轴（71）的两端部处分别与所述飞机模型上板（61）下端面的中支撑（613）上的中轴承内圈及后支撑（614）上的后轴承内圈形成固定联接，所述陀螺旋转轴（71）的伸出后支撑（614）上的后轴承内圈外的一端还与所述微型直流电机（8）的输出轴由联轴器（81）形成联接固定，所述微型直流电机（8）的直流电源线分别与所述非导体金属电刷环座（32）上、下端部处分别所设的上、下金属电刷环（33、34）处各引出的上、下金属电刷环接线端子（331、341）电连接，所述飞机模型下板（62）的下端面上还设有一呈倒“U”形状的上支架（9）, 所述呈倒“U”形状的上支架（9）两端端部处上分别设有一上左、右装配孔（91、92），所述呈倒“U”形状的上支架（9）两端端部处上分别所设的上左、右装配孔（91、92）之间的间距为大于所述呈“U”形状的下支架（4）两端端部处上分别所设的下左、右装配孔（42、43）之间的间距，所述呈倒“U”形状的上支架（9）两端端部处上分别所设的上左、右装配孔（91、92）分别与所述呈“U”形状的下支架（4）两端端部处上分别所设的下左、右装配孔（42、43）相对，并分别通过螺栓及螺母形成配合转动联接，所述飞机模型下板（62）与飞机模型上板（61）相对，并与所述飞机模型上板（61）下端面上的呈横向“U”形状的前支撑（612）、中支撑（613）及后支撑（614）的下端面连接形成一体，且所述陀螺（7）的陀螺体（72）伸出所述飞机模型上板（61）上与飞机模型下板（62）上的中部处分别所设的相对且相配的上、下陀螺孔（611、621）外。