CN104857719B - 一种可调稳定性和运动轨迹的陀螺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动陀螺领域，特涉及一种可调稳定性和运动轨迹的陀螺。本发明提供陀螺通过控制能调速的传动电机与机械调速单元调节摩檫轮与陀螺中心的距离的配合，扩大了调速范围，方便了调节与测试；通过控制配重单元调节配重块与陀螺中心的距离而改变陀螺重心位置；从而实现了在改变电机工作的参数前提下，可调陀螺稳定性功能和运动轨迹的目的。本发明可形象直观地展示陀螺稳定性和进动性两大特性，使玩家在娱乐的过程中能深刻的理解陀螺的运行原理，其趣味性也更强。

Description

一种可调稳定性和运动轨迹的陀螺

技术领域

本发明涉及电动陀螺领域，特涉及一种可调稳定性和运动轨迹的陀螺。

背景技术

陀螺是人们十分熟悉且喜爱的玩具之一，既有一定的娱乐功能，又可以作为强身健体的运动器材。传统的玩具陀螺靠人力用鞭子抽动使其在一定速度下稳定转动，只能在感观上发现转速越高越稳定，难以理性地理解转速与稳定性的关系，并且难以获得陀螺进动性的认识。现有的电动陀螺使玩家操作更加简单，一般只是用电动方式给其提供初始的旋转力和转速，玩家对陀螺的可操控性非常有限。另外，目前大多数的陀螺只是为了供人们娱乐消遣，玩家一般并不关心其原理和构造。对于有一定的求知欲和探索精神的玩家来说，现有的陀螺并不能向他们清晰地展示陀螺的运动原理和特性，例如陀螺稳定性与进动性。

目前还没有一种可以通过控制陀螺运动来验证其稳定性与进动性的装置，也没有能够进行数据采集、输出、响应的验证装置。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明提供陀螺通过控制能调速的传动电机与机械调速单元调节摩檫轮与陀螺中心的距离的配合，扩大了调速范围，方便了调节与测试；通过控制配重单元调节配重块与陀螺中心的距离而改变陀螺重心位置；从而实现了在改变电机工作的参数前提下，可调陀螺稳定性功能和运动轨迹的目的。本发明可形象直观地展示陀螺稳定性和进动性两大特性，使玩家在娱乐的过程中能深刻的理解陀螺的运行原理，其趣味性也更强。

本发明的技术方案是：一种可调稳定性和运动轨迹的陀螺，包括飞轮、壳体、中心轴、传动单元、机械调速单元、配重单元、控制单元。传动单元包括传动电机、花键轴和摩檫轮及上面的O形圈；配重单元包括调节电机、丝杆和配重块；传动电机和调节电机是微型交流或直流可调速电机。所述的飞轮通过中心轴的花键联接设置在壳体内部中心，壳体内部中心安放中心轴、传动单元和配重单元，其特征在于：所述的传动单元与配重单元以壳体为中心对称分布，机械调速单元设置在传动单元的花键轴末端，并与壳体紧密配合；机械调速单元可调节摩檫轮与陀螺中心的距离以获得不同的传动比，作为陀螺的前期（如出厂测试）调节参数，以实现传动电机在控制单元设定的初始转速下进行陀螺的稳定性调节与验证，或陀螺在长时间运转后传动效率降低时通过机械调速单元的可调节传动比，以实现传动电机在控制单元设定的一定转速下进行陀螺的稳定性调节与验证；控制单元可控制传动电机的转速和调节电机的转停以及必要的数据采集和控制；通过调节电机的转动可调节配重块与陀螺中心的距离；所述的传动单元可通过摩檫轮带动飞轮旋转。

如上所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的壳体包括上壳体、中壳体、下壳体、固定板、隔板、盖板，所述中壳体通过扣接结构分别与上壳体、下壳体相接，固定板设置在中壳体与上壳体交接处；隔板设置在上壳体内部，其中心部分与中心轴的末端通过轴承连接，控制单元固定在中心轴末端的壳体的隔板上。

如上所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的中心轴固定在壳体内部中心位置，其两端均通过轴承与壳体相连接，壳体内部的固定板中心处开有孔，中心轴从其中穿过，上下壳体内壁均开有凹槽，固定板两端设有凸槽，连接处并设有螺钉，便于固定板与壳体的紧密连接，中心轴花键部分处连接飞轮，飞轮的下端通过弹簧与中心轴的轴肩相连接。当飞轮高速旋转时，壳体仅只有机械摩擦带来的缓慢转动，壳体的转动速度取决于摩擦力的大小，从而使壳体具有安全防护的功能。

如上所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述传动单元还包括传动电机、传动电机架、花键轴、弹簧、防滑环、O型圈，传动电机固定在传动电机架上，传动电机架通过螺钉设在壳体的固定板上；传动电机与花键轴以紧定螺钉相连接，花键轴与摩檫轮连接处设有花键；弹簧两端均设有防滑环，一端与传动电机架相连，另一端与摩檫轮相连；摩檫轮上设有O型圈，并与飞轮相接触。

如上所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的机械调速单元包括螺套、卡紧环、调节螺母、锁紧螺母、防滑套，螺套与壳体通过卡紧环进行卡紧；调节螺母与螺套进行螺纹连接配合，通过调节螺母的旋向运动产生的轴向运动，带动与防滑套相连接的摩檫轮的轴向移动，达到调节摩檫轮与陀螺中心的距离，实现机械调速，锁紧螺母与调节螺母相连，同时与螺套螺纹连接配合，从而形成锁紧机构，防止运动过程中调节螺母滑动。

如上所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述配重单元还包括调节电机、调节电机架、丝杆、滚动轴承、导向杆，调节电机固定在调节电机架上，调节电机架通过螺钉设在壳体的固定板上；丝杆一端以紧定螺钉与调节电机架相连接，另一端固定在滚动轴承内圈，配重块通过滚珠丝杆运动副安置在丝杆上，配重块内穿有一导向杆，导向杆一端与调节电机相连、另一端固定在壳体上。

如上所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的调节电机有慢速、准停功能。

如上所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的传动单元、机械调速单元、配重单元、控制单元匀分布在中心轴的周围。

本发明的其有益效果是：本发明可以在改变传动电机的工作参数前提下，进行陀螺稳定性的调节与验证，并且可以通过改变陀螺重心位置，实现改变陀螺运动轨迹的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面图；

图3是 图1 II处放大图。

具体实施方式

附图标记说明：飞轮1、壳体2、上壳体2.1、中壳体2.2、下壳体2.3、固定板2.4、隔板2.5、盖板2.6、中心轴3、传动单元4、传动电机4.1、传动电机架4.2、花键轴4.3、弹簧4.4、防滑环4.5、摩檫轮4.6、O型圈4.7、机械调速单元5、螺套5.1、卡紧环5.2、调节螺母5.3、锁紧螺母5.4、防滑套5.5、配重单元6、调节电机6.1、调节电机架6.2、丝杆6.3、配重块6.4、滚动轴承6.5、导向杆6.6、控制单元7、轴承8、凹凸槽9。

以下结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明提出一种结构简单，可验证陀螺的稳定性与进动性，从而实现其可调稳定性和运动轨迹的功能。如附图1所示，本发明的一种可调稳定性和运动轨迹的陀螺（以下简称陀螺），主要由飞轮1、壳体2、中心轴3、传动单元4、机械调速单元5、配重单元6、控制单元7等功能部件组成，所述的飞轮1通过中心轴3的花键联接设置在壳体2内部中心，同时壳体2内部中心安放有中心轴3、传动单元4和配重单元6，传动单元4与配重单元6以壳体2为中心对称分布，机械调速单元5设置在传动单元4的轴末端，并与壳体2紧密配合，控制单元7固定在中心轴3末端的壳体2的隔板上。

如图1所示，本发明的壳体2包括上壳体2.1、中壳体2.2、下壳体2.3、固定板2.4、隔板2.5、盖板2.6。所述中壳体2.2通过扣接结构分别与上壳体2.1、下壳体2.3相接，形成了一种可调稳定性与运动轨迹的陀螺外壳，固定板2.4设置在中壳体2.2与上壳体2.1交接处，其功能在于支撑传动单元4与配重单元6、进一步加强上壳体2.1与中壳体2.2的机械连接，加大壳体2的稳定性能；隔板2.5设置在上壳体2.1内部，其中心部分与中心轴3的末端通过轴承8连接，在空间上隔离传动单元4、配重单元6和控制单元7，以达到陀螺机械运动部分和智能控制部分互不干扰的目的。

如图1、图3所示，本发明的传动单元4包括传动电机4.1、传动电机架4.2、花键轴4.3、弹簧4.4、防滑环4.5、摩檫轮4.6、O型圈4.7。传动电机4.1固定在传动电机架4.2上，传动电机架4.2通过螺钉设在壳体2的固定板2.4上；传动电机4.1与花键轴4.3以紧定螺钉相连接，花键轴4.3与摩檫轮4.6连接处设有花键，其目的是便于摩檫轮4.6在花键轴4.3上的轴向滑动以及传递扭矩；弹簧4.4两端均设有防滑环4.5，一端与传动电机架4.2相连，另一端与摩檫轮4.6相连，设置防滑环4.5的目的在于在运动过程中限制摩檫轮带动弹簧周向运动；摩檫轮4.6上设有O型圈4.7，并与飞轮1相接触，设置O型圈4.7的目的在于增大摩檫轮4.6与飞轮1的摩擦，以满足摩擦传动的首要条件。

如图1、图3所示，本发明的机械调速单元5包括螺套5.1、卡紧环5.2、调节螺母5.3、锁紧螺母5.4、防滑套5.5。壳体2的上壳体2.1与中壳体2.2连接处设有槽口，槽口上设有螺套5.1，螺套5.1与壳体2通过卡紧环5.2进行卡紧，防止陀螺运动过程中螺套5.1与壳体2有相对运动。调节螺母5.3与螺套5.1进行螺纹连接配合，通过调节螺母5.3的旋向运动产生的轴向运动，带动与防滑套5.5相连接的摩檫轮4.6的轴向移动，达到调节摩檫轮4.6与陀螺中心的距离，从而改变陀螺的运动速度（如传动电机在控制单元设定的初始转速下，或陀螺在长时间运转后传动效率降低时，通过机械调速单元的可调节传动比），以实现传动电机在控制单元设定的初始转速或一定转速下陀螺的稳定性调节，形成陀螺的可调稳定性功能。锁紧螺母5.4与调节螺母5.3相连，同时与螺套5.1螺纹连接配合，从而形成锁紧机构，防止运动过程中调节螺母5.3滑动，提高陀螺的可调稳定性的性能。锁紧螺母5.4与调节螺母5.3末端均设有六角孔，便于人工进行相关的调节。防滑套5.5设置目的在于在运动过程中限制摩檫轮4.6带动弹簧4.4周向运动。上述内容为机械调速功能的实现，陀螺的电动调速由控制单元实现，共同组成本发明实例的双调速功能，增强速度的可调性。

如图1所示，本发明的配重单元6包括调节电机6.1、调节电机架6.2、丝杆6.3、配重块6.4、滚动轴承6.5、导向杆6.6。调节电机6.1固定在调节电机架6.2上，调节电机架6.2通过螺钉设在壳体的固定板2.4上；丝杆6.3一端以紧定螺钉与调节电机架6.2相连接，另一端固定在滚动轴承6.5内圈，配重块6.4通过滚珠丝杆运动副安置在丝杆6.3上。配重块6.4内穿有一导向杆6.6，导向杆6.6一端与调节电机6.1相连、另一端固定在壳体2上，其作用在于对配重块6.4进行导向，便于调节配重块6.4与陀螺中心的距离，达到改变陀螺重心目的，从而改变陀螺的运动轨迹。壳体2的上壳体2.1与中壳体2.2连接处设有槽口，槽口与轴承6.5的外圈相固定。为了实现改变陀螺的运动轨迹功能，将要求配重单元的调节电机有慢速、准停功能，其实现主要由控制单元决定。

如图1所示，本发明的控制单元7包括控制器7.1，驱动模块7.2和电源7.3等主要元器件组成，本发明的电源7.3为传动电机4.1、调节电机6.1提供电源并可以通过驱动模块7.2驱动电机旋转，控制器7.1可与外界进行无线通讯，并可通过通讯信息控制传动电机4.1、调节电机6.1的旋转，传动电机4.1和调节电机6.1一般选用微型交流或直流可调速电机。由于本发明的控制单元已很成熟的运用在各种不同的陀螺中，是非常成熟的现有技术，所以本文不详细叙述。

如图1所示，本发明的中心轴3固定在壳体2内部中心轴线位置，其两端均通过轴承8与壳体2相连接，壳体2内部的固定板2.4中心处开有孔，中心轴3从其中穿过。上下壳体内壁均开有凹槽，固定板2.4两端设有凸槽，形成即凹凸槽9，连接处并设有螺钉，便于固定板2.4与壳体2的紧密连接（如附图2所示）。中心轴3花键部分处连接飞轮1，飞轮1的下端通过弹簧9与中心轴3的轴肩（轴肩另一端与轴承8相连）相连接，设置花键的目的是飞轮1通过弹簧9的弹力在中心轴3上进行轴向滑动，同时传递动力改变中心轴3的转动速度，并与配重单元6相互协调，从而改变陀螺的运动轨迹。

作为优选，所有的模块应该均匀分布在中心轴3的周围。

本陀螺的工作过程是：使用者先拿着壳体2，通过操作控制单元7控制传动电机4.1旋转进而使飞轮1旋转，实现陀螺的旋转功能。如发现陀螺运行不稳定，使用者可通过机械调速单元5调节摩檫轮4.6与陀螺中心的距离，从而改变陀螺的运动速度，实现传动电机在控制单元设定的初始转速或一定转速下陀螺的稳定性调节，形成陀螺的可调稳定性功能。在陀螺运行过程中，使用者可通过遥控装置与控制单元7进行通信控制调节电机6.1的运行，从而调节配重块6.4与陀螺中心的距离，达到改变陀螺重心目的，从而改变陀螺的运动轨迹。

本发明智能程度高，可操作性能强。通过调节机械调速单元的螺母和传动电机速度的调节，扩大了传动调节的范围。当需要验证调节传动比时，由于壳体与传动模块相互独立，提高了操作的安全、可靠性。

Claims (8)

1.一种可调稳定性和运动轨迹的陀螺，包括飞轮（1）、壳体（2）、中心轴（3）、传动单元（4）、机械调速单元（5）、配重单元（6）、控制单元（7），传动单元（4）包括摩檫轮（4.6），配重单元（6）包括配重块（6.4），所述的飞轮（1）通过中心轴（3）的花键联接设置在壳体（2）内部中心，壳体（2）内部中心安放中心轴（3）、传动单元（4）和配重单元（6），其特征在于：所述的传动单元（4）与配重单元（6）以壳体（2）为中心对称分布，机械调速单元（5）设置在传动单元（4）的轴末端，并与壳体（2）紧密配合；机械调速单元（5）可调节摩檫轮（4.6）与陀螺中心的距离；控制单元（7）可调节配重块（6.4）与陀螺中心的距离；所述的传动单元（4）可通过摩檫轮（4.6）带动飞轮（1）旋转。

2.如权利要求1所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的壳体（2）包括上壳体（2.1）、中壳体（2.2）、下壳体（2.3）、固定板（2.4）、隔板（2.5）、盖板（2.6），所述中壳体（2.2）通过扣接结构分别与上壳体（2.1）、下壳体（2.3）相接，固定板（2.4）设置在中壳体（2.2）与上壳体（2.1）交接处；隔板（2.5）设置在上壳体（2.1）内部，其中心部分与中心轴（3）的末端通过轴承（8）连接，控制单元（7）固定在中心轴（3）末端的壳体（2）的隔板上。

3.如权利要求2所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的中心轴（3）固定在壳体（2）内部中心轴线位置，其两端均通过轴承（8）与壳体（2）相连接，壳体（2）内部的固定板（2.4）中心处开有孔，中心轴（3）从其中穿过，上下壳体内壁均开有凹槽，固定板（2.4）两端设有凸槽，连接处并设有螺钉，便于固定板（2.4）与壳体（2）的紧密连接，中心轴（3）花键部分处连接飞轮（1），飞轮（1）的下端通过弹簧（9）与中心轴（3）的轴肩相连接。

4.如权利要求2所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述传动单元（4）还包括传动电机（4.1）、传动电机架（4.2）、花键轴（4.3）、弹簧（4.4）、防滑环（4.5）、O型圈（4.7），传动电机（4.1）固定在传动电机架（4.2）上，传动电机架（4.2）通过螺钉设在壳体（2）的固定板（2.4）上；传动电机（4.1）与花键轴（4.3）以紧定螺钉相连接，花键轴（4.3）与摩檫轮（4.6）连接处设有花键；弹簧（4.4）两端均设有防滑环（4.5），一端与传动电机架（4.2）相连，另一端与摩檫轮（4.6）相连；摩檫轮（4.6）上设有O型圈（4.7），并与飞轮（1）相接触。

5.如权利要求1或2所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的机械调速单元（5）包括螺套（5.1）、卡紧环（5.2）、调节螺母（5.3）、锁紧螺母（5.4）、防滑套（5.5），螺套（5.1）与壳体（2）通过卡紧环（5.2）进行卡紧；调节螺母（5.3）与螺套（5.1）进行螺纹连接配合，通过调节螺母（5.3）的旋向运动产生的轴向运动，带动与防滑套（5.5）相连接的摩檫轮（4.6）的轴向移动，达到调节摩檫轮（4.6）与陀螺中心的距离，锁紧螺母（5.4）与调节螺母（5.3）相连，同时与螺套（5.1）螺纹连接配合，从而形成锁紧机构，防止运动过程中调节螺母（5.3）滑动。

6.如权利要求1或2所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述配重单元（6）还包括调节电机（6.1）、调节电机架（6.2）、丝杆（6.3）、滚动轴承（6.5）、导向杆（6.6），调节电机（6.1）固定在调节电机架（6.2）上，调节电机架（6.2）通过螺钉设在壳体的固定板（2.4）上；丝杆（6.3）一端以紧定螺钉与调节电机架（6.2）相连接，另一端固定在滚动轴承（6.5）内圈，配重块（6.4）通过滚珠丝杆运动副安置在丝杆（6.3）上，配重块（6.4）内穿有一导向杆（6.6），导向杆（6.6）一端与调节电机（6.1）相连、另一端固定在壳体（2）上。

7.如权利要求6所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的调节电机（6.1）有慢速、准停功能。

8.如权利要求1、2、3或4所述的可调稳定性和运动轨迹的陀螺，其特征在于：所述的传动单元（4）、机械调速单元（5）、配重单元（6）、控制单元（7）匀分布在中心轴（3）的周围。