CN1064168A - 气垫滑块 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种实验教学仪器。这种新型的气 垫滑块集气源、数字毫秒计、电源于滑块内，在滑块上 设计有两个气室，通过滑块的排气小孔排出气体在滑 块与导轨间形成气膜。可以进行无耗散力的运动学、 动力学定量的实验。本发明无噪音，省电能，易加工， 抗干扰，操作方便且成本低，易推广，适于各类学校使 用的教学仪器。

Description

本发明属一种实验教学仪器。

已有的用于运动学、动力学实验的气垫导轨，由四个部分构成，有导轨、滑块、测量系统及气源。其结构示意图如图1。图1中，1为导轨，2为导轨底座，3为进气门，4为滑块、5为挡光片，6为光电门，7为数字毫秒计，8为气源。导轨1由铝合金制成横截面呈三角形的空心柱体，空心称为气室，两侧面开有数百个小孔，其一个端头为封闭的，另一个端头安装进气门3，以便与气源8连接。所说的气源8即为气泵，向导轨1的气室供气，气体从导轨1侧面的小孔喷出，使导轨1上的滑块4与导轨1之间形成气膜，并沿导轨1无摩擦地运动，从而进行运动学、动力学实验。滑块4是铝合金部件，下底面呈∧形，与导轨1的三角形两侧面紧密吻合。安装在滑块4的顶部的挡光片5，安装在导轨1两端的光电门6，数字毫秒计7构成测量系统。在光电门6两侧分别装有光敏元件和灯泡，当滑块4运动时，其上的挡光片5通过光电门6时，遮住灯泡射向光敏元件的光线，使联接的数字毫秒计7计时，即记录挡光片5的遮光时间，从而可以对滑块4的运动速度等进行测量。

这种气垫导轨因为滑块4与导轨1之间有气膜存在，滑块4也不再受其它力的作用（比方没有导线与测量系统联接），是力学实验的理想仪器。但是，它需要很多压缩空气，所以气源8产生震耳的噪声、若室内多套实验装置同时做实验，教师则无法指导学生和解答学生所提出的问题，影响教学实验效果;气源还要耗费不少电力;由于导轨1是空心的（中间为气室），又要求有很高的精密度（表面光洁度

6、不直度0.05mm/m），给生产制造带来困难;由于导轨1向室内快速喷出气流，使室内空气不稳定、滑块4运动受到前方喷出气流柱的阻碍、光敏元件易受外界光的干扰、数字毫秒计7读数和记录与对滑块4的操作分离，造成学生实验时手忙脚乱，教师又无法指导学生。上述因素都会给实验造成偶然误差。

为克服上述的气垫导轨的缺点，并保持其不受任何外力作用的优点，设计本发明的气垫滑块。中心思想是在滑块内装上小型气源、数字毫秒计，用直流电池供电，在滑块下方装有气室，并开有小孔，而导轨则不再含有气室和小孔，从而达到降低能耗、减少噪声、制造容易、实验操作方便、减少偶然误差的目的。

本发明的气垫滑块主要分为气垫滑块和导轨两个部分。导轨的截面形状仍为△形，滑块的下底面仍为∧形，滑块放在导轨上两种形状恰好吻合，使滑块仍可在直导轨上做直线运动。导轨可以是实心的，也可以是空心的，但不再封闭、打孔和充气，这就给制造加工带来方便，也给使用、保管维护带来方便。滑块的下方装有气室，气室外侧壁开有小孔，当气室的压缩气体从小孔喷出时，可在滑块与导轨间产生气膜。气室内的气体由装在滑块内的微型直流电动机、偏轴连杆、皮腔和与大气连通的进气阀门和与气室连通的供气阀门组成的系统供给。偏轴连杆在电动机带动下运动而带动皮腔上下动作，从而使进气阀和供气阀交替工作，将大气压入气室。测量系统的微型数字毫秒计、光控元件也装在滑块内，数字显示部分装在滑块的侧壁上，以方便读数和计录，光控元件与数字毫秒计用导线连接，实验中光控元件随滑块运动，与固定安装在导轨两端的挡光片相遇时，数字毫秒计可计录挡光片的遮光时间，即滑块运动挡光片长度的路程所用的时间。电池也装在滑块内通过导线给微型直流电动机、光控元件、微型数字毫秒计机芯及显示部分供电。

滑块的具体结构可参见图2和图3。图2是滑块外部结构示意图。图2中9为外壳、10为气室端壁、11为顶壳沟槽，12为光控元件、13为数字毫秒计的数字显示窗口，并列两个，14电池盒盖、15为固定螺栓。

外壳9为长方体形，底面开口，顶壳开有两条凹槽，称顶壳沟槽11，凹槽中间装光控元件12，光控元件12可以选用GK102型的光控管，其中间也有凹槽，安装时与顶壳沟11相合。开凹槽的目的，可使光控元件12不受外界光的干扰。固定螺栓15用于固定外壳9。外壳9的另一侧面（图2中未画出），也相对地装有电池盒盖14，与数字毫秒计的数字显示窗口相对地装有电源开关和充电插口、延时复零旋扭和手动复零开关。

图3是滑块内部结构示意图。图3中，9为外壳，11为顶壳沟槽，12为光控元件，13为数字毫秒计的数字显示窗口，14为电池盒盖，15为固定螺栓，16为开关，17为电池，18为微型直流电动机，19为电动机支架，20为皮腔，21为微型数字毫秒计的机芯，22为连接块，23为第一气室，24为排气小孔，25为第二气室，26为气室底板，27为气室盖，28为气室盖安装螺栓。开关16是电池17的供电的开关，电池17通过导线为电动机18、光控元件12、数字毫秒计的机芯21和数字显示装置等供电。微型直流电动机18装在电动机支架19上，而电动机支架19固定在第一气室23的内侧壁上，即气室盖27上。电动机18带动安在其轴上的偏轴连杆的一端转动，而使与偏轴连杆另一端相接的皮腔20上下运动。皮腔20开口端密封装在一连接块22上，连接块22固定于第一气室23的内侧壁，即气室盖27上，连接块22还与电动机支架19一起，装电池17的正极接线铜片和负极接线弹簧，与电池盒盖14在位置上的吻合，以便装四节电池17。连接块22还有气体通道，在与大气连接的通道处装进气阀门，在与第一室23相通的通道处装供气阀门，以使皮腔20上下运动时吸进大气并压缩到第一气室23中。

第一气室23和第二气室25的结构包括有气室底板26、气室盖27、排气小孔24和气室盖安装螺栓28。各部件形状和连接可见图4。图4是气室结构示意图，图4中，∧形的气室底板26内侧（靠近第一气23的一侧），四周有一台阶以便垫上密封胶垫，合上气室盖27，再用若干个安装螺栓28固定，保证四周不漏气。气室盖27的顶端对应皮腔20处开有供气通道。∧型气室底板的两个最底端侧面能与外壳9吻合和装接。在∧型的气室底板26外侧（与导轨接触的一侧），对称地开有第二气室25。第二气室25实际上是在气室底板26外侧对称地开有长方形的凹槽。凹槽以外部分要求表面光滑，能与导轨表面精密吻合，这样，凹槽部分即与导轨之间形成空隙，称为第二气室25。在第二气室25与第一气室23之间开若干个排气孔24。这样，经皮腔20压入第一气室23的空气压力比较均匀。再经排气孔24进入第二气室25使压力进一步均匀，以避免滑块的前后、左右摇动。

滑块在整体上要求质心在对称面上，即质心在滑块中央，部件安装对称，并选用轻质小型。滑块外壳9的两端装有减震弹簧，弹簧高度与质心高度相同。数字毫秒计的精度在0.1ms，可记录四位有效数字，双路计时，并配装有延时控制电路，使数字显示能保存3～5秒后再自动清零。数字毫秒计的机芯21和光控元件12最好采取电屏蔽，免受电动机18干扰。滑块在轨道上除与空气、气膜有接触外，不与其他任何物体（包括细导线）接触，近于理想的无耗散力的运动。

导轨上装有两个可以换装的挡光片，在实验时，滑块运动到挡光片处时，挡光片恰好在凹槽内通过以便光控元件光路被遮，控制数字毫秒计记时。在导轨两端各分别装有一个滑轮和挡板。其余附件还可以包括砝码等，供各种力学实验选用。

与已有的气垫导轨比较，本发明具有如下特点：

1、气室由导轨转到滑块上，用气量小，所以省去了噪声很大、耗电量多的气源，节约了能源，还使导轨的加工制造容易、减少导轨变形、提高导轨精度创造了良好的实验环境，便于老师对学生实验中的指导和交流，利于提高教学实验效果和质量，便于运输、保管和实验操作。

2、光控元件12安装在凹槽内并选用GK102后，外界干扰小，不用调节光敏管和灯泡的位置;滑块运动前方不切割气柱、室内气体稳定;两个气室使气体压力均匀;双路计时和气源、电源、滑块溶为一体等，都给准确地进行实验提供了良好的条件，可以减少偶然误差。

3、由于省去为导轨供气气源，导轨制作方便，可以降低成本，便于向中学、中专学校及各类学校推广、对普遍提高教学质量具有重要意义。

Claims (2)

1、一种实验教学用的气垫滑块，由滑块和导轨组成，滑块的下方具有∧形的底面，与截面为△形的导轨相吻合，其特征在于，在滑块内装有电池17、微型直流电动机18、皮腔20、气室、微型数字毫秒计21、光控元件12、等部件；电池17通过导线给微型直流电动机18、光控元件12、数字毫秒计21供电；微型直流电动机18通过偏轴连杆带动皮腔20上下运动，通过进气阀门和供气阀门吸入大气而又将气体压入气室。

2、按照权利要求1所述的气垫滑块，其特征在于所说的气室分为第一气室23和第二气室25，第一气室23成∧形，由气室底板26和气室盖27通过密封胶垫用安装螺栓28连成中空的整体;第二气室25则由气室底板26外侧面对称地开有长方形凹槽与导轨之间形成空隙构成;第一气室23与第二气室25有若干排气小孔24连通。

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