CN107564386A - 一种用于演示磁悬浮的教具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于演示磁悬浮的教具，包括底座、顶板、平台、演示机构、平移机构、驱动机构和两个支板，驱动机构包括电机、缓冲块和驱动轴，驱动机构包括驱动单元、第一活塞、第一气缸和第一气管，演示机构包括悬浮块和至少两个悬浮组件，悬浮组件包括磁力板、调节单元、支杆、铰接单元和两个支撑单元，调节单元包括第二气缸、第二活塞和第二气管，该用于演示磁悬浮的教具通过驱动单元带动各调节单元中的第二活塞移动，从而使磁力板的角度发生变化，实现悬浮块的升降，丰富了该教具的展示效果，不仅如此，通过平移机构使该教具展示了运动状态下的悬浮平衡，有助于人们加深对磁悬浮的理解，从而提高了该教具的实用性。

Description

一种用于演示磁悬浮的教具

技术领域

本发明涉及教育用具领域，特别涉及一种用于演示磁悬浮的教具。

背景技术

磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。由于磁悬浮技术远离是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术，因此，为了便于更好地理解磁悬浮技术，人们发明了不少用于演示磁悬浮的教具。

但是，现有的磁悬浮教具结构简单，功能单一，仅能展示在静止状态下的平衡，不能展示出动态下的平衡效果，造成现有的磁悬浮教具演示效果单一，无法全面的演示磁悬浮所具备的功能，降低了现有教具的实用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于演示磁悬浮的教具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于演示磁悬浮的教具，包括底座、顶板、平台、演示机构、平移机构、驱动机构和两个支板，两个支板分别设置在底座上方的两侧，所述支板的底端固定在底座上，所述顶板架设在两个支板上，所述驱动机构设置在底座的上方，所述驱动机构与平台传动连接，所述演示机构设置在平台的上方，所述驱动机构位于驱动机构和底座之间；

所述驱动机构包括电机、缓冲块和驱动轴，所述电机固定在其中一个支板的靠近平台的一侧，所述缓冲块固定在另一个支板的靠近平台的一侧，所述驱动轴设置在电机和缓冲块之间，所述电机与驱动轴传动连接，所述驱动轴的外周设有外螺纹，所述平台套设在驱动轴上，所述平台内设有内螺纹，所述平台内的内螺纹与驱动轴上的外螺纹相匹配；

所述驱动机构包括驱动单元、第一活塞、第一气缸和第一气管，所述驱动单元与第一活塞的一端传动连接，所述第一活塞的另一端设置在第一气缸内，所述第一气缸固定在底座上，所述第一气缸与第一气管连通；

所述演示机构包括悬浮块和至少两个悬浮组件，所述悬浮块设置在平台的上方，所述悬浮组件周向均匀分布在平台上，所述悬浮组件位于悬浮块和平台之间，所述悬浮组件包括磁力板、调节单元、支杆、铰接单元和两个支撑单元，所述磁力板倾斜设置，两个支撑单元分别设置在磁力板的两侧，所述磁力板通过支撑单元设置在平台的上方，所述调节单元与支杆的一端传动连接，所述支杆的另一端通过铰接单元与磁力板铰接。

作为优选，为了固定平台的移动方向，所述驱动机构还包括固定杆、滑环和底杆，所述固定杆位于平台的下方，所述固定杆的两端分别与两个支板固定连接，所述滑环套设在固定杆上，所述滑环通过底杆固定在平台的下方。

作为优选，为了实现磁力板的角度调节功能，所述调节单元包括第二气缸、第二活塞和第二气管，所述第二气缸固定在平台的上方，所述第二活塞的一端设置在第二气缸内，所述第二活塞的另一端与支杆铰接，所述第二气管设置在平台内，所述第二气缸通过第二气管与第一气管连通。通过改变第一气缸内的气压，使第二气缸内的气压变化，从而第二活塞移动，第二活塞移动时，通过支杆调节了磁力板的角度。

作为优选，为了固定第二活塞的移动方向，所述调节单元还包括固定环，所述固定环固定在平台的上方且套设在第二活塞上。

作为优选，为了在推动第一活塞后便于固定第一活塞的位置，所述驱动单元包括第一套环、中心杆、框架、两个第一套管和两个固定单元，所述第一套环与第一活塞固定连接，两个第一套管分别设置在第一套环的两侧，所述第一套管和第一套管均套设在中心杆上，所述框架的形状为U形，所述U形截面的开口指向中心杆，所述框架的两端分别与两个第一套管固定连接，两个固定单元分别设置在第一活塞的两侧，所述固定单元至少包括两个固定轴，所述固定轴的底端固定在底座上。

作为优选，为了实现支杆与磁力板的连接，所述铰接单元包括转动杆和两个第二套管，两个第二套管分别设置在转动杆的两侧，所述第二套管固定在磁力板上，所述转动杆的两端分别设置在两个第二套管内，所述支杆与转动杆的中端固定连接。

作为优选，为了支撑磁力板的同时便于磁力板的转动，所述支撑单元包括竖杆、侧杆和第三套管，所述第三套管通过竖杆固定在平台的上方，所述侧杆的一端固定在磁力板上，所述侧杆的另一端设置在第三套管内。

作为优选，为了便于操作，所述顶板上设有若干控制按键。

作为优选，为了便于携带该设备，所述顶板的上方设有把手。

作为优选，为了增大把手表面的粗糙度，防止携带时把手脱落，所述把手上设有防滑纹。

为了能够使该磁悬浮演示教具展现出多种悬浮平衡的效果，方便人们理解，在该设备的演示机构中，由多个磁力板倾斜设置，对上方的悬浮块产生磁力，与悬浮块的重力相等，从而使悬浮块保持悬浮平衡。通过驱动单元中，推动或者拉动第一活塞移动后，向下拉动框架，使框架固定在固定轴之间，从而固定第一活塞的位置。第一活塞的位置移动后，由于第一气缸与第一气管连通，而调节单元中的第二气缸通过第二气管与第一气管连通，从而使第一气缸和第二气缸的压强相等，在第一活塞移动后，使得第二活塞发生平移，通过支杆带动磁力板的方向发生变化，各磁力板中，磁力板对悬浮块的作用力发生变化，这些作用力在水平方向上相互抵消，而在竖直方向上进行叠加，由于磁力的大小未变，而作用方向发生改变，从而使竖直方向上的作用力发生变化，进而使悬浮块在竖直方向上发生移动，实现了悬浮块的升降。不仅如此，通过驱动机构中的电机运行，带动驱动轴沿自身中心轴线方向移动，驱动轴上的外螺纹与滑块内的内螺纹相互作用，从而使滑块在滑环的限位作用下水平移动，进而带动平台和平台上方的磁力板发生移动，根据移动方向，各磁力板对悬浮块的作用力方向与平台的移动方向相同，从而带动悬浮块也跟随平台的移动而移动，从而通过平移机构使该教具展示了运动状态下的悬浮平衡，有助于人们加深对磁悬浮的理解，从而提高了该教具的实用性。

本发明的有益效果是，该用于演示磁悬浮的教具通过驱动单元带动各调节单元中的第二活塞移动，从而使磁力板的角度发生变化，实现悬浮块的升降，丰富了该教具的展示效果，不仅如此，通过平移机构使该教具展示了运动状态下的悬浮平衡，有助于人们加深对磁悬浮的理解，从而提高了该教具的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的用于演示磁悬浮的教具的结构示意图；

图2是本发明的用于演示磁悬浮的教具的演示机构的结构示意图；

图3是本发明的用于演示磁悬浮的教具的磁力板的结构示意图；

图4是本发明的用于演示磁悬浮的教具的驱动单元的结构示意图；

图中：1.底座，2.顶板，3.平台，4.支板，5.电机，6.缓冲块，7.驱动轴，8.第一活塞，9.第一气缸，10.第一气管，11.悬浮块，12.磁力板，13.支杆，14.固定杆，15.滑环，16.底杆，17.第二气缸，18.第二活塞，19.第二气管，20.固定环，21.第一套环，22.中心杆，23.框架，24.第一套管，25.固定轴，26.转动杆，27.第二套管，28.竖杆，29.侧杆，30.第三套管，31.控制按键，32.把手。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图4所示，一种用于演示磁悬浮的教具，包括底座1、顶板2、平台3、演示机构、平移机构、驱动机构和两个支板4，两个支板4分别设置在底座1上方的两侧，所述支板4的底端固定在底座1上，所述顶板2架设在两个支板4上，所述驱动机构设置在底座1的上方，所述驱动机构与平台3传动连接，所述演示机构设置在平台3的上方，所述驱动机构位于驱动机构和底座1之间；

所述驱动机构包括电机5、缓冲块6和驱动轴7，所述电机5固定在其中一个支板4的靠近平台3的一侧，所述缓冲块6固定在另一个支板4的靠近平台3的一侧，所述驱动轴7设置在电机5和缓冲块6之间，所述电机5与驱动轴7传动连接，所述驱动轴7的外周设有外螺纹，所述平台3套设在驱动轴7上，所述平台3内设有内螺纹，所述平台3内的内螺纹与驱动轴7上的外螺纹相匹配；

所述驱动机构包括驱动单元、第一活塞8、第一气缸9和第一气管10，所述驱动单元与第一活塞8的一端传动连接，所述第一活塞8的另一端设置在第一气缸9内，所述第一气缸9固定在底座1上，所述第一气缸9与第一气管10连通；

所述演示机构包括悬浮块11和至少两个悬浮组件，所述悬浮块11设置在平台3的上方，所述悬浮组件周向均匀分布在平台3上，所述悬浮组件位于悬浮块11和平台3之间，所述悬浮组件包括磁力板12、调节单元、支杆13、铰接单元和两个支撑单元，所述磁力板12倾斜设置，两个支撑单元分别设置在磁力板12的两侧，所述磁力板12通过支撑单元设置在平台3的上方，所述调节单元与支杆13的一端传动连接，所述支杆13的另一端通过铰接单元与磁力板12铰接。

作为优选，为了固定平台3的移动方向，所述驱动机构还包括固定杆14、滑环15和底杆16，所述固定杆14位于平台3的下方，所述固定杆14的两端分别与两个支板4固定连接，所述滑环15套设在固定杆14上，所述滑环15通过底杆16固定在平台3的下方。

作为优选，为了实现磁力板12的角度调节功能，所述调节单元包括第二气缸17、第二活塞18和第二气管19，所述第二气缸17固定在平台3的上方，所述第二活塞18的一端设置在第二气缸17内，所述第二活塞18的另一端与支杆13铰接，所述第二气管19设置在平台3内，所述第二气缸17通过第二气管19与第一气管10连通。通过改变第一气缸9内的气压，使第二气缸19内的气压变化，从而第二活塞18移动，第二活塞18移动时，通过支杆13调节了磁力板12的角度。

作为优选，为了固定第二活塞18的移动方向，所述调节单元还包括固定环20，所述固定环20固定在平台3的上方且套设在第二活塞18上。

作为优选，为了在推动第一活塞8后便于固定第一活塞8的位置，所述驱动单元包括第一套环21、中心杆22、框架23、两个第一套管24和两个固定单元，所述第一套环21与第一活塞8固定连接，两个第一套管24分别设置在第一套环21的两侧，所述第一套管24和第一套管24均套设在中心杆22上，所述框架23的形状为U形，所述U形截面的开口指向中心杆22，所述框架23的两端分别与两个第一套管24固定连接，两个固定单元分别设置在第一活塞8的两侧，所述固定单元至少包括两个固定轴25，所述固定轴25的底端固定在底座1上。

作为优选，为了实现支杆13与磁力板12的连接，所述铰接单元包括转动杆26和两个第二套管27，两个第二套管27分别设置在转动杆26的两侧，所述第二套管27固定在磁力板12上，所述转动杆26的两端分别设置在两个第二套管27内，所述支杆13与转动杆26的中端固定连接。

作为优选，为了支撑磁力板12的同时便于磁力板12的转动，所述支撑单元包括竖杆28、侧杆29和第三套管30，所述第三套管30通过竖杆28固定在平台3的上方，所述侧杆29的一端固定在磁力板12上，所述侧杆29的另一端设置在第三套管30内。

作为优选，为了便于操作，所述顶板2上设有若干控制按键31。

作为优选，为了便于携带该设备，所述顶板2的上方设有把手32。

作为优选，为了增大把手32表面的粗糙度，防止携带时把手32脱落，所述把手32上设有防滑纹。

为了能够使该磁悬浮演示教具展现出多种悬浮平衡的效果，方便人们理解，在该设备的演示机构中，由多个磁力板12倾斜设置，对上方的悬浮块11产生磁力，与悬浮块11的重力相等，从而使悬浮块11保持悬浮平衡。通过驱动单元中，推动或者拉动第一活塞8移动后，向下拉动框架23，使框架23固定在固定轴25之间，从而固定第一活塞8的位置。第一活塞8的位置移动后，由于第一气缸9与第一气管10连通，而调节单元中的第二气缸17通过第二气管19与第一气管10连通，从而使第一气缸9和第二气缸17的压强相等，在第一活塞8移动后，使得第二活塞18发生平移，通过支杆13带动磁力板12的方向发生变化，各磁力板12中，磁力板12对悬浮块11的作用力发生变化，这些作用力在水平方向上相互抵消，而在竖直方向上进行叠加，由于磁力的大小未变，而作用方向发生改变，从而使竖直方向上的作用力发生变化，进而使悬浮块11在竖直方向上发生移动，实现了悬浮块11的升降。不仅如此，通过驱动机构中的电机5运行，带动驱动轴7沿自身中心轴线方向移动，驱动轴7上的外螺纹与滑块内的内螺纹相互作用，从而使滑块在滑环15的限位作用下水平移动，进而带动平台3和平台3上方的磁力板12发生移动，根据移动方向，各磁力板12对悬浮块11的作用力方向与平台3的移动方向相同，从而带动悬浮块11也跟随平台3的移动而移动，从而通过平移机构使该教具展示了运动状态下的悬浮平衡，有助于人们加深对磁悬浮的理解，从而提高了该教具的实用性。

与现有技术相比，该用于演示磁悬浮的教具通过驱动单元带动各调节单元中的第二活塞18移动，从而使磁力板12的角度发生变化，实现悬浮块11的升降，丰富了该教具的展示效果，不仅如此，通过平移机构使该教具展示了运动状态下的悬浮平衡，有助于人们加深对磁悬浮的理解，从而提高了该教具的实用性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，包括底座(1)、顶板(2)、平台(3)、演示机构、平移机构、驱动机构和两个支板(4)，两个支板(4)分别设置在底座(1)上方的两侧，所述支板(4)的底端固定在底座(1)上，所述顶板(2)架设在两个支板(4)上，所述驱动机构设置在底座(1)的上方，所述驱动机构与平台(3)传动连接，所述演示机构设置在平台(3)的上方，所述驱动机构位于驱动机构和底座(1)之间；

所述驱动机构包括电机(5)、缓冲块(6)和驱动轴(7)，所述电机(5)固定在其中一个支板(4)的靠近平台(3)的一侧，所述缓冲块(6)固定在另一个支板(4)的靠近平台(3)的一侧，所述驱动轴(7)设置在电机(5)和缓冲块(6)之间，所述电机(5)与驱动轴(7)传动连接，所述驱动轴(7)的外周设有外螺纹，所述平台(3)套设在驱动轴(7)上，所述平台(3)内设有内螺纹，所述平台(3)内的内螺纹与驱动轴(7)上的外螺纹相匹配；

所述驱动机构包括驱动单元、第一活塞(8)、第一气缸(9)和第一气管(10)，所述驱动单元与第一活塞(8)的一端传动连接，所述第一活塞(8)的另一端设置在第一气缸(9)内，所述第一气缸(9)固定在底座(1)上，所述第一气缸(9)与第一气管(10)连通；

所述演示机构包括悬浮块(11)和至少两个悬浮组件，所述悬浮块(11)设置在平台(3)的上方，所述悬浮组件周向均匀分布在平台(3)上，所述悬浮组件位于悬浮块(11)和平台(3)之间，所述悬浮组件包括磁力板(12)、调节单元、支杆(13)、铰接单元和两个支撑单元，所述磁力板(12)倾斜设置，两个支撑单元分别设置在磁力板(12)的两侧，所述磁力板(12)通过支撑单元设置在平台(3)的上方，所述调节单元与支杆(13)的一端传动连接，所述支杆(13)的另一端通过铰接单元与磁力板(12)铰接。

2.如权利要求1所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述驱动机构还包括固定杆(14)、滑环(15)和底杆(16)，所述固定杆(14)位于平台(3)的下方，所述固定杆(14)的两端分别与两个支板(4)固定连接，所述滑环(15)套设在固定杆(14)上，所述滑环(15)通过底杆(16)固定在平台(3)的下方。

3.如权利要求1所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述调节单元包括第二气缸(17)、第二活塞(18)和第二气管(19)，所述第二气缸(17)固定在平台(3)的上方，所述第二活塞(18)的一端设置在第二气缸(17)内，所述第二活塞(18)的另一端与支杆(13)铰接，所述第二气管(19)设置在平台(3)内，所述第二气缸(17)通过第二气管(19)与第一气管(10)连通。

4.如权利要求3所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述调节单元还包括固定环(20)，所述固定环(20)固定在平台(3)的上方且套设在第二活塞(18)上。

5.如权利要求1所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述驱动单元包括第一套环(21)、中心杆(22)、框架(23)、两个第一套管(24)和两个固定单元，所述第一套环(21)与第一活塞(8)固定连接，两个第一套管(24)分别设置在第一套环(21)的两侧，所述第一套管(24)和第一套管(24)均套设在中心杆(22)上，所述框架(23)的形状为U形，所述U形截面的开口指向中心杆(22)，所述框架(23)的两端分别与两个第一套管(24)固定连接，两个固定单元分别设置在第一活塞(8)的两侧，所述固定单元至少包括两个固定轴(25)，所述固定轴(25)的底端固定在底座(1)上。

6.如权利要求1所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述铰接单元包括转动杆(26)和两个第二套管(27)，两个第二套管(27)分别设置在转动杆(26)的两侧，所述第二套管(27)固定在磁力板(12)上，所述转动杆(26)的两端分别设置在两个第二套管(27)内，所述支杆(13)与转动杆(26)的中端固定连接。

7.如权利要求1所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述支撑单元包括竖杆(28)、侧杆(29)和第三套管(30)，所述第三套管(30)通过竖杆(28)固定在平台(3)的上方，所述侧杆(29)的一端固定在磁力板(12)上，所述侧杆(29)的另一端设置在第三套管(30)内。

8.如权利要求1所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述顶板(2)上设有若干控制按键(31)。

9.如权利要求1所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述顶板(2)的上方设有把手(32)。

10.如权利要求9所述的用于演示磁悬浮的教具，其特征在于，所述把手(32)上设有防滑纹。