CN109116874B - 电磁控制单摆与u形槽齿轮节奏配合装置 - Google Patents

电磁控制单摆与u形槽齿轮节奏配合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置，其为机械化、可控化的单摆运动节奏配合装置。该装置包含驱动机构(1)、传动机构(2)、电磁控制器(3)、支撑机构(4)和单摆机构(5)五个部分，其中，直流电机通过减速器将动力传递到两级齿轮，从而驱动U形槽齿轮转动，单摆摆动的角度由角度传感器检测，并将检测到的角度返回给控制器，由控制器调节电磁铁电流，以改变电磁铁对单摆产生的电磁斥力，从而实现单摆等振幅摆动，使其能够与U形槽齿轮实现运动节奏配合。该装置具有结构巧妙、控制可靠的特点。

Description

电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置
技术领域
本发明涉及一种电磁控制技术领域，尤其是一种可控化的电磁控制单摆与U形齿轮节奏配合装置。
背景技术
从力学原理上讲，单摆在不受外界影响的情况下，应以简谐振动方式永不停息地摆动下去。然而事实上，由于空气阻力原因，单摆实际上是在做阻尼振动，阻力做功消耗了系统的机械能，最终使单摆在摆动一段时间后会衰减直至静止状态，甚至会因起振时，摆球与摆杆不在竖直平面内，而使摆球作其它形式的运动，如做圆锥摆动等。
发明内容
为了克服空气阻力的影响，解决单摆运动过程中摆动角度衰减的问题，本发明提供了一种可以抵消空气阻力的电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置。
本发明采用的技术方案为：电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置，由驱动部分、传动部分、电磁控制部分、支撑部分和单摆部分这五个部分组成；所述驱动部分由直流电机、减速器、电机座、电机轴组成；所述传动部分由第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、U形槽齿轮、传动轴、轴套和第一深沟球轴承组成；所述电磁控制部分由角度传感器、控制模块、电磁铁和开关组成；所述支撑部分由箱体、左侧板、右侧板、光面滚筒、滚筒端盖、第二深沟球轴承以及柱体组成，所述单摆部分由摆球、摆杆、第三深沟球轴承组成。
所述驱动部分用于提供动力，驱动部分是由直流电机、减速器、电机座和电机轴组成，直流电机与减速器相连，以达到降速的目的，减速器与电机座之间通过螺栓相连，然后电机座用螺栓固定在箱体的底部；所述传动部分用于传递动力并降低U形槽齿轮转动速度，传动部分由第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、U形槽齿轮、传动轴、两个轴套以及两个深沟第一深沟球轴承组成，第一齿轮和第二齿轮间进行一级减速，第三齿轮和U形槽齿轮间进行二级减速，第一齿轮通过顶丝固定在电机轴上，传动轴与第二齿轮和第三齿轮之间通过平键传递扭矩，第一深沟球轴承内圈与传动轴采用过盈配合；所述电磁控制部分用于控制摆球摆动的角度与周期，该部分由角度传感器、控制模块、电磁铁和开关组成，角度传感器固定在摆杆上，电磁铁由螺栓固定在箱体的顶部，且位于摆球的正下方。角度传感器用于检测摆球摆动的角度，并将检测数据返回控制模块中，进而控制电磁铁中的电流及电压大小，以改变对摆球的电磁斥力大小，从而可以达到控制摆球的摆动角度与周期的目的；所述支撑部分用于固定驱动部分、支撑传动部分和单摆部分，并改善装置的受力情况，此部分由箱体、左右两块侧板、光面滚筒、滚筒端盖以及用于支撑单摆部分的柱体组成，箱体和左右两块侧板是通过螺栓相互拼接，从而形成一个封闭的空间，光面滚筒与滚筒端盖之间通过螺栓相连，用以支撑U形槽齿轮，并防止其与箱体相接触而产生摩擦。左侧板和右侧板上各开有三个孔，其中，中间孔与传动部分中第一深沟球轴承的外圈、两侧的孔与支撑部分的第二深沟球轴承的外圈均进行过盈配合，以防止轴承来回移动；单摆部分用于与U形槽齿轮实现节奏配合，其由摆球、摆杆和第三深沟球轴承组成，摆球固定在摆杆上，第三深沟球轴承的外圈与摆杆上的孔进行过盈配合，以便实现单摆与U形槽齿轮运动的节奏配合。
其中，驱动部分与传动部分之间通过两次减速，并在支撑部分中的光面滚筒的作用下，使传动部分中的U形槽齿轮以相应的角速度转动，其中，总的减速比为5∶1。
其中，单摆部分在电磁控制部分的作用下可以永不停歇的以相等的摆角和周期往复摆动。
其中，摆球在一个运动周期内可通过U形槽齿轮，以实现了两者运动的节奏配合。
本发明与现有技术相比的特点在于：本发明将单摆在摆动过程中受到的空气阻力抵消了，实现了单摆以恒角度、恒周期的持续摆动；本发明将单摆摆动与主体轮转动相配合，可体现机械传动的节奏性；本发明实现了装置的可控化，可自动调整单摆摆动角度与周期。
附图说明
图1为本发明电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置部件分布图；
图2为本发明电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置局部剖视图；
图3为本发明电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置电磁控制原理图；
图中附图标记含义为：1为驱动部分，2为传动部分，3为电磁控制部分，4为支撑部分，5为单摆部分，101为直流电机，102为减速器，103为电机座，104为电机轴，201为第一齿轮，202为第二齿轮，203为第三齿轮，204为U形槽齿轮，205为传动轴，206为轴套，207为第一深沟球轴承，301为角度传感器，302为控制模块，303为电磁铁，304为开关，401为箱体，402为左侧板，403为右侧板、404为光面滚筒，405为滚筒端盖，406为第二深沟球轴承，407为柱体，501为摆球、502为摆杆、503为第三深沟球轴承。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明装置作进一步说明。
本发明电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置，包括驱动部分1、传动部分2、电磁控制部分3、支撑部分4、单摆部分5；
所述驱动部分1包括直流电机101、减速器102、电机座103、电机轴104；
所述传动部分2包括第一齿轮201、第二齿轮202、第三齿轮203、U形槽齿轮204、传动轴205，轴套206，第一深沟球轴承207；
所述电磁控制部分3包括角度传感器301、控制模块302、电磁铁303、开关304；
所述支撑部分4包括箱体401、左侧板402、右侧板403、光面滚筒404、滚筒端盖405、第二深沟球轴承406，柱体407；
所述单摆部分5包括摆球501、摆杆502、第三深沟球轴承503；
驱动部分1主要用于提供动力；传动部分2主要作用是通过两次减速，并在支撑部分4的光面滚筒404的作用下，使U形槽齿轮204以恒定角速度转动；电磁控制器部分3主要用于控制摆球501的摆角和周期；支撑部分4用于固定驱动部分1、支撑传动部分2及单摆部分4，并改善装置的受力情况；单摆部分5主要用于同传动部分2中的U形槽齿轮204实现运动的节奏配合。驱动部分1由直流电机101、减速器102、电机座103和电机轴104这四个部件组成，直流电机101与减速器102进行连接，以达到降速的目的，减速器102与电机座103通过螺栓相连，电机座用螺栓固定在支撑机构4的箱体401的底部；传动部分2由三个正齿轮、一个U形槽齿轮204、一个传动轴205、两个轴套206和两个第一深沟球轴承207组成，第一齿轮201和第二齿轮202间进行一级减速，第三齿轮203和U形槽齿轮204间进行二级减速，第一齿轮201通过顶丝固定在电机轴104上，传动轴205与第二齿轮202和第三齿轮203之间通过平键传递力矩，深沟球轴承207内圈与传动轴205采用过盈配合；电磁控制部分3由角度传感器301、控制模块302、电磁铁303和开关304组成，角度传感器301固定在摆杆502上，电磁铁由螺栓固定在箱体401的顶部，且位于摆球501的正下方，角度传感器301用于检测摆球501摆动的角度，并将检测数据返回至控制模块302中，控制模块302进而可控制电磁铁303中的电流及电压大小，以改变电磁铁303对摆球501的电磁斥力大小，从而达到控制摆球501的摆动角度与周期的目的；支撑部分4由一个箱体401、左右两块侧板，光面滚筒404，滚筒端盖405、第二深沟球轴承406及用于支撑单摆部分的柱体407组成，箱体401与左右两块侧板通过螺栓相互拼接，从而形成一个封闭空间，左侧板402和右侧板403上各开有三个孔，其中，中间孔与传动部分2中第一深沟球轴承207的外圈、两侧的孔与支撑部分4中的第二深沟球轴承406的外圈之间均进行过盈配合，柱体通过螺栓固定在箱体401的顶部；单摆部分5由摆球501、摆杆502、第三深沟球轴承503组成，摆球501固定在摆杆502上，第三深沟球轴承503的外圈与摆杆502上孔进行过盈配合，以便实现单摆与U形槽齿轮204运动的节奏配合。
所述驱动部分1与传动部分2之间通过两次减速，并在光面滚筒404的作用下，使传动部分2中的U形齿轮204以相应的角速度转动，其中总的减速比为5∶1。
所述单摆部分5在电磁控制部分3的作用下可以永不停歇的以相等的摆角和周期往复摆动。
所述摆球501可在一个运动周期内可通过U形槽齿轮204，以实现了两者运动节奏的配合。
其工作原理为：
装置在通电后，驱动部分1通过传动机构2，带动U形槽齿轮204以恒定的角速度转动，同时支撑部分4中的光面滚筒404对U形槽齿轮204起支撑作用，并可防止U形槽齿轮204与箱体401相接触而产生摩擦，单摆部分5在角度传感器301、控制模块302以及电磁铁303所提供的电磁斥力的作用下，可在一个运动周期内可通过U形槽齿轮，以实现了两者运动的节奏配合。
此外，此装置运用第一深沟球轴承207、第二深沟球轴承406、第三深沟球轴承503，可减小装置间的摩擦，改善装置的受力情况。

Claims (1)

1.电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置，其特征在于：包括驱动部分(1)、传动部分(2)、电磁控制器部分(3)、支撑部分(4)和单摆部分(5)；所述驱动部分(1)包括：直流电机(101)、减速器(102)、电机座(103)和电机轴(104)；传动部分(2)包括：第一齿轮(201)、第二齿轮(202)、第三齿轮(203)、U形槽齿轮(204)、传动轴(205)、轴套(206)和第一深沟球轴承(207)；电磁控制器部分(3)包括：角度传感器(301)、控制模块(302)、电磁铁(303)和开关(304)；支撑部分(4)包括：箱体(401)、左侧板(402)、右侧板(403)、光面滚筒(404)滚筒端盖(405)、第二深沟球轴承(406)和柱体(407)；单摆部分(5)包括：摆球(501)、摆杆(502)和第三深沟球轴承(503)；驱动部分(1)主要用于提供动力；传动部分(2)主要作用是通过两级直齿圆柱齿轮传动进行减速，从而使U形槽齿轮(204)以恒定角速度转动；电磁控制器部分(3)主要用于控制摆球(501)的摆角和周期；支撑部分(4)用于固定驱动部分(1)、支撑传动部分(2)和单摆部分(5)，并改善装置的受力情况；单摆部分(5)主要用于同传动部分(2)中的U形槽齿轮(204)实现运动的节奏配合；直流电机(101)与减速器(102)进行连接，以达到降速的目的，减速器(102)与电机座(103)通过螺栓相连，并将电机座用螺栓固定在支撑部分(4)的箱体(401)的底部上；第一齿轮(201)和第二齿轮(202)间进行一级减速，第三齿轮(203)和U形槽齿轮(204)间进行二级减速，第一齿轮(201)通过顶丝固定在电机轴(104)上，传动轴(205)与第二齿轮(202)、第三齿轮(203)之间通过平键传递扭矩，第一深沟球轴承(207)内圈与传动轴(205)采用过盈配合；电磁控制部分(3)由角度传感器(301)、控制模块(302)、电磁铁(303)和开关(304)组成，角度传感器(301)固定在摆杆(502)上，电磁铁由螺栓固定在箱体(401)的顶部，且位于摆球(501)的正下方，角度传感器(301)用于检测摆球(501)摆动的角度，并将检测数据返回给控制模块(302)，控制模块(302)进而控制电磁铁(303)中的电流及电压大小，以改变对摆球(501)的电磁斥力大小，从而可以达到控制摆球(501)的摆动角度与周期的目的；箱体(401)与左右两块侧板是通过螺栓相互拼接，形成一个封闭空间；光面滚筒(404)与滚筒端盖(405)之间通过螺栓相连，用以支撑U形槽齿轮(204)，并防止其与箱体(401)相接触而产生不必要的摩擦；左侧板(402)和右侧板(403)上各开有三个孔，其中，中间的孔与传动部分(2)中的第一深沟球轴承(207)的外圈、两侧的孔与支撑部分(4)中的第二深沟球轴承(406)外圈均采用过盈配合，目的是防止轴承来回移动；柱体(407)通过螺栓固定在箱体(401)的顶部，用以支撑单摆部分(5)；单摆部分(5)由摆球(501)、摆杆(502)、第三深沟球轴承(503)，组成，摆球(501)固定在摆杆(502)上，第三深沟球轴承(503)的外圈与摆杆(502)上一孔进行过盈配合，以便实现单摆与U形槽齿轮(204)的运动节奏配合；
在驱动部分(1)与传动部分(2)之间进行两次减速，总的减速比为5∶1，并在支撑部分(4)中的光面滚筒(404)的作用下，使传动部分(2)中的U形槽齿轮(204)以相应的角速度转动；
单摆部分(5)在角度传感器(301)、控制模块(302)和电磁铁(303)的作用下可以永不停歇的以相等的摆角和周期往复摆动
摆球(501)在一个运动周期内可通过U形槽齿轮(204)，以实现了两者运动的节奏配合；
装置在通电后，驱动部分(1)通过传动机构(2)，带动U形槽齿轮(204)以恒定的角速度转动，同时支撑部分(4)中的光面滚筒(404)对U形槽齿轮(204)起支撑作用，并可防止U形槽齿轮(204)与箱体(401)相接触而产生摩擦，单摆部分(5)在角度传感器(301)、控制模块(302)以及电磁铁(303)所提供的电磁斥力的作用下，可在一个运动周期内可通过U形槽齿轮，以实现了两者运动的节奏配合；
该电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置将单摆在摆动过程中受到的空气阻力抵消了，实现了单摆以恒角度、恒周期的持续摆动；该电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置将单摆摆动与主体轮转动相配合，可体现机械传动的节奏性；该电磁控制单摆与U形槽齿轮节奏配合装置实现了装置的可控化，可自动调整单摆摆动角度与周期。
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