CN111508318A - 一种自定义分区打点计数器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自定义分区打点计数器，包括滑块、簧片、弹簧、隔球和撞针，滑块安装在一竖直导槽内且背面受到驱动而可以往复直线移动，滑块下表面连接弹簧一端，弹簧另一端连接隔球，簧片左右对称并在隔球两侧形成弹性隘口，隔球朝下安装撞针。滑块的往复升降运动可以通过现有技术中电磁打点计数器的基本结构来完成，将电磁铁一端的杆头连接至本发明滑块上表面，电磁铁受到交流电而在其端部产生交变的磁极，受到固定的永磁体吸引而上下震荡完成上下往复运动。簧片底端延伸往下并连接起来构成圆环状导孔，撞针向下穿过导孔。

Description

一种自定义分区打点计数器

技术领域

本发明涉及运动分析器具领域，具体是一种自定义分区打点计数器。

背景技术

打点计数器，也称打点计时器，是一种以一定的时间间隔在纸带上制造小点的器件，常常被用于物理实验中来分析物件的运动状态。物件拖拽一根纸带运动，纸带上打出的点相应地显示出运物件在不同时刻的位置。

现有技术中，常用的有电磁计数器和电火花，此两者一般不带变频率功能，如果需要改变打点频率，就需要通过改变输入电流的频率来改变，但是，不仅变频器部件较大，不利于整合在小巧的打点计数器中，而且，变频器调配的频率不仅受到自身原因而有波动，也会受到周围电磁场的干扰而频率漂移，调速精度受到影响。

此外，电磁打点计数器的撞针与纸带的接触是受到电磁吸引力进行的，如图1所示，是基本的电磁打点计数器的结构，撞针的震荡大致是正弦震荡，其底部与纸带接触在接触期内不可反弹，也就是说，撞针与纸带的摩擦较大，这会影响纸带的运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自定义分区打点计数器，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自定义分区打点计数器，包括滑块、簧片、弹簧、隔球和撞针，滑块安装在一竖直导槽内且背面受到驱动而可以往复直线移动，滑块下表面连接弹簧一端，弹簧另一端连接隔球，簧片左右对称并在隔球两侧形成弹性隘口，隔球朝下安装撞针。

本发明通过簧片在隔球向下运动时构成隘口，阻碍滑块上往复的上下运动直接转换成隔球的升降运动，滑块的上下运动是近似正弦式的上下波动，而隔球在下降过程中，当其运动到簧片隘口处时，其并不能直接通过，而是需要其背后的弹簧被压缩到一定的程度才能向两侧推开簧片，弹簧被压缩至较短长度，压缩的弹簧，只要滑块再往下运动一点点，其弹力就足以推开簧片，推开簧片后，隔球下降，弹簧无阻碍地释放弹性势能，其长度快速伸长，且超过原始长度后，依然会继续伸长，直至与压缩长度相对应的伸展长度，在此长度时，撞针位移最大，打点就发生在这个时刻，这个时刻很短暂，而且撞针与纸的接触并不是受到压下动力，而只是弹性倒置的冲击，冲击过后，撞针快速收回，在弹簧的下一次震荡波动中会由于损失一部分能量而不再能够到达首次冲开簧片时的极限位置，只能等待滑块的下一周期运动，如此完整快速打点，撞针与纸带的接触极短暂，所以，对于纸带的摩擦力也就很小。

滑块的往复升降运动可以通过现有技术中电磁打点计数器的基本结构来完成，将电磁铁一端的杆头连接至本发明滑块上表面，电磁铁受到交流电而在其端部产生交变的磁极，受到固定的永磁体吸引而上下震荡完成上下往复运动。

进一步的，簧片底端延伸往下并连接起来构成圆环状导孔，撞针向下穿过导孔。

尽管滑块处已经设置了确保其沿直线运动的导槽，其下方所连接的若干结构也都会保持竖直直线运动的逻辑，但是，一来由于撞针底部距离滑块较远，二来中间有一个弹簧作为连接件，所以，撞针的直线运动可能受到扰动等而无法保证，撞针如果与其下方的纸带接触时产生偏角等情况，不仅可能损坏撞针，更会导致打点的时间间隔精度受到影响，进而使使用者根据纸带打点情况进行后续物理分析时产生无法修正的偏差，装置的实用性受到影响。所以，本发明通过导孔 进行位置限定，确保撞针直线运动。

进一步的，打点计数器还包括调频组件，滑块背面所连接的往复驱动时曲柄连接机构，调频组件将定速旋转输入调配转速后输出到曲柄连接机构的曲柄上。

调频组件是一个输出的旋转频率可以改变的部件，将旋转动力加载在一个曲柄连杆上，使其转换为滑块的直线运动。

调频组件包括主齿轮、副齿轮、转舵支架和支撑架，主齿轮通过轴承安装在支撑架上，主齿轮上进行旋转动力输入，转舵支架的铰接在支撑架上，副齿轮通过轴承安装在转舵支架上，主齿轮、副齿轮啮合连接，转舵支架的旋转轴线垂直于主齿轮、副齿轮轴线所在平面且穿过啮合点，主齿轮齿形为凸圆弧齿，副齿轮轴线上的旋转速度通过若干齿轮组或者万向联轴器传递至曲柄上。

原始的旋转动力加载在主齿轮上，原始动力可以是一台微型同步电机，确保转速稳定，主齿轮上携带的定速旋转在传递给副齿轮，副齿轮轴线与主齿轮轴线平行时，主齿轮与副齿轮之间传动比就是的齿数比，而由于主齿轮齿形带有弧形，从而当副齿轮偏转一个角度与其进行啮合时，只要偏转角度在一定的范围内并且圆弧充分圆润，齿面摩擦系数很小时，依然能够进行齿形啮合，只是啮合的开始与脱开不是垂直于齿面的，而是存在一定的夹角，只要这一夹角还没越过齿面摩擦力所对应的自锁角而引起接触齿面的相对滑动，那么依然可以进行啮合过程。副齿轮轴线与主齿轮轴线存在夹角a度，主齿轮在副齿轮所在平面上进行轮廓线投影，从而换算主齿轮在副齿轮所在平面的旋转速度为原始速度乘以cosa，这一速度与副齿轮进行共面传递，传动比即齿数比，从而相比于原始传动比，多出来一个系数cosa，这一系数可以受控改变，从而达到调配输出旋转速度调节的作用，之后，将副齿轮的旋转通过一系列的连杆或者万向联轴结构输出到滑块上方的曲柄连杆处，完成滑块往复频率的改变，在总体上就显示了打点计数器频率可调节的作用，根据实际情况，在不同的工况区域下进行不同的打点频率，方便外界分析纸带。

副齿轮旋转时，需要保证啮合点处的接触，所以，旋转轴线需要穿过啮合点，此处也是该平面上凸圆弧齿的圆心，即：转舵支架的旋转轴线垂直于主齿轮、副齿轮轴线所在平面且穿过啮合点。

进一步的，调频组件还包括蜗杆、涡轮、中间齿轮、输出齿轮，蜗杆、涡轮、中间齿轮、输出齿轮均通过轴承安装在转舵支架上，蜗杆与副齿轮共轴设置，涡轮、中间齿轮共轴设置且轴线与蜗杆轴线垂直，输出齿轮轴线与转舵支架旋转轴线重合，蜗杆、涡轮啮合连接，中间齿轮、输出齿轮啮合连接，输出齿轮轴线上的旋转速度传递至曲柄上。

蜗杆、涡轮、中间齿轮、输出齿轮可以实现旋转速度的定点输出，副齿轮与蜗杆同轴，制造时可以制成一体件，副齿轮的旋转从蜗杆传递给涡轮，涡轮轴线垂直于副齿轮、主齿轮轴线所在平面，涡轮的旋转通过同一根轴转移位置至中间齿轮处，再让输出齿轮与中间齿轮进行啮合从而完成速度传递，输出齿轮所在位置与主齿轮、副齿轮的旋转不产生干涉，而其轴线与转舵支架的旋转轴线共线，从而副齿轮通过转舵支架改变夹角时，输出齿轮可以保持原位，其旋转轴在其远离主齿轮的一端进行旋转输出。

作为另一种实施方式，蜗杆、涡轮由一组锥齿轮代替。少了传动过程的单向自锁功能，但啮合稳定性与安装制造方便一些。

作为优化，副齿轮齿牙为凹圆弧齿，凹圆弧齿和凸圆弧齿的凹凸弧度相同。在进行轴线夹角改变时，能保持较大的齿牙啮合长度。此处所说的啮合长度不是指的通常意义的节圆上的啮合长度，而是沿齿轮厚度方向的啮合长度。

作为优化，主齿轮厚度大于副齿轮厚度。主齿轮厚度大于副齿轮也是为了在改变夹角时尽量增加啮合长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过微型同步电机将定速转动加载在主齿轮上，转舵支架受到调试而转移一个角度，使得副齿轮轴线与主齿轮轴线产生夹角，该夹角影响副齿轮与主齿轮之间的传动比，副齿轮上的转动在通过涡轮蜗杆齿轮组传递在输出齿轮上进行定点输出，精确调配转速后的输出齿轮的旋转运动加载在一个曲柄连杆结构上使得滑块往复直线运动，往复运动的滑块将隔球向下推挤的过程储存弹性势能，在隔球挤开簧片后将撞针快速推出进行打点，在滑块的上移过程通过弹簧拽起隔球使其重新越过簧片的隘口以便下一次的打点操作；打点频率可以受控而连续调节，在不同的需求下切换为不同的打点频率有助于使用者更方便地进行运动分析；撞针打点时与纸带的接触是弹簧震荡伸长时的冲击，过程极短从而摩擦很小，不影响纸带乃至纸带所连接的运动物件的运动。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为现有技术电磁打点计数器的基本结构；

图2为本发明打点头处的结构示意图一；

图3为本发明打点头处的结构示意图二；

图4为本发明调频组件的主视结构示意图；

图5为图4中的视图A；

图6为图4在副齿轮旋转角度a后的结构位置图；。

图中：1-滑块、2-簧片、3-弹簧、4-隔球、5-撞针、6-导孔、7-调频组件、71-主齿轮、711-凸圆弧齿、72-副齿轮、721-凹圆弧齿、73-蜗杆、74-涡轮、75-中转齿轮、76-输出齿轮、77-转舵支架、78-支撑架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2、3所示，一种自定义分区打点计数器，包括滑块1、簧片2、弹簧3、隔球4和撞针5，滑块1安装在一竖直导槽内且背面受到驱动而可以往复直线移动，滑块1下表面连接弹簧3一端，弹簧3另一端连接隔球4，簧片2左右对称并在隔球4两侧形成弹性隘口，隔球4朝下安装撞针5。

本发明通过簧片2在隔球4向下运动时构成隘口，阻碍滑块1上往复的上下运动直接转换成隔球4的升降运动，滑块1的上下运动是近似正弦式的上下波动，而隔球4在下降过程中，当其运动到簧片2隘口处时，其并不能直接通过，而是需要其背后的弹簧3被压缩到一定的程度才能向两侧推开簧片2，如图2所示，弹簧3被压缩至L1的长度，而其原始长度是L0,L0大于L1，压缩至L1时的弹簧3，只要滑块1再往下运动一点点，其弹力就足以推开簧片2，推开簧片2后，隔球4下降，弹簧3无阻碍地释放弹性势能，其长度快速伸长，且超过原始长度后，依然会继续伸长，直至与压缩长度L1相对应的伸展长度L2，在此长度时，撞针6位移最大，打点就发生在这个时刻，这个时刻很短暂，而且撞针6与纸的接触并不是受到压下动力，而只是弹性倒置的冲击，冲击过后，撞针6快速收回，在弹簧3的下一次震荡波动中会由于损失一部分能量而不再能够到达首次冲开簧片2时的极限位置L2，只能等待滑块1的下一周期运动，如此完整快速打点，撞针6与纸带的接触极短暂，所以，对于纸带的摩擦力也就很小。

滑块1的往复升降运动可以通过现有技术中电磁打点计数器的基本结构来完成，如图1所示，将电磁铁一端的杆头连接至本发明滑块1上表面，电磁铁受到交流电而在其端部产生交变的磁极，受到固定的永磁体吸引而上下震荡完成上下往复运动。

如图2、3所示，簧片2底端延伸往下并连接起来构成圆环状导孔6，撞针5向下穿过导孔6。

尽管滑块1处已经设置了确保其沿直线运动的导槽，其下方所连接的若干结构也都会保持竖直直线运动的逻辑，但是，一来由于撞针6底部距离滑块1较远，二来中间有一个弹簧3作为连接件，所以，撞针6的直线运动可能受到扰动等而无法保证，撞针6如果与其下方的纸带接触时产生偏角等情况，不仅可能损坏撞针6，更会导致打点的时间间隔精度受到影响，进而使使用者根据纸带打点情况进行后续物理分析时产生无法修正的偏差，装置的实用性受到影响。所以，本发明通过导孔6 进行位置限定，确保撞针6直线运动。

如图4所示，打点计数器还包括调频组件7，滑块1背面所连接的往复驱动时曲柄连接机构，调频组件7将定速旋转输入调配转速后输出到曲柄连接机构的曲柄上。

调频组件7是一个输出的旋转频率可以改变的部件，将旋转动力加载在一个曲柄连杆上，使其转换为滑块1的直线运动。

如图4~6所示，调频组件7包括主齿轮71、副齿轮72、转舵支架77和支撑架78，主齿轮71通过轴承安装在支撑架78上，主齿轮71上进行旋转动力输入，转舵支架77的铰接在支撑架78上，副齿轮72通过轴承安装在转舵支架77上，主齿轮71、副齿轮72啮合连接，转舵支架77的旋转轴线垂直于主齿轮71、副齿轮72轴线所在平面且穿过啮合点，主齿轮71齿形为凸圆弧齿711，副齿轮72轴线上的旋转速度通过若干齿轮组或者万向联轴器传递至曲柄上。

原始的旋转动力加载在主齿轮71上，原始动力可以是一台微型同步电机，确保转速稳定，主齿轮71上携带的定速旋转在传递给副齿轮72，副齿轮72轴线与主齿轮71轴线平行时，主齿轮71与副齿轮72之间传动比就是的齿数比，而由于主齿轮71齿形带有弧形，从而当副齿轮72偏转一个角度与其进行啮合时，只要偏转角度在一定的范围内并且圆弧充分圆润，齿面摩擦系数很小时，依然能够进行齿形啮合，只是啮合的开始与脱开不是垂直于齿面的，而是存在一定的夹角，只要这一夹角还没越过齿面摩擦力所对应的自锁角而引起接触齿面的相对滑动，那么依然可以进行啮合过程。如图6所示，副齿轮72轴线与主齿轮轴线存在夹角a度，主齿轮71在副齿轮72所在平面上进行轮廓线投影，从而换算主齿轮71在副齿轮72所在平面的旋转速度为原始速度乘以cosa，这一速度与副齿轮72进行共面传递，传动比即齿数比，从而相比于原始传动比，多出来一个系数cosa，这一系数可以受控改变，从而达到调配输出旋转速度调节的作用，之后，将副齿轮72的旋转通过一系列的连杆或者万向联轴结构输出到滑块1上方的曲柄连杆处，完成滑块1往复频率的改变，在总体上就显示了打点计数器频率可调节的作用，根据实际情况，在不同的工况区域下进行不同的打点频率，方便外界分析纸带。

副齿轮72旋转时，需要保证啮合点处的接触，所以，旋转轴线需要穿过啮合点，此处也是该平面上凸圆弧齿711的圆心，即：转舵支架77的旋转轴线垂直于主齿轮71、副齿轮72轴线所在平面且穿过啮合点。

如图4~6所示，调频组件7还包括蜗杆73、涡轮74、中间齿轮75、输出齿轮76，蜗杆73、涡轮74、中间齿轮75、输出齿轮76均通过轴承安装在转舵支架77上，蜗杆73与副齿轮72共轴设置，涡轮74、中间齿轮75共轴设置且轴线与蜗杆73轴线垂直，输出齿轮76轴线与转舵支架77旋转轴线重合，蜗杆73、涡轮74啮合连接，中间齿轮75、输出齿轮76啮合连接，输出齿轮76轴线上的旋转速度传递至曲柄上。

蜗杆73、涡轮74、中间齿轮75、输出齿轮76可以实现旋转速度的定点输出，副齿轮72与蜗杆73同轴，制造时可以制成一体件，副齿轮72的旋转从蜗杆73传递给涡轮74，涡轮74轴线垂直于副齿轮72、主齿轮71轴线所在平面，涡轮74的旋转通过同一根轴转移位置至中间齿轮75处，再让输出齿轮76与中间齿轮75进行啮合从而完成速度传递，输出齿轮76所在位置与主齿轮71、副齿轮72的旋转不产生干涉，而其轴线与转舵支架77的旋转轴线共线，从而副齿轮72通过转舵支架77改变夹角时，输出齿轮76可以保持原位，其旋转轴在其远离主齿轮71的一端进行旋转输出。

蜗杆73、涡轮74由一组锥齿轮代替。少了传动过程的单向自锁功能，但啮合稳定性与安装制造方便一些。

如图5所示，副齿轮72齿牙为凹圆弧齿721，凹圆弧齿721和凸圆弧齿711的凹凸弧度相同。在进行轴线夹角改变时，能保持较大的齿牙啮合长度。此处所说的啮合长度不是指的通常意义的节圆上的啮合长度，而是沿齿轮厚度方向的啮合长度。

主齿轮71厚度大于副齿轮72厚度。主齿轮71厚度大于副齿轮72也是为了在改变夹角时尽量增加啮合长度。

隔球4为塑料球，塑料球轻便，表面摩擦系数小，隔球4用来挤开簧片的力几乎都是由后方的弹簧提供的，尽可能地消除重力的影响。

本装置的主要运行过程是：计数器内微型同步电机将定速转动加载在主齿轮71上，转舵支架77受到调试而转移一个角度，使得副齿轮72轴线与主齿轮71轴线产生夹角，该夹角影响副齿轮72与主齿轮71之间的传动比，副齿轮72上的转动在通过涡轮蜗杆齿轮组传递在输出齿轮76上进行定点输出，精确调配转速后的输出齿轮76的旋转运动加载在一个曲柄连杆结构上使得滑块1往复直线运动，往复运动的滑块1将隔球4向下推挤的过程储存弹性势能，在隔球4挤开簧片2后将撞针6快速推出进行打点，在滑块1的上移过程通过弹簧3拽起隔球4使其重新越过簧片2的隘口以便下一次的打点操作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述打点计数器包括滑块（1）、簧片（2）、弹簧（3）、隔球（4）和撞针（5），所述滑块（1）安装在一竖直导槽内且背面受到驱动而可以往复直线移动，滑块（1）下表面连接弹簧（3）一端，所述弹簧（3）另一端连接隔球（4），所述簧片（2）左右对称并在隔球（4）两侧形成弹性隘口，所述隔球（4）朝下安装撞针（5）。

2.根据权利要求1所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述簧片（2）底端延伸往下并连接起来构成圆环状导孔（6），所述撞针（5）向下穿过导孔（6）。

3.根据权利要求1所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述打点计数器还包括调频组件（7），所述滑块（1）背面所连接的往复驱动时曲柄连接机构，所述调频组件（7）将定速旋转输入调配转速后输出到曲柄连接机构的曲柄上。

4.根据权利要求3所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述调频组件（7）包括主齿轮（71）、副齿轮（72）、转舵支架（77）和支撑架（78），所述主齿轮（71）通过轴承安装在支撑架（78）上，主齿轮（71）上进行旋转动力输入，所述转舵支架（77）的铰接在支撑架（78）上，所述副齿轮（72）通过轴承安装在转舵支架（77）上，所述主齿轮（71）、副齿轮（72）啮合连接，所述转舵支架（77）的旋转轴线垂直于主齿轮（71）、副齿轮（72）轴线所在平面且穿过啮合点，所述主齿轮（71）齿形为凸圆弧齿（711），所述副齿轮（72）轴线上的旋转速度通过若干齿轮组或者万向联轴器传递至曲柄上。

5.根据权利要求4所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述调频组件（7）还包括蜗杆（73）、涡轮（74）、中间齿轮（75）、输出齿轮（76），所述蜗杆（73）、涡轮（74）、中间齿轮（75）、输出齿轮（76）均通过轴承安装在转舵支架（77）上，所述蜗杆（73）与副齿轮（72）共轴设置，所述涡轮（74）、中间齿轮（75）共轴设置且轴线与蜗杆（73）轴线垂直，所述输出齿轮（76）轴线与转舵支架（77）旋转轴线重合，所述蜗杆（73）、涡轮（74）啮合连接，所述中间齿轮（75）、输出齿轮（76）啮合连接，输出齿轮（76）轴线上的旋转速度传递至曲柄上。

6.根据权利要求5所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述蜗杆（73）、涡轮（74）由一组锥齿轮代替。

7.根据权利要求4所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述副齿轮（72）齿牙为凹圆弧齿（721）。

8.根据权利要求7所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述凹圆弧齿（721）和凸圆弧齿（711）的凹凸弧度相同。

9.根据权利要求8所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述主齿轮（71）厚度大于副齿轮（72）厚度。

10.根据权利要求8所述的一种自定义分区打点计数器，其特征在于：所述隔球（4）为塑料球。

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