CN111627300B - 一种李萨如图形形成原理的实物演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，包括平板，平板上可转动连接凸轮，凸轮包括第一凸轮和第二凸轮；第一凸轮与第一推杆连接，第二凸轮与第二推杆连接，第一推杆与第二推杆相互垂直，且第一推杆与第二推杆连接；第一凸轮、第二凸轮分别通过齿轮传动组件与动力装置连接。利用物理演示的方式，通过简单直观的图像形成过程，把抽象的李萨如图形的形成原理直观化，能够简洁明了地展示李萨如图形形成的过程，更好的帮助了解李萨如图形形成的原理。本发明结构简单，价格较为低廉，仪器操作简单，适用于学校实验教学等场合，同时补充了李萨如图形形成装置的空缺。本发明的装置演示李萨如图形形成的过程便捷，且装置简单、价格低廉。

Description

一种李萨如图形形成原理的实物演示装置

技术领域

本发明属于物理应用技术领域，具体涉及一种李萨如图形形成原理的实物演示装置。

背景技术

使用李萨如图形可以测量出两个信号的频率比与相位差。在电工、无线电技术中,常利用示波器来观察李萨如图形,并用以测定频率或相位差。

李萨如图形现在主要是在示波器上完成，是当在示波器的X轴输入一个波形，用它作为扫描信号(而不是用示波器本身的锯齿波来扫描)，同时在Y轴输入另一个信号，当两个信号合成影响产生的图样就是李萨如图形。各种频率比的李萨如图形随着初相的变化没有统一的规律，但随着特征相差的增加或减少，李萨如图形总是以2π为周期做周期性变化，而不管这个增加是由哪个方向的初相改变或者二者同时改变引起的。在示波器上可以精准地测出李萨如图形，但是示波器的价位较高，每台一般都在4万元以上，同时由于示波器中李萨如图形没有一个直观的形成过程，而且学生在进行李萨如演示实验过程中，对于示波器的操作大多都只是简单地停留在按钮的操作上，对李萨如图像的合成不能够有一个直观而又清晰的认知。就需要一个示波器以外的，用物理方式呈现出李萨如图形的仪器，同时国内在有关以一种物理方式直接呈现出李萨如图的方面还是比较欠缺，有关这方面的仪器也比较稀缺。

发明内容

本发明提供了一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，解决了李萨如图像成形演示方面缺陷、仪器成本高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，包括平板，所述平板上可转动连接凸轮，所述凸轮包括第一凸轮和第二凸轮；所述第一凸轮与第一推杆连接，所述第二凸轮与第二推杆连接，所述第一推杆与所述第二推杆相互垂直，且所述第一推杆与所述第二推杆连接；所述第一凸轮、所述第二凸轮分别通过齿轮传动组件与动力装置连接；所述齿轮传动组件包括第一转轴、第二转轴和第三转轴，所述第一转轴与动力装置连接，所述第三转轴与所述凸轮连接；所述第一转轴上设置第一齿轮组，所述第二转轴上设置第二齿轮组，所述第三转轴上设置第三齿轮组，所述第一转轴与所述第二转轴之间通过齿轮啮合连接，所述第二转轴与所述第三转轴之间通过齿轮啮合连接；所述第二齿轮组包括若干沿所述第二转轴等距布设的齿轮，且由上至下齿轮径长递增；所述第一齿轮组包括若干沿所述第一转轴等距布设的径长相同的齿轮；所述第三齿轮组包括若干沿所述第三转轴等距布设齿轮，所述第三转轴上的齿轮径长由上至下递减；与第一凸轮连接的齿轮传动组件中的第一转轴与第二转轴的传动比为1:2，第二转轴与第三转轴的传动比分别为1:5、1:4、1:3、1:2、1:1；与第二凸轮连接的齿轮传动组件中的第一转轴与第二转轴的传动比为1:2，第二转轴7与第三转轴8的传动比分别为1:4、1:3、1:2、1:1。

进一步地，所述动力装置包括初始齿轮轴、初始齿轮、一对锥齿轮和手柄，所述一对锥齿轮包括第一锥齿轮和第二锥齿轮；所述初始齿轮轴的一端设置所述初始齿轮，所述初始齿轮与所述第一齿轮组的齿轮啮合；所述初始齿轮轴的另一端连接第一锥齿轮，所述第二锥齿轮与所述手柄连接，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

进一步地，所述凸轮为对心尖顶盘型正弦凸轮。

进一步地，所述对心尖顶盘型正弦凸轮内设有四个沿圆周等距分布的键槽。

进一步地，所述对心尖顶盘型正弦凸轮的基圆半径为20mm，推程为20mm。

进一步地，所述第二转轴与换挡机构连接，所述换挡机构用于上下移动所述第二转轴。

进一步地，所述第一转轴、所述第二转轴、所述第三转轴、所述第一齿轮组、所述第二齿轮组、所述第三齿轮组、所述初始齿轮轴、所述初始齿轮和所述平板均采用不锈钢材料制成。起到了便于长久存放和卫生清洁工作的作用。

本发明所达到的有益效果：利用物理演示的方式，通过简单直观的图像形成过程，把抽象的李萨如图形的形成原理直观化，能够简洁明了地展示李萨如图形形成的过程，更好的帮助了解李萨如图形形成的原理。本发明结构简单，价格较为低廉，仪器操作简单，适用于学校实验教学等场合，同时补充了李萨如图形形成装置的空缺。本发明的装置能够以实物的方式演示李萨如图形形成的过程，且装置简单、价格低廉。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明凸轮的示意图；

图4为换挡机构示意图；

图5为本发明具体实施流程的示意图。

图中：1-平板；2-第一凸轮；3-第二凸轮；4-第一推杆；5-第二推杆；6-第一转轴；7-第二转轴；8-第三转轴；9-第一齿轮组；10-第二齿轮组；11-第三齿轮组；12-初始齿轮轴；13-初始齿轮；141-第一锥齿轮；142-第二锥齿轮；15-手柄；16-键槽，21-第一拔插；22-第二拔插；23-换挡轴；24-卡榫；25-卡槽。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和2所示，一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，包括平板1，平板1上可转动连接凸轮，凸轮包括第一凸轮2和第二凸轮3；第一凸轮2与第一推杆4连接，第二凸轮3与第二推杆5连接，第一推杆4与第二推杆5相互垂直，且第一推杆4与第二推杆5连接；第一凸轮2、第二凸轮3分别通过齿轮传动组件与动力装置连接。与第一凸轮2连接的齿轮传动组件的放置方向为X轴方向、与第二凸轮3连接的齿轮传动组件的放置方向为Y轴方向，动力装置将动力通过齿轮传动组件分别传给第一凸轮2和第二凸轮3，第一凸轮2旋转运动带动第一推杆4做简谐直线运动，同理，第二凸轮3旋转运动带动第二推杆5做简谐直线运动。在平板1上放置白纸，第一推杆4和第二推杆5的交点处固定一支笔，笔在交点处运动即可在纸上绘制出李萨如图形。利用物理演示的方式，通过简单直观的图像形成过程，把抽象的李萨如图形的形成原理直观化，能够简洁明了地展示李萨如图形形成的过程，更好的帮助了解李萨如图形形成的原理。本发明结构简单，价格较为低廉，仪器操作简单，适用于学校实验教学等场合，同时补充了李萨如图形形成装置的空缺。本发明的装置能够以实物的方式演示李萨如图形形成的过程，且装置简单、价格低廉。

如图3所示，凸轮为对心尖顶盘型正弦凸轮。对心尖顶盘型正弦凸轮内设有四个沿圆周等距分布的键槽16。本实施例中，对心尖顶盘型正弦凸轮的基圆半径为20mm，推程为20mm。通过调整改变与第三转轴8配合的键槽16而改变第一凸轮2、第二凸轮3的初始相位差，可以得到不同相位差条件下的李萨如图形。

齿轮传动组件包括第一转轴6、第二转轴7和第三转轴8，第一转轴6与动力装置连接，第三转轴8与凸轮连接；第一转轴6上设置第一齿轮组9，第二转轴7上设置第二齿轮组10，第三转轴8上设置第三齿轮组11，第一转轴6与第二转轴7之间通过齿轮啮合连接，第二转轴7与第三转轴8之间通过齿轮啮合连接。第一齿轮组9包括若干沿第一转轴6等距布设的径长相同的齿轮；第二齿轮组10包括若干沿第二转轴7等距布设的齿轮，且第二转轴7上的齿轮径长均不相同；第三齿轮组11包括若干沿第三转轴8等距布设齿轮，且第三转轴8上的齿轮径长均不相同。本实施例中，第二转轴7上的齿轮径长由上至下递增；第三转轴8上的齿轮径长由上至下递减。

动力装置包括初始齿轮轴12、初始齿轮13、一对锥齿轮和手柄15。一对锥齿轮包括第一锥齿轮141和第二锥齿轮142；初始齿轮轴12的一端设置初始齿轮13，初始齿轮13与第一齿轮组9的齿轮啮合；初始齿轮轴12的另一端连接第一锥齿轮141，第二锥齿轮142与手柄15连接，第一锥齿轮141与第二锥齿轮142啮合。由手柄15提供初始速度，通过一对锥齿轮将手柄15的运动传递给初始齿轮轴12，通过初始齿轮13分别和两个第一转轴6上的齿轮啮合，将运动传递到X轴方向和Y轴方向。

第一转轴6、第二转轴7、第三转轴8、第一齿轮组9、第二齿轮组10、第三齿轮组11、初始齿轮轴12、初始齿轮13和平板1均采用不锈钢材料制成。起到了便于长久存放和卫生清洁工作的作用。

为了保证齿轮的准确啮合，初始齿轮轴12与第一转轴6的中心距为30mm；第一转轴6与第二转轴7的中心距为30mm；第二转轴7与第三转轴8之间的中心距为60mm。

本实施例中，与第一凸轮2连接的齿轮传动组件中：第一齿轮组9的齿轮直径均为20mm；第二齿轮组10中齿轮直径由上至下分别为20mm、24mm、30mm、40mm、60mm、40mm；第三齿轮组11中齿轮直径由上至下分别为100mm、96mm、90mm、80mm、60mm。保证与第一凸轮2连接的齿轮传动组件中第一转轴6与第二转轴7的传动比为1:2，第二转轴7与第三转轴8的传动比分别为1:5、1:4、1:3、1:2、1:1。与第二凸轮3连接的齿轮传动组件中：第一齿轮组9的齿轮直径均为20mm；第二齿轮组10中齿轮直径由上至下分别为24mm、30mm、40mm、60mm、40mm；第三齿轮组11中齿轮直径由上至下分别为96mm、90mm、80mm、60mm。保证与第二凸轮3连接的齿轮传动组件中第一转轴6与第二转轴7的传动比为1:2，第二转轴7与第三转轴8的传动比分别为1:4、1:3、1:2、1:1。

基于上述实施例，第一齿轮组9中的齿轮与第二齿轮组10中最下方的齿轮(齿轮直径40mm)分别啮合，将第一转轴6的运动传递给第二转轴7，第二齿轮组10中的齿轮与第三齿轮组11中的齿轮分别啮合，使第三转轴8得到五个不同的转速分别为n、n/2、n/3、n/4、n/5，从而使第一凸轮2得到五个不同的角速度分别为n/5、n/4、n/3、n/2、n/2、n。同样，第一齿轮组9中的齿轮与第二齿轮组10中最下方的齿轮(齿轮直径40mm)，分别啮合，将第一转轴6的运动传递给第二转轴7，第二齿轮组10中的齿轮与第三齿轮组11中的齿轮分别啮合，使第三转轴8得到四个不同的转速分别为n、n/2、n/3、n/4，从而使第二凸轮3得到四个不同的角速度分别为n、n/2、n/3、n/4。第一凸轮2的从动件第一推杆4和第二凸轮3的从动件第二推杆5交点连接处的运动轨迹即为不同频率比下的李萨如图形。

如图4所示，换挡机构包括拔插、换挡轴23和卡榫24。拔插的一端与第二转轴7连接，拔插的另一端与换挡轴固定连接。本实施例中，拔插个数为两个，分别为第一拔插21和第二拔插22。换挡轴23带动拔插上下运动，换挡轴23中间段上设置卡榫24，卡榫24能够绕换挡轴23做旋转运动，卡榫24一部分在外壳外面，外壳做出相应卡槽25，卡榫24处于中间位置时，可拉动卡榫24让换挡机构带动第二转轴上下运动，而卡榫24处于右位时，卡在卡槽25上，第二转轴无法上下运动，第二转轴仅自身转动。

实际演示过程中，如图5所示，手动调节第三转轴8至其与键槽16底面垂直，之后拆装第一凸轮2和第二凸轮3，根据配合的键槽16不同，得到不同的初相位差。如：第一凸轮2选择Ⅰ槽，第二凸轮3选择Ⅰ槽，则两凸轮相位差为0。将初始齿轮轴12上的初始齿轮13分别和两个第一转轴6上的齿轮啮合，给手柄15一个初始速度。手柄15得到一个初始速度，通过一对锥齿轮，将手柄15的旋转运动传递到初始齿轮轴12，使初始齿轮轴12得到一个转速，通过初始齿轮13分别与两个第一转轴6上的齿轮啮合，第一转轴6上的齿轮和第二转轴7上的齿轮啮合，第一转轴6的运动传递给第二转轴7。第二转轴7上的齿轮和第三转轴8上的齿轮啮合，将第二转轴7的运动传递给第三转轴8。第三转轴8转动分别使第一凸轮2、第二凸轮3得到第一个角速度，从而带动第一推杆4、第二推杆5进行直线运动，第一推杆4和第二推杆5交点处的形成的运动曲线即为频率比为1：1的李萨如图形。通过手动上下移动两个齿轮传动组件中的第二转轴7，使得第二转轴7上不同的齿轮和第一转轴6上的齿轮啮合，将第一转轴6的运动传递到第二转轴7。此时相应第二转轴7上的齿轮和第三转轴8上的齿轮啮合，将第二转轴7的运动传递到第三转轴8。第三转轴8转动分别使第一凸轮2、第二凸轮3得到不同角速度，从而带动第一推杆4、第二推杆5进行直线运动，第一推杆4和第二推杆5交点处形成的运动曲线即为频率比不同的李萨如图形。按照此类操作，可以得到相位差为0°的17组不同频率比的李萨如图形。

再次调节第三转轴8至其键槽16底面垂直，之后拆装凸轮，根据配合的键槽16不同，得到不同的初相位差，如：第一凸轮2选择Ⅰ槽，第二凸轮3选择Ⅱ槽，则两凸轮相位差为90°，调整好两凸轮相位差后，再按照上段所述步骤得到频率比不同的李萨如图形。按照此类操作，可以得到相位差分别为0°、90°、180°、270°、360°的频率比不同的李萨如图形。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，其特征在于，包括平板，所述平板上可转动连接凸轮，所述凸轮包括第一凸轮和第二凸轮；所述第一凸轮与第一推杆连接，所述第二凸轮与第二推杆连接，所述第一推杆与所述第二推杆相互垂直，且所述第一推杆与所述第二推杆连接；所述第一凸轮、所述第二凸轮分别通过齿轮传动组件与动力装置连接；所述齿轮传动组件包括第一转轴、第二转轴和第三转轴，所述第一转轴与动力装置连接，所述第三转轴与所述凸轮连接；

所述第一转轴上设置第一齿轮组，所述第二转轴上设置第二齿轮组，所述第三转轴上设置第三齿轮组，所述第一转轴与所述第二转轴之间通过齿轮啮合连接，所述第二转轴与所述第三转轴之间通过齿轮啮合连接；所述第二齿轮组包括若干沿所述第二转轴等距布设的齿轮，且由上至下齿轮径长递增；所述第一齿轮组包括若干沿所述第一转轴等距布设的径长相同的齿轮；所述第三齿轮组包括若干沿所述第三转轴等距布设齿轮，所述第三转轴上的齿轮径长由上至下递减；与第一凸轮连接的齿轮传动组件中的第一转轴与第二转轴的传动比为1:2，第二转轴与第三转轴的传动比分别为1:5、1:4、1:3、1:2、1:1；与第二凸轮连接的齿轮传动组件中的第一转轴与第二转轴的传动比为1:2，第二转轴与第三转轴的传动比分别为1:4、1:3、1:2、1:1。

2.根据权利要求1所述的一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，其特征在于，所述动力装置包括初始齿轮轴、初始齿轮、一对锥齿轮和手柄，所述一对锥齿轮包括第一锥齿轮和第二锥齿轮；

所述初始齿轮轴的一端设置所述初始齿轮，所述初始齿轮与所述第一齿轮组的齿轮啮合；所述初始齿轮轴的另一端连接第一锥齿轮，所述第二锥齿轮与所述手柄连接，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

3.根据权利要求1所述的一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，其特征在于，所述凸轮为对心尖顶盘型正弦凸轮。

4.根据权利要求3所述的一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，其特征在于，所述对心尖顶盘型正弦凸轮内设有四个沿圆周等距分布的键槽。

5.根据权利要求3所述的一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，其特征在于，所述对心尖顶盘型正弦凸轮的基圆半径为20mm，推程为20mm。

6.根据权利要求1所述的一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，其特征在于，所述第二转轴与换挡机构连接，所述换挡机构用于上下移动所述第二转轴。

7.根据权利要求2所述的一种李萨如图形形成原理的实物演示装置，其特征在于，所述第一转轴、所述第二转轴、所述第三转轴、所述第一齿轮组、所述第二齿轮组、所述第三齿轮组、所述初始齿轮轴、所述初始齿轮和所述平板均采用不锈钢材料制成。

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