CN113096478A - 一种共振机理模拟教具 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种共振机理模拟教具，属于振动教具的技术领域，其包括模拟平台，模拟平台上表面水平滑移连接有模拟架和联动架，模拟架与联动架沿同一直线滑移，模拟平台上固设有第一固定板，第一固定板位于模拟架背离联动架的一侧，模拟架与第一固定板之间、模拟架和联动架之间均水平固设有弹簧，模拟平台上设有用于驱动联动架进行在不同速度下水平往复滑移的驱动机构，本申请具有能够对特定转速下的风力发电机共振现象进行模拟的效果。

Description

一种共振机理模拟教具
技术领域
本申请涉及振动教具的技术领域，尤其是涉及一种共振机理模拟教具。
背景技术
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。
风力发电机的风轮在转动时，会产生共振现象，风轮的转速不同，共振频率不同，现需对风力发电机的共振进行模拟，以供教学。
发明内容
为了模拟风轮在特定转速下的风力发电机共振现象，本申请提供一种共振机理模拟教具。
本申请提供的一种共振机理模拟教具采用如下技术方案：
一种共振机理模拟教具，包括模拟平台，模拟平台上表面水平滑移连接有模拟架和联动架，模拟架与联动架沿同一直线滑移，模拟平台上固设有第一固定板，第一固定板位于模拟架背离联动架的一侧，模拟架与第一固定板之间、模拟架和联动架之间均水平固设有弹簧，模拟平台上设有用于驱动联动架进行在不同速度下水平往复滑移的驱动机构。
通过采用上述技术方案，驱动机构带动联动架进行往复移动，联动架通过弹簧带动模拟架在联动架与第一固定板之间往复摆动，随着联动架进行往复移动的速度增加，弹簧的伸缩程度加大，使得模拟架的摆动幅度加大，进而对风轮在特定转速下的风力发电机共振现象进行模拟，以供教学。
可选的，所述模拟平台上固设有第二固定板，第二固定板位于联动架背离模拟架的一侧，第二固定板与第一固定板之间水平固设有导向杆，导向杆将模拟架和联动架贯穿，导向杆从两个弹簧的内部穿过。
通过采用上述技术方案，弹簧套在导向杆外进行伸缩，导向杆能够对弹簧的伸缩方向起到限定作用，减小了弹簧产生非伸缩方向上扭曲的概率，进而使得弹簧的伸缩更加稳定，提高了教学安全性，并延长了弹簧的使用寿命，提高了教学质量。
可选的，所述导向杆有多个，且均从两个弹簧的内部穿过，第一固定板、模拟架、联动架和第二固定板上均开设有多个调节孔，每个导向杆分别从第一固定板、模拟架、联动架和第二固定板上不同的调节孔内穿过，导向杆与第一固定板之间、导向杆与第二固定板之间均为可拆卸连接，相邻导向杆之间的距离可通过调节孔改变。
通过采用上述技术方案，解除导向杆与第一固定板、导向杆与第二固定板之间的固定后，可在调节孔内调整相邻导向杆之间的距离，进而能够对不同粗细的弹簧进行更好的导向，并且相比于更换整根不同粗细的管或杆，多根导向杆能够减小与弹簧之间产生的摩擦力，进而使得模拟架的摆动幅度更加准确，以提高教学质量。
可选的，所述模拟平台上表面水平固设有滑轨，模拟架和联动架的底部均固设有滑块，滑块套设在滑轨上并沿滑轨的长度方向滑移。
通过采用上述技术方案，模拟架和联动架进行移动时，滑块在滑轨上滑移，提高了模拟架和联动架的移动稳定性，进而对模拟质量提供了保障。
可选的，所述驱动机构包括驱动电机、驱动齿轮和驱动齿条，滑块还固设在驱动齿条下表面，驱动齿条沿滑轨的长度方向滑移，驱动齿条与联动架固定，驱动电机水平固设在模拟平台上表面，驱动齿轮同轴固设在驱动电机上，驱动齿轮与驱动齿条啮合。
通过采用上述技术方案，启动驱动电机使得驱动齿轮往复转动，驱动齿轮带动驱动齿条往复移动，随着驱动电机的转速加快，使得驱动齿条带动联动架往复移动的速度加快，进而使得模拟架的速度更大，而当联动架的速度加快到一定程度，使得激励频率接近模拟架的固有频率时，会产生共振现象，此时的模拟架摆动幅度最大，若再加快联动架的速度，则模拟架的摆动幅度则会下降，以对特定转速下风力发电机的共振现象进行模拟。
可选的，所述模拟平台上表面固设有两个编码器，两个编码器上均同轴固设有获取齿轮，联动架一侧和模拟架的一侧均固设有获取齿条，获取齿条的长度方向与模拟架的滑移方向一致，两个获取齿轮分别与不同的获取齿条啮合。
通过采用上述技术方案，模拟架和联动架分别带动两个获取齿条移动，进而使得两个获取齿轮转动，使得两个编码器能够分别获取模拟架的实时往复移动距离数据和联动架的实时往复移动距离数据，提高了模拟教学质量。
可选的，所述模拟平台上表面固设有两个行程开关，联动架的一侧固设有撞板，撞板位于两个行程开关之间，联动架带动撞板移动并使撞板撞击到任何一个行程开关时，驱动机构停止对联动架的驱动。
通过采用上述技术方案，对联动架的行程进行了限定，减小了因联动架移动往复距离较长导致模拟架晃动幅度较大，导致共振机理模拟教具损坏的几率，进而提高了共振机理模拟教具的安全性。
可选的，所述模拟平台上表面固设有光电开关，联动架一侧固设有找零片，找零片位于光电开关内时，两个弹簧均处于自然状态。
通过采用上述技术方案，能够便于联动架找零位，弹簧处于自然状态时，联动架位于初始位置，提高了模拟教学质量。
可选的，所述模拟架顶部固设有风力发电机模型。
通过采用上述技术方案，能够使人更加直观的看到模拟架就是对风力发电机的共振现象进行模拟，提高教学整体感知效果。
附图说明
图1是本申请实施例的结构示意图；
图2是为显示调节孔的结构示意图；
图3是为显示编码器的结构示意图。
图中，1、模拟平台；11、第一固定板；111、让位口；12、第二固定板；13、行程开关；14、光电开关；2、导向滑移组件；21、滑轨；22、滑块；3、模拟架；31、风力发电机模型；4、联动架；41、撞板；42、找零片；5、弹簧；6、导向杆；61、调节孔；7、驱动机构；71、驱动电机；72、驱动齿轮；73、驱动齿条；8、编码器；81、获取齿轮；82、获取齿条。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种共振机理模拟教具。
参考图1，一种共振机理模拟教具包括水平设置的模拟平台1，模拟平台1上表面设有模拟架3和联动架4，模拟架3和模拟平台1之间、联动架4和模拟平台1之间均设有导向滑移组件2，导向滑移组件2供模拟架3和联动架4在模拟平台1上表面沿同一水平直线滑移；模拟平台1上表面竖直固设有位于模拟架3背离联动架4一侧的第一固定板11，模拟架3与第一固定板11之间、模拟架3与联动架4之间均固设有弹簧5，两个弹簧5位于同一直线上并均平行于模拟架3的滑移方向；模拟平台1上设有供联动架4在不同的速度下进行水平往复滑移的驱动机构7；驱动机构7带动联动架4往复滑移，联动架4通过弹簧5带动模拟架3进行水平摆动，联动架4的移速越快，模拟架3的速度越大，当激励频率接近模拟架3的固有频率时，会产生共振现象，此时的模拟架3摆动幅度最大，若再加快联动架4的速度，则模拟架3的摆动幅度则会下降，以对特定转速下风力发电机的共振现象进行模拟，提高教学质量。
参考图1，导向滑移组件2包括平行于模拟架3滑移方向的滑轨21、固定连接在模拟架3和联动架4底部的滑块22，滑块22套在滑轨21上进行水平滑移；驱动机构7包括水平固设在模拟平台1上表面的驱动电机71、同轴固设在驱动电机71上的驱动齿轮72、与驱动齿轮72啮合的驱动齿条73，驱动齿条73的长度方向平行于滑轨21，滑块22还固设在驱动齿条73的下表面，驱动齿条73与联动架4固定连接；启动驱动电机71使得驱动齿轮72往复转动，驱动齿轮72带动驱动齿条73往复移动，驱动齿条73带动联动架4进行往复水平滑移，提高了联动架4的移动效率和稳定性。
参考图1和图2，模拟平台1上表面竖直固设有第二固定板12，第二固定板12位于驱动齿轮72与联动架4之间，第二固定板12上开设有供驱动齿条73通过的通孔，第二固定板12与第一固定板11之间固设有若干导向杆6，第一固定板11、模拟架3、联动架4和第二固定板12上均开设有若干供单个导向杆6通过的调节孔61，多个导向杆6均将从两个弹簧5的内部穿过，导向杆6的长度方向平行于弹簧5的伸缩方向，第一固定板11、模拟架3、联动架4和第二固定板12上的各个调节孔61沿不同的水平直线分布，且第一固定板11上的多个调节孔61、模拟架3上的多个调节孔61、联动架4上的多个调节孔61和第二固定板12上的多个调节孔61均为长条状且呈弹簧5的中心线圆周分布，本实施例中导向杆6具体为四个；导向杆6的两端均设有螺纹，每个导向杆6均通过两个螺母和第一固定板11进行固定，每个导向杆6均通过两个螺母和第二固定板12进行固定，相邻导向杆6之间的距离可通过调节孔61改变。
弹簧5在进行伸缩时，导向杆6能够对弹簧5的伸缩方向起到限定作用，减小了弹簧5发生非伸缩方向上的扭曲，提高了模拟架3的滑移稳定性，以提高教学质量，并且可调节各个导向杆6之间的距离，能够对不同粗细的弹簧5进行导向。
参考图1和图3，模拟架3的一侧和联动架4的一侧均固设有获取齿条82，获取齿条82的长度方向平行于滑轨21，且两个获取齿条82分别位于滑轨21相对的两侧，模拟平台1上表面固设有两个编码器8，每个编码器8上均同轴固设有获取齿轮81，两个获取齿轮81分别与不同的获取齿条82啮合，第一固定板11正对获取齿条82的一侧开设有供获取齿条82通过的让位口111；联动架4上的编码器8通过传感器与驱动电机71连接，通过联动架4上的编码器8可使驱动电机71被控制的更加精准，模拟架3上的编码器8通过获取齿轮81和获取齿条82得到模拟架3的移动距离，使得模拟数据更加清晰，提高了教学质量。
参考图1和图3，模拟平台1上表面固设有两个行程开关13，联动架4的一侧固设有撞板41，撞板41位于两个行程开关13之间，撞板41撞击到任何一个行程开关13时，驱动电机71停止转动；模拟平台1上固设有位于两个行程开关13之间的光电开关14，撞板41背离联动架4的一端固设有找零片42，找零片42位于光电开关14内时，联动架4位于初始位置，两个弹簧5均处于自然状态；模拟架3顶部竖直固设有风力发电机模型31；两个行程开关13的设置能够对联动架4的移动最大距离进行限定，减小了因联动架4往复移动距离过大，导致模拟架3摆幅过大造成损坏的几率，进而提高了共振机理模拟教具的安全性，光电开关14和找零片42的设置便于联动架4的找零，以提高教学效率。
本申请实施例一种共振机理模拟教具的实施原理为：先启动驱动电机71使得驱动齿轮72带动驱动齿条73移动，驱动齿条73带动联动架4移动，联动架4带动找零片42移动至光电开关14内，使得联动架4位于零位再开始教学；再次启动驱动电机71，使得驱动电机71间隔性的以特定转速进行往复转动，进而使得联动架4以不同的速度进行往复滑移，模拟架3以不同的程度进行往复摆动，风力发电机模型31能够更加直观的使人观测到模拟架3对风力发电机在特定转速下的共振现象进行模拟；同时联动架4和模拟架3带动获取齿条82移动，进而使得获取齿轮81转动，编码器8通过获取齿轮81和获取齿条82得到模拟架3和联动架4的移动距离，使得模拟数据更加清晰，提高了教学质量。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种共振机理模拟教具，其特征在于：包括模拟平台(1)，模拟平台(1)上表面水平滑移连接有模拟架(3)和联动架(4)，模拟架(3)与联动架(4)沿同一直线滑移，模拟平台(1)上固设有第一固定板(11)，第一固定板(11)位于模拟架(3)背离联动架(4)的一侧，模拟架(3)与第一固定板(11)之间、模拟架(3)和联动架(4)之间均水平固设有弹簧(5)，模拟平台(1)上设有用于驱动联动架(4)进行在不同速度下水平往复滑移的驱动机构(7)。
2.根据权利要求1所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述模拟平台(1)上固设有第二固定板(12)，第二固定板(12)位于联动架(4)背离模拟架(3)的一侧，第二固定板(12)与第一固定板(11)之间水平固设有导向杆(6)，导向杆(6)将模拟架(3)和联动架(4)贯穿，导向杆(6)从两个弹簧(5)的内部穿过。
3.根据权利要求2所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述导向杆(6)有多个，且均从两个弹簧(5)的内部穿过，第一固定板(11)、模拟架(3)、联动架(4)和第二固定板(12)上均开设有多个调节孔(61)，每个导向杆(6)分别从第一固定板(11)、模拟架(3)、联动架(4)和第二固定板(12)上不同的调节孔(61)内穿过，导向杆(6)与第一固定板(11)之间、导向杆(6)与第二固定板(12)之间均为可拆卸连接，相邻导向杆(6)之间的距离可通过调节孔(61)改变。
4.根据权利要求1所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述模拟平台(1)上表面水平固设有滑轨(21)，模拟架(3)和联动架(4)的底部均固设有滑块(22)，滑块(22)套设在滑轨(21)上并沿滑轨(21)的长度方向滑移。
5.根据权利要求4所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述驱动机构(7)包括驱动电机(71)、驱动齿轮(72)和驱动齿条(73)，滑块(22)还固设在驱动齿条(73)下表面，驱动齿条(73)沿滑轨(21)的长度方向滑移，驱动齿条(73)与联动架(4)固定，驱动电机(71)水平固设在模拟平台(1)上表面，驱动齿轮(72)同轴固设在驱动电机(71)上，驱动齿轮(72)与驱动齿条(73)啮合。
6.根据权利要求1所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述模拟平台(1)上表面固设有两个编码器(8)，两个编码器(8)上均同轴固设有获取齿轮(81)，联动架(4)一侧和模拟架(3)的一侧均固设有获取齿条(82)，获取齿条(82)的长度方向与模拟架(3)的滑移方向一致，两个获取齿轮(81)分别与不同的获取齿条(82)啮合。
7.根据权利要求1所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述模拟平台(1)上表面固设有两个行程开关(13)，联动架(4)的一侧固设有撞板(41)，撞板(41)位于两个行程开关(13)之间，联动架(4)带动撞板(41)移动并使撞板(41)撞击到任何一个行程开关(13)时，驱动机构(7)停止对联动架(4)的驱动。
8.根据权利要求1所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述模拟平台(1)上表面固设有光电开关(14)，联动架(4)一侧固设有找零片(42)，找零片(42)位于光电开关(14)内时，两个弹簧(5)均处于自然状态。
9.根据权利要求1所述的一种共振机理模拟教具，其特征在于：所述模拟架(3)顶部固设有风力发电机模型(31)。
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