CN117711249A - 一种物理实验用透镜演示滑轨装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物理实验用透镜演示滑轨装置，本发明属于物理实验装置技术领域，包括导轨机构、驱动机构和安装台，所述安装台设置于导轨机构的移动端上，所述驱动机构与安装台连接，所述驱动机构用于推动安装台沿着导轨机构移动，所述安装台上设置有旋转平台、升降机构和透镜，所述旋转平台设置于安装台上，所述安装台上还设置有与旋转平台连接的第一调节机构，所述第一调节机构用于在被触发后带动旋转平台水平旋转，所述升降机构设置于旋转平台上，所述透镜设置于升降机构的移动端上，所述旋转平台上还设置有与升降机构连接的第二调节机构，所述第二调节机构用于在被触发后通过升降机构带动透镜上下移动。本发明可以灵活调节光学元件的位置和参数，在物理实验中实现光路的变化、成像效果的观察和实验参数的控制。

Description

一种物理实验用透镜演示滑轨装置

技术领域

本发明涉及物理实验装置技术领域，具体涉及一种物理实验用透镜演示滑轨装置。

背景技术

透镜演示导轨装置是一个用于展示和演示光学原理的物理实验装置。它通常由以下几个部分组成：

导轨：导轨是一个平滑的轨道，用于安装和移动实验中的透镜和其他光学元件。导轨通常具有刻度或标尺，以便精确测量透镜的位置和移动距离。

透镜：透镜是实验中的关键光学元件。常见的透镜类型包括凸透镜和凹透镜。透镜通过折射光线来聚焦或发散光线，形成清晰的像或图案。实验中通常使用不同焦距的透镜来展示折射、成像和放大的原理。

光源：光源是提供实验所需光线的装置。它可以是一个点光源或一个扩散光源，具体根据实验的需要而定。常见的光源包括白炽灯、激光器和LED等。光源的选择对实验结果和展示效果有重要影响。

屏幕或接收器：屏幕或接收器用于观察光的传播、折射和成像过程。它可以是一个白色屏幕、投影屏或光敏表面等。通过在透镜后方放置屏幕或接收器，可以清晰可见地观察到透镜对光的影响。

透镜演示导轨装置的使用可以帮助学生和研究者更好地理解光学原理和透镜的性质。通过调整透镜的位置和形状，观察光线的折射、成像和放大效果，可以直观地演示光学现象，例如折射定律、透镜成像和成像公式等。这种实验装置也可以用于光学系统设计、焦距测量和光路调整等应用。

现有技术中的物理实验演示装置比较简单和简陋，无法改变透镜的角度以及高度，学生无法通过实验直接观察到不同高度和角度透镜的折射效果，导致实验的效果不理想。

为了解决上述问题，本发明中提出了一种物理实验用透镜演示滑轨装置。

发明内容

要解决的技术问题：

本发明的目的在于克服现有技术无法改变透镜角度、高度无法调节的不足，适应现实需要，提供一种物理实验用透镜演示滑轨装置，以解决上述技术问题。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种物理实验用透镜演示滑轨装置，包括导轨机构、驱动机构和安装台，所述安装台设置于导轨机构的移动端上，所述驱动机构与安装台连接，所述驱动机构用于推动安装台沿着导轨机构移动，所述安装台上设置有旋转平台、升降机构和透镜，所述旋转平台设置于安装台上，所述安装台上还设置有与旋转平台连接的第一调节机构，所述第一调节机构用于在被触发后带动旋转平台水平旋转，所述升降机构设置于旋转平台上，所述透镜设置于升降机构的移动端上，所述旋转平台上还设置有与升降机构连接的第二调节机构，所述第二调节机构用于在被触发后通过升降机构带动透镜上下移动。

进一步的，所述导轨机构包括导轨和滑块，所述导轨的数量至少为两根，所有导轨水平设置且相互平行，所述滑块设置于导轨上且能沿导轨移动，所述安装台设置于所有滑块上。

进一步的，所述驱动机构包括第一丝杠和伺服电机，所述第一丝杠与导轨相互平行，所述导轨的两端设置有固定块，所述伺服电机设置于固定块上且与第一丝杠的一端连接，所述安装台上设置有与第一丝杠配合的第一螺母座。

进一步的，所述第一调节机构包括第一涡轮、第一蜗杆和调节旋钮，所述第一涡轮水平设置于旋转平台的底部且与旋转平台同轴，所述第一蜗杆竖直设置于安装台内，且第一蜗杆和第一涡轮相互啮合，所述调节旋钮设置于第一蜗杆转轴的顶部且位于安装台的上方。

进一步的，所述调节旋钮的外侧均匀设置有多个凹槽，所述安装台上还设置有锁定机构，所述锁定机构包括安装块、锁杆和弹簧，所述安装块设置于安装台上，所述锁杆水平贯穿安装块，所述锁杆靠近调节旋钮的一端与凹槽相互配合，所述锁杆远离调节旋钮的一端设置有手柄，所述弹簧设置于安装块内，所述弹簧用于提供一个锁杆向调节旋钮移动的弹力。

进一步的，所述升降机构包括升降架和升降条，所述升降架竖直设置于安装台上，所述升降架的前端开设有滑槽，所述升降条的外侧开设有与滑槽配合的凸条，所述升降条的顶端设置有竖直的扇形板，所述扇形板上开设有与扇形板同心的弧形孔，所述透镜的底部设置有“L”形的透镜架，所述透镜架的中部铰接于扇形板的中心处，所述透镜架的短端固定有螺母，所述螺母上设置有旋钮螺丝，所述旋钮螺丝的螺纹端在穿过弧形孔后插入螺母内。

进一步的，所述升降条的后端开设有条形槽，所述条形槽内固定设置有第二丝杠，所述第二丝杠的外侧设置有第二螺母座，所述第二螺母座的顶端设置有第一齿轮，所述第二螺母座转动设置于升降架上；

所述第二调节机构包括第二齿轮、第二涡轮、第二蜗杆和转盘，所述第二齿轮、第二涡轮和第二蜗杆均位于升降架内，所述第二齿轮设置于升降架内且与第一齿轮啮合，所述第二涡轮设置于第二齿轮的转轴上，所述第二蜗杆水平设置于且与第二涡轮啮合，所述转盘设置于升降架的外侧且与第二蜗杆的转轴可拆卸连接。

进一步的，所述升降架的中部开设有安装槽，所述安装槽内设置有异形架，所述第二螺母座、第二齿轮、第二涡轮和第二蜗杆均转动设置于异形架上。

进一步的，所述第二调节机构还包括套筒和插杆，所述套筒设置于升降架的外侧，所述插杆水平贯穿套筒，所述第二蜗杆的转轴上设置有连接部，所述插杆靠近连接部的一端设置有与连接部配合连接端，所述转盘设置于插杆的另一端。

进一步的，所述连接部上开设有多边形孔，所述连接端的形状为与多边形孔配合的多边形柱体。

(3)有益效果：

1、本发明是物理实验装置使用透镜演示滑轨装置，能够对透镜角度、高度、位置进行调节，可以直观地展示光学原理和滑轨运动，具体的，安装台可以沿着导轨进行平移，驱动机构通过推动安装台实现移动，使实验具有灵活性和可操作性，同时，通过旋转平台、升降机构和透镜的组合，实现透镜的平移和旋转调节，方便实验中的参数变化和观察，实现了多轴调节，可以满足实验中的不同需求；

2、通过第一调节机构实现了透镜的水平旋转，第一调节机构通过旋转平台的水平旋转带动透镜的旋转，通过旋转调节旋钮，来驱动蜗杆旋转，从而带动涡轮和旋转平台旋转，以对透镜的水平角度进行调节，锁定机构的设计可以固定调节旋钮，防止在实验中意外移动和变化，提供稳定性和可重复性，在无需转动旋转平台时，将锁杆插入调节旋钮上的凹槽内，以锁定调节旋钮，固定旋转平台的角度，且涡轮蜗杆的结构本身具有单向传动的特点，使旋转平台的角度固定；

3、通过第二调节机构实现了透镜的上下移动，在需要调节时，将连接端插入连接部内，以使转盘与第二蜗杆连接，通过旋转转盘，来通过蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、以及丝杠螺母传动来带动升降条沿升降架上下移动，来改变透镜的高度，实现透镜的高度调节，这使得可以改变透镜与光线的距离，调整透镜对光的聚焦和发散效果；

4、通过拧松旋钮螺丝，即可调节透镜的竖直角度，以改变透镜的竖直角度，方便改变透镜的入射角度，来观察不同方向的光路现象，满足实验的不同需求；

5、第一调节机构和第二调节机构均设计了锁定结构，可固定透镜的高度以及水平角度，防止在实验过程中意外移动和变化，确保实验的稳定性和可重复性。

附图说明

图1为本发明的总体结构俯视图；

图2为本发明省略驱动机构的主视图；

图3为图2的A处放大图；

图4为本发明第一调节机构的结构示意图；

图5为本发明第二调节机构的结构示意图；

图6为本发明透镜处的局部结构示意图；

图7为本发明锁定机构的剖面结构示意图。

附图标记如下：

1、导轨机构；11、导轨；12、滑块；2、驱动机构；21、第一丝杠；22、伺服电机；23、固定块；24、第一螺母座；3、安装台；4、旋转平台；5、升降机构；51、升降架；511、安装槽；512、异形架；52、升降条；521、条形槽；522、第二丝杠；523、第二螺母座；524、第一齿轮；53、扇形板；531、弧形孔；6、透镜；61、透镜架；611、螺母；62、旋钮螺丝；7、第一调节机构；71、第一涡轮；72、第一蜗杆；73、调节旋钮；731、凹槽；8、第二调节机构；81、第二齿轮；82、第二涡轮；83、第二蜗杆；831、连接部；84、转盘；85、套筒；86、插杆；861、连接端；9、锁定机构；91、安装块；92、锁杆；93、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图1-7和实施例对本发明进一步说明：

一种物理实验用透镜演示滑轨装置，包括导轨机构1、驱动机构2和安装台3，所述安装台3设置于导轨机构1的移动端上，所述驱动机构2与安装台3连接，所述驱动机构2用于推动安装台3沿着导轨机构1移动，所述安装台3上设置有旋转平台4、升降机构5和透镜6，所述旋转平台4设置于安装台3上，所述安装台3上还设置有与旋转平台4连接的第一调节机构7，所述第一调节机构7用于在被触发后带动旋转平台4水平旋转，所述升降机构5设置于旋转平台4上，所述透镜6设置于升降机构5的移动端上，所述旋转平台4上还设置有与升降机构5连接的第二调节机构8，所述第二调节机构8用于在被触发后通过升降机构5带动透镜6上下移动。

采用上述技术方案，本发明可以用于物理实验中，用于透镜演示导轨使用，可以直观的展示光学原理以及滑轨运动，实现透镜在水平角度、高度和竖直角度上的调节，这使得系统能够灵活适应不同的光学要求和实验需求，安装台可以沿着导轨进行平移，驱动机构通过推动安装台实现移动，使实验具有灵活性和可操作性。同时，通过旋转平台、升降机构和透镜的组合，实现透镜的平移和旋转调节，方便实验中的参数变化和观察。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，所述导轨机构1包括导轨11和滑块12，所述导轨11的数量至少为两根，所有导轨11水平设置且相互平行，所述滑块12设置于导轨11上且能沿导轨11移动，所述安装台3设置于所有滑块12上；

导轨机构采用多根导轨，使得系统更加稳定且能够承载较大的负荷。导轨的平行设置和滑块的移动设计使得调节过程平稳且精确。

所述驱动机构2包括第一丝杠21和伺服电机22，所述第一丝杠21与导轨11相互平行，所述导轨11的两端设置有固定块23，所述伺服电机22设置于固定块23上且与第一丝杠21的一端连接，所述安装台3上设置有与第一丝杠21配合的第一螺母座24。

驱动机构采用丝杠和伺服电机的组合，能够提供高精度的驱动力。丝杠与导轨平行设置，通过伺服电机的控制实现滑块的精确移动。

所述第一调节机构7包括第一涡轮71、第一蜗杆72和调节旋钮73，所述第一涡轮71水平设置于旋转平台4的底部且与旋转平台4同轴，所述第一蜗杆72竖直设置于安装台3内，且第一蜗杆72和第一涡轮71相互啮合，所述调节旋钮73设置于第一蜗杆72转轴的顶部且位于安装台3的上方。

第一调节机构利用涡轮、蜗杆和调节旋钮的结构，能够通过旋转调节旋钮实现水平角度的调节。

所述调节旋钮73的外侧均匀设置有多个凹槽731，所述安装台3上还设置有锁定机构9，所述锁定机构9包括安装块91、锁杆92和弹簧93，所述安装块91设置于安装台3上，所述锁杆92水平贯穿安装块91，所述锁杆92靠近调节旋钮73的一端与凹槽731相互配合，所述锁杆92远离调节旋钮73的一端设置有手柄，所述弹簧93设置于安装块91内，所述弹簧93用于提供一个锁杆92向调节旋钮73移动的弹力。

安装台上的锁定机构能够固定调节完成后的位置，防止意外移动，提升系统的稳定性。安装块、锁杆和弹簧的配合设计保证了可靠的锁定效果。

所述升降机构5包括升降架51和升降条52，所述升降架51竖直设置于安装台3上，所述升降架51的前端开设有滑槽，所述升降条52的外侧开设有与滑槽配合的凸条，所述升降条52的顶端设置有竖直的扇形板53，所述扇形板53上开设有与扇形板53同心的弧形孔531，所述透镜6的底部设置有“L”形的透镜架61，所述透镜架61的中部铰接于扇形板53的中心处，所述透镜架61的短端固定有螺母611，所述螺母611上设置有旋钮螺丝62，所述旋钮螺丝62的螺纹端在穿过弧形孔531后插入螺母611内。

实施例2：

如图5、图6和图7所示，所述升降条52的后端开设有条形槽521，所述条形槽521内固定设置有第二丝杠522，所述第二丝杠522的外侧设置有第二螺母座523，所述第二螺母座523的顶端设置有第一齿轮524，所述第二螺母座523转动设置于升降架51上；

所述第二调节机构8包括第二齿轮81、第二涡轮82、第二蜗杆83和转盘84，所述第二齿轮81、第二涡轮82和第二蜗杆83均位于升降架51内，所述第二齿轮81设置于升降架51内且与第一齿轮524啮合，所述第二涡轮82设置于第二齿轮81的转轴上，所述第二蜗杆83水平设置于且与第二涡轮82啮合，所述转盘84设置于升降架51的外侧且与第二蜗杆83的转轴可拆卸连接。

降机构包括升降架和升降条，通过滑槽和凸条的配合实现透镜的垂直调节。扇形板和弧形孔的设计使得透镜可以在垂直方向上进行微调。

所述升降架51的中部开设有安装槽511，所述安装槽511内设置有异形架512，所述第二螺母座523、第二齿轮81、第二涡轮82和第二蜗杆83均转动设置于异形架512上。

方案中的安装槽、异形架和锁杆等构成锁定机构，具备良好的锁定效果。这样可以确保调节完成后的位置不会发生意外移动，增加了系统的可靠性。

所述第二调节机构8还包括套筒85和插杆86，所述套筒85设置于升降架51的外侧，所述插杆86水平贯穿套筒85，所述第二蜗杆83的转轴上设置有连接部831，所述插杆86靠近连接部831的一端设置有与连接部831配合连接端861，所述转盘84设置于插杆86的另一端。

所述连接部831上开设有多边形孔，所述连接端861的形状为与多边形孔配合的多边形柱体。

本发明的工作原理：

导轨11两端的固定块23分别用于安装光源和屏幕(或接收器)，安装台3可沿导轨11平移，以调节透镜6、光源和屏幕之间的距离比。需要调节时，通过伺服电机驱动第一丝杠21旋转，通过第一丝杠21和第一螺母座24之间的配合，来带动安装台3沿导轨11移动；

第一调节机构7用于改变透镜6的水平角度，需要调节时，推动锁杆92以使锁杆92原理调节旋钮73，使锁杆92的端部脱离凹槽731，此时，旋转调节旋钮73，以带动第一蜗杆72旋转，第一蜗杆72驱动第一涡轮71旋转，以使旋转平台4旋转，从而调节透镜6的水平角度，调节完毕后，停止旋转调节旋钮73，松开锁杆92，锁杆92在弹簧93的推动下靠近调节旋钮73，直至锁杆92的端部插入凹槽731内；

第二调节机构8用于改变透镜6的高度，需要调节时，推动插杆86沿套筒85移动，以使连接端861插入连接部831内，使插杆86和第二蜗杆83的转轴连接，随后旋转转盘84，以带动第二蜗杆83旋转，第二蜗杆83带动第二涡轮82和第二齿轮81旋转，第二齿轮81带动第一齿轮524和第二螺母座523旋转，第二螺母座523在与第二丝杆522的配合下，带动升降条52上下移动，从而调节透镜6的高度，调节完毕后，停止旋转转盘84，并推动插杆86沿套筒85移动，以使连接端861脱离连接部831；

当需要调节透镜6的竖直角度时，拧松旋钮螺丝62，随后即可改变透镜6的竖直角度，调节完毕后，拧紧旋钮螺丝62即完成调节。

综上所述，本发明具有以下优点：

多维度调节：该系统可以实现透镜在水平角度、高度和竖直角度上的调节。这使得系统能够灵活适应不同的光学要求和实验需求。

精确调节：使用伺服电机、丝杠、蜗杆等机械结构，可以实现精确而稳定的调节。这可以保证透镜在调节过程中的精确位置和稳定性，从而确保光学系统的性能和准确度。

平滑移动：安装台沿导轨平移时，通过伺服电机驱动第一丝杠和第一螺母座的配合，运动平稳且无抖动。这有助于减小系统中的振动和干扰，提高光学系统的工作稳定性。

多级传动：第一调节机构和第二调节机构中使用了多级传动的结构，通过蜗杆、涡轮、齿轮等来实现力的传递和转换，使得调节过程更加均匀、可控。

方便操作：通过锁杆、调节旋钮和旋钮螺丝的设计，操作人员可以轻松进行调节。锁杆用于固定调节状态，而旋钮和螺丝则可方便地进行微调，并在完成调节后固定系统状态。

总之，该调节系统具有多维度调节、精确性、平滑移动、多级传动和方便操作等优点，可以提供稳定、准确和灵活的光学系统调节功能。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，包括导轨机构(1)、驱动机构(2)和安装台(3)，所述安装台(3)设置于导轨机构(1)的移动端上，所述驱动机构(2)与安装台(3)连接，所述驱动机构(2)用于推动安装台(3)沿着导轨机构(1)移动，所述安装台(3)上设置有旋转平台(4)、升降机构(5)和透镜(6)，所述旋转平台(4)设置于安装台(3)上，所述安装台(3)上还设置有与旋转平台(4)连接的第一调节机构(7)，所述第一调节机构(7)用于在被触发后带动旋转平台(4)水平旋转，所述升降机构(5)设置于旋转平台(4)上，所述透镜(6)设置于升降机构(5)的移动端上，所述旋转平台(4)上还设置有与升降机构(5)连接的第二调节机构(8)，所述第二调节机构(8)用于在被触发后通过升降机构(5)带动透镜(6)上下移动。

2.根据权利要求1所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述导轨机构(1)包括导轨(11)和滑块(12)，所述导轨(11)的数量至少为两根，所有导轨(11)水平设置且相互平行，所述滑块(12)设置于导轨(11)上且能沿导轨(11)移动，所述安装台(3)设置于所有滑块(12)上。

3.根据权利要求2所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述驱动机构(2)包括第一丝杠(21)和伺服电机(22)，所述第一丝杠(21)与导轨(11)相互平行，所述导轨(11)的两端设置有固定块(23)，所述伺服电机(22)设置于固定块(23)上且与第一丝杠(21)的一端连接，所述安装台(3)上设置有与第一丝杠(21)配合的第一螺母座(24)。

4.根据权利要求1所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述第一调节机构(7)包括第一涡轮(71)、第一蜗杆(72)和调节旋钮(73)，所述第一涡轮(71)水平设置于旋转平台(4)的底部且与旋转平台(4)同轴，所述第一蜗杆(72)竖直设置于安装台(3)内，且第一蜗杆(72)和第一涡轮(71)相互啮合，所述调节旋钮(73)设置于第一蜗杆(72)转轴的顶部且位于安装台(3)的上方。

5.根据权利要求4所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述调节旋钮(73)的外侧均匀设置有多个凹槽(731)，所述安装台(3)上还设置有锁定机构(9)，所述锁定机构(9)包括安装块(91)、锁杆(92)和弹簧(93)，所述安装块(91)设置于安装台(3)上，所述锁杆(92)水平贯穿安装块(91)，所述锁杆(92)靠近调节旋钮(73)的一端与凹槽(731)相互配合，所述锁杆(92)远离调节旋钮(73)的一端设置有手柄，所述弹簧(93)设置于安装块(91)内，所述弹簧(93)用于提供一个锁杆(92)向调节旋钮(73)移动的弹力。

6.根据权利要求1所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述升降机构(5)包括升降架(51)和升降条(52)，所述升降架(51)竖直设置于安装台(3)上，所述升降架(51)的前端开设有滑槽，所述升降条(52)的外侧开设有与滑槽配合的凸条，所述升降条(52)的顶端设置有竖直的扇形板(53)，所述扇形板(53)上开设有与扇形板(53)同心的弧形孔(531)，所述透镜(6)的底部设置有“L”形的透镜架(61)，所述透镜架(61)的中部铰接于扇形板(53)的中心处，所述透镜架(61)的短端固定有螺母(611)，所述螺母(611)上设置有旋钮螺丝(62)，所述旋钮螺丝(62)的螺纹端在穿过弧形孔(531)后插入螺母(611)内。

7.根据权利要求1所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述升降条(52)的后端开设有条形槽(521)，所述条形槽(521)内固定设置有第二丝杠(522)，所述第二丝杠(522)的外侧设置有第二螺母座(523)，所述第二螺母座(523)的顶端设置有第一齿轮(524)，所述第二螺母座(523)转动设置于升降架(51)上；

所述第二调节机构(8)包括第二齿轮(81)、第二涡轮(82)、第二蜗杆(83)和转盘(84)，所述第二齿轮(81)、第二涡轮(82)和第二蜗杆(83)均位于升降架(51)内，所述第二齿轮(81)设置于升降架(51)内且与第一齿轮(524)啮合，所述第二涡轮(82)设置于第二齿轮(81)的转轴上，所述第二蜗杆(83)水平设置于且与第二涡轮(82)啮合，所述转盘(84)设置于升降架(51)的外侧且与第二蜗杆(83)的转轴可拆卸连接。

8.根据权利要求7所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述升降架(51)的中部开设有安装槽(511)，所述安装槽(511)内设置有异形架(512)，所述第二螺母座(523)、第二齿轮(81)、第二涡轮(82)和第二蜗杆(83)均转动设置于异形架(512)上。

9.根据权利要求7所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述第二调节机构(8)还包括套筒(85)和插杆(86)，所述套筒(85)设置于升降架(51)的外侧，所述插杆(86)水平贯穿套筒(85)，所述第二蜗杆(83)的转轴上设置有连接部(831)，所述插杆(86)靠近连接部(831)的一端设置有与连接部(831)配合连接端(861)，所述转盘(84)设置于插杆(86)的另一端。

10.根据权利要求9所述的物理实验用透镜演示滑轨装置，其特征在于，所述连接部(831)上开设有多边形孔，所述连接端(861)的形状为与多边形孔配合的多边形柱体。