CN202394421U

CN202394421U - 弹簧振子装置

Info

Publication number: CN202394421U
Application number: CN2011204557834U
Authority: CN
Inventors: 赵齐浩; 汪仁华
Original assignee: ZHEJIANG XIANGYANGHUA TEACHING EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG XIANGYANGHUA TEACHING EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-11-17

Abstract

本实用新型涉及实验仪器。一种弹簧振子装置，包括振子块和使振子块产生振动的振子弹簧，还包括水平设置的导轨，所述导轨同所述振子块之间设有将振子块悬浮在导轨上的悬浮机构，所述振子弹簧同所述导轨相平行。本实用新型提供了一种振动情况同理论较接近的弹簧振子装置，解决了现有的弹簧振子不能真实反馈出弹簧振子的理论振动情况、导致实验性差的问题。

Description

弹簧振子装置

技术领域

本实用新型涉及实验仪器，尤其涉及一种弹簧振子装置。

背景技术

在中学物理教学中，以弹簧振子作模型，描绘出弹簧振子的振动曲线，根据振动曲线来研究简谐振动的规律、演示弹簧振子运动现象和验证其周期公式等。

在中国专利号为ZL2007203026865、申请日为2007年12月24日、名称为“弹簧振子演示仪”的专利文献中公开了一种可描绘出弹簧振子振动曲线的实验仪器，该仪器包括支架、设置在支架上的弹簧振子与显示板，该弹簧振子为磁性振子，显示板为磁粉显示板。使用时，弹簧振子上下振动，显示板沿水平方向前行，通过振子对显示板上的磁粉的吸引作用使磁粉粘附在显示板上显示出弹簧振子的振动曲线。

该专利由于弹簧振子是以竖直方向进行振动的，受弹簧振子所受重力的影响，所描绘出的曲线只能粗象地反馈出弹簧振子的振动情况，同理论曲线之间的偏差会比较大，因此用该种弹簧振子进行实验时，不能推导出和验证相关的物理规律和公式，也即该种弹簧振子的实验性差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种振动情况同理论较接近的弹簧振子装置，解决了现有的弹簧振子不能真实反馈出弹簧振子的理论振动情况、导致实验性差的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种弹簧振子装置，包括振子块和使振子块产生振动的振子弹簧，还包括水平设置的导轨，所述导轨同所述振子块之间设有将振子块悬浮在导轨上的悬浮机构，所述振子弹簧同所述导轨相平行。使用时，振子弹簧驱动振子块沿轨道的轴向作水平方向的振动，重力同振子块所受的弹簧的弹力的方向垂直、因此振子块所受的重力不会影响振子块的振动，影响振子振动的力为振子块同导轨之间的摩擦力，故通过设计悬浮机构，使悬浮机构对振子块的浮力等于振子块的所受的重力，此时振子块作用于导轨的正压力（用N表示）为零，根据摩擦力公式F（摩擦力）=N×K（摩擦系数）可知摩擦力也为零，故弹簧振子所作的振动更接近于理论状态。

作为优选，所述振子块位于所述导轨的上方，所述悬浮机构包括设置在所述导轨内部的气腔、若干设置在所述振子块所在侧的所述导轨上的气孔和给气腔供气的气泵，所述气孔同所述气腔相连通。使用时气源中的气体输送到气腔，然后经气孔喷出，喷出的气流将振子块从导轨上浮起。

作为优选，本实用新型包括控制装置和安装导轨的机架，所述机架设有至少三只支撑脚，所述支撑脚中至少有两只为升降脚，所述升降脚包括穿设在所述机架上的支撑杆、驱动支撑杆伸缩的偏心轮和驱动偏心轮转动的伺服马达，所述伺服马达通过所述控制装置进行控制。使用时通过升降脚来将导轨调整到水平状态，使本实用新型放置在不水平的实验台上时也能够方便地使导轨保持水平，弹簧振子的振动状态同理论状态的一致性好。调整方法为上方：伺服马达驱动偏心轮转动，偏心轮使得支撑杆相对于机架伸缩，机架的该侧高度位置产生改变。

作为优选，所述支撑杆的中心线和所述偏心轮的转轴的中心线位于同一平面上。此种设计，能使支撑杆受到机架及其上的部件的重力的下压时，还能自动保持在对应的位置不变，故不需设计其它锁紧结构来保持支撑杆的位置不变，结构简单。当然不这样设计，而将伺服马达设计为具有自锁功能的马达，同样能达到该效果。

作为优选，本实用新型包括两个交叉设置的水平检测管，所述水平检测管包括透明的管体和内置于管体的可在管体内滚动的滚动体，所述管体与垂直于由所述振子块的质心同所述导轨所在的直线所确定的平面的平面相平行。根据滚动体在管体内的位置来判断导轨是否水平。能直观地准确地判断出导轨是否水平。

作为另一优选，本实用新型包括两根交叉设置的水平检测管，所述水平检测管包括管体、内置于管体的可在管体内滚动的滚动体和两个设置在管体的两端的同滚动体相配套的检测开关，所述管体与垂直于由所述振子块的质心同所述导轨所在的直线所确定的平面的平面相平行，所述检测开关同所述控制装置电连接。当振子块所受的重力方向不与垂直于由所述振子块的质心同所述导轨所在的直线所确定的平面的平面相垂直时，则振子块所受的浮力不能齐全抵消重力，振子块同轨道之间会有摩擦力，对振子块的振动的会造成影响，此时相应的管体内的滚动体会滚向其较低的一端并触碰到对应的检测开关，检测开关将该信息给控制装置，控制装置根据此信息通过对应的伺服马达调整对应支撑杆、使机架的对应侧的高度产生改变到合符要求也即水平为止。根据三点确定一个平面的原理，两根管体交叉设置即不不行时，当两根管体都水平时，则与两根管体都平行的平面一定为水平面。

作为优选，所述检测开关为压力开关。当滚动体触碰到压力开关时，滚动体的重量会对压力开关产生压力，也即压力开关感知到滚动体到达了压力开关所在的管体端。检测开关用机械式开合式的开关或其他传感器都可以。

作为优选，所述支撑脚有三只，所述三只支撑脚中有两只为所述升降脚，所述三只支撑脚呈三角形分布，由所述三只支撑脚所确定的三角形的一条边同所述两根水平检测管中的一根相平行。先调整能使同三只支撑脚所确定的三角形的一条边相平行的那根管体保持水平的升降脚，使该管体水平后再调整另一根管体到水平。

作为优选，所述两只升降脚只有一只位于由所述三只支撑脚所确定的三角形的同所述水平检测管相平行的那条边上。最多只需启动两次伺服马达即能调整到振子块的水平符合要求，调整快速方便，马达启动次数少，节能。

本实用新型具有下述优点，由于振子块为水平方向振动，且设计悬浮装置使振子块悬浮在导轨上，因此弹簧振子的振动情况与理论状态更加接近，实验性强；在优选方案中，设计相关的结构能确保本实用新型无论放置在水平与否的工作台上，都能调整甚至自动调整到导轨水平且由振子块的质心和导轨所在的直线所确定的平面保持在竖直状态，因此本实用新型无论在怎样的工作台上都能使弹簧振子的振动情况与理论状态接近，适应性好。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的立体结构示意图。

图2为图1的B—B截面示意图。

图3为图1的A—A截面示意图。

图4为本实用新型实施例二的立体机构示意图。

图5为本实用新型实施例三的立体机构示意图。

图6为实施例三的电路框图。

图中：机架1，挡板11，左支撑耳朵12，右支撑耳朵13，支撑脚2，左前支撑脚21，左后支撑脚22，左后支撑杆221，左偏心轮222，左伺服马达223，左偏心轮的转轴224，右支撑脚23，右支撑杆231，右偏心轮232，右伺服马达233，右偏心轮的转轴234，三角形C，三角形的左边C1，挡板11，水平检测管3，第一水平检测管31，第一管体311，第一滚动体312，前检测开关313，后检测开关314，第二水平检测管32，第二管体321，第二滚动体322，左检测开关323，右检测开关324，导轨4，振子块5，沟槽51，振子弹簧6，悬浮机构7，气泵71，气孔72，气腔73，出气管74，控制装置8。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例一，参见图1，一种弹簧振子装置，包括机架1、导轨4、振子块5和振子弹簧6。

轨道4水平设置在机架1上。

振子块5位于轨道4的上方。

振子弹簧6的右端同振子块5固接在一起，振子弹簧6的左端同机架1上的挡板11固定在一起。振子弹簧6同导轨4相平行。

机架1上还设有气泵71。

参见图2，轨道4的横截面为三角形。轨道4为管状结构。振子块5所在侧的轨道4的表面上设有多个气孔72。振子块5的下侧面上设有倒置的“V”形沟槽51。沟槽51正对轨道4。

参见图3，轨道4的內腔形成气腔73。气泵71通过出气管74输送气体给气腔73。

气泵71、气腔73和气孔72构成悬浮机构7。

使用时，启动气泵71，气泵71产生的气体经出气管74流入气腔73，气腔73内的气体经气孔72流出，从而将振子块5浮起在轨道4的上方，右拉振子块5一段距离后释放振子块5，在振子弹簧6的作用下，振子块5在轨道4的上方作振动运动。

实施例二，同实施例一的不同之处为：

参见图4，机架1设有三只支撑脚2，三只支撑脚2分别为左前支撑脚21、左后支撑脚22和右支撑脚23。三只支撑脚2位于三角形C的三个顶点上。

左前支撑脚21为一根杆子。左前支撑脚21是焊接在机架1的下表面上的。

左后支撑脚22和右支撑脚23都为升降脚。

左后支撑脚22包括穿设在机架1上的左后支撑杆221、左偏心轮222、左伺服马达223。

左后支撑杆221的上端抵接在左偏心轮222的轮缘上。左后支撑杆221的中心线和左偏心轮的转轴224的中心线位于同一平面上。

左偏心轮的转轴224穿设在左支撑耳朵12上，左偏心轮的转轴224同左支撑耳朵12之间设有轴承。左偏心轮的转轴224通过联轴器同左伺服马达223的动力输出轴固接在一起。

右支撑脚23包括穿设在机架1上的右支撑杆231、右偏心轮232、右伺服马达233。

右支撑杆231的上端抵接在右偏心轮232的轮缘上。右支撑杆231的中心线和右偏心轮的转轴234的中心线位于同一平面上。

右偏心轮的转轴234穿设在右支撑耳朵13上，右偏心轮的转轴234同右支撑耳朵13之间设有轴承。右偏心轮的转轴234通过联轴器同右伺服马达233的动力输出轴固接在一起。

机架1上设有两根水平检测管3。两根水平检测管3分别为第一水平检测管31和第二水平检测管32。第一水平检测管31和第二水平检测管32交叉设置，交叉角为60°。

第一水平检测管31包括第一管体311和内置于第一管体311的第一滚动体312。

第一管体311为透明管，第一管体311的两端是封闭的。第一管体311与垂直于由振子块5的质心同导轨4所在的直线所确定的平面的平面相平行。

第一滚动体312为能在第一管体311内自由滚动的球体。

第二水平检测管32包括第二管体321和内置于第二管体321的第二滚动体322。

第二管体321为透明管，第二管体321的两端是封闭的。第二管体321与垂直于由振子块5的质心同导轨4所在的直线所确定的平面的平面相平行。

第二滚动体322为能在第二管体321内自由滚动的球体。

使用时，通过两根水平检测管3内的滚动体的位置来判断导轨4是否水平，如果不水平，则通过人工控制对应的伺服马达去调节到导轨4水平。

实施例三，参见图5，同实施例二的不同之处为：第一水平检测管31和第二水平检测管32相垂直。三角形的左边C1同第一水平检测管31相平行。

第一水平检测管31还包括设置在第一管体311的前端的前检测开关313和设置在第一管体311的后端的后检测开关314。第一管体311是不透明的。

前检测开关313和后检测开关314都为压力开关。

第二水平检测管32还包括设置在第二管体321的左端的左检测开关323和设置在第二管体321的右端的右检测开关324。第二管体321是不透明的。

左检测开关323和右检测开关324都为压力开关。

参见图6，还设有控制装置8。控制装置8同前检测开关313、后检测开关314、左检测开关323、右检测开关324、左伺服马达223以及右伺服马达233电连接在一起。

参见图6与图5，调整导轨4水平的过程为：如果第一滚动体312压在后检测开关314上则表示导轨4的后侧偏低，则后检测开关314将该信息输送给控制装置8，控制装置8使左伺服马223按照与图中D向相反的方向转动，左伺服马223驱动左偏心轮222按照与图中D向相反的方向转动，左后支撑杆221伸出机架1的长度变大，机架1的后侧升高，机架1升高时将第一管体311的后端和导轨4的后侧抬起，抬起到第一滚动体312不压在后检测开关314后则左伺服马达223停止；如果第一滚动体312压在前检测开关313上则表示导轨4的前侧偏低，则前检测开关313将该信息输送给控制装置8，控制装置8使左伺服马223按照图中D向转动，左伺服马223驱动左偏心轮222按照图中D向转动，左后支撑杆221伸出机架1的长度变小，机架1的后侧下降，机架1下降时将第一管体311的后端和导轨4的后侧降低，降低到第一滚动体312不压在前检测开关313后则左伺服马达223停止；如果第二滚动体322压在左检测开关323上则表示导轨4的左侧偏低，则左检测开关323将该信息输送给控制装置8，控制装置8使右伺服马233按照图中E向转动，右伺服马233驱动右偏心轮232按照图中E向转动，右支撑杆231伸出机架1的长度变小，机架1的右侧降低，机架1降低时将第二管体321的右端和导轨4的右端降低，降低到第二滚动体322不压在左检测开关323后则右伺服马达233停止。如果第二滚动体322压在右检测开关324上则表示导轨4的右侧偏低，则右检测开关324将该信息输送给控制装置8，控制装置8使右伺服马233按照与图中E向相反的方向转动，右伺服马233驱动右偏心轮232按照与图中E向相反的方向转动，右支撑杆231伸出机架1的长度变大，机架1的右侧升高，机架1升高时将第二管体321的右端和导轨4的右端抬起，抬起到第二滚动体322不压在右检测开关324后则右伺服马达233停止。

本实施例较之实施例二而言，实现了自动调整水平，自动化程度高。

以上的实施例中悬浮机构7是以气压作为动力来使振子块5悬浮在导轨4上，当然也可以设计为磁悬浮的形式。

Claims

1.一种弹簧振子装置，包括振子块和使振子块产生振动的振子弹簧，其特征在于，包括水平设置的导轨，所述导轨同所述振子块之间设有将振子块悬浮在导轨上的悬浮机构，所述振子弹簧同所述导轨相平行。

2.根据权利要求1所述的弹簧振子装置，其特征在于，所述振子块位于所述导轨的上方，所述悬浮机构包括设置在所述导轨内部的气腔、若干设置在所述振子块所在侧的所述导轨上的气孔和给气腔供气的气泵，所述气孔同所述气腔相连通。

3.根据权利要求1或2所述的弹簧振子装置，其特征在于，包括控制装置和安装导轨的机架，所述机架设有至少三只支撑脚，所述支撑脚中至少有两只为升降脚，所述升降脚包括穿设在所述机架上的支撑杆、驱动支撑杆伸缩的偏心轮和驱动偏心轮转动的伺服马达，所述伺服马达通过所述控制装置进行控制。

4.根据权利要求3所述的弹簧振子装置，其特征在于，所述支撑杆的中心线和所述偏心轮的转轴的中心线位于同一平面上。

5.根据权利要求3所述的弹簧振子装置，其特征在于，包括两个交叉设置的水平检测管，所述水平检测管包括透明的管体和内置于管体的可在管体内滚动的滚动体，所述管体与垂直于由所述振子块的质心同所述导轨所在的直线所确定的平面的平面相平行。

6.根据权利要求3所述的弹簧振子装置，其特征在于，包括两根交叉设置的水平检测管，所述水平检测管包括管体、内置于管体的可在管体内滚动的滚动体和两个设置在管体的两端的同滚动体相配套的检测开关，所述管体与垂直于由所述振子块的质心同所述导轨所在的直线所确定的平面的平面相平行，所述检测开关同所述控制装置电连接。

7.根据权利要求6所述的弹簧振子装置，其特征在于，所述检测开关为压力开关。

8.根据权利要求6所述的弹簧振子装置，其特征在于，所述支撑脚有三只，所述三只支撑脚中有两只为所述升降脚，所述三只支撑脚呈三角形分布，由所述三只支撑脚所确定的三角形的一条边同所述两根水平检测管中的一根相平行。

9.根据权利要求8所述的弹簧振子装置，其特征在于，所述两只升降脚只有一只位于由所述三只支撑脚所确定的三角形的同所述水平检测管相平行的那条边上。