CN204516166U - 两功能机械带式科氏加速度演示实验仪 - Google Patents

Abstract

一种两功能机械带式科氏加速度演示实验仪，含牵连运动系统、相对运动系统、机架和电器部件四部分，牵连运动系统是共用的；相对运动系统建立在牵连运动系统上，分为平面运动系统和立体运动系统两套，两套相对运动系统互不干涉，可分别工作，也可同时工作；其中平面运动系统的部件为四轮两电机驱动，即由两个水平驱动轮(33)两个水平张紧轮(12)组成，呈正四方形布置；该演示仪可以用一台机械式演示实验仪分别进行平面和立体两种运动状态的科氏加速度或惯性力演示实验。

Description

两功能机械带式科氏加速度演示实验仪

技术领域：

两功能机械带式科氏加速度演示实验仪是运动学和动力学实验装置之一，特别涉及牵连运动为转动时点的合成运动、涉及地球表面上所有运动物体。

背景技术：

由理论力学点的合成运动章节可知牵连运动为转动时便会产生科氏加速度或惯性力；为了讲解和传授科氏加速度或惯性力对地球上运动物体的影响，人们研发了相关的实验仪，以演示科氏加速度或惯性力；现阶段已研发的科氏加速度实验仪类型较多，一般按运动物体的不同分为机械带式和流体式两种；若按牵连运动和相对运动所在的运动面划分，可分为平面机械带式、平面流体式两种、立体机械带式和立体流体式四种，平面实验仪是指相对运动和牵连运动均在同一平面内，主要用于演示沿地球赤道线方向或平行于赤道线方向向东或向西运动物体受科氏加速度或惯性力作用的状态，或演示类似于以上运动的运动，但是不能演示垂直于地球赤道线方向向北或向南运动物体受科氏加速度或惯性力作用的状态，或演示类似于以上运动的运动；立体实验仪是指相对运动和牵连运动不在同一平面内，两个运动平面相互垂直，主要用于演示垂直于地球赤道线方向向北或向南运动物体受科氏加速度或惯性力作用的状态，或演示类似于以上运动的运动；若按其综合性能分，又有两功能流体式科氏加速度验仪，即用一台实验仪可分别进行平面和立体两种运动状态的科氏加速度或惯性力实验。

发明内容：

发明实用新型两功能机械带式科氏加速度演示实验仪的目的在于：用一台两功能机械带式科氏加速度演示实验仪分别进行平面和立体两种运动状态的科氏加速度或惯性力的演示实验，一机两用，填补该项目空白；解决理论理论力学课程与实践结合的问题，以提高教学效果。

实用新型两功能机械带式科氏加速度演示实验仪是这样实现的：按其结构原理实验仪包含牵连运动系统、平面相对运动系统、立体相对运动系统、机架和电器部件五部分，由小柱形复合带轮、带轮轴、双圆环构架、卡子、带轮轴螺母、卡子间隔套、立体演示带、立体驱动带、大柱形复合带轮、配重、传动连接器、水平张紧轮、水平带、轴承座螺栓、电机螺栓、转盘、张紧轮轴承座、水平带电机、正反转开关、牵连运动电机、减速器、减速器架、减速器螺栓、V型带带轮、V型带、主传动器、主传动V带轮、主传动固定轴座、主传动固定螺母、机架、调平螺、机箱、水平驱动轮、立体带电机组成。

两功能机械带式科氏加速度演示实验仪设计特点是：牵连运动系统是仪器共用系统；相对运动系统建立在牵连运动系统上，分为平面运动系统和立体运动系统两套，两套相对运动系统互不干涉，可分别工作，也可同时工作；其中平面运动系统的部件为四轮两电机驱动，即由两个驱动轮两个张紧轮组成，呈正四方形布置；立体运动系统的部件主要由一大五小六个柱形复合带轮和双圆环构架组成，六个柱形复合带轮分布在空间双圆环构架上，呈正六边形，六个柱形复合带轮一端为V型带轮，另一端为平皮带带轮，大柱形复合带轮安装在立体带电机上，通过立体驱动带驱动五个小柱形复合带轮，同时驱动立体演示带；机架是整个机器的基础部件和连接部件；电器部件分别完成对各电机的控制；

牵连运动系统；由转盘、主电机、减速器、减速器架、减速器螺栓、V型带带轮、V型带、主传动器、主传动V型带轮、主传动固定轴座组成；转盘是牵连运动的主要部件，安装在主传动器上；主传动器通过主传动固定轴座和主传动固定螺母在固定在机架上，即主传动器的轴是固定的，壳体是转动件，是牵连运动的主要部件；主传动器也是两个水平带电机和立体带电机的输电装置；牵连运动电机通过减速器固定在减速器架上，减速器架定在机架上；V型带是牵连运动的传动带，环绕在V型带带轮和主传动器V带轮上，牵连运动电机通过减速器驱动主传动器及转盘，实现牵连动；

平面相对运动系统建立在牵连运动系统上，由水平张紧轮、水平带、水平带轴承座螺栓、电机螺栓、转盘、张紧轮轴承座、水平带电机、水平驱动轮组成；两个水平驱动轮安装在两个水平带电机上，两个水平带电机通过电机螺栓安装在转盘上；两个水平张紧轮安装在两个张紧轮轴承座上；两个张紧轮轴承座安装在转盘上；水平带采用两个水平驱动轮和两个水平张紧轮，目的一是要水平带呈正四方形布置，为立体相对运动系统留出空间位置；目的二是要水平带在受科氏加速度或惯性力作用时，四个边呈现均匀的变形状态，增加演示观偿性；水平带的断面为“O”型；

立体相对运动系统同样建立在牵连运动系统上，由小柱形复合带轮、带轮轴、双圆环构架、卡子、带轮轴螺母、卡子间隔套、立体演示带、立体驱动带、大柱形复合带轮、配重、传动连接器、立体带电机组成；五个小柱形复合带轮和带轮轴通过卡子和带轮轴螺母固定在双圆环构架上；立体驱动带环绕在大柱形复合带轮和五个小柱形复合带轮的“V”形带槽内，功用是把立体带电机的动力传给五个小柱形复合带轮，使其均为主动轮；立体演示带环绕在大柱形复合带轮和五个小柱形复合带轮的一端的平皮带带轮上，由于一大五小六个复合带轮均为主动轮，使得立体演示带为成为冗驱动元件，在运动过程中没了松边和紧边，受力均匀，所显现的受力状态更加真实；卡子间隔套套在双圆环构架上，保持卡子和柱形复合带轮之间的间距；立体演示带和立体驱动带是相对运动部件，其断面均为“O”型；

机架：由机架、调平螺钉、机箱组成；机架是仪器的连接架；调平螺钉和机箱安装在其上；

电器部件：由正反转开关分别控制两个水平带电机、牵连运动电机和立体带电机及其正反转。

实用新型两功能立体机械带式科氏加速度实验仪有益效果是：若是先把其当作平面机械带式实验仪，即牵连运动系统和平面运动系统同时工作，此时相对运动和牵连运动均在同一平面内，主要演示沿地球赤道线方向或平行于赤道线方向向东或向西运动物体受科氏加速度或惯性力作用的状态，或演示类似于以上运动的运动；俯视牵连运动部件转盘，就相当于我们站在南极以外看地球，四处全是顺时针方向运动，此时若是相对运动系统的运动方向与牵连运动的方向相反，原来呈正四方形布置水平带，由于科氏惯性力的作用，四个边会向中心收缩；反之会向外张开，几乎呈圆形；实验证明相对运动的方向与牵连运动的方向相反时科氏惯性力方向指向地心；反之指向地心以外；或者说实验证明地球赤道线上有无科氏加速度，关键是看相对运动的方向与赤道线的方向是否平行。

若是先把其当作立体机械带式实验仪，即牵连运动系统和平面运动系统同时工作，此时相对运动的方向与牵连运动的方向与相互垂直，主要演示的是垂直与地球赤道线方向向北或向南运动物体受科氏加速度或惯性力作用的状态，或演示类似于以上运动的运动；俯视双圆环构架的上部，假设上部中心点为地球的“S”极，下部中心点为“N”极；接通电源，打开开关，俯视实验仪；当双圆环构架顺时针方向旋转时，形同地球自转，环绕在其上的立体演示带也运行时；我们可观察到立体演示带在科氏惯性力的作用下与驱动带之间的间距不断增大，两带分开，而在“N”极一侧，两带靠拢；实验证明科氏惯性力的方向向右，与右手判别法则结果相同；此种状态等同于在北半球，物体向北向南运行时的受力状态；反之，结果相反；实验证明相对运动的方向与牵连运动的方向相互垂直时，在地球赤道线上科氏加速度为“O”，南北两极最大。

附图说明：

附图1是两功能机械带式科氏加速度演示实验仪主视示意图；

附图2是两功能机械带式科氏加速度演示实验仪局部视示意图A；

附图3是两功能机械带式科氏加速度演示实验仪局部视示意图B；

附图4是两功能机械带式科氏加速度演示实验仪左视示意图；

附图5是两功能机械带式科氏加速度演示实验仪俯视示意图；

图中：小柱形复合带轮1、带轮轴2、双圆环构架3、卡子4、带轮轴螺母5、卡子间隔套6、立体演示带7、立体驱动带8、大柱形复合带轮9、配重10、传动连接器11、水平张紧轮12、水平带13、轴承座螺栓14、电机螺栓15、转盘16、张紧轮轴承座17、水平带电机18、正反转开关19、牵连运动电机20、减速器21、减速器架22、减速器螺栓23、V型带带轮24、V型带25、主传动器26、主传动V带轮27、主传动固定轴座28、主传动固定螺母29、机架30、调平螺钉31、机箱32、水平驱动轮33、立体带电机34；

实施方式：

两功能机械带式科氏加速度演示实验仪含牵连运动系统、水平相对运动系统、立体相对运动系统、机架和电器部件五部分；由小柱形复合带轮1、带轮轴2、双圆环构架3、卡子4、带轮轴螺母5、卡子间隔套6、立体演示带7、立体驱动带8、大柱形复合带轮9、配重10、传动连接器11、水平张紧轮12、水平带13、轴承座螺栓14、电机螺栓15、转盘16、张紧轮轴承座17、水平带电机18、正反转开关19、牵连运动电机20、减速器21、减速器架22、减速器螺栓23、V型带带轮24、V型带25、主传动器26、主传动V带轮27、主传动固定轴座28、主传动固定螺母29、机架30、调平螺钉31、机箱32、水平驱动轮33、立体带电机34组成。

两功能机械带式科氏加速度演示实验仪设计特点是：牵连运动系统是实验仪共用系统；相对运动系统建立在牵连运动系统上，分为平面运动系统和立体运动系统两套，两套相对运动系统互不干涉，可分别工作，也可同时工作；其中平面运动系统的部件为四轮两电机驱动，即由两个驱动轮两个张紧轮组成，呈正四方形布置；立体运动系统的部件主要由一大五小六个柱形复合带轮和双圆环构架组成，六个柱形复合带轮分布在空间双圆环构架上，呈正六边形，六个柱形复合带轮一端为V型带轮，另一端为平皮带带轮，大柱形复合带轮9安装在立体带电机34上，通过立体驱动带8驱动五个小柱形复合带轮1，同时驱动立体演示带7；机架30是整个机器的基础部件和连接部件；电器部件分别完成对各电机的控制；

牵连运动系统；由转盘16、主电机20、减速器21、减速器架22、减速器螺栓23、V型带带轮24、V型带25、主传动器26、主传动V型带轮27、主传动固定轴座28组成；转盘16是牵连运动的主要部件，安装在主传动器上；主传动器26通过主传动固定轴座28和主传动固定螺母29在固定在机架30上，即主传动器的轴是固定的，壳体是转动件，是牵连运动的主要部件；主传动器26也是两个水平带电机18和立体带电机34的输电装置；牵连运动电机20通过减速器21固定在减速器架22上，减速器架22定在机架30上；V型带25是牵连运动的传动带，环绕在V型带带轮24和主传动器V带轮27上，牵连运动电机20通过减速器21驱动主传动器26及转盘16，实现牵连动；

平面相对运动系统建立在牵连运动系统上，由水平张紧轮12、水平带13、水平带轴承座螺栓14、电机螺栓15、转盘16、张紧轮轴承座17、水平带电机18、水平驱动轮33组成；两个水平驱动轮33安装在两个水平带电机18上，两个水平带电机18通过电机螺栓15安装在转盘16上；两个水平张紧轮12安装在两个张紧轮轴承座17上；两个张紧轮轴承座17安装在转盘16上；水平带13采用两个水平驱动轮33和两个水平张紧轮12，目的一是要水平带13呈正四方形布置，为立体相对运动系统留出空间位置；目的二是要水平带13在受科氏加速度或惯性力作用时，四个边呈现均匀的变形状态，增加演示观偿性；水平带13的断面为“O”型；

立体相对运动系统同样建立在牵连运动系统上，由小柱形复合带轮1、带轮轴2、双圆环构架3、卡子4、带轮轴螺母5、卡子间隔套6、立体演示带7、立体驱动带8、大柱形复合带轮9、配重10、传动连接器11、立体带电机34组成；五个小柱形复合带轮1和带轮轴2通过卡子4和带轮轴螺母5固定在双圆环构架3上；立体驱动带8环绕在大柱形复合带轮9和五个小柱形复合带轮1的“V”形带槽内，功用是把立体带电机34的动力传给五个小柱形复合带轮，使其均为主动轮；立体演示带7环绕在大柱形复合带轮9和五个小柱形复合带轮1的一端的平皮带带轮上，由于一大五小六个复合带轮1均为主动轮，使得立体演示带7为成为冗驱动元件，在运动过程中没了松边和紧边，受力均匀，所显现的受力状态更加真实；卡子间隔套6套在双圆环构架3上，保持卡子4和柱形复合带轮1之间的间距；立体演示带7和立体驱动带8是相对运动部件，其断面均为“O”型；

机架：由机架30、调平螺钉31、机箱32组成；机架是仪器的连接架；调平螺钉31和机箱32安装在其上；

电器部件：由正反转开关19分别控制两个水平带电机18、牵连运动电机20和立体带电机34及其正反转。

两功能立体机械带式科氏加速度实验仪有益效果是：若是先把其当作平面机械带式实验仪，即牵连运动系统和平面运动系统同时工作，此时相对运动和牵连运动均在同一平面内，主要演示沿地球赤道线方向或平行于赤道线方向向东或向西运动物体受科氏加速度或惯性力作用的状态，或演示类似于以上运动的运动；俯视牵连运动部件转盘，就相当于我们站在南极以外看地球，四处全是顺时针方向运动，此时若是相对运动系统的运动方向与牵连运动的方向相反，原来呈正四方形布置水平带，由于科氏惯性力的作用，四个边会向中心收缩；反之会向外张开，几乎呈圆形；实验证明相对运动的方向与牵连运动的方向相反时科氏惯性力方向指向地心；反之指向地心以外；或者说实验证明地球赤道线上有无科氏加速度，关键是看相对运动的方向与赤道线的方向是否平行。

若是先把其当作立体机械带式实验仪，即牵连运动系统和平面运动系统同时工作，此时相对运动的方向与牵连运动的方向与相互垂直，主要演示的是垂直与地球赤道线方向向北或向南运动物体受科氏加速度或惯性力作用的状态，或演示类似于以上运动的运动；俯视双圆环构架的上部，假设上部中心点为地球的“S”极，下部中心点为“N”极；接通电源，打开开关，俯视实验仪.当双圆环构架顺时针方向旋转时，形同地球自转，环绕在其上的立体演示带也运行时；我们可观察到立体演示带在科氏惯性力的作用下与驱动带之间的间距不断增大，两带分开，而在“N”极一侧，两带靠拢；实验证明科氏惯性力的方向向右，与右手判别法则结果相同；此种状态等同于在北半球，物体向北向南运行时的受力状态；反之，结果相反；实验证明相对运动的方向与牵连运动的方向相互垂直时，在地球赤道线上科氏加速度为“O”，南北两极最大。

Claims (4)

1.两功能机械带式科氏加速度演示实验仪，其特征在于：含牵连运动系统、相对运动系统、机架和电器部件四部分，由小柱形复合带轮(1)、带轮轴(2)、双圆环构架(3)、卡子(4)、带轮轴螺母(5)、卡子间隔套(6)、立体演示带(7)、立体驱动带(8)、大柱形复合带轮(9)、配重(10)、传动连接器(11)、水平张紧轮(12)、水平带(13)、轴承座螺栓(14)、电机螺栓(15)、转盘(16)、张紧轮轴承座(17)、水平带电机(18)、正反转开关(19)、牵连运动电机(20)、减速器(21)、减速器架(22)、减速器螺栓(23)、V型带带轮(24)、V型带(25)、主传动器(26)、主传动V带轮(27)、主传动固定轴座(28)、主传动固定螺母(29)、机架(30)、调平螺钉(31)、机箱(32)、水平驱动轮(33)、立体带电机(34)组成；

牵连运动系统是共用的；相对运动系统建立在牵连运动系统上，分为平面运动系统和立体运动系统两套，两套相对运动系统互不干涉，可分别工作，也可同时工作；其中平面运动系统的部件为四轮两电机驱动，即由两个水平驱动轮(33)两个水平张紧轮(12)组成，呈正四方形布置；立体运动系统的部件主要由五个小柱形复合带轮(1)一个大柱形复合带轮(9)和双圆环构架(3)组成，六个柱形复合带轮分布在空间双圆环构架(3)上，呈正六边形，六个柱形复合带轮一端为V型带轮，另一端为平皮带带轮，大柱形复合带轮(9)安装在立体带电机(34)上，通过立体驱动带(8)驱动五个小柱形复合带轮(1)，同时驱动立体演示带(7)；机架(30)是整个机器的基础部件和连接部件；电器部件分别完成对各电机的控制；

牵连运动系统由转盘(16)、主电机(20)、减速器(21)、减速器架(22)、减速器螺栓(23)、V型带带轮(24)、V型带(25)、主传动器(26)、 主传动V型带轮(27)、主传动固定轴座(28)组成；转盘(16)是牵连运动的主要部件，安装在主传动器(26)上；主传动器(26)通过主传动固定轴座(28)和主传动固定螺母(29)在固定在机架(30)上，即主传动器(26)的轴是固定件，壳体是转动件，是牵连运动的主要部件；主传动器(26)也是两个水平带电机(18)和立体带电机(34)的输电装置；牵连运动电机(20)通过减速器(21)固定在减速器架(22)上，减速器架(22)定在机架(30)上；V型带(25)是牵连运动的传动带，环绕在V型带带轮(24)和主传动器V带轮(27)上，牵连运动电机(20)通过减速器(21)驱动主传动器(26)及转盘(16)，实现牵连动；

平面相对运动系统建立在牵连运动系统上，由水平张紧轮(12)、水平带(13)、水平带轴承座螺栓(14)、电机螺栓(15)、转盘(16)、张紧轮轴承座(17)、水平带电机(18)、水平驱动轮(33)组成；两个水平驱动轮(33)安装在两个水平带电机(18)上，两个水平带电机(18)通过电机螺栓(15)安装在转盘(16)上；两个水平张紧轮(12)安装在两个张紧轮轴承座(17)上；两个张紧轮轴承座(17)安装在转盘(16)上；四个带轮呈正四方形布置；其中一个对角线上为两个水平驱动轮(33)，另一个对角线上为两个水平张紧轮(12)，即水平带(13)由两个电机对角驱动，可使水平带(13)在受科氏加速度或惯性力作用时，四个边呈现均匀的变形状态，增加演示观偿性；水平带(13)的断面为“O”型；

立体相对运动系统同样建立在牵连运动系统上，由小柱形复合带轮(1)、带轮轴(2)、双圆环构架(3)、卡子(4)、带轮轴螺母(5)、卡子间隔套(6)、立体演示带(7)、立体驱动带(8)、大柱形复合带轮(9)、配重(10)、传动连接器(11)、立体带电机(34)组成；五个小柱形复合带轮(1)和带轮轴(2)通过卡子(4)和带轮轴螺母(5)固定在双圆环构 架(3)上；立体驱动带(8)环绕在大柱形复合带轮(9)和五个小柱形复合带轮(1)的“V”形带槽内，功用是把立体带电机(34)的动力传给五个小柱形复合带轮，使其均为主动轮；立体演示带(7)环绕在大柱形复合带轮(9)和五个小柱形复合带轮(1)的一端的平皮带带轮上，由于一大五小六个复合带轮均为主动轮，使得立体演示带(7)为成为冗驱动元件，在运动过程中没了松边和紧边，受力均匀，所显现的受力状态更加真实；卡子间隔套(6)套在双圆环构架(3)上，保持卡子(4)和柱形复合带轮(1)之间的间距；立体演示带(7)和立体驱动带(8)是相对运动部件，其断面均为“O”型；

机架：由机架(30)、调平螺钉(31)、机箱(32)组成；机架(30)是仪器的连接架；调平螺钉(31)和机箱(32)安装在其上；

电器部件：由正反转开关(19)分别控制两个水平带电机(18)、牵连运动电机(20)和立体带电机(34)及其正反转。

2.根据权利要求1所述两功能机械带式科氏加速度演示实验仪，其特征在于：牵连运动系统是实验仪的共用系统；相对运动系统建立在牵连运动系统上，分为平面相对运动系统和立体相对运动系统两套，两套相对运动系统互不干涉，可分别工作，也可同时工作。

3.根据权利要求1所述两功能机械带式科氏加速度演示实验仪，其特征在于：平面相对运动系统的运动部件水平带(13)环绕在四个V型带轮上，四个带轮呈正四方形布置；其中一个对角线上为两个水平驱动轮(33)，另一个对角线上为两个水平张紧轮(12)，即水平带(13)由两个电机对角驱动，可使水平带(13)在受科氏加速度或惯性力作用时，四个边呈现均匀的变形状态，增加演示观偿性；水平带(13)的断面为“O”型。

4.根据权利要求1所述两功能机械带式科氏加速度演示实验仪， 其特征在于：立体相对运动系统的运动部件有两个，一个是立体演示带(7)，另一个是立体驱动带(8)；立体驱动带(8)安装在大柱形复合带轮(9)和五个小柱形复合带轮(1)的V形带槽内，功用是把立体带电机(34)的动力传给五个小柱形复合带轮，使其均为主动轮；立体演示带(7)环绕在大柱形复合带轮(9)和五个小柱形复合带轮(1)的一端的平皮带带轮上，由于一大五小六个复合带轮均为主动轮，使得立体演示带(7)为成为冗驱动部件，在运动过程中没了松边和紧边，受力均匀，所显现的受力状态更加真实；立体演示带(7)和立体驱动带(8)断面均为“O”型。