CN205158735U - 简谐振动曲线绘制演示实验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种简谐振动曲线绘制演示实验仪，包括设于底座上的电机控制箱、绘制曲线电机、画笔拉杆转动曲柄、转筒电机和画布系统，所述绘制曲线电机通过电机转动圆盘与画笔拉杆转动曲柄连接，所述画笔拉杆转动曲柄上设有画笔位置，所述画笔位置位于画布系统上，所述画布系统包括主动滚筒和从动滚筒，转筒电机和主动滚筒相连，所述绘制曲线电机与转筒电机均与电机控制箱电连接。本实用新型的有益效果是：曲柄连杆与画针拉杆结构设计独特，通过机械运转绘制出来的曲线，易于学生理解和掌握；结构简单、直观、造价低，故障机率低且易于排除、易维护，可大规模批量生产，可拆卸与组装；所用电机角速度均可调、可控。
Description
技术领域
本实用新型涉及实验仪，特别是一种简谐振动曲线绘制演示实验仪。
背景技术
在物理学和数学中，模拟振动曲线记录装置是通过两人合作来完成的，一人用手使铅笔尖在白纸上沿垂直方向振动，另一人沿着纸张长边方向一直拖动，来画出一条描述笔尖振动情况的x-t曲线；在画弹簧振子的简谐振动曲线时，钢球上的指针随弹簧振子的振动曲线，是通过一个人手摇转动圆滚来移动纸张的，这样的一种运动画出来的曲线是不均匀的；
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构合理的简谐振动曲线绘制演示实验仪。
这种简谐振动曲线绘制演示实验仪，包括设于底座上的电机控制箱、绘制曲线电机、画笔拉杆转动曲柄、转筒电机和画布系统，所述绘制曲线电机通过电机转动圆盘与画笔拉杆转动曲柄连接，所述画笔拉杆转动曲柄上设有画笔位置，所述画笔位置位于画布系统上，所述画布系统包括主动滚筒和从动滚筒，转筒电机和主动滚筒相连，所述绘制曲线电机与转筒电机均与电机控制箱电连接。
作为优选：所述电机转动圆盘上沿径向设有一排连接柱孔,根据需要螺接相应连接柱；画笔拉杆转动曲柄包括与连接轴相连接的画笔拉杆和曲柄连接杆；所述连接柱与曲柄连接杆相连接。
本实用新型的有益效果是：
1、曲柄连杆与画针拉杆结构设计独特，通过机械运转绘制出来的曲线，易于学生理解和掌握；
2、结构简单、直观、造价低，故障机率低且易于排除、易维护，可大规模批量生产，可拆卸与组装；
3、所用电机角速度均可调、可控，低速电机带动两滚筒，滚筒捻动纸带，易于纸带缓慢均匀运动；
4、纸带速度可通过电路控制电机转速来实现，根据物理学知识，纸带速度也就是简谐波的传播速度，波的波长及频率可通过电路控制电机转速来实现，画笔在纸平面上绘制出振动曲线，即正弦(或余弦)曲线。曲线(图像)的振幅可通过曲柄连杆端轴连接电机转盘上不同螺柱位置进行调节(同时曲柄连杆长度也可微调，且标有刻度)；
5、曲线(图像)的周期、频率可通过电路控制电机转速进行调节，图像的初相位则可以通过曲柄画笔初始位置来调节确定(事先可准备一个标有360度透明圆盘来确定准确的初相)。
附图说明
图1为本实用新型俯视图；
图2为本实用新型正视图；
图3为曲柄连杆与画笔拉杆结构侧视图；
图4为电机转轮与曲柄连杆转动至某一角度状态图；
图5为不同振幅画出来的曲线图；
图6为不同相位画出来的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。虽然本实用新型将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本实用新型限制在所述实施例中。相反，本实用新型将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本实用新型的范围内的替换物、改进型和等同物。
如图1所示，简谐振动曲线绘制演示总体结构俯视图。1、底座，1-1、仪器使用说明，2、电机控制箱，3、绘制曲线电机，3-1、电机支架固定位置，3-2、电机轴承，3-3、电机转动盘，3-4、电机控制线，4、画笔拉杆转动曲柄，4-1、画笔拉杆定向轴块，4-2、画笔拉杆，4-3、画笔位置，5、滚筒电机，5-1、转筒电机控制线，6、主从动轮转筒与画布系统，6-1、主动转筒，6-2、转轴，6-3、主从动轮传动皮带，6-4、从动轮滚筒转动轴，6-5、从动轮滚筒，6-6、主从动轮传动皮带。
如图2所示，简谐振动曲线绘制演示总体结构正视图。1、底座，2、电机控制箱，3、绘制曲线电机，3-1、电机支架固定位置，3-3、电机转动圆盘，3-5、电机固定底座，4、曲柄结构，4-1、画笔拉杆定向轴块，4-3、画笔位置，4-10、画笔拉杆轴底座，5、画布滚筒电机，5-1画布滚筒电机座，6、画布系统，6-7、主从滚筒支架。
如图3所示，曲柄连杆与画笔拉杆结构侧视图。4、转动曲柄，3-3-1、曲柄与电机转盘连接柱，4-1、画笔拉杆定向轴块，4-2、画笔拉杆，4-3、画笔位置，4-4、曲柄转圈，4-5、曲柄与拉杆连接轴，4-6、曲柄轴，4-7、曲柄连接杆。
如图4所示，为电机转轮与曲柄连杆转动至某一角度状态图。3-3、电机转动盘，3-2、电机转盘轴，3-3-1、曲柄与电机转盘连接柱，4-1、画笔拉杆定向轴块，4-2、画笔拉杆，4-3、画笔，4-4、曲柄转圈，4-5、曲柄与拉杆连接轴，4-7、曲柄连接杆。
根据所画曲线振幅大小，如图4所示，可将曲柄连杆4-7一端的转动轴4-6安装在绘制曲线电机3转盘3-3上相应螺孔对应螺柱3-3-1上，根据所画曲线振幅大小可通过调节曲柄连杆4-7长度和改变螺孔位置来实现指定值；若电机3带动转盘3-3按逆时针方向转动，此时，曲柄4-4向左运动，其带动画针拉杆4-2向左运动，画笔4-3向左运动，为简谐振动曲线幅度减小的方向，当绘制曲线电机3转轴3-2、曲柄连杆4-7端、螺柱3-3-1与画笔拉杆4-2成一条直线即曲柄连杆4-7端与OB端重合时，此时，画笔4-3达最左端，即简谐振动曲线最小值(谷值)；若绘制曲线电机3继续逆时针方向转动，曲柄连杆4-7从最小值处开始提升，曲柄连杆4-7回升，画笔拉杆4-2回升，画笔4-3向右运动，即向着振幅增加的方向画线，待绘制曲线电机3转盘3-3的径向螺柱孔转至与画笔拉杆4-2相同方向时，曲柄连杆端点螺柱3-3-1、曲柄连杆4-7与画笔拉杆4-2运动至最右端，且成一直线即曲柄连杆4-7端与OA端重合时，此时，画笔4-3运动至最右端，即所画简谐振动曲线最高点(最大值)；然后，绘制曲线电机3转盘3-3继续逆时针转动，带动曲柄连杆4-7端点螺柱3-3-1、曲柄4-7以及画笔拉杆4-2与画笔4-3向左运动，此过程，曲线幅度会持续减小，直到如图4所示位置，电机转盘3-3转动一周2π，画笔4-3也运动了一个周期T2i，画笔4-3恢复到与初始幅度A0i相同位置。随后，绘制曲线电机3继续转动，绘制曲线电机3转盘3-3继续带动曲柄连杆4-7、画笔拉杆4-2和画笔4-3重复运动，在纸张平面上继续画出简谐振动曲线，如此循环往复以至无穷，直到关停绘制曲线电机3为止，所画简谐振动曲线频率为f2i可通过控制箱2设定角速度ω2i来实现。在画笔拉杆4-2对应绘制曲线电机3运动的过程中，如图1、2所示，画布系统6转筒电机5也带动主滚筒6-1(卷纸筒)转动，同时，主滚筒通过右皮带6-3、左皮带6-6同步带动从滚筒6-5(纸筒)转动，其转动角速度与转筒电机5转动角速度ω1i相同，这样主从滚筒与画布系统6平面上的纸张就会以速度v1i做匀速运动，其中v0i＝rω1ir为滚筒半径，该速度大小v1i可根据简谐波的传播频率f1i可通过控制箱2对转筒电机5角速度设定ω1i来实现。
如图5所示，为不同振幅画出来的曲线效果图。如图6所示，为不同相位画出来的效果图。
如图1所示，根据实验要求将绘制曲线电机3安装在图1所示位置，将画笔拉杆4-2安装画笔端从左到右穿过画笔拉杆定向轴块4-1中，将电机转动盘3-3安装并固定于电机转动轴3-2上，根据所画简谐振动曲线振幅Ai大小，在电机转动盘3-3上选择相应螺孔如第3个螺孔，在其上安装螺柱3-3-1，将曲柄连杆4-7一端4-6套接在该螺柱3-3-1上并将其固定好；将转筒电机5安装在如图1所示位置，首先将纸卷套于画布系统6从动滚筒6-5中，再将画布系统6主从动滚筒6-1、6-5以及主从动联动皮带6-3、6-6安装好，拉起画布系统6从动滚筒6-5卷纸张纸头通过主从动滚筒6-1、6-2途经画布系统6平面绕过主动滚筒6-1，并将纸张拉展卷于主动滚筒6-1上。至此，实验前的安装准备工作全部就绪。
使用步骤：
1、根据不同振幅、初相位和周期画出来的曲线。
1)首先对简谐振动实验仪底座调平；
2)将纸张卷筒装于从动滚筒6-5上，并将纸头通过画笔系统6平面绕至主动滚筒6-1上；
3)将画笔装至画笔拉杆4-2端4-3位置上，根据所画简谐振动曲线振幅Ai大小，将曲柄连杆转轴4-6端的螺柱3-3-1螺接于绘制曲线电机3转盘3-3的相应螺孔上，并微调曲柄连杆4-7长度，使之满足所画曲线振幅Ai要求；4根据所画曲线初相位大小，用360度透明圆盘在画纸上标出初相位起始点，再根据所画曲线振幅是增大还是减小，将绘制曲线电机3转盘转至增大或是减小的相应位置，并将画笔4-3针移至该初相位的点上；
4)根据简谐波的传播频率f1，来设定转筒电机5的转动角速度ω1，根据所画简谐振动曲线的频率f2振动频率来设定绘制曲线电机3的转动角速度ω2，其中，
5)按动电机控制箱2启动按钮，转筒电机5与绘制曲线电机3就会同时按设定好的频率(或角速度)转动，画笔4-3就会在纸张平面上移动并画出相应的简谐振动曲线；
2、根据不同振幅、初相位和周期画出来的曲线
6)如图5所示，初相位均为0，周期T(2π)相同，而振幅(Ai)不同条件下画出来的简谐振动曲线效果图，其振幅分别为：A1、A2、A3、A4、A5、A6；
7)如图6所示，初相位均为0，振幅A3也相同，而周期Ti不同的效果图，其中，曲线Ⅰ的周期为T1，曲线Ⅱ的周期为T1/2。
Claims (2)
1.一种简谐振动曲线绘制演示实验仪，其特征在于：包括设于底座上的电机控制箱、绘制曲线电机、画笔拉杆转动曲柄、转筒电机和画布系统，所述绘制曲线电机通过电机转动圆盘与画笔拉杆转动曲柄连接，所述画笔拉杆转动曲柄上设有画笔位置，所述画笔位置位于画布系统上，所述画布系统包括主动滚筒和从动滚筒，转筒电机和主动滚筒相连，所述绘制曲线电机与转筒电机均与电机控制箱电连接。
2.根据权利要求1所述的简谐振动曲线绘制演示实验仪，其特征在于：所述电机转动圆盘上沿径向设有一排连接柱孔,根据需要螺接相应连接柱；画笔拉杆转动曲柄包括与连接轴相连接的画笔拉杆和曲柄连接杆；所述连接柱与曲柄连接杆相连接。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105303933A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-03 | 浙江大学城市学院 | 一种简谐振动曲线绘制演示实验仪 |
| CN106128235A (zh) * | 2016-09-08 | 2016-11-16 | 天津城建大学 | 振动波动演示仪 |
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- 2015-11-25 CN CN201520949769.8U patent/CN205158735U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN105303933B (zh) * | 2015-11-25 | 2018-11-02 | 浙江大学城市学院 | 一种简谐振动曲线绘制演示实验仪 |
| CN106128235A (zh) * | 2016-09-08 | 2016-11-16 | 天津城建大学 | 振动波动演示仪 |
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