[实用新型]一种正弦振动教具

说明书

技术领域

本实用新型涉及教学用具，尤其是一种正弦振动教具。

背景技术

目前在各所高校中，振动课程中设计的各种振动形式都无法让学生明白其真实原理，导致学者难以理解。

发明内容

本实用新型提供一种正弦振动教具，利用机械结构产出正弦波，让学者亲眼目睹其工作过程，使教学内容易懂。

为了解决上述技术问题，本实用新型技术方案为：一种正弦振动教具，包括立板式的基座、微控制器，其特征在于：基座的一侧面上设有水平的导轨，导轨的连接端与基座固定连接，导轨上设有滑块，滑块通过多个滚轮与导轨滑动连接，导轨连接端内设有回位弹簧，回位弹簧的一端与滑块连接，回位弹簧的另一端固定于导轨内；相对于导轨的另一端处设有气垫导轨，气垫导轨上设有多个间隔分布的气垫滑块，与滑块相邻的气垫滑块通过连接弹簧与滑块连接，气垫滑块与气垫滑块之间通过连接弹簧连接；靠近导轨的一侧处设有步进电机，步进电机与微控制器连接，步进电机的转轴与旋转臂的一端连接，旋转臂的另一端与滑块一侧面接触连接，滑块通过旋转臂的旋转力能沿导轨水平方向滑动。

对上述技术方案进一步的改进，所述滑块内腔中设有上滚轮和下滚轮，导轨的顶面及底面上均设有滚轮滑槽，上滚轮和下滚轮分别与导轨上的两个滚轮滑槽滑动连接；导轨的一侧面上设有导向槽，回位弹簧设置在导向槽内；这样优化了整个教具的结构，简单的结构便于安装、拆卸和维护，而且防止了滑块在导轨上跳动的问题。

有益效果：1. 滑块通过滚轮在导轨上滑动，因滚轮与导轨为点接触，这样能减小两者的摩擦力；2.滑块通过连接弹簧与气垫导轨上的气垫滑块连接，连接弹簧用于传递力或频率，这样是为了避免力的损耗；3.气垫滑块与气垫导轨轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动，极大地减小了以往在力学实验中由于摩擦力引起的误差；4.气垫滑块与气垫滑块之间通过连接弹簧连接，这样能显像出力在传递过程中的的衰减现象，即正弦波；5.本实用新型结构简单，操作简单，利用机械结构产出正弦波，让学者亲眼目睹其工作过程，使教学内容易懂，准确的展示正弦振动效果。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是图1中导轨结构的局部放大图。

图3是本实用新型的结构示意图。

图4是本实用新型工作原理流程图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，一种正弦振动教具，包括立板式的基座1和微控制器2，基座1的一侧面上设有水平的导轨3，导轨的连接端与基座1固定连接，导轨3的顶面及底面上均设有滚轮滑槽，导轨3上设有滑块4，滑块4内腔中设有上滚轮5和下滚轮6，上滚轮5和下滚轮6分别与导轨3上的两个滚轮滑槽滑动连接，滑块4通过两个滚轮沿导轨水平方向滑动，两个滚轮减少了滑块与导轨的摩擦力；导轨3的一侧面上设有水平的导向槽，导向槽内设有回位弹簧7，回位弹簧7位于导轨3的连接端内，回位弹簧7靠近滑块的一端与滑块4连接，回位弹簧7的另一端固定于导轨3内，导向槽对回位弹簧7起导向作用；相对于导轨3的另一端处设有气垫导轨8，气垫导轨8上设有四个间隔分布的气垫滑块9，与滑块4相邻的气垫滑块9通过连接弹簧10与滑块4连接，气垫滑块9与气垫滑块9之间通过连接弹簧10连接；靠近导轨3的一侧处设有步进电机11，步进电机11与微控制器2连接，步进电机11的转轴与旋转臂12的一端连接，旋转臂12的另一端通过柱体13与滑块4一侧面接触连接，旋转臂12的旋转力驱动滑块4沿导轨水平方向滑动，且旋转臂、柱体的运动轨迹不会与导轨、基座发生干涉。

微控制器在所属领域是公知的技术，未做详细描述。

如图4所示，1.通过人机界面的提示输入振动频率、振动次数等参数；2.微控制器通过数字信号控制正弦振动机构；3.正弦振动机构中，滑块、回位弹簧及连接弹簧三者构成简谐振子，当步进电机驱动旋转臂旋转时，并带动滑块在导轨上做直线运动，气垫滑块会通过连接弹簧随滑块一起运动，通过连接弹簧带动气垫滑块在气垫导轨上运动，从而使电机的旋转运动转化成气垫滑块的直线运动；其中可以调节旋转运动的运动半径，运动半径即可转化成正弦波的振幅。

正弦振动的实质是圆周运动通过多个气垫滑块所呈现的运动；气垫滑块的运动是一种振幅逐渐减小的阻尼振动，但是由于振幅衰减的较慢，在较短的时间内可近似地把它看作简谐运动。

机械结构产出正弦波：通过机械结构给定一个指定的力或者说指定的频率让滑块做简谐运动；步进电机是圆周运动，通过滑块转换成正弦力，再通过连接弹簧传给气垫滑块，气垫滑块的简谐运动可以用一个正弦公式描述，那么滑块的简谐运动就是正弦波。

正弦波振动是以正弦曲线为基本运动曲线，正弦曲线可表示为y=Asin(ωx+φ)+k，定义为函数y=Asin(ωx+φ)+k在直角坐标系上的图象， A—振幅，当物体作轨迹符合正弦曲线的直线往复运动时，其值为行程的1/2；(ωx+φ)—相位，反映变量y所处的状态；φ—初相，x=0时的相位，反映在坐标系上则为图像的左右移动；k—偏距，反映在坐标系上则为图像的上移或下移；ω—角速度， 控制正弦周期(即旋转臂的角速度，和步进电机的角速度有关)。