[发明专利]气垫滑块

说明书

本发明属一种实验教学仪器。

已有的用于运动学、动力学实验的气垫导轨，由四个部分构成，有导轨、滑块、测量系统及气源。其结构示意图如图1。图1中，1为导轨，2为导轨底座，3为进气门，4为滑块、5为挡光片，6为光电门，7为数字毫秒计，8为气源。导轨1由铝合金制成横截面呈三角形的空心柱体，空心称为气室，两侧面开有数百个小孔，其一个端头为封闭的，另一个端头安装进气门3，以便与气源8连接。所说的气源8即为气泵，向导轨1的气室供气，气体从导轨1侧面的小孔喷出，使导轨1上的滑块4与导轨1之间形成气膜，并沿导轨1无摩擦地运动，从而进行运动学、动力学实验。滑块4是铝合金部件，下底面呈形，与导轨1的三角形两侧面紧密吻合。安装在滑块4的顶部的挡光片5，安装在导轨1两端的光电门6，数字毫秒计7构成测量系统。在光电门6两侧分别装有光敏元件和灯泡，当滑块4运动时，其上的挡光片5通过光电门6时，遮住灯泡射向光敏元件的光线，使联接的数字毫计计7计时，即记录挡光片5的遮光时间，从而可以对滑块4的运动速度等进行测量。

这种气垫导轨因为滑块4与导轨1之间有气膜存在，滑块4与不再受其它力的作用（比方没有导线与测量系统联接），是力学实验的理想仪器。但是，它需要很多压缩空气，所以气源8产生震耳的噪声、若室内多套实验装置同时做实验，教师则无法指导学生和解答学生所提出的问题，影响教学实验效果。气源还要耗费不少电力;由于导轨1是空心的（中间为气室），又要求有很高的精密度（表面光洁度6、不直度0.05mm/m），给生产制造带来困难;由于导轨1向室内快速喷出气流，使室内空气不稳定、滑块4运动受到前方喷出气流柱的阻碍、光敏元件易受外界光的干扰、数字毫秒计7读数和记录与对滑块4的操作分离，造成学生实验时手忙脚乱，教师又无法指导学生。上述因素都会给实验造成偶然误差。

为克服上述的气垫导轨的缺点，并保持其不受任何外力作用的优点，设计本发明的气垫滑块。中心思想是在滑块内装上小型气源、数字毫秒计，用直流电池供电，在滑块下方装有气室，并开有小孔，而导轨则不再含有气室和小孔，从而达到降低能耗、减少噪声、制造容易、实验操作方便、减少偶然误差的目的。

本发明的气垫滑块主要分为气垫滑块和导轨两个部分。导轨的截面形状仍为△形，滑块的下底面仍为∧形，滑块放在导轨上两种形状恰好吻合，使滑块仍可在直导轨上做直线运动。导轨可以是实心的，也可以是空心的，但不再封闭、打孔和充气，这就给制造加工带来方便，也给使用、保管维护带来方便。滑块的下方装有气室，气室外侧壁开有小孔，当气室的压缩气体从小孔喷出时，可在滑块与导轨间产生气膜。气室内的气体由装在滑块内的微型直流电动机、偏轴连杆、皮腔和与大气连通的进气阀门和与气室连通的供气阀门组成的系统供给。偏轴连杆在电动机带动下运动而带动皮腔上下动作，从而使进气阀和供气阀交替工作，将大气压入气室。测量系统的微型数字毫秒计、光控元件也装在滑块内，数字显示部分装在滑块的侧壁上，以方便读数和计录，光控元件与数字毫秒计用导线连接，实验中光控元件随滑块运动，与固定安装在导轨两端的挡光片相遇时，数字毫秒计可计录挡光片的遮光时间，即滑块运动挡光片长度的路程所用的时间。电池也装在滑块内通过导线给微型直流电动机、光控元件、微型数字毫秒计机芯及显示部分供电。

滑块的具体结构可参见图2和图3。图2是滑块外部结构示意图。图2中9为外壳、10为气室端壁、11为顶壳沟槽，12为光控元件、13为数字毫秒计的数字显示窗口，并列两个，14电池盒盖、15为固定螺栓。

外壳9为长方体形，底面开口，顶壳开有两条凹槽，称顶壳沟槽11，凹槽中间装光控元件12，光控元件12可以选用GK102型的光控管，其中间也有凹槽，安装时与顶壳沟11相合。开凹槽的目的，可使光控元件12不受外界光的干扰。固定螺栓15用于固定外壳9。外壳9的另一侧面（图2中未画出），也相对地装有电池盒盖14，与数字毫秒计的数字显示窗口相对地装有电源开关和充电插口、延时复零旋扭和手动复零开关。