本發(fā)明涉及教學(xué)用具，尤其是一種正弦振動(dòng)教具。

背景技術(shù)：

目前在各所高校中，振動(dòng)課程中設(shè)計(jì)的各種振動(dòng)形式都無(wú)法讓學(xué)生明白其真實(shí)原理，導(dǎo)致學(xué)者難以理解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種正弦振動(dòng)教具，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)出正弦波，讓學(xué)者親眼目睹其工作過(guò)程，使教學(xué)內(nèi)容易懂。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案為：一種正弦振動(dòng)教具，包括立板式的基座、微控制器，其特征在于：基座的一側(cè)面上設(shè)有水平的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的連接端與基座固定連接，導(dǎo)軌上設(shè)有滑塊，滑塊通過(guò)多個(gè)滾輪與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，導(dǎo)軌連接端內(nèi)設(shè)有回位彈簧，回位彈簧的一端與滑塊連接，回位彈簧的另一端固定于導(dǎo)軌內(nèi)；相對(duì)于導(dǎo)軌的另一端處設(shè)有氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌上設(shè)有多個(gè)間隔分布的氣墊滑塊，與滑塊相鄰的氣墊滑塊通過(guò)連接彈簧與滑塊連接，氣墊滑塊與氣墊滑塊之間通過(guò)連接彈簧連接；靠近導(dǎo)軌的一側(cè)處設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)與微控制器連接，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)臂的一端連接，旋轉(zhuǎn)臂的另一端與滑塊一側(cè)面接觸連接，滑塊通過(guò)旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)力能沿導(dǎo)軌水平方向滑動(dòng)。

對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)一步的改進(jìn)，所述滑塊內(nèi)腔中設(shè)有上滾輪和下滾輪，導(dǎo)軌的頂面及底面上均設(shè)有滾輪滑槽，上滾輪和下滾輪分別與導(dǎo)軌上的兩個(gè)滾輪滑槽滑動(dòng)連接；導(dǎo)軌的一側(cè)面上設(shè)有導(dǎo)向槽，回位彈簧設(shè)置在導(dǎo)向槽內(nèi)；這樣優(yōu)化了整個(gè)教具的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)便于安裝、拆卸和維護(hù)，而且防止了滑塊在導(dǎo)軌上跳動(dòng)的問(wèn)題。

有益效果：1. 滑塊通過(guò)滾輪在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，因滾輪與導(dǎo)軌為點(diǎn)接觸，這樣能減小兩者的摩擦力；2.滑塊通過(guò)連接彈簧與氣墊導(dǎo)軌上的氣墊滑塊連接，連接彈簧用于傳遞力或頻率，這樣是為了避免力的損耗；3.氣墊滑塊與氣墊導(dǎo)軌軌面脫離接觸，因而能在軌面上做近似無(wú)阻力的直線運(yùn)動(dòng)，極大地減小了以往在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中由于摩擦力引起的誤差；4.氣墊滑塊與氣墊滑塊之間通過(guò)連接彈簧連接，這樣能顯像出力在傳遞過(guò)程中的的衰減現(xiàn)象，即正弦波；5.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)出正弦波，讓學(xué)者親眼目睹其工作過(guò)程，使教學(xué)內(nèi)容易懂，準(zhǔn)確的展示正弦振動(dòng)效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的局部放大圖。

圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明工作原理流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2和圖3所示，一種正弦振動(dòng)教具，包括立板式的基座1和微控制器2，基座1的一側(cè)面上設(shè)有水平的導(dǎo)軌3，導(dǎo)軌的連接端與基座1固定連接，導(dǎo)軌3的頂面及底面上均設(shè)有滾輪滑槽，導(dǎo)軌3上設(shè)有滑塊4，滑塊4內(nèi)腔中設(shè)有上滾輪5和下滾輪6，上滾輪5和下滾輪6分別與導(dǎo)軌3上的兩個(gè)滾輪滑槽滑動(dòng)連接，滑塊4通過(guò)兩個(gè)滾輪沿導(dǎo)軌水平方向滑動(dòng)，兩個(gè)滾輪減少了滑塊與導(dǎo)軌的摩擦力；導(dǎo)軌3的一側(cè)面上設(shè)有水平的導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽內(nèi)設(shè)有回位彈簧7，回位彈簧7位于導(dǎo)軌3的連接端內(nèi)，回位彈簧7靠近滑塊的一端與滑塊4連接，回位彈簧7的另一端固定于導(dǎo)軌3內(nèi)，導(dǎo)向槽對(duì)回位彈簧7起導(dǎo)向作用；相對(duì)于導(dǎo)軌3的另一端處設(shè)有氣墊導(dǎo)軌8，氣墊導(dǎo)軌8上設(shè)有四個(gè)間隔分布的氣墊滑塊9，與滑塊4相鄰的氣墊滑塊9通過(guò)連接彈簧10與滑塊4連接，氣墊滑塊9與氣墊滑塊9之間通過(guò)連接彈簧10連接；靠近導(dǎo)軌3的一側(cè)處設(shè)有步進(jìn)電機(jī)11，步進(jìn)電機(jī)11與微控制器2連接，步進(jìn)電機(jī)11的轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)臂12的一端連接，旋轉(zhuǎn)臂12的另一端通過(guò)柱體13與滑塊4一側(cè)面接觸連接，旋轉(zhuǎn)臂12的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動(dòng)滑塊4沿導(dǎo)軌水平方向滑動(dòng)，且旋轉(zhuǎn)臂、柱體的運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)與導(dǎo)軌、基座發(fā)生干涉。

微控制器在所屬領(lǐng)域是公知的技術(shù)，未做詳細(xì)描述。

如圖4所示，1.通過(guò)人機(jī)界面的提示輸入振動(dòng)頻率、振動(dòng)次數(shù)等參數(shù)；2.微控制器通過(guò)數(shù)字信號(hào)控制正弦振動(dòng)機(jī)構(gòu)；3.正弦振動(dòng)機(jī)構(gòu)中，滑塊、回位彈簧及連接彈簧三者構(gòu)成簡(jiǎn)諧振子，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，并帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上做直線運(yùn)動(dòng)，氣墊滑塊會(huì)通過(guò)連接彈簧隨滑塊一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連接彈簧帶動(dòng)氣墊滑塊在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，從而使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成氣墊滑塊的直線運(yùn)動(dòng)；其中可以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)半徑，運(yùn)動(dòng)半徑即可轉(zhuǎn)化成正弦波的振幅。

正弦振動(dòng)的實(shí)質(zhì)是圓周運(yùn)動(dòng)通過(guò)多個(gè)氣墊滑塊所呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)；氣墊滑塊的運(yùn)動(dòng)是一種振幅逐漸減小的阻尼振動(dòng)，但是由于振幅衰減的較慢，在較短的時(shí)間內(nèi)可近似地把它看作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)出正弦波：通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)給定一個(gè)指定的力或者說(shuō)指定的頻率讓滑塊做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)是圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)滑塊轉(zhuǎn)換成正弦力，再通過(guò)連接彈簧傳給氣墊滑塊，氣墊滑塊的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)可以用一個(gè)正弦公式描述，那么滑塊的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)就是正弦波。

正弦波振動(dòng)是以正弦曲線為基本運(yùn)動(dòng)曲線，正弦曲線可表示為y=Asin(ωx+φ)+k，定義為函數(shù)y=Asin(ωx+φ)+k在直角坐標(biāo)系上的圖象， A—振幅，當(dāng)物體作軌跡符合正弦曲線的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其值為行程的1/2；(ωx+φ)—相位，反映變量y所處的狀態(tài)；φ—初相，x=0時(shí)的相位，反映在坐標(biāo)系上則為圖像的左右移動(dòng)；k—偏距，反映在坐標(biāo)系上則為圖像的上移或下移；ω—角速度， 控制正弦周期(即旋轉(zhuǎn)臂的角速度，和步進(jìn)電機(jī)的角速度有關(guān))。