专利名称：理论力学多功能实验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及用机械方法测量力等的一般计量装置。
背景技术：
理论力学是一门理论性较强的技术基础课，是现代工程技术基础理论之一，在诸多生活、工程领域中有着广泛的应用。这门学科的理论似乎比较抽象，真正掌握也较困难，但是它的基本概念、公理、定律、定理、原理、建模思想等对于研究开发、处理重大工程、设计新产品等用处很大。由于过去理论力学基本上没有刚度与固有效率、振动与风速之间的关系、重心、力与时间曲线、求转动惯用等的实验课，工科学生学习这门课觉得比较枯燥，影响学习的效果。
发明内容
本发明研制了一种理论力学多功能实验台，能做六个实验使得这门课的教学环节生动、活泼，能收到良好的教学效果。
本发明的技术方案是1)在箱体工作台面与上顶板间的两侧分别装有两根左立杆和两根右立杆，两根左立杆间从上而下分别装有变速风扇和风扇调速器，而面对变速风扇的两根右立杆间装有电缆振动模型，电缆振动模型分别用上、下弹簧支撑，电缆振动模型上装有砝码吊钩和指针，在一根右立杆上装有刻度尺；2)在上顶板上分别装有结构完全相同的左、中、右升降轮，三个升降轮转轴上绕有三根线，三根线分别穿过上顶板上的三个小孔分别与上顶板下面的左、中、右三线摆连接，在中三线摆上刻有刻线，能在刻线上移动的左、右磁块，左三线摆上能放非均质试件；上顶板侧面装有一颗能吊求重心试件用的螺钉；3)在箱体工作台面下面有左、右抽斗，在两抽斗中放有试件连杆，振动载荷、渐加载荷袋，求重心用的非均质型钢模片；配套件风速仪，转速表，停表，砝码组，水平尺，称重秤，随机工具。
本发明具有的有益的效果是1)从测试单自由振动系统的变形，可以计算刚度与固有频率；2)演示自激振动现象及其与自由振动和受迫振动的区别，揭示自激振动模型的振幅与风速之间的关系；
3)求重心的实验方法A、悬吊法二力平衡原理的应用；B、称量法合力矩定理的应用；4)比较渐加载荷、突加载荷、冲击载荷、振动载荷这四个重要基本概念的区别，并画出这四种不同情况下的力与时间曲线；5)验证圆盘转动惯量的理论公式是J0＝1/2MR2。现在用三线摆的振动实测周期导出的转动惯量计算公式J0＝(T/2π)2×Mgr2/l，r为三线圆盘半径，这个数据与线长l有关，从而可以测试摆长l对转动惯量测试值的误差；6)用等效方法求非均质复杂物体的转动惯量。
因此本发明可在工科院校在开设理论力学实验课时推广应用，使学生对这门课的学习带来生动、活泼，能收到良好的效果。
图1是本发明的结构示意图；图2是三线摆的结构示意图；图3是四种载荷不同时的力与时间曲线图。
具体实施例方式
本发明的理论力学多功能实验台，如图1、图2所示，它包括1)在箱体工作台面14与上顶板1间的两侧分别装有两根左立杆20和两根右立杆7，两根左立杆20间从上而下分别装有变速风扇19和风扇调速器18，而面对变速风扇19的两根右立杆7间装有电缆振动模型11，电缆振动模型11分别用上、下弹簧8、13支撑，电缆振动模型11上装有砝码吊钩12和指针，在一根右立杆7上装有刻度尺9；2)在上顶板1上分别装有结构完全相同的左、中、右升降轮2、4、6，在上壳体5内的上顶板1上装有三个升降轮转轴24，三个升降轮转轴24上绕有三根线23，三根线23分别穿过上顶板1上的三个小孔分别与上顶板1下面的左、中、右三线摆21、22、10连接，在中三线摆22上刻有刻线26，能在刻线26上移动的左、右磁块25′、25，左三线摆21上能放非均质试件27；上顶板1侧面装有一颗能吊求重心试件用的螺钉3。
在箱体工作台面14下面有左、右抽斗17、15，在两抽斗中放有试件连杆，振动载荷、渐加载荷袋，求重心用的非均质型钢模片；配套件风速仪，转速表，停表，砝码组，水平尺，称重秤，随机工具。
在箱体底面装有滚轮和调节箱体工作台面水平的调节支撑16。
将实验台移至工作位置，水平尺放在工作台面上，逐个调节撑地螺杆，使台面纵横均呈水平。
本发明能做如下六个实验1)用不同砝码挂吊模拟高压输电电缆的，半圆型振动模型11下部中间的砝码钩12上，观察弹簧系统的变形，计算此单自由度质量刚度系统的刚度k，再求出固有频率fn。
2)取下砝码和砝码吊钩12，开动调速器18使启动风扇19并由低速逐级增速，测量风扇转速及在电缆振动模型附近的风速，可分10级从0.5m/s至5m/s，每次均记下振幅，这样就得到此高压输电电缆振动模型的风速与振幅曲线图。实验过程中观察自激振动现象及特征，并分析原因，结束后关闭电源。
3)从左抽斗17中取出求重心的组合型钢片状试件，用细索将其挂吊在上顶板1前端的螺钉3上(平面铅垂)，变更悬挂点，过悬点的两次垂线相交点即为其重心。打开左、右抽斗17、15，取出连杆、积木、称重秤，由于秤的最大称重量小于连杆重量，所以要求实验者开动脑筋，根据力学基本原理，用称量法求出连杆的重量及重心位置。
4)从左抽斗17中取出渐加载荷用的砂袋，将砂连续倾倒在磅秤上做渐加载荷实验，画出力与时间曲线如图3(a)所示；将砂装回塑料袋内，在磅秤上做突加载荷实验，画出力与时间曲线如图3(b)所示；将砂袋提起高度为h(如5cm)，自由落下，画出力与时间曲线如图3(c)所示；取出重量相同的内装偏心块电机的有机玻璃盒，先拨动开关，再放置在秤上，观察并画出力与时间曲线如图3(d)所示。
5)把桌面上的实验用品全部放回左、右抽斗内，转动右升降轮6，使圆盘右三线摆10下降约60cm，左手给右三线摆10一个初始角(一般小于6°)，释放圆盘后，右三线摆10发生扭转振动，右手拿停表，记录扭转10次或以上的时间，并算出周期代入右三线摆10振动导出的转动惯量计算公式。比较两种方法，确定误差，从而可知，不同重量的对象用右三线摆方法测算转动惯量，线的长度选择十分重要。最后，转动手轮使圆盘右三线摆10上升至接近于上顶板1。
6)分别转动左中二个三线摆的手轮21、22，让有非均质摇臂27的圆盘左三线摆21下降约60cm，另使配重相同的带有强磁铁25、25′的两个圆柱铁中三线摆下降到相同的高度，进行转动惯量等效实验，测出扭转振动的周期，再与左、中两个圆柱的三线摆21、22计算周期进行等效，即用计算与测试结合的办法求出非均质摇臂27的转动惯量。
权利要求
1.理论力学多功能实验台，其特征在于1)在箱体工作台面[14]与上顶板[1]间的两侧分别装有两根左立杆[20]和两根右立杆[7]，两根左立杆[20]间从上而下分别装有变速风扇[19]和风扇调速器[18]，而面对变速风扇[19]的两根右立杆[7]间装有电缆振动模型[11]，电缆振动模型[11]分别用上、下弹簧[8]、[13]支撑，电缆振动模型[11]上装有砝码吊钩[12]和指针，在一根右立杆[7]上装有刻度尺[9]；2)在上顶板[1]上分别装有结构完全相同的左、中、右升降轮[2]、[4]、[6]，三个升降轮转轴[24]上绕有三根线[23]，三根线[23]分别穿过上顶板[1]上的三个小孔分别与上顶板[1]下面的左、中、右三线摆[21]、[22]、[10]连接，在中三线摆[22]上刻有刻线[26]，能在刻线[26]上移动的左、右磁块[25′]、[25]，左三线摆[21]上能放非均质试件[27]；上顶板[1]侧面装有一颗能吊求重心试件用的螺钉[3]。
2.根据权利要求1所述的理论力学多功能实验台，其特征在于在箱体工作台面[14]下面有左、右抽斗[17]、[15]，在两抽斗中放有试件连杆，振动载荷、渐加载荷袋，求重心用的非均质型钢模片；配套件风速仪，转速表，停表，砝码组，水平尺，称重秤，随机工具。
3.根据权利要求1所述的理论力学多功能实验台，其特征在于在箱体底面装有滚轮和调节箱体工作台面水平的调节支撑[16]。
全文摘要
理论力学多功能实验台,在箱体工作台面与上顶板间的两侧分别装有变速风扇和调速器的左立杆和用上、下弹簧支撑电缆振动模型的右立杆;在上顶板上分别装有左、右升降轮,升降轮转轴上的三根线分别穿过上顶板后连接左、右、后三线摆,中三线摆上刻有刻线,能在刻线上移动的左、右磁块,左三线摆上放有非均质试件,上顶板侧面有一颗能吊求重心试件用的螺钉;并附有试件连杆,振动载荷、渐加载荷袋,求重心的非均质型钢模片,风速仪,转速表,停表,砝码组,水平尺,称重秤及随机工具。本发明能进行计算刚度与固有频率、揭示振幅与风速关系、求重心,画出力与时间曲线、计算转动惯量等实验,使学生对这门课的学习带来生动、活泼,能收到良好的效果。
文档编号G09B23/00GK1362699SQ0211059
公开日2002年8月7日 申请日期2002年1月17日 优先权日2002年1月17日
发明者庄表中 申请人:浙江大学