一种回转力矩效应演示仪的制作方法

1.本发明属于教学演示工具技术领域，具体涉及一种回转力矩效应演示仪。


背景技术：

2.回转力矩亦称陀螺力矩，是动力学的基本概念之一，指转子绕其轴转动时维持转轴方向不变的惯性力矩。它和转动惯量与角速度的乘积成正比，当外部物体带动转轴改变方向时，就产生一个反力矩，作用在迫使它改变方向的物体上，这种反力矩就是回转力矩：τ＝isωs×
ω，式中is和ωs分别是转子饶轴的转动惯量和角速度，是迫使转轴改变方向的转动角度，称这种现象为回转效应，或称陀螺效应。例如，自行车前进中，车轮前进中，车轮的相对骑车人为由右向左，若施力矩让车向左转，则方向向上，骑车人右手必受反力矩m，其方向向前，对人体效应是使人右倾而不至于倒于左侧，为车前轮绕转轴的转动惯量，实践中搬动转动的机器，轮船和飞机的飞行，都有可能因转动体对载体产生回转力矩而受损伤。
3.该力学效应在大学课程中较难理解，演示性的教具在这一领域还是空白，学生只能靠大量的计算和推演了解运动过程。因此学生较难理解这一力学效应。此回转力矩效应演示仪，能够直观的，简单的演示回转力矩效应，将欧拉定理复杂的推力演算过程省略，直接将结果，及回转力矩效应演示的清楚明了，为学生充分理解和掌握该刚体空间回转知识点做了良好的铺垫。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种回转力矩效应演示仪，解决现有教学没有相关演示工具，能够直观的、简单的演示回转力矩效应的问题。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种回转力矩效应演示仪，包括底座，所述底座内设置有第一电机，所述第一电机的驱动端设置有竖向布置的主轴，所述主轴的侧部设置有第一连接座和支撑杆，所述第一连接座的侧部铰接有水平轴，所述水平轴的一端设置有第二电机，所述第二电机的驱动端设置有可在竖向旋转的飞轮，所述支撑杆位于所述水平轴上方，支撑杆与水平轴之间设置有测力计。
6.作为本发明的一种优选的技术方案，所述主轴上设置有导电滑环，所述第二电机通过导电滑环与电源连接。
7.作为本发明的一种优选的技术方案，所述底座上设置有密封盖，所述导电滑环位于所述密封盖内，所述主轴从所述密封盖的顶部伸出。
8.作为本发明的一种优选的技术方案，所述主轴与所述密封盖之间设置有轴承。
9.作为本发明的一种优选的技术方案，所述连接座内设置有凹槽，所述水平轴的另一端通过销轴可转动地设置在所述凹槽内。
10.作为本发明的一种优选的技术方案，所述测力计为弹簧测力计，测力计通过挂钩安装在支撑杆上，测力计的测试端通过挂钩与所述水平轴连接。
11.作为本发明的一种优选的技术方案，所述第一电机和第二电机均为步进电机。
12.作为本发明的一种优选的技术方案，所述主轴上设置有第二连接座，所述支撑杆的一端插装在所述第二连接座内。
13.本发明的有益效果是：本发明的一种回转力矩效应演示仪，能够直观的、简单的演示回转力矩效应，将欧拉定理复杂的推力演算过程省略，直接将结果及回转力矩效应演示的清楚明了，为学生充分理解和掌握该刚体空间回转知识点做了良好的铺垫。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
15.图1为本发明的一种回转力矩效应演示仪的结构示意图。
16.图中：1.底座，2.密封盖，3.轴承，4.第一连接座，5.第二连接座，6.主轴，7.支撑杆，8.测力计，9.飞轮，10.第二电机，11.水平轴，12.导电滑套，13.第一电机。
具体实施方式
17.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
18.在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
19.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
20.如图1所示，本发明的一种回转力矩效应演示仪，包括底座1，底座1内设置有第一电机13，第一电机13的驱动端设置有竖向布置的主轴6，主轴6的侧部设置有第一连接座4和支撑杆7，第一连接座4的侧部铰接有水平轴11，水平轴11的一端设置有第二电机10，第二电机10的驱动端设置有可在竖向旋转的飞轮9，支撑杆7位于水平轴11上方，支撑杆7与水平轴11之间设置有测力计8。
21.本发明的一种回转力矩效应演示仪根据回转力矩理论进行设计，使装置在运动起来之后符合回转力矩效应，并且有明显且易于观察的实验现象。
22.本发明的回转力矩效应演示仪由底座1、主轴6、水平轴11、飞轮9、水平驱动电机(第二电机10)、竖直驱动电机(第一电机13)、导电滑环12、弹簧测力计8等组成。
23.其中：安装在底座1上的第一电机13可以驱动主轴6以及与主轴6连接的其他部件在水平面内旋转；第二电机10则驱动飞轮9以水平轴11为基准旋转；水平轴11通过一个第一连接4座与主轴6联接并且可以在竖直平面内转动。
24.使用弹簧测力计8使水平轴11在静止时保持水平，这样当主轴6带动水平轴11转动时，水平轴11上的飞轮9会在转动时就会产生回转力矩效应，水平轴11就会竖直平面内转动一个角度，这个角度随着主轴6和飞轮9转速的变化而变化。由弹簧测力计8的读数可以观查到回转力矩效应的现象还可以定量的测量回转力矩效应变化的大小。
25.如图1所示，在本发明的一种回转力矩效应演示仪中，主轴6上设置有导电滑环12，第二电机10通过导电滑环12与电源连接。
26.装通过一个导电滑环作为媒介为第二电机10供电，避免水平轴11上的第二电机10的供电线缠绕在主轴6上。
27.如图1所示，在本发明的一种回转力矩效应演示仪中，底座1上设置有密封盖2，导电滑环12位于密封盖2内，主轴6从密封盖2的顶部伸出。
28.密封盖2将导电滑环12进行密封，可以防止外界杂物进行，附着在其上对其早上污染，影响导电性能。
29.如图1所示，在本发明的一种回转力矩效应演示仪中，主轴6与密封盖2之间设置有轴承3。
30.轴承3可为主轴6提供竖向滑动支撑，确保其能都稳定进行转动，不会发生径向跳动，影响实验的稳定性。
31.如图1所示，在本发明的一种回转力矩效应演示仪中，第一连接座4内设置有凹槽，水平轴11的另一端通过销轴可转动地设置在凹槽内。
32.水平轴11的另一端通过销轴可转动地设置在凹槽内，安装较为方便，便于操作。
33.如图1所示，在本发明的一种回转力矩效应演示仪中，测力计8为弹簧测力计，测力计8通过挂钩安装在支撑杆7上，测力计8的测试端通过挂钩与水平轴11连接。
34.测力计8通过两个挂钩可以实现与支撑杆7和水平轴11连接，装配较为方便，也便于进行拆卸、调整位置。
35.如图1所示，在本发明的一种回转力矩效应演示仪中，第一电机13和第二电机10均为步进电机。
36.选择步进电机便于进行转速的控制调节，以便进行不同试验需求的演示，使初学者更好的理解。
37.如图1所示，在本发明的一种回转力矩效应演示仪中，主轴6上设置有第二连接座5，支撑杆7的一端插装在第二连接座5内。
38.支撑杆7通过第二连接座5装配在主轴6上，便于进行拆装更换，操作较为方便。
39.因此，与现有技术相比，本发明的一种回转力矩效应演示仪，能够直观的、简单的演示回转力矩效应，将欧拉定理复杂的推力演算过程省略，直接将结果及回转力矩效应演示的清楚明了，为学生充分理解和掌握该刚体空间回转知识点做了良好的铺垫。
40.上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。