一種手動(dòng)科氏加速度演示儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及用于課堂教學(xué)的一種手動(dòng)科氏加速度演示儀,特別適用于大學(xué)理論力學(xué)的課堂教學(xué)，它主要由箱體；大錐齒輪；小錐齒輪；主軸；大圓盤；換向器；第一傳動(dòng)軸；皮帶輪；拉簧；第二傳動(dòng)軸；軸承；搖把；第一直齒輪；.皮帶輪；大圓盤；第二直齒輪；第三直齒輪；換向器齒輪組成。箱體上方固連內(nèi)嚙合齒輪；大錐齒輪連接于搖把；主軸連接于箱體，小錐齒輪固連于主軸；大圓盤固連于主軸；第一傳動(dòng)軸與第二傳動(dòng)軸固定于大圓盤上；換向器通過(guò)換向器齒輪與箱體上方的內(nèi)嚙合齒輪嚙合；拉簧置于兩個(gè)皮帶輪輪槽中；攝像頭通過(guò)支撐板固定在大圓盤上方。本實(shí)用新型體積小、質(zhì)量輕，攜帶方便，讓科氏加速度的演示效果通過(guò)拉簧形變展現(xiàn)的更直觀。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及用于課堂教學(xué)的一種手動(dòng)科氏加速度演示儀，特別適用于大學(xué) 理論力學(xué)的課堂教學(xué)，使同學(xué)認(rèn)識(shí)和理解科氏加速度的一種教具。 -種手動(dòng)科氏加速度演示儀

【背景技術(shù)】
[0002] 力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)包括絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)。由點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)理論可 知，當(dāng)牽連運(yùn)動(dòng)含轉(zhuǎn)動(dòng)成分時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生科氏加速度（或科氏慣性力）。
[0003] 科氏加速度（或科氏慣性力）體現(xiàn)在我們的生活之中，如洗漱完之后，打開(kāi)排水閥 時(shí)發(fā)現(xiàn)水流在排水口處形成了一個(gè)逆時(shí)針漩渦，又如俗語(yǔ)"三十年河?xùn)|，三十年河西"，以前 黃河河道不固定，經(jīng)常會(huì)改道。
[0004] 科氏加速度（或科氏慣性力）是很抽象的概念，在平時(shí)的理論課堂教學(xué)中，學(xué)生對(duì) 于這部分的內(nèi)容理解起來(lái)比較吃力，在課堂我們又不可能親臨黃河河道觀察，所以這在大 學(xué)力學(xué)課程中是難點(diǎn)。
[0005] 科氏加速度儀包括科氏加速度演示儀和科氏加速度實(shí)驗(yàn)儀等，是通過(guò)一定裝置在 地球參考上使運(yùn)動(dòng)物體產(chǎn)生科氏加速度（或科氏慣性力），進(jìn)而在地球參考系上來(lái)觀察質(zhì) 點(diǎn)產(chǎn)生科氏加速度（或科氏慣性力）的現(xiàn)象或者測(cè)試分析科氏加速度（或科氏慣性力）的 一種儀器。這些科氏加速度儀主要由產(chǎn)生牽連運(yùn)動(dòng)的部分、產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部分、傳動(dòng)部分 和動(dòng)力部分等組成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型的目的是為了使同學(xué)認(rèn)識(shí)和理解科氏加速度，提供一種手動(dòng)科氏加 速度演示儀，通過(guò)拉簧形變展示科式加速度的存在，同時(shí)通過(guò)換向器和手柄對(duì)轉(zhuǎn)速大小和 方向，定性的研究速度Vr和角速度We的大小和方向?qū)剖霞铀俣鹊挠绊憽?br> [0007] 本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：本實(shí)用新型一種關(guān)于科氏加速度的演示儀器，主 要由箱體；大錐齒輪；小錐齒輪；主軸；大圓盤；換向器；第一傳動(dòng)軸；皮帶輪；拉簧；第二傳 動(dòng)軸；軸承；搖把；第一直齒輪；.皮帶輪；大圓盤；第二直齒輪；第三直齒輪；換向器齒輪組 成。用螺釘固連有機(jī)玻璃形成半封閉箱體，箱體上方固連內(nèi)嚙合齒輪；搖把連接于箱體，大 錐齒輪連接于搖把；主軸連接于箱體，小錐齒輪固連于主軸；大圓盤固連于主軸；第一傳動(dòng) 軸與第二傳動(dòng)軸固定于大圓盤上；換向器通過(guò)換向器齒輪與箱體上方的內(nèi)哨合齒輪哨合； 兩個(gè)皮帶輪分別固連于第一傳動(dòng)軸和第二傳動(dòng)軸，拉簧置于兩個(gè)皮帶輪輪槽中；攝像頭通 過(guò)支撐板固定在大圓盤上方。
[0008] 本演示儀通過(guò)搖把輸入動(dòng)力，再通過(guò)大錐齒輪和小錐齒輪把動(dòng)力傳給主軸。主軸 帶動(dòng)大圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參考系。同時(shí)第一傳動(dòng)軸通過(guò)換向器齒輪與箱體上方 的內(nèi)嚙合齒輪嚙合傳動(dòng)，使皮帶輪發(fā)生自轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)上方拉簧在轉(zhuǎn)動(dòng)參考系上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 從而產(chǎn)生科氏加速度。通過(guò)本演示儀的拉簧凹凸現(xiàn)象，即所謂的科氏慣性力對(duì)拉簧相對(duì)運(yùn) 動(dòng)的影響而感觀到科氏加速度的存在性。拉簧的凹凸現(xiàn)象通過(guò)安裝在動(dòng)系（圓盤）上方的 攝像頭，實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果是：1、演示儀通過(guò)手動(dòng)，體積小、質(zhì)量輕，所以環(huán)保健康，攜 帶方便，易于帶進(jìn)課堂，讓同學(xué)們親手操作，印象深刻；2、讓科氏加速度的演示效果通過(guò)拉 簧形變展現(xiàn)的更直觀；3、通過(guò)換向器裝置，可以實(shí)現(xiàn)大圓盤和皮帶輪轉(zhuǎn)速的同向和逆向，從 而定性分析角速度和相對(duì)速度方向?qū)剖霞铀俣鹊挠绊懀?、通過(guò)主軸中間的直齒輪組，可 以實(shí)現(xiàn)皮帶輪的同步轉(zhuǎn)速，從而消除了皮帶輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的松緊邊效應(yīng)。5、通過(guò)大圓盤上的 攝像頭，從而實(shí)現(xiàn)拉簧相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本實(shí)用新型一種手動(dòng)科氏加速度演示儀的結(jié)構(gòu)示意主視圖；
[0011] 圖2為圖1的結(jié)構(gòu)示意俯視圖；
[0012] 圖3為本實(shí)用新型的圓盤上部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖中：1.箱體；2.主軸；3.大錐齒輪；4.小錐齒輪；5.內(nèi)嚙合齒輪；6.換向器； 7.弟一傳動(dòng)軸；8.攝像頭；9.支撐板；10.拉黃；11.弟_傳動(dòng)軸；12.軸承；13.搖把；14弟 一直齒輪；15.皮帶輪；16.大圓盤；17.第二直齒輪；18.第三直齒輪；19.換向器齒輪。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015] 如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型一種手動(dòng)科氏加速度演示儀，主要由箱體1、主 軸2、大錐齒輪3、小錐齒輪4、內(nèi)嚙合齒輪5、換向器6、第一傳動(dòng)軸7、攝像頭8、支撐板9、拉 簧10、第二傳動(dòng)軸11、軸承12、搖把13、第一直齒輪14、皮帶輪15、大圓盤16、第二直齒輪 17、第三直齒輪18、換向器齒輪19等組成。用螺釘固連有機(jī)玻璃形成半封閉箱體1，箱體1 上方固連內(nèi)嚙合齒輪5 ;搖把連接于箱體1，大錐齒輪3連接于搖把13 ;主軸2連接于箱體 1，小錐齒輪4固連于主軸2 ;大圓盤16固連于主軸2,第一傳動(dòng)軸7與第二傳動(dòng)軸14固定 于大圓盤16上；換向器6通過(guò)換向器齒輪19與箱體1上方的內(nèi)哨合齒輪哨合5 ;兩個(gè)皮帶 輪15分別固連于第一傳動(dòng)軸7和第二傳動(dòng)軸11，拉簧10置于兩個(gè)皮帶輪15輪槽中；攝像 頭8通過(guò)支撐板9固定在大圓盤16上方。
[0016] 如圖3所示，第三直齒輪18裝入第一傳動(dòng)軸7上，第二直齒輪17裝入主軸2上， 第一直齒輪14裝入傳動(dòng)軸11 ;三個(gè)直齒輪相互嚙合，兩個(gè)皮帶輪15裝入第一傳動(dòng)軸7與 第二傳動(dòng)軸11上。
[0017] 科氏加速度的產(chǎn)生：如圖1、2所示通過(guò)搖把13輸入動(dòng)力，再通過(guò)大錐齒輪3和小 錐齒輪4把動(dòng)力傳給主軸2。主軸2帶動(dòng)大圓盤16轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參考系。同時(shí) 第一傳動(dòng)軸7通過(guò)換向器6 (三星換向器）中的換向器齒輪19與箱體1上方的內(nèi)哨合齒輪 5嚙合傳動(dòng)，使兩個(gè)皮帶輪15發(fā)生自轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)上方拉簧10在轉(zhuǎn)動(dòng)參考系上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 綜上，拉簧10上每一點(diǎn)既有一個(gè)角速度為We的牽連速度，同時(shí)也有一個(gè)線速度為Vr的相 對(duì)速度。理論分析表明：由于運(yùn)動(dòng)參考系的牽連轉(zhuǎn)動(dòng)與質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的耦合效應(yīng)將產(chǎn)生 所謂的科氏加速度。科氏加速度的概念雖然抽象，但卻可以通過(guò)本演示儀的拉簧凹凸現(xiàn)象， 即所謂的科氏慣性力對(duì)拉簧10相對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響而感觀到它的存在性。拉簧10的凹凸現(xiàn)象 通過(guò)安裝在動(dòng)系（大圓盤16)上方的攝像頭8,實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)。
[0018] 定性分析相對(duì)速度和牽連速度大小和方向?qū)剖霞铀俣鹊挠绊懀禾岣邠u把13轉(zhuǎn) 速，后面保持上面操作不變，即可比較得出相對(duì)速度和牽連速度大小對(duì)科氏加速度的影響： 改變換向器6中的換向器齒輪19嚙合個(gè)數(shù)，保持上面步驟不變，即可得出相對(duì)速度和牽連 速度方向?qū)剖霞铀俣鹊挠绊憽?br> [0019] 松緊邊效應(yīng)與非對(duì)稱現(xiàn)象的消除，如圖3所示，第一傳動(dòng)軸7通過(guò)換向器6產(chǎn)生動(dòng) 力，第一傳動(dòng)軸7帶動(dòng)第三直齒輪18轉(zhuǎn)動(dòng)；第三直齒輪18通過(guò)嚙合傳動(dòng)，帶動(dòng)第二直齒輪 17、第一直齒輪14轉(zhuǎn)動(dòng)；第一直齒輪14帶動(dòng)第二傳動(dòng)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)；從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)皮帶輪15 雙軸驅(qū)動(dòng)；消除了在理論上單軸驅(qū)動(dòng)的拉簧10將存在松邊與緊邊，使拉簧10產(chǎn)生的科氏變 形現(xiàn)象關(guān)于兩皮帶輪15輪心連線不對(duì)稱的現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1. 一種手動(dòng)科氏加速度演示儀，主要由箱體（1)、主軸（2)、大錐齒輪（3)、小錐齒輪 (4)、內(nèi)嚙合齒輪（5)、換向器（6)、第一傳動(dòng)軸（7)、攝像頭（8)、支撐板（9)、拉簧（10)、第二 傳動(dòng)軸（11)、軸承（12)、搖把（13)、第一直齒輪（14)、皮帶輪（15)、大圓盤（16)、第二直齒 輪（17)、第三直齒輪（18)、換向器齒輪（19)等組成，其特征在于，用螺釘固連有機(jī)玻璃形成 半封閉箱體（1)，箱體（1)上方固連內(nèi)嚙合齒輪（5);搖把連接于箱體（1)，大錐齒輪（3)連 接于搖把（13);主軸⑵連接于箱體（1)，小錐齒輪⑷固連于主軸⑵；大圓盤（16)固連 于主軸（2)，第一傳動(dòng)軸（7)與第二傳動(dòng)軸（14)固定于大圓盤（16)上；換向器（6)通過(guò)換 向器齒輪（19)與箱體（1)上方的內(nèi)哨合齒輪哨合（5);兩個(gè)皮帶輪（15)分別固連于第一 傳動(dòng)軸（7)和第二傳動(dòng)軸（11)，拉簧（10)置于兩個(gè)皮帶輪（15)輪槽中；攝像頭（8)通過(guò) 支撐板（9)固定在大圓盤（16)上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手動(dòng)科氏加速度演示儀，其特征在于，第三直齒輪（18) 裝入第一傳動(dòng)軸（7)上，第二直齒輪（17)裝入主軸（2)上，第一直齒輪（14)裝入傳動(dòng)軸 (11);三個(gè)直齒輪相互嚙合，兩個(gè)皮帶輪（15)裝入第一傳動(dòng)軸（7)與第二傳動(dòng)軸（11)上。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK203882490SQ201420307590
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】王維, 包澤軍, 張?zhí)煨? 張展飛, 蔣宜辰 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)