一種用于演示摩擦力變化的電動(dòng)電子裝置

賈鴻飛

摘 要：一種用于演示摩擦力變化的電動(dòng)電子裝置，包括底板、安裝板和滑塊，底板上端設(shè)置的安裝板上固定摩擦板，在摩擦板的一端放置滑塊，其特征在于：在摩擦板另一端安裝一大齒輪，該大齒輪在同側(cè)底板側(cè)邊安裝的電機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，在大齒輪一側(cè)端面徑向均布安裝多個(gè)凸柱，任意一個(gè)凸柱連接一個(gè)牽引繩的一端，該牽引繩的另一端連接與大齒輪相對應(yīng)的滑塊端面所裝的拉力傳感器，該拉力傳感器的輸出端連接中央控制模塊，該中央控制模塊通過顯示驅(qū)動(dòng)模塊連接底板側(cè)邊所裝的顯示屏，該中央控制模塊通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接所述電機(jī)的控制端。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)電子裝置；固定摩擦板；拉力傳感器；中央控制模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

中圖分類號：TM359 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.背景技術(shù)

本裝置涉及摩擦力變化實(shí)驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于演示摩擦力變化的電動(dòng)電子裝置。本裝置涉及摩擦力變化實(shí)驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于演示摩擦力變化的電動(dòng)電子裝置。摩擦力是中學(xué)物理的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力，其中的靜摩擦力是指當(dāng)物體在另一個(gè)物體表面沿接觸面的切線方向運(yùn)動(dòng)或有相對運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，在兩物體的接觸面之間會(huì)產(chǎn)生阻礙它們相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)趨勢的作用力，另外的滑動(dòng)摩擦力是指當(dāng)物體在另一個(gè)物體表面上相對滑動(dòng)時(shí)，要受到另一個(gè)物體阻礙它相對滑動(dòng)的力。在理論結(jié)合實(shí)際中，較常使用如圖3的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)是：包括底板16、安裝板21、滑塊18和彈簧稱24，底板的一端安裝豎板23，在豎板上豎直安裝彈簧稱的上端，彈簧稱的吊鉤下方的豎板上安裝定滑輪25，在豎板旁側(cè)的底板上通過螺栓19和墊圈20固定安裝板，在安裝板上固定摩擦板12，摩擦板上放置滑塊，滑塊連接的繩子繞過定滑輪下端后連接彈簧稱下端安裝的吊鉤。但在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，教師向豎板反方向拖動(dòng)滑塊，在即將運(yùn)動(dòng)的一瞬間至開始運(yùn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)會(huì)發(fā)生變化，學(xué)生通過觀察可以了解靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力之間的變化情況，但彈簧秤的數(shù)值變化較小，教師較大時(shí)不易看清楚，有些人經(jīng)過研究，將彈簧秤替換為量筒等大變化的器具，但使用中的仍然較小，不適合大教室使用，而且其量綱是高度數(shù)值變化，非常的不直觀。

2.設(shè)計(jì)原理

本裝置的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供自動(dòng)進(jìn)行演示且顯示直觀、便于學(xué)生學(xué)習(xí)的一種用于演示摩擦力變化的電動(dòng)電子裝置。

2.1 本裝置采取的技術(shù)方案是：一種用于演示摩擦力變化的電動(dòng)電子裝置，包括底板、安裝板和滑塊，底板上端設(shè)置的安裝板上固定摩擦板，在摩擦板的一端放置滑塊，其特征在于：在摩擦板另一端安裝一大齒輪，該大齒輪在同側(cè)底板側(cè)邊安裝的電機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，在大齒輪一側(cè)端面徑向均布安裝多個(gè)凸柱，任意一個(gè)凸柱連接一個(gè)牽引繩的一端，該牽引繩的另一端連接與大齒輪相對應(yīng)的滑塊端面所裝的拉力傳感器，該拉力傳感器的輸出端連接一中央控制模塊，該中央控制模塊通過顯示驅(qū)動(dòng)模塊連接底板側(cè)邊所裝的顯示屏，該中央控制模塊通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接所述電機(jī)的控制端。而且，所述基板側(cè)邊安裝一氣泡式水平儀。而且，所述基板的兩側(cè)邊均安裝兩個(gè)支板，每個(gè)支板上均轉(zhuǎn)動(dòng)安裝一調(diào)整螺桿。而且，所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸同軸安裝一小齒輪，該小齒輪外緣嚙合連接所述大齒輪，小齒輪與大齒輪的直徑比為1：10～20，在大齒輪的安裝架上安裝一旋轉(zhuǎn)編碼器，該旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端連接所述中央控制模塊。而且，所述拉力傳感器與凸柱之間的牽引繩保持水平狀態(tài)。

2.2本裝置的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：電機(jī)通過小齒輪驅(qū)動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪端面上的凸柱不斷地將牽引繩纏繞，并逐漸收緊牽引繩，拉力傳感器的輸出逐漸變大，直到牽引繩拉動(dòng)滑塊，在設(shè)置的采樣時(shí)間間隔內(nèi)采樣的拉力的變化將在顯示屏顯示出來，能夠檢測滑塊從將要運(yùn)動(dòng)到開始運(yùn)動(dòng)以及平穩(wěn)滑動(dòng)時(shí)的摩擦力的變化，使學(xué)生能夠直觀地觀察到力的數(shù)值的變化，而且還可以將時(shí)間采樣時(shí)間間隔采集到的不同數(shù)據(jù)繪制出曲線，顯示數(shù)值直觀、個(gè)頭大，便于學(xué)生觀察學(xué)習(xí)。

3.附圖說明

圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的原理圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

4.具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對本裝置進(jìn)一步說明，下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本裝置的保護(hù)范圍。

本裝置使用時(shí)：

4.1安裝一個(gè)摩擦板，將滑塊放置在摩擦板一端，將拉力傳感器和大齒輪上的任意一個(gè)凸柱連接好。

4.2調(diào)整4個(gè)調(diào)整螺桿，使氣泡式水平儀的氣泡位于中部。

4.3如果中央控制模塊設(shè)置有鍵盤，可以預(yù)先設(shè)置采樣的時(shí)間間隔和需要在顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)，比如：實(shí)時(shí)拉力傳感器的輸出、實(shí)時(shí)拉力傳感器的輸出繪制的曲線等。

4.4啟動(dòng)電機(jī)，小齒輪帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，剛開始時(shí)牽引繩處于松弛狀態(tài)，不斷被凸柱纏繞并收緊，最終將滑塊平穩(wěn)拉動(dòng)，由于拉力傳感器的持續(xù)輸出，各個(gè)狀態(tài)以及狀態(tài)變化時(shí)的拉力的輸出將顯示到顯示屏上。

4.5 除了以上實(shí)驗(yàn)，還可以更換不同摩擦板和不同接觸面積的滑塊，能讓學(xué)生有更深刻的了解。

本裝置中，電機(jī)通過小齒輪驅(qū)動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪端面上的凸柱不斷地將牽引繩纏繞，并逐漸收緊牽引繩，拉力傳感器的輸出逐漸變大，直到牽引繩拉動(dòng)滑塊，在設(shè)置的采樣時(shí)間間隔內(nèi)采樣的拉力的變化將在顯示屏顯示出來，能夠檢測滑塊從將要運(yùn)動(dòng)到開始運(yùn)動(dòng)、以及平穩(wěn)滑動(dòng)時(shí)的摩擦力的變化，使學(xué)生能夠直觀地觀察到力的數(shù)值的變化，而且還可以將時(shí)間采樣時(shí)間間隔采集到的不同數(shù)據(jù)繪制出曲線，顯示數(shù)值直觀、個(gè)頭大，便于學(xué)生觀察學(xué)習(xí)，而且實(shí)驗(yàn)過程自動(dòng)完成，教師負(fù)擔(dān)小，能夠更關(guān)注在講解上。

參考文獻(xiàn)

[1]王冰，賈磊，張慧玲.機(jī)械制圖[M].北京：航空工業(yè)出版社，2014.endprint