CN104900115B - 便携式综合力学演示仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式综合力学演示仪，包括底座(1)、固定架(2)、样棒(3)、至少六片应变片(20)、施力装置、用于处理应变片(20)信号的信号处理电路、计算机以及投影设备；所述的至少六片应变片(20)均安装在样棒(3)上；所述的至少六片应变片(20)与信号处理电路的输入端电连接，所述信号处理电路的输出端与计算机电连接；所述的计算机还与投影设备电连接；所述的固定架(2)、施力装置均安装在底座(1)上；所述的施力装置还安装在固定架(2)上；所述的样棒(3)下端固定在底座(1)上，所述的样棒(3)上端固定在固定架(2)上。上述便携式综合力学演示仪能同时测试三种力且体积小、质量轻。

Description

便携式综合力学演示仪
技术领域
本发明涉及力学测量教学技术领域，具体讲是一种便携式综合力学演示仪。
背景技术
教学用力学仪器即测量并记录力的仪器。目前教学用的力学演示仪均只能测试一种力，即要么只能测拉伸力和压缩力，要么只能测弯曲力，要么只能测扭转力。若是需要测上述三种力，则需要携带多个仪器，非常地不方便。同时，多种仪器的购买也会极大地增加学校的财政负担。另外，上述力学演示仪还存在着体积大、质量重的不足。因此，基于上述原因，亟待需要一种能同时测试三种力且体积小、质量轻的力学演示仪，以解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能同时测试三种力且体积小、质量轻的便携式综合力学演示仪。
本发明的技术方案是，提供一种便携式综合力学演示仪，包括底座、固定架、样棒、至少六片应变片、施力装置、用于处理应变片信号的信号处理电路、计算机以及投影设备；所述的至少六片应变片均安装在样棒上；所述的至少六片应变片与信号处理电路的输入端电连接，所述信号处理电路的输出端与计算机电连接；所述的计算机还与投影设备电连接；所述的固定架、施力装置均安装在底座上；所述的施力装置还安装在固定架上；所述的样棒下端固定在底座上，所述的样棒上端固定在固定架上。
所述的施力装置由扭矩产生组件、拉压力产生组件、弯矩产生组件组成；所述的扭矩产生组件包括一固定夹块、至少一个第一扭转把手、一固定安装在固定夹块的一夹块上的圆筒件以及一安装在圆筒件上的扭矩自锁组件；所述的扭矩自锁组件还左右滑动配合在固定架上；所述的固定夹块安装在样棒上端；所述的第一扭转把手安装在固定夹块上；所述的拉压力产生组件包括一第二扭转把手、旋转轴以及两个滑动配合在固定架上的旋转轴固定块，所述的旋转轴转动配合在两个旋转轴固定块内；所述的第二扭转把手固定在旋转轴的上端；所述旋转轴的下端与圆筒件螺纹连接；所述的弯矩产生组件包括一转动配合在固定架上的连接转轴以及第三扭转把手；所述连接转轴的一端与第三扭转把手连接，所述连接转轴的另一端穿过一旋转轴固定块与旋转轴相抵。
所述的扭矩自锁组件包括左右两块固定板、一单向轴承以及一楔形限位块；所述的单向轴承套接在圆筒件上；所述的单向轴承与圆筒件通过楔形限位块以限定单向轴承与圆筒件相互转动；所述的两块固定板紧配合在单向轴承外；所述的两块固定板通过两个螺栓固定件固定连接；所述的两块固定板还左右滑动配合在固定架上。
所述的信号处理电路包括信号放大器、单片机开发板、第一桥式整流电路、第二桥式整流电路；所述的第一桥式整流电路、第二桥式整流电路均与信号放大器电连接，所述的信号放大器与单片机开发板电连接。
所述的固定架包括四根立柱、两根横梁以及两个连接件；所述四根立柱的下端固定在底座上，所述四根立柱中的其中两根上端与一连接件连接，所述四根立柱中的另外两根上端与另一连接件连接；所述两根横梁的一端与一连接件连接，所述两根横梁的另一端与另一连接件连接。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明便携式综合力学演示仪测试扭转力时，只需要用手扳动第一扭转把手，即可依次带动固定夹块、样棒而产生扭转力。测试拉伸力或压缩力时，只需要扭转第二扭转把手，带动旋转轴旋转，使得旋转轴与固定架夹块产生作用力而使得样棒变形，进而产生拉伸力或压缩力。测试弯曲力时，只需要旋转第三扭转把手，即可带动连接轴、旋转轴固定架滑动而使得样棒变形而产生弯曲力。本发明还可以在样棒上安装至少六个应变片，并将应变片产生的信号通过信号处理电路而传送至单片机开发板，单片机开发板将模拟信号转换至数字信号，最后通过无线收发模块传送至PC机进行显示，从而使得教学更加直观。本发明便携式综合力学演示仪能够进行扭转力、弯曲力以及拉伸力和压缩力的测试，因此在教学时只需要携带一个仪器，非常地方便。同时，相对于购买三个仪器，其只需购买一个就能实现上述三个仪器的作用，从而降低了学校的财政负担。同时，该仪器还存在着体积小、质量轻的优点。
附图说明
图1是本发明便携式综合力学演示仪的结构示意图。
图2是扭矩产生组件的***结构示意图。
图3是应变片安装结构示意图。
图4是第一桥式整流电路的电路原理图。
图5是第一桥式整流电路的电路原理图。
图6是本发明便携式综合力学演示仪的电路框图。
图中所示1、底座，2、固定架，2.1、立柱，2.2、横梁，2.3、连接件，3、样棒，4、固定夹块，4.1、夹块，5、第一扭转把手，6、第二扭转把手，7、旋转轴，8、旋转轴固定块，9、连接转轴，10、第三扭转把手，11、限位槽，12、圆筒件，13、半圆形孔，,14、固定板，15、单向轴承，16、楔形限位块，17、螺栓固定件，18、腰形孔，19、限位环，20、应变片，21、限位块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明一种便携式综合力学演示仪，包括底座1、固定架2、样棒3、至少六片应变片20、施力装置、用于处理应变片20信号的信号处理电路、计算机以及投影设备；所述的至少六片应变片20均安装在样棒3上；所述的至少六片应变片20与信号处理电路的输入端电连接，所述信号处理电路的输出端与计算机电连接；所述的计算机还与投影设备电连接；所述的固定架2、施力装置均安装在底座1上；所述的施力装置还安装在固定架2上；所述的样棒3下端固定在底座1上，所述的样棒3上端固定在固定架2上。至少六片应变片20在样棒上的安装方式如图3所示，六片应变片20分别为Ra、Rb、Rc、Ra’、Rb’、Rc’,他们的阻值均一样；其中Ra、Rc、与Rb之间的夹角为45度，Ra’、Rc’、与Rb’之间的夹角为45度；Ra、Rb、Rc三个应变片20与Ra’、Rb’、Rc’三个应变片20分别以样棒的轴线为中心对称设置。
所述的施力装置由扭矩产生组件、拉压力产生组件、弯矩产生组件组成；所述的扭矩产生组件包括一固定夹块4、至少一个第一扭转把手5、一固定安装在固定夹块4的一夹块4.1上的圆筒件12以及一安装在圆筒件12上的扭矩自锁组件，其中固定夹块4由两个夹块4.1组成，其中一个夹块4.1与圆筒件12的下端连接；所述的扭矩自锁组件还左右滑动配合在固定架2上；所述的固定夹块4安装在样棒3上端，通过两个夹块4.1固定；所述的第一扭转把手5安装在固定夹块4上，本实施例中，有两个第一扭转把手5，分别安装在两个夹块4.1上；所述的拉压力产生组件包括一第二扭转把手6、旋转轴7以及两个滑动配合在固定架2上的旋转轴固定块8，圆筒件12为一圆柱形型件，内部设有一与旋转轴7的下端螺纹连接的通孔；在本实施例中，两个旋转轴固定块8滑动配合在两根横梁2.2上；所述的旋转轴7转动配合在两个旋转轴固定块8内，本实施例中，两个旋转轴固定块8上分别设有相对的两个半圆形孔13，旋转轴7上设有转动配合在两个半圆形孔13内；所述的第二扭转把手6固定在旋转轴7的上端；所述旋转轴7的下端与圆筒件12螺纹连接，即旋转轴7的下端可旋入圆筒件12的通孔内；所述的弯矩产生组件包括一转动配合在固定架2上的连接转轴9以及第三扭转把手10；所述连接转轴9的一端与第三扭转把手10连接，所述连接转轴9的另一端穿过一旋转轴固定块8与旋转轴7相抵。其中，样棒3为市售的尼龙棒。
所述的扭矩自锁组件包括左右两块固定板14、一单向轴承15以及一楔形限位块16；所述的单向轴承15套接在圆筒件12上；所述的单向轴承15与圆筒件12通过楔形限位块16以限定单向轴承15与圆筒件12相互转动，即单向轴承15和圆筒件12均设有两个供楔形限位块16嵌入的孔，所述的楔形限位块16嵌在孔内；所述的两块固定板14紧配合在单向轴承15外，即两块固定块14各设有一半圆形缺口，两个半圆形缺口可共同配合卡紧单向轴承，同时单向轴承15外部设有限位块21，半圆形缺口内设有限位槽11，所述的限位块21嵌在限位槽11内；所述的两块固定板14通过两个螺栓固定件17固定连接；所述的两块固定板14还左右滑动配合在固定架2上，在本实施例中，两块固定板14上分别设有两个腰形孔18，四根立柱2.1分别滑动配合在四个腰形孔18内，每个位于腰形孔18下方的立柱2.1上还设有一限位环19，以对防止两块固定板14下落。
如图4、图5、图6所示，所述的信号处理电路包括信号放大器、单片机开发板、第一桥式整流电路、第二桥式整流电路；所述的第一桥式整流电路、第二桥式整流电路均与信号放大器电连接，所述的信号放大器与单片机开发板电连接。第一桥式整流电路、第二桥式整流电路分别图4、图5所示。信号放大器和单片机开发板均为市售产品。
所述的固定架2包括四根立柱2.1、两根横梁2.2以及两个连接件2.3；所述四根立柱2.1的下端固定在底座1上，所述四根立柱2.1中的其中两根上端与一连接件2.3连接，所述四根立柱2.1中的另外两根上端与另一连接件2.3连接；所述两根横梁2.2的一端与一连接件2.3连接，所述两根横梁2.2的另一端与另一连接件2.3连接。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种便携式综合力学演示仪，其特征在于：包括底座(1)、固定架(2)、样棒(3)、至少六片应变片(20)、施力装置、用于处理应变片(20)信号的信号处理电路、计算机以及投影设备；所述的至少六片应变片(20)均安装在样棒(3)上；所述的至少六片应变片(20)与信号处理电路的输入端电连接，所述信号处理电路的输出端与计算机电连接；所述的计算机还与投影设备电连接；所述的固定架(2)、施力装置均安装在底座(1)上；所述的施力装置还安装在固定架(2)上；所述的样棒(3)下端固定在底座(1)上，所述的样棒(3)上端固定在固定架(2)上，所述的施力装置由扭矩产生组件、拉压力产生组件、弯矩产生组件组成；所述的扭矩产生组件包括一固定夹块(4)、至少一个第一扭转把手(5)、一固定安装在固定夹块(4)的一夹块(4.1)上的圆筒件(12)以及一安装在圆筒件(12)上的扭矩自锁组件；所述的扭矩自锁组件还左右滑动配合在固定架(2)上；所述的固定夹块(4)安装在样棒(3)上端；所述的第一扭转把手(5)安装在固定夹块(4)上；所述的拉压力产生组件包括一第二扭转把手(6)、旋转轴(7)以及两个滑动配合在固定架(2)上的旋转轴固定块(8)，所述的旋转轴(7)转动配合在两个旋转轴固定块(8)内；所述的第二扭转把手(6)固定在旋转轴(7)的上端；所述旋转轴(7)的下端与圆筒件(12)螺纹连接；所述的弯矩产生组件包括一转动配合在固定架(2)上的连接转轴(9)以及第三扭转把手(10)；所述连接转轴(9)的一端与第三扭转把手(10)连接，所述连接转轴(9)的另一端穿过一旋转轴固定块(8)与旋转轴(7)相抵。
2.根据权利要求1所述的便携式综合力学演示仪，其特征在于：所述的扭矩自锁组件包括左右两块固定板(14)、一单向轴承(15)以及一楔形限位块(16)；所述的单向轴承(15)套接在圆筒件(12)上；所述的单向轴承(15)与圆筒件(12)通过楔形限位块(16)以限定单向轴承(15)与圆筒件(12)相互转动；所述的两块固定板(14)紧配合在单向轴承(15)外；所述的两块固定板(14)通过两个螺栓固定件(17)固定连接；所述的两块固定板(14)还左右滑动配合在固定架(2)上。
3.根据权利要求1所述的便携式综合力学演示仪，其特征在于：所述的信号处理电路包括信号放大器、单片机开发板、第一桥式整流电路、第二桥式整流电路；所述的第一桥式整流电路、第二桥式整流电路均与信号放大器电连接，所述的信号放大器与单片机开发板电连接。
4.根据权利要求1所述的便携式综合力学演示仪，其特征在于：所述的固定架(2)包括四根立柱(2.1)、两根横梁(2.2)以及两个连接件(2.3)；所述四根立柱(2.1)的下端固定在底座(1)上，所述四根立柱(2.1)中的其中两根上端与一连接件(2.3)连接，所述四根立柱(2.1)中的另外两根上端与另一连接件(2.3)连接；所述两根横梁(2.2)的一端与一连接件(2.3)连接，所述两根横梁(2.2)的另一端与另一连接件(2.3)连接。
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