Учебный прибор для демонстрации превращения колебательного движения во вращательное

 

Учебный прибор предназначен для использования в учебном процессе вузов и позволяет упростить устройство и повысить наглядность демонстрации. Учебный прибор содержит источник колебательных движений, основание, счетчик числа циклов колебаний и кронштейн. Средство преобразования колебательного движения во вращательное выполнено в виде муфты свободного хода, которая содержит ведущий элемент с шарами, связанный через ось с кронштейном. Ведомый элемент выполнен в виде кольца со штангой и имеет сменный груз. 1 ил.

Изобретение относится к учебным и наглядным пособиям и может быть использовано в учебном процессе вузов.

Известен учебный прибор для демонстрации превращения одного вида энергии в другой, содержащий основание, кронштейн с элементом преобразования энергии и два проводника из разнородных металлов, одни концы которых подключены к индикатору, причем элемент преобразования энергии выполнен в виде диска с фетровым покрытием и установлен на кронштейне с возможностью вращения посредством привода, а другие свободные концы проводников из разнородных металлов спаяны и размещены на фетровой поверхности диска (авт.св. СССР N 1014004 кл. G 09 B 23/06, 1983).

Существенным недостатком данного устройства является многоступенчатость преобразования энергии (кинетическая энергия вращения за счет трения превращается в тепловую, а тепловая в электрическую), низкий коэффициент полезного действия преобразования, невозможность количественной оценки степени преобразования одного вида энергии в другой.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является учебный прибор для демонстрации превращения колебательного движения во вращательное, содержащий вибратор и связанный с ним с возможностью вращения вал, средство для преобразования колебаний вибратора во вращение вала, состоящее из двух расположенных один в другом цилиндров, внутренний из которых выполнен сменным и имеет на боковой поверхности покрытие из ворсистой ткани с односторонним направлением ворса, наружный цилиндр посредством кронштейна и основания со счетчиком циклов колебаний соединен с вибратором, при этом устройство имеет дополнительный вал, оба вала установлены на противолежащих торцах внутреннего цилиндра и каждый из них имеет на свободном конце маховик, выполненный в виде двух взаимно перпендикулярных спиц с сосредоточенными массами на концах, а один из маховиков подсоединен к тахометру, причем устройство имеет комплект сменных цилиндров с различной характеристикой покрытия (RU 2029991, кл. G 09 B 23/06, 1995).

Недостатком данного устройства является его значительная сложность.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение наглядности.

Для этого в учебном приборе для демонстрации превращения колебательного движения во вращательное, содержащем источник колебательных движений, основание, связанный с ним кронштейн со счетчиком циклов колебаний и элемент преобразования энергии, последний выполнен в виде муфты свободного хода с ведущим и ведомым элементами, первый из которых выполнен в виде звездочки с шаровыми элементами, через ось неподвижно закреплен на кронштейне и посредством основания соединен с источником колебательного движения, а второй выполнен в виде кольца и содержит укрепленный на штанге сосредоточенный сменный груз.

На чертеже изображен учебный прибор, общий вид.

На столе источника колебательных движений 1 жестко закреплено основание 2, на котором установлен счетчик 3 числа циклов колебаний и кронштейн 4. На кронштейне 4 закреплена муфта свободного хода 5 средства преобразования колебательного движения во вращательное, которая содержит ведущий элемент, выполненный в виде звездочки 6 с шарами 7, жестко связанной через ось 8 с кронштейном 4, и ведомый элемент, выполненный в виде кольца 9, на котором укреплена штанга 10 с сосредоточенным сменный грузом 11.

Прибор работает следующим образом. Включают источник колебательного движения 1 и плавным изменением частоты и амплитуды его колебаний добиваются начала работы средства преобразования энергии. Колебательное движение от источника 1 через основание 2, кронштейн 4, ось 8 передается на ведущий элемент 6 муфты свободного хода 5 и ведомый элемент 9 вследствие защемления между ними шариков 7. Защемление происходит под действием сил трения, заставляющих шарики 7 перемещаться к вершине зуба звездочки ведущего элемента 6. В результате возникает вращающий момент, обеспечивающий поворот ведомого элемента 9 вместе со штангой 10 и грузом 11 на некоторый угол γ. При колебательном движении источника 1 в противоположном направлении те же силы трения выталкивают шарики из узлов, разъединяя ведущую часть 6 с ведомой 9 и под действием силы тяжести груз 11 стремится повернуться вместе с кольцом 9 в обратную сторону, но вследствии его инерции самопроворачивания не происходит, если при следующих колебательных движениях источника 1 ведущий элемент 6 снова соединяется с ведомым 9 и поворачивает его еще на некоторый угол. Таким образом при подобранной частоте и амплитуде колебаний источника 1 наблюдается плавный поворот кольца 9 со штангой 10 и грузом 11.

Выбирая определенный интервал времени, замеряют счетчиком 3 число циклов колебаний, количество циклов и угол подъема груза 11 и по отношению угла подъема груза 11 к числу циклов колебаний счетчика 3 оценивают коэффициент полезного действия преобразования.

Плавно увеличивая частоту колебаний источника 1, замеряют количество циклов и угол подъема груза для нескольких фиксированных частот, при этом составляют диаграмму зависимости коэффициента полезного действия преобразователя энергии от частоты колебаний.

Обнуляют частоту источника колебаний 1, заменяют массу груза 11 и, увеличивая частоту колебаний источника 1, замеряют количество циклов и угол подъема груза 11 для нескольких фиксированных частот, при этом составляют диаграмму зависимости коэффициента полезного действия преобразования энергии от частоты колебаний.

Сравнивая полученные результаты с предыдущим, делают вывод о влиянии массы грузов 11 на коэффициент полезного действия элемента преобразования энергии данного типа.

Предлагаемый учебный прибор позволяет наглядно демонстрировать способ преобразования энергии в полезную энергию вращения с возможностью количественной оценки этого преобразования в зависимости от конструктивных параметров элемента преобразования.

Ожидается положительный качественный эффект при излучении соответствующих разделов физики и механики, экономический эффект от лучшего усвоения демонстрируемых физических законов.

Формула изобретения

Учебный прибор для демонстрации превращения колебательного движения во вращательное, содержащий источник колебательных движений, основание, связанный с ним кронштейн со счетчиком циклов колебаний и элемент преобразования энергии, отличающийся тем, что в нем элемент преобразования энергии выполнен в виде муфты свободного хода с ведущим и ведомым элементами, первый из которых выполнен в виде звездочки с шаровыми элементами, закреплен неподвижно через ось на кронштейне и посредством основания соединен с источником колебательного движения, а второй выполнен в виде кольца и содержит укрепленный на штанге сосредоточенный сменный груз.

РИСУНКИ

Рисунок 1