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    一種陀螺近似理論驗證儀制造技術

    技術編號:13941572 閱讀:119 留言:0更新日期:2016-10-29 17:09
    本發明專利技術公開了一種陀螺近似理論驗證儀,包括電機、滾輪、壓力傳感器、支架、圓盤、控制采集模塊、顯示器,控制采集模塊包括控制元件和模數轉換模塊,該陀螺近似理論驗證儀將原本抽象晦澀的陀螺近似理論以具體的實物模型展示出來,方便老師對陀螺近似理論進行直觀的教學,使學生對陀螺近似理論更容易理解。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術屬于教學用具
    ,特別涉及一種陀螺近似理論驗證儀。
    技術介紹
    在日常生活中,經??梢杂^察到許多有趣的現象。例如:當自行車靜止時,若無車架支撐,自行車將會倒下,但當自行車運動時,車身就不會倒下;又如玩具陀螺繞其對稱軸高速旋轉時,受擾動后陀螺不會倒下,但其對稱軸將繞空間中固定軸轉動,這些現象就稱為陀螺現象。陀螺被廣泛地用于工程技術中,如飛行器、艦船的慣性導航與控制,現代技術使用的陀螺,自轉角速度通常遠大于進動角速度,即ω1>>ω2。陀螺基本公式可以寫成MO=Jzω2×ω1,這個公式也稱為陀螺近似公式,基于陀螺近似公式建立的陀螺動力學理論,稱為陀螺近似理論。理論力學的動力學,素來以抽象難懂而著稱,對于剛接觸理論力學的大學生來說,接受并理解它成了一件艱巨的任務。
    技術實現思路
    本專利技術的目的是提供一種陀螺近似理論驗證儀。為此,本專利技術技術方案如下:一種陀螺近似理論驗證儀,包括電機、滾輪、壓力傳感器、支架、圓盤、控制采集模塊、顯示器;控制采集模塊包括控制元件和模數轉換模塊;電機的輸出軸貫穿支架的頂部中心進入支架的內部,并將電機固定在支架上,滾輪通過連接件與電機的輸出軸相連;圓盤設置在支架的內部,且圓盤中心與電機的輸出軸在一條直線上,圓盤的下表面中心通過壓力傳感器固定在支架上,滾輪設置在圓盤的上表面;電機、壓力傳感器和顯示器均與控制采集模塊電氣連接。所述的電機為RE35直流無刷伺服電機且電機上設有電機碼盤。所述的壓力傳感器為20kg壓力傳感器。所述的支架為左右對稱的框架結構。所述的控制元件采用STC89C52型單片機。所述的模數轉換模塊采用HX711型A/D轉換芯片。與現有技術相比,該陀螺近似理論驗證儀將原本抽象晦澀的陀螺近似理論以具體的實物模型展示出來,方便老師對陀螺近似理論進行直觀的教學,使學生對陀螺近似理論更容易理解。附圖說明圖1為本專利技術提供的陀螺近似理論驗證儀的結構示意圖。圖2為本專利技術提供的陀螺近似理論驗證儀的側視圖。圖3為本專利技術提供的陀螺近似理論驗證儀的電氣控制圖。圖4為電機的受力示意圖。圖5為滾輪的受力示意圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本專利技術做進一步的說明,但下述實施例絕非對本專利技術有任何限制。如圖1-5所示,該陀螺近似理論驗證儀包括電機1、滾輪2、壓力傳感器3、支架4、圓盤5、控制采集模塊6、顯示器7;控制采集模塊6包括控制元件8和模數轉換模塊9;電機1的輸出軸貫穿支架4的頂部中心而進入支架4的內部,并將電機1固定在支架4上,滾輪2通過連接件與電機1的輸出軸相連;圓盤5設置在支架4的內部,且圓盤5中心與電機1的輸出軸在一條直線上,圓盤5的下表面中心通過壓力傳感器3固定在支架4上,滾輪2設置在圓盤5的上表面;電機1、壓力傳感器3和顯示器7均與控制采集模塊6電氣連接。所述的電機1為RE35直流無刷伺服電機且電機1上設有電機碼盤。所述的壓力傳感器3為20kg壓力傳感器。所述的支架4為左右對稱的框架結構。所述的控制元件8采用STC89C52型單片機。所述的模數轉換模塊9采用HX711型A/D轉換芯片。本專利技術提供的陀螺近似理論驗證儀的工作原理如下:本專利技術提供的陀螺近似理論驗證儀在使用時,首先將電機1、壓力傳感器3、顯示器7和控制采集模塊6進行通電,電機1的輸出軸在控制采集模塊6的控制下轉動,由此通過連接件帶動的滾輪2在圓盤5上作半徑為R的勻速圓周運動,與此同時,滾輪2自身作以r為半徑的勻速圓周運動,壓力傳感器3將實時檢測到的圓盤5對滾輪2的支持力N與滾輪2自身的重力G的矢量和傳輸到HX711模數轉換模塊9,模數轉換模塊9可以將上述壓力傳感器3檢測到的電壓信號放大128倍,然后采樣輸出24bit的AD轉換值,控制元件8通過指定時序將24bit數據讀入,并將結果顯示在顯示器7上,與此同時,電機1上的電機碼盤將電機的轉速反饋到控制元件8上,控制元件8再將此信息顯示在顯示器7上。圖4-圖5為本專利技術提供的陀螺近似理論驗證儀的受力分析圖,陀螺基本公式為: M → 0 = ω → 2 × ω → 1 [ J z + ( J z - J ) ( ω → 2 / ω → 1 ) cosθ 0 ] - - - ( 1 ) ]]>其中為滾輪2的自轉角速度,為滾輪2的進動角速度;公式(1)化簡可得: M → o = C ω → 2 × ω → 1 - - - ( 2 ) ]]>其中公式(2)中的C為剛體的轉動慣量;從圖4-圖5可知,電機1的角速度ω即為滾輪2的進動角速度,滾輪2的自轉角速度為則公式(2)可以寫成: M → o = CRω 2 r i → - - - ( 3 ) ]]>滾輪2在運動過程中,圓盤5對滾輪2的支持力N和滾輪2自身的重力G的矢量和為滾輪2提供運動過程中的力矩,于是有: M → o = ( N - m g ) R i &RightArro本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種陀螺近似理論驗證儀,其特征在于,所述的陀螺近似理論驗證儀包括電機(1)、滾輪(2)、壓力傳感器(3)、支架(4)、圓盤(5)、控制采集模塊(6)、顯示器(7);控制采集模塊(6)包括控制元件(8)和模數轉換模塊(9);電機(1)的輸出軸貫穿支架(4)的頂部中心而進入支架(4)的內部,并將電機(1)固定在支架(4)上,滾輪(2)通過連接件與電機(1)的輸出軸相連;圓盤(5)設置在支架(4)的內部,且圓盤(5)中心與電機(1)的輸出軸在一條直線上,圓盤(5)的下表面中心通過壓力傳感器(3)固定在支架(4)上,滾輪(2)設置在圓盤(5)的上表面;電機(1)、壓力傳感器(3)和顯示器(7)均與控制采集模塊(6)電氣連接。

    【技術特征摘要】
    1.一種陀螺近似理論驗證儀,其特征在于,所述的陀螺近似理論驗證儀包括電機(1)、滾輪(2)、壓力傳感器(3)、支架(4)、圓盤(5)、控制采集模塊(6)、顯示器(7);控制采集模塊(6)包括控制元件(8)和模數轉換模塊(9);電機(1)的輸出軸貫穿支架(4)的頂部中心而進入支架(4)的內部,并將電機(1)固定在支架(4)上,滾輪(2)通過連接件與電機(1)的輸出軸相連;圓盤(5)設置在支架(4)的內部,且圓盤(5)中心與電機(1)的輸出軸在一條直線上,圓盤(5)的下表面中心通過壓力傳感器(3)固定在支架(4)上,滾輪(2)設置在圓盤(5)的上表面;電機(1)、壓力傳感器(3)和...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:王濤,李陽王寧,劉佳奇,王浩,唐杰
    申請(專利權)人:中國民航大學,
    類型:發明
    國別省市:天津;12

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