專利名稱：點的運動軌跡研究裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及理論力學實驗點的運動軌跡研究裝置，屬于高校教學實驗裝置技術領域。
背景技術：
運動學研究運動的幾何性質，包括物體在空間的位置隨時間變化的規律、物體的 運動軌跡、速度和加速度等，而不涉及運動與作用力、質量等之間的關系。由于在運動學中 不涉及到物體的質量，所以根據研究問題的性質將物體簡化為點和剛體兩種模型。所謂點 是指不計大小和質量的幾何點，剛體是由無數個點組成的不變形的物體。在研究某一物體運動時，必須選擇一個參考體。在參考體上固結的坐標系稱為參 考坐標系或參考系。在大多數工程實際中，一般將固結于地球上的坐標系作為參考系。描 述點的運動有矢量法、直角坐標法和自然法等。矢量法常用于理論推導，具體計算時一般采 用直角坐標法和自然法。通常，點的運動軌跡已知時采用自然法；點的運動軌跡未知時采用 直角坐標法。在運動學中軌跡問題是考察學生邏輯推理能力、運算能力、分析問題和解決問題 的綜合能力，是教學的重點更是難點。目前，我國理工院校還沒有針對點的軌跡研究方面的 實驗測試裝置。如借助本發明的裝置，學生(或學習者)通過動手做實驗測試，就能形象、 直觀、具體地理解和掌握點的軌跡運動特征。

發明內容
本發明的目的是，為了解決在理論力學中點的運動軌跡研究演示問題，以及解決 點的運動軌跡實驗測試問題。本發明的技術方案是，一種點的運動軌跡研究裝置，包括固定支架(10)、安裝在 固定支架(10)上的可調電機(9)、由可調電機(9)帶動作水平轉動的絕對旋轉桿(7)、安裝 在絕對旋轉桿⑵上通過調節滑槽⑶調整位置的可調電機(6)、由可調電機(6)帶動作水 平轉動的相對旋轉桿(4)、安裝在相對旋轉桿(4)上通過調節滑槽(5)調整位置的繪圖筆夾 具(2)、由繪圖筆夾具(2)固定的繪圖筆(3)、透明薄繪圖板(1)、繪圖筆帶動的導桿(12)、 引導導桿運動的滑塊(11)、測量繪圖筆位置坐標的直線位移傳感器(13)。在透明薄繪圖板⑴上安裝有固定支架(10)；可調電機(9)安裝在固定支架(10) 上，可調電機(9)旋轉時能帶動絕對旋轉桿(7)作水平轉動；可調電機(6)安裝在絕對旋轉 桿⑵上，并能通過調節滑槽⑶調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)上位置；可調電機 (6)旋轉時能帶動相對旋轉桿(4)作水平轉動；繪圖筆夾具(2)安裝在相對旋轉桿(4)上， 并能通過調節滑槽(5)調節繪圖筆夾具(2)在相對旋轉桿(4)上的位置；繪圖筆夾具(2) 固定繪圖筆(3)，繪圖筆能在繪圖板上描繪繪圖筆的運動軌跡，同時，繪圖筆能帶動的導桿 (12)，導桿(12)引導運動的滑塊(11)沿繪圖板邊沿軌道運動。通過測量繪圖筆位置坐標 的直線位移傳感器(13)，將滑塊的位移信號轉換成電信號輸入計算機，即可以輸出點的運動軌跡，也可以合成各種類型的運動軌跡曲線方程。本發明通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置，調 節可調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出直線、拋物線、圓(橢圓)、 葉形線、雙絞線、擺線、阿基米德螺線、心臟線、三(四、五)葉玫瑰線的運動軌跡；通過將直 線位移傳感器(13)測得的信號傳遞給控制器，再輸入計算機就可以輸出點的運動軌跡，也 可以擬合成上述各種類型的運動軌跡曲線方程。本發明與現有技術比較的有益效果是，本發明點的運動軌跡研究裝置，能夠實現 運動學中各種類型的點的運動軌跡的演示。同時，通過直線位移傳感器直接測量繪圖筆的 位移，通過控制裝置，將所測量的信號傳遞給計算機，利用自編的計算程序，可以在計算機 屏幕上顯示點的運動軌跡，也可以用圖表的形式輸出，從而幫助學生形象、直觀、具體地理 解和掌握點的軌跡運動特征。
本發明可用于運動學教學中點的運動軌跡的演示和實驗。


圖1是點的運動軌跡研究裝置結構示意圖。圖2是點的運動軌跡研究裝置示意圖。圖中標號及符號名稱(1)透明薄繪圖板；(2)繪圖筆夾具；(3)繪圖筆；(4)相對 旋轉桿；(5)調節滑槽；(6)可調電機；(7)絕對旋轉桿；⑶調節滑槽；(9)可調電機；(10) 固定支架；(11)滑塊；(12)導桿；(13)直線位移傳感器。
具體實施例方式本發明實施例如圖1和圖2所示。本實施例點的運動軌跡研究裝置由透明薄繪圖 板⑴；繪圖筆夾具⑵；繪圖筆⑶；相對旋轉桿⑷；調節滑槽(5)；可調電機(6)；絕對旋 轉桿(7)；調節滑槽⑶；可調電機(9)；固定支架(10)；滑塊(11)；導桿(12)；直線位移傳 感器(13)。在透明薄繪圖板⑴上安裝有固定支架(10)；可調電機(9)安裝在固定支架(10) 上，可調電機(9)旋轉時能帶動絕對旋轉桿(7)作水平轉動；可調電機(6)安裝在絕對旋轉 桿⑵上，并能通過調節滑槽⑶調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)上位置；可調電機 (6)旋轉時能帶動相對旋轉桿(4)作水平轉動；繪圖筆夾具(2)安裝在相對旋轉桿(4)上， 并能通過調節滑槽(5)調節繪圖筆夾具(2)在相對旋轉桿(4)上的位置；繪圖筆夾具(2) 固定繪圖筆(3)，繪圖筆能在繪圖板上描繪繪圖筆的運動軌跡，同時，繪圖筆能帶動的導桿 (12)，導桿(12)引導運動的滑塊(11)沿繪圖板邊沿軌道運動。通過測量繪圖筆位置坐標 的直線位移傳感器(13)，將滑塊的位移信號轉換成電信號輸入計算機，即可以輸出點的運 動軌跡，也可以合成各種類型的運動軌跡曲線方程。根據圖1所示，根據實驗要求將可調電機(6)調節固定在合適的位置上，可調電機 (9)帶動絕對旋轉桿(7)繞轉軸ζ旋轉；固定在絕對旋轉桿(7)上的可調電機(6)帶動相 對旋轉桿(4)繞垂直軸旋轉；繪圖筆(3)隨著固定在相對旋轉桿(4)的繪圖筆夾具(2)運 動，在透明薄繪圖板(1)上繪出點P的運動軌跡；直線位移傳感器(13)傳遞信號給控制器， 再傳輸到計算機輸出點的運動軌跡，并進行分析。
通過本發明可獲得以下曲線的運動軌跡。
1、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿⑷上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出直線運動軌跡。2、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿⑷上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出拋物線運動軌跡。3、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出圓(橢圓)運動軌跡。4、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出葉形線運動軌跡。5、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出雙絞線運動軌跡。6、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出擺線運動軌跡。7、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出阿基米德螺線運動軌跡。8、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出心臟線型運動軌跡。9、通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置；調節可 調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，此時可以繪出三(四、五)葉玫瑰線運動軌跡。10、通過將直線位移傳感器(13)測得的信號傳遞給控制器，再輸入計算機就可以 輸出點的運動軌跡，也可以擬合成上述各種類型的運動軌跡曲線方程。
權利要求
一種點的運動軌跡研究裝置，其特征在于，所述裝置包括，固定支架(10)、安裝在固定支架上可調電機(9)、由可調電機(9)帶動作水平轉動的絕對旋轉桿(7)、安裝在絕對旋轉桿(7)上通過調節滑槽(8)可調距離的可調電機(6)、由可調電機(6)帶動作水平轉動的相對旋轉桿(4)、安裝在相對旋轉桿(4)上通過調節滑槽(5)可調距離的繪圖筆夾具(2)、由繪圖筆夾具(2)固定的繪圖筆(3)、透明薄繪圖板(1)、繪圖筆帶動的導桿(12)、引導導桿運動的滑塊(11)、測量繪圖筆位置坐標的直線位移傳感器(13)。
2.根據權利要求1所述的點的運動軌跡研究裝置，其特征在于，所述裝置通過調節可 調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿⑷上的位置，調節可調電機(9)與可調電機 (6)的轉動速度之比，可以繪出直線、拋物線、圓(橢圓)、葉形線、雙絞線、擺線、阿基米德螺 線、心臟線、三(四、五)葉玫瑰線的的運動軌跡。
3.根據權利要求1所述的點的運動軌跡研究裝置，其特征在于，所述裝置通過將直線 位移傳感器(13)測得的信號傳遞給控制器，再輸入計算機可以輸出點的運動軌跡，也可以 合成權利要求2所述的各種類型的運動軌跡曲線方程。
全文摘要
一種點的運動軌跡研究裝置，該裝置包括，透明薄繪圖板(1)；繪圖筆夾具(2)；繪圖筆(3)；相對旋轉桿(4)；調節滑槽(5)；可調電機(6)；絕對旋轉桿(7)；調節滑槽(8)；可調電機(9)；固定支架(10)；滑塊(11)；導桿(12)；直線位移傳感器(13)。通過調節可調電機(6)在絕對旋轉桿(7)和相對旋轉桿(4)上的位置，調節可調電機(9)與可調電機(6)的轉動速度之比，可以繪出直線、拋物線、圓(橢圓)、葉形線、雙絞線、擺線、阿基米德螺線、心臟線、三(四、五)葉玫瑰線的運動軌跡。本發明可用于運動學教學中點的運動軌跡的演示和實驗。
文檔編號G09B23/10GK101840649SQ20101015885
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者朱成九, 朱愛華 申請人:華東交通大學