專利名稱：正弦曲線演示儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種曲線演示裝置，具體涉及一種正弦曲線演示儀。
背景技術：
正弦曲線演示儀是為青少年學生了解正弦曲線圖形繪制原理而設計的一種演示儀器。目前，現(xiàn)有的結構是采用縱橫兩桿垂直相接，橫桿較長端垂直地面固定磁性筆。橫桿較短端通過做旋轉運動的圓盤上的曲柄帶動橫桿沿兩個平行的縱桿做直線往復運動，它通過將勻速的圓周運動在縱向上的投影運動與橫向上的勻速運動合成，而形成于光磁平面的正弦曲線。該儀器工作時，磁筆在底面顯示平面上“畫”出正弦曲線，選用電磁方式顯示，觀眾可以動手搖動手柄來繪制正弦曲線。其缺點是電機帶動的橫向勻速運動的距離是一定的，每次當繪制出一個完整的正弦曲線時，則停止電機，并使電機反轉，將顯示平板沿原路徑退回至初始位置；且磁性圖板每次要刷新一次，此時可以再進行下一次繪制正弦曲線，難以實現(xiàn)變周期正弦曲線繪制。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型提供一種正弦曲線演示儀，通過自動或手動繪制不同周期變化的正弦曲線。本實用新型的技術方案是:一種正弦曲線演示儀，包括演示平臺外殼、演示平臺框架、電子顯示屏、圓盤、繪圖筆、橫向滑塊、第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、橫桿、第一縱向滑軌、第二縱向滑軌和手動搖柄；所述演示平臺外殼罩在演示平臺框架外；所述電子顯示屏、圓盤、橫向滑塊、第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、橫桿、第一縱向滑軌和第二縱向滑軌均安裝在演示平臺外殼上表面，手動搖柄安裝在演示平臺外殼側壁；圓盤、橫向滑塊、第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、橫桿、第一縱向滑軌和第二縱向滑軌位于電子顯不屏的一側；第一縱向滑軌和第二縱向滑軌上分別套有第一縱向滑塊和第二縱向滑塊；第一縱向滑軌的兩端通過縱向滑軌支座固定在演示平臺外殼上表面，第二縱向滑軌平行于第一縱向滑軌，且通過縱向滑軌支座固定在演示平臺外殼上表面；橫桿上套有橫向滑塊，且橫桿的兩端分別連接第一縱向滑塊和第二縱向滑塊；第二縱向滑塊連接繪圖筆，繪圖筆置于電子顯示屏上方；圓盤位于第一縱向滑軌和第二縱向滑軌之間，橫向滑塊通過曲柄與圓盤中心連接；演示平臺框架內(nèi)設置有減速機、步進電機、轉動軸、自動電磁離合器、手動電磁離合器、第一傳動帶、第二傳動帶和轉速傳感器；步進電機固定連接在演示平臺框架內(nèi)與減速機相對的一側；[0016]自動電磁離合器上端通過轉動軸與圓盤中心連接,步進電機的輸出軸通過第一傳動帶與自動電磁離合器連接，轉動軸下端連接轉速傳感器；手動電磁離合器安裝到減速機下方，且手動電磁離合器通過第二傳動帶與轉動軸連接；所述正弦曲線演示儀還設置有單板機和驅動器，單板機分別與電子顯示屏、轉速傳感器、驅動器相連，驅動器與步進電機相連。所述轉動軸與圓盤底部中心的連接處通過第一軸承座固定在演示平臺框架上，轉動軸與自動電磁離合器上端的連接處通過第二軸承座固定在演示平臺框架上。所述演示平臺外殼側面安裝有手動/自動轉換旋鈕和啟動按鈕；手動/自動轉換旋鈕與單板機相連，且該旋鈕與接觸器線圈的一端相連，接觸器線圈的另一端與自動電磁離合器線圈一端相連，自動電磁離合器線圈另一端與安全繼電器線圈一端相連，安全繼電器線圈另一端與轉速傳感器相連；手動電磁離合器線圈一端連接手動/自動轉換旋鈕，另一端連接轉速傳感器；啟動按鈕一端連接單板機，另一端連接轉速傳感器。有益效果:利用轉速傳感器發(fā)出的轉速信號，在電子顯示板上仿真繪制正弦曲線，實現(xiàn)數(shù)字化顯示，通過手動電磁離合器和自動電磁離合器，實現(xiàn)分別在自動和手動狀態(tài)下繪制正弦曲線。
圖1是本實用新型具體實施方式
的正弦曲線原理圖；圖2是本實用新型具體實施方式
的正弦曲線演示儀的結構示意圖；圖3是本實用新型具體實施方式
的正弦曲線演示儀的機械傳動部分結構示意圖；圖4是本實用新型具體實施方式
的正弦曲線演示儀的電氣控制原理圖；其中，1-演不平臺外殼，2-第一縱向滑軌,3-第一縱向滑塊,4-橫向滑塊,5-曲柄，6-圓盤，7-橫桿，8-第二縱向滑塊，9-第二縱向滑軌，10-繪圖筆，11-電子顯示屏，12-手動搖柄，13-啟動按鈕，14-手動/自動轉換旋鈕，15-第一傳動帶，16-轉速傳感器，17-自動電磁離合器，18-步進電機，19-第二軸承座，20-轉動軸，21-第一軸承座，22-手動電磁離合器，23-第二傳動帶，24-演示平臺框架，25-減速機，26-轉軸，27-皮帶輪，DZSl-自動電磁離合器線圈，DZS2-手動電磁離合器線圈，JY-安全繼電器線圈，ZS-自動/手動轉換旋鈕，K-啟動按鈕，KM-接觸器線圈，DPY-LED點陣塊。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的實施方式做詳細說明。本實施方式的正弦曲線演示儀如圖2所示,包括演示平臺外殼1、演示平臺框架24、電子顯示屏11、圓盤6、繪圖筆10、橫向滑塊4、第一縱向滑塊3、第二縱向滑塊8、橫桿7、第一縱向滑軌2、第二縱向滑軌9和手動搖柄12 ；本實施方式的電子顯示屏采用LED點陣塊，雙色5.0點陣模組點間距為7.62mm，燈管封裝點陣模塊，模組尺寸為960 X 480mm，外形尺寸為1110 X 520 X 100mm，重量為20kg ；演示平臺外殼I罩在演示平臺框架24外；電子顯示屏11、圓盤6、橫向滑塊4、第一縱向滑塊3、第二縱向滑塊8、橫桿7、第一縱向滑軌2和第二縱向滑軌9均安裝在演示平臺外殼I上表面，手動搖柄12安裝在演示平臺外殼I側壁；圓盤6、橫向滑塊4、第一縱向滑塊3、第二縱向滑塊8、橫桿7、第一縱向滑軌2和第二縱向滑軌9位于電子顯示屏11的一側；第一縱向滑軌2和第二縱向滑軌9上分別套有第一縱向滑塊3和第二縱向滑塊8 ；第一縱向滑軌2的兩端通過縱向滑軌支座固定在演示平臺外殼I上表面，第二縱向滑軌9平行于第一縱向滑軌2，且通過縱向滑軌支座固定在演示平臺外殼I上表面；橫桿7上套有橫向滑塊4，且橫桿7的兩端連接第一縱向滑塊3和第二縱向滑塊8 ；第二縱向滑塊8連接繪圖筆10，繪圖筆10置于電子顯示屏11上方；圓盤6位于第一縱向滑軌2和第二縱向滑軌9之間，橫向滑塊4通過曲柄5與圓盤6中心連接；如圖3所示，演示平臺框架24內(nèi)設置有減速機25、步進電機18、轉動軸20、自動電磁離合器17、手動電磁離合器22、第一傳動帶15、第二傳動帶23和轉速傳感器16 ；本實施方式中，減速機25采用型號為T8-1.5:1-1-D_B3的T系列螺旋錐齒傳動箱，安裝孔尺寸為200X 130mm ;步進電機18采用型號為110BYG350C的三相混合式步進電機，驅動電壓為AC220，線電流為5.2A，最大靜轉矩為18N.m，最大空載啟動轉速為210轉/分，外形尺寸為Φ 110 X 220mm,重量為10.7kg ；自動電磁離合器17和手動電磁離合器均采用型號為DLD2-2.5 (III)的電磁離合器，額定力矩為25N.m，額定功率為20W，額定電壓為24V，工作最高轉速為3000rpm，外形尺寸為Φ 112 X 75mm ;轉速傳感器16采用型號為E6CP-AG5C的絕對式旋轉編碼器，電源電壓為12-24V，分節(jié)避能256 (8位元)，輸出碼為GRAY2進制，旋轉方向為CW，精度為1°C以下，步進電機18固定連接在演示平臺框架24側部，自動電磁離合器17安裝在演示平臺框架24內(nèi)與圓盤6對應的位置，減速機25安裝在演示平臺框架24內(nèi)與手動搖柄12對應的位置；自動電磁離合器17上端通過轉動軸20與圓盤6中心連接，步進電機18的輸出軸通過第一傳動帶15與自動電磁離合器17連接,轉動軸20下端連接轉速傳感器16 ；手動電磁離合器22安裝到減速機25下方，且手動電磁離合器22通過第二傳動帶23與轉動軸20連接；如圖4所示，正弦曲線演示儀還設置有單板機和驅動器，單板機分別與電子顯示屏11、轉速傳感器16、驅動器相連，驅動器與步進電機18相連。轉動軸20與圓盤6中心的連接處通過第一軸承座21固定在演示平臺框架24上，轉動軸20與自動電磁離合器17上端的連接處通過第二軸承座19固定在演示平臺框架24上。演示平臺外殼I側面安裝有手動/自動轉換旋鈕14和啟動按鈕13 ；手動/自動轉換旋鈕14與單板機相連，自動電磁離合器17與手動/自動轉換旋鈕14之間設置有接觸器，手動/自動轉換旋鈕14與接觸器線圈的一端相連，接觸器線圈的另一端與自動電磁離合器線圈一端相連，自動電磁離合器線圈另一端與安全繼電器線圈一端相連，安全繼電器線圈另一端與轉速傳感器相連；手動電磁離合器線圈一端連接手動/自動轉換旋鈕14，另一端連接轉速傳感器16 ;啟動按鈕一端連接單板機，另一端連接轉速傳感器16。本實施方式的工作流程如下:首先，按下啟動按鈕K，接通電源，系統(tǒng)處于上電狀態(tài)，安全繼電器線圈JY通電，單板機、DPY-LED點陣塊、轉速傳感器和控制器處于工作狀態(tài)。其次，通過旋轉手動/自動轉換旋鈕,進行自動狀態(tài)/手動操作狀態(tài)轉換；電磁離合器和皮帶輪是一體式的，手動電磁離合器聯(lián)結手動搖柄-圓盤的傳動，自動電磁離合器聯(lián)結步進電機-圓盤的傳動。若選擇向左側旋轉即進入自動狀態(tài)(常閉)，自動電磁離合器吸合而手動電磁離合器脫開，自動電磁離合器線圈DZSl和接觸器線圈KM通電，手動電磁離合器線圈DZS2斷電，手動控制電路處于斷開狀態(tài)，通過單板機控制步進電機，實現(xiàn)自動運行，通過步進電機-傳動帶-自動電磁離合器-轉動軸，帶動圓盤轉動，以不同轉速繪制不同周期變化的正弦曲線；若選擇向右側旋轉即進入手動狀態(tài)(常開)，手動電磁離合器吸合而自動電磁離合器脫開，手動電磁離合器線圈DZS2通電，自動電磁離合器線圈DZSl斷電，自動控制電路處于斷開狀態(tài)，通過手動搖柄操作運行，通過減速機-手動電磁離合器-第二傳動帶-轉動軸，帶動圓盤轉動，以不同轉速繪制不同周期變化的正弦曲線。通過手動/自動轉換旋鈕ZS旋轉位置控制，實現(xiàn)自動與手動兩種狀態(tài)控制回路的互鎖。然后，在所選操作狀態(tài)下正弦曲線演示儀控制繪圖筆運動，繪制出正弦曲線，并在電子顯示屏上顯示。單板機將脈沖信號轉化成數(shù)字信號，控制電子顯示屏顯示正弦曲線，即如同一支在垂直方向反復運動的繪圖筆在電子板上繪制出正弦曲線一樣。通過調(diào)節(jié)轉軸的轉速可以改變繪圖筆的往復運動頻率，同時相應的正弦波的周期也發(fā)生改變，即以周期T=2 Ji / ω運動；繪制正弦曲線的原理如圖1所示，繪圖筆的運動軌跡方程為
_r = A $in(mr + φ),即正弦曲線，其中，a—振幅，當物體作軌跡符合正弦曲線的直線
往復運動時，其值為行程的1/2 ;(οη+Φ)—相位角，Φ—初相，χ=ο時的相位，反映在坐標系上則為圖像的左右移動；ω—角速度，控制正弦周期(完成2 π轉角所需時間)。最后，彈起啟動按鈕K，則切斷電源，系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)，起到安全保護作用。
權利要求1.一種正弦曲線演示儀，其特征在于:包括演示平臺外殼、演示平臺框架、電子顯示屏、圓盤、繪圖筆、橫向滑塊、第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、橫桿、第一縱向滑軌、第二縱向滑軌和手動搖柄； 所述演示平臺外殼罩在演示平臺框架外； 所述電子顯示屏、圓盤、橫向滑塊、第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、橫桿、第一縱向滑軌和第二縱向滑軌均安裝在演示平臺外殼上表面，手動搖柄安裝在演示平臺外殼側壁； 圓盤、橫向滑塊、第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、橫桿、第一縱向滑軌和第二縱向滑軌位于電子顯示屏的一側； 第一縱向滑軌和第二縱向滑軌上分別套有第一縱向滑塊和第二縱向滑塊； 第一縱向滑軌的兩端通過縱向滑軌支座固定在演示平臺外殼上表面，第二縱向滑軌平行于第一縱向滑軌，且通過縱向滑軌支座固定在演示平臺外殼上表面； 橫桿上套有橫向滑塊，且橫桿的兩端分別連接第一縱向滑塊和第二縱向滑塊； 第二縱向滑塊連接繪圖筆，繪圖筆置于電子顯示屏上方； 圓盤位于第一縱向滑軌和第二縱向滑軌之間，橫向滑塊通過曲柄與圓盤中心連接； 演示平臺框架內(nèi)設置有減速機、步進電機、轉動軸、自動電磁離合器、手動電磁離合器、第一傳動帶、第二傳動帶和轉速傳感器； 步進電機固定連接在演示平臺框架內(nèi)與減速機相對的一側； 自動電磁離合器上端通過轉動軸與圓盤中心連接，步進電機的輸出軸通過第一傳動帶與自動電磁離合器連接，轉動軸下端連接轉速傳感器； 手動電磁離合器安裝到減速機下方，且手動電磁離合器通過第二傳動帶與轉動軸連接; 所述正弦曲線演示儀還設置有單板機和驅動器，單板機分別與電子顯示屏、轉速傳感器、驅動器相連，驅動器與步進電機相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的正弦曲線演示儀，其特征在于:所述轉動軸與圓盤底部中心的連接處通過第一軸承座固定在演示平臺框架上，轉動軸與自動電磁離合器上端的連接處通過第二軸承座固定在演示平臺框架上。
3.根據(jù)權利要求1所述的正弦曲線演示儀，其特征在于:所述演示平臺外殼側面安裝有手動/自動轉換旋鈕和啟動按鈕； 手動/自動轉換旋鈕與單板機相連，且該旋鈕與接觸器線圈的一端相連，接觸器線圈的另一端與自動電磁離合器線圈一端相連，自動電磁離合器線圈另一端與安全繼電器線圈一端相連，安全繼電器線圈另一端與轉速傳感器相連；手動電磁離合器線圈一端連接手動/自動轉換旋鈕，另一端連接轉速傳感器；啟動按鈕一端連接單板機，另一端連接轉速傳感器。
專利摘要一種正弦曲線演示儀，包括演示平臺外殼、演示平臺框架、電子顯示屏、圓盤、繪圖筆、橫向滑塊、第一縱向滑塊、第二縱向滑塊、橫桿、第一縱向滑軌、第二縱向滑軌和手動搖柄；演示平臺框架內(nèi)設置有減速機、步進電機、轉動軸、自動電磁離合器、手動電磁離合器、第一傳動帶、第二傳動帶和轉速傳感器；步進電機固定連接在演示平臺框架內(nèi)與減速機相對的一側；正弦曲線演示儀還設置有單板機和驅動器，單板機分別與電子顯示屏、轉速傳感器、驅動器相連，驅動器與步進電機相連。本實用新型利用轉速傳感器發(fā)出的轉速信號，在電子顯示板上仿真繪制正弦曲線，實現(xiàn)數(shù)字化顯示，通過手動電磁離合器和自動電磁離合器，實現(xiàn)分別在自動和手動狀態(tài)下繪制正弦曲線。
文檔編號G09B23/04GK202956959SQ20122063038
公開日2013年5月29日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者盧浩源, 李佳 申請人:盧浩源