[发明专利]一种陀螺近似理论验证仪

说明书

一种陀螺近似理论验证仪，至少包括RE35直流无双伺服电机、滚轮、压力传感器、铝合金框架和电控模块；所述RE35直流无双伺服电机设置在整个验证仪最顶端；所述滚轮与RE35直流无双伺服电机通过电机转轴和连接件连接；所述压力传感器设置在铝合金框架中部，并且与滚轮底端接触的圆盘连接；所述电控模块主要控制元件为STC89C52单片机和HX711带128倍增益的24bitAD模块；它以滚轮代替陀螺，仿物创新，易于实验数据测量与记录，更加直观展现抽象理论；用可控转速的伺服电机作为原动机，使实验变量置于可控之下。

技术领域

本发明涉及一种教学用具，具体是一种陀螺近似理论验证仪。

背景技术

理论力学的动力学，素来以抽象难懂而著称，对于刚接触理论 力学的大学生来说，接受并理解它成了一件艰巨的任务。

在日常生活中，经常可以观察到许多有趣的现象。例如：当自 行车静止时，若无车架支撑，自行车将会倒下。但当自行车运动 时，车身就不会倒下。又如玩具陀螺绕其对称轴高速旋转时，受扰 动后陀螺不会倒下，但其对称轴将绕空间中固定轴转动。这些现象 就称为陀螺现象。

陀螺被广泛地用于工程技术中，如飞行器、舰船的惯性导航与 控制，现代技术使用的陀螺，自转角速度通常远大于进动角速度， 即ω₁＞＞ω₂。陀螺基本公式可以写成M_O＝J_zω₂×ω₁，这个公式也称为 陀螺近似公式，基于陀螺近似公式建立的陀螺动力学理论，称为陀 螺近似理论。本发明的目的就是通过简单的实验仪器来验证陀螺近 似理论。

发明内容

现有技术不能满足人们的需要，为弥补现有技术不足，本发明 旨在提供一种填补了目前市场上对于陀螺近似理论教具的空缺，款 式新颖的理论力学教具，它以全新的自主创新结构，来演示并验证 理论力学中的陀螺近似理论，将原本抽象晦涩的陀螺近似理论以具 体的实物模型展示出来，方便老师在直观的“演示”陀螺近似理 论，使得学生更加容易理解该理论。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种陀螺近似理 论验证仪，至少包括RE35直流无双伺服电机、滚轮、压力传感器、 铝合金框架和电控模块；所述RE35直流无双伺服电机设置在整个验 证仪最顶端；所述滚轮与RE35直流无双伺服电机通过电机转轴和连 接件连接；所述压力传感器设置在铝合金框架中部，并且与滚轮底 端接触的圆盘连接；所述电控模块主要控制元件为STC89C52单片机 和HX711带128倍增益的24bitAD模块。

进一步，所述陀螺基本公式： (为自转角速度，为进动角速度)

化简得：(C为刚体的转动惯量) 在运动过程中：

上式：(R为刚体的回旋半径，r为刚 体自身半径)等式1；

提供这个力矩的是重力和盘面的约束反力于是有：

等式2：

因为式1等于式2所以可化简得：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该陀螺近似理论验证仪：

1、以滚轮代替陀螺，仿物创新，易于实验数据测量与记录，更 加直观展现抽象理论；

2、用可控转速的伺服电机作为原动机，使实验变量置于可控之 下；

3、采用联轴器，轴和螺纹弯头的组合代替蜗轮蜗杆，除改变输 出扭矩方向外，还使扭矩以定轴转动的型式输出，更加利于实验的 进行；

4、结构简单紧凑，外形美观，成本低廉；

5、化抽象为具体，更加利于学生接受；