技术领域
[0001] 本发明涉及教学演示试验仪器技术领域，尤其是涉及一种展示离心离合器原理的科普装置。
相关背景技术
[0002] 离心力及衍生现象是生活中常见且应用广泛的现象。为了使学习者能够理解离心力现象的特性和原理，许多应用于科普和教学的离心力现象演示装置被发明出来，关于各种力学现象的展品屡见不鲜。然而关于离心力原理的展品主要存在过于理论化、不贴合实际的问题。现有技术中，大量展品仅仅展示出一个类似“框架”的原理机构，缺少甚至没有能够与参观者进行互动的机制，导致互动性低、观感较差的同时没有展示力学原理在生活中的应用，导致参观者在观看完展品后难以体会力学原理的奥妙。
具体实施方式
[0028] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0029] 下面结合图1至图4来描述本发明实施例的展示离心离合器原理的科普装置1000。
[0030] 根据本发明实施例的展示离心离合器原理的科普装置1000，包括驱动系统100、传动系统200、执行机构300和从动机构400。
[0031] 其中，驱动系统100包括手轮101和输出电机102，手轮101用于手动转动，输出电机102用于根据手轮101的转速输出转速；也就是说，当手动转动手轮101时，可以使输出电机
102转动，通过控制手动转动手轮101的转速可以控制输出电机102的转速。
[0032] 传动系统200与输出电机102相连，这样，输出电机102输出转速时，可以驱动传动系统200运动。传动系统200可以根据输出电机102的转速按照传动比输出转速。
[0033] 执行机构300包括主转轴301、横轴302、滑块303和弹性件；主转轴301竖向布置且与传动系统200相连，这样，传动系统200输出的转速直接传递给主转轴301，使得主转轴301旋转，横轴302沿主转轴301的径向方向布置在主转轴301的上端外侧且横轴302的一端与主转轴301固定，以使横轴302能与主转轴301同步旋转；滑块303可滑动地设置横轴302上，这样，横轴302旋转时，滑块303在离心力的作用下由初始位置沿横轴302向外移动；弹性件位于滑块303与横轴302的一端之间，且弹性件的两端分别与滑块303和横轴302固定；其中，弹性件可以为弹簧，当横轴302不旋转时，弹性件为自然长度，当横轴302旋转时，滑块303由初始位置沿横轴302向外滑动时，弹性件处于伸长状态；此外，横轴302及滑块303的数量在此不做具体限制。
[0034] 从动机构400包括从动架401，从动架401可转动地与主转轴301同轴设置，从动架401具有圆环壁4011，横轴302位于圆环壁4011的内侧。
[0035] 当转动手轮101时，输出电机102根据手轮101的转速输出转速，传动系统200在在输出电机102的转速驱动下运动并带动主转轴301及横轴302同步旋转，滑块303在横轴302旋转时产生离心力，使得滑块303向圆环壁4011移动直到与圆环壁4011接触，进而带动从动架401旋转，实现离心离合器的闭合与驱动；当横轴302的转速降低后，滑块303在弹性件的回复力作用下离开从动架401，从动架401在自身阻力下逐渐停下，实现离心离合器的分离和止动。
[0036] 如图1和图2所示，根据本发明实施例的展示离心离合器原理的科普装置1000的演示过程为：当参观者转动手轮101时，输出电机102根据手轮101的转速输出转速，传动系统200在输出电机102的转速驱动下运动并带动主转轴301及横轴302同步旋转，滑块303在横轴302旋转时产生离心力，使得滑块303向圆环壁4011移动，随着横轴302转速增加，滑块303旋转速度也增加进而产生的离心力也增大，使得滑块303克服弹性件的回复力向外继续移动，当横轴302转速达到一定程度时，滑块303与圆环壁4011接触并产生摩擦力，进而带动从动架401旋转，实现离心离合器的闭合与驱动；之后，降低手轮101转速或者停止手轮101转动，进而使得横轴302的转速降低，滑块303在弹性件的回复力作用下离开从动架401，从动架401在自身阻力下逐渐停下，实现离心离合器的分离和止动。需要解释的是，手轮101输入可进行调节，可以使手轮101输入不能达到使滑块303大幅离心至接触从动架401的转速，最终只有主转轴301和横轴302转动，从动架401保持静止时，离心现象可通过滑块303的离心运动演示出来，体现出装置展示离心现象的目的。由此，参观者可以直观明晰地观察到离心力产生的原理及应用的演示过程，使得看后可以体会离心力的奥妙，并且通过转动手轮101来控制输出电机102进而控制滑块303的移动，人机互动性强。
[0037] 综上，本发明实施例的展示离心离合器原理的科普装置1000可以明晰地直观地向参观者展示离心力产生的原理及离心力在生活中的应用，便于参观者更好地学习离心力的相关知识，使参观者观看后可以感受离心力的奥妙，观感性好，且人机互动性强。
[0038] 在一些实施例中，还包括框架500，框架500包括框架上层501和框架下层502，驱动系统100安装在框架上层501和框架下层502上，执行机构300安装在框架上层501和框架下层502上且横轴302位于框架上层501的上方，传动系统200位于框架500内且安装在输出电机102的电机轴和主转轴301上，从动机构400安装支撑在执行机构300上且从动架401位于框架上层501的上方。
[0039] 具体的，框架500可以对展示离心离合器原理的科普装置1000起到保护和承载的作用；框架上层501和框架下层502之间可以采取封闭处理，防止参观者与展示离心离合器原理的科普装置1000中的驱动系统100和传动系统200等相互接触；框架上层501上的执行机构300和从动机构400等不做封闭处理，使参观者可以直观看到，便于参观者进行离心力相关知识的学习。
[0040] 在一些实施例中，驱动系统100还包括手轮轴103、输入电机104和单片机(图中未示意出)，手轮101与手轮轴103的上端固定且位于框架上层501的上方，手轮轴103自上而下穿过框架上层501，手轮轴103的下端与输入电机104同轴固定，输入电机104固定在框架500上且自带有编码器，编码器通过单片机与输出电机102相连,编码器用于检测手轮101的转速，单片机用于将手轮101的转速按比例转换为控制输出电机102的PWM波，输出电机102根据PWM波以设定功率输出转速。
[0041] 具体的，当参观者转动手轮101时，编码器会读取手轮101转速，并经过单片机以一定比例转换为输入电机104的PWM波，实现将手轮101转速转变为输入电机104转速的数字信号。将转变后的PWM波输入输出电机102，使输出电机102以设定功率输出转速。集成度高，可以精准地根据手轮101转速控制输出电机102的输出转速。其中编码器可以使用霍尔编码器。
[0042] 在一些实施例中，手轮101仅能单向转动，使得参观者仅能朝一个方向转动，便于对输出电机102的控制。
[0043] 在一些实施例中，手轮轴103通过单向轴承105支撑在框架上层501上，防止手轮轴103掉落，同时还可以使手轮101仅能单向转动，便于输入电机104的对输出电机102的控制。
[0044] 在一些实施例中，手轮轴103的下端通过联轴器与输入电机104的转轴同轴固联，输入电机104固定在框架下层502上。
[0045] 在一些实施例中，输出电机102固定在框架下层502上，输出电机102的伸出端可转动地支撑在框架上层501上。
[0046] 在一些实施例中，传动系统200为皮带轮传动系统201，但并不局限于此。
[0047] 在一些实施例中，如图3所示，皮带轮传动系统201包括第一带轮2012、第二带轮2013和皮带2011，第一带轮2012套固在输出电机102的电机轴上，第二带轮2013套固主转轴
301上，皮带2011设置在第一带轮2012和第二带轮2013上。输出电机102转动时，输出电机
102通过皮带2011以一定的减速比带动主转轴301进行转动
[0048] 在一些实施例中，皮带轮传动系统201还包括张紧轮2014，张紧轮2014用于张紧皮带2011，以增强皮带轮传动系统201的稳定性。
[0049] 在一些实施例中，张紧轮2014通过安装架2015固定在框架500上。
[0050] 在一些实施例中，主转轴301可转动地支撑在框架上层501和框架下层502上；横轴302有两个，两个横轴302成180度对称地分布在主转轴301的两侧，滑块303有两个，两个滑块303对称地设置在两个横轴302上。这样，结构简单，可以明晰地展示离心力演示过程。
[0051] 在一些实施例中，滑块303与圆环壁4011彼此相对的表面均为摩擦面。这样，当滑块303运动到与圆环壁4011接触时二者之间可以产生较大的摩擦力，使得滑块303容易带动从动架401一起旋转，以展示离心力在生活的应用。该摩擦面可以为橡胶摩擦面，酸蚀摩擦面、磨损摩擦面等。具体的，滑块303与圆环壁4011彼此相对的表面经过表面处理及覆盖特殊材料等措施以增大摩擦系数，如覆盖橡胶、表面酸蚀、表面磨砂等，可以增大滑块303与圆环壁4011之间的摩擦力，便于滑块303带动从动架401转动，以展示离心力在生活的应用。
[0052] 在一些实施例中，主转轴301为空心轴；从动机构400还包括从动轴402，从动轴402的上端与从动架401同轴固定，从动轴402可转动地支撑在主转轴301内。
[0053] 具体的，从动轴402插入空心套筒状的主转轴301内部，从动轴402与主转轴301之间通过轴承连接，实现分离的转动状态和支撑效果。
[0054] 在一些实施例中，从动架401为透明架，从动架401的顶部具有镂空部。
[0055] 具体的，参观者可以直接观察到在离心力作用下滑块303的滑动和离心运动，也可以直接观察到横轴302、主转轴301和从动架401的转动，可以增强参观者的观感。
[0056] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0057] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
