[发明专利]外摆线轨迹演示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种外摆线轨迹演示装置，主要用于科普教育和教学实践活动。

背景技术

摆线是数学中众多的迷人曲线之一，外摆线又称“圆外旋轮线”。它是这样定义的：一个动圆沿着一个定圆在定圆外作无滑动的滚动时，圆周上一定点的轨迹称为摆线。

物理学中的物体运动方程，在数学上就是参数方程。参数方程对于解决实际问题具有重要意义。摆线是一类十分重要的曲线，可以分为平摆线、圆摆线、渐开线三大类。我们常见的大部分曲线都可以看成是摆线的特例，如星形线、心脏线、阿基米德螺线、玫瑰线等等。摆线也是很有用的一类曲线，如最速降线就是平摆线；工厂中常用的齿轮通常是渐开线或圆摆线；公共汽车的两折门利用了星形线的原理。再如像收割机、翻土机等许多农业机械和工厂中的车床等，大都采用的是摆线原理。而且，摆线在天文中也有重要应用，行星相对地球的轨迹、月亮相对太阳的轨迹都可以看作是摆线。

在教学过程中，通常教师都要在参数方程说明摆线，并在黑板上通过绘制摆线，尽力地描述摆线的形成和轨迹，由于摆线的轨迹非常多，形状差异较大，无法通过简单的绘制加以描述，造成了直观教学的困难。

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种外摆线轨迹演示装置，能让参观者或学习者更加直观的感受到外摆线的形成和轨迹，并且适合长期的科普和教学使用。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种外摆线轨迹演示装置，该演示装置包括支架以及固设在支架上的支撑轴，所述支撑轴的轴身上套设有与支撑轴构成转动配合的副轴承座，该演示装置还包括固定在所述副轴承座外侧且跟随副轴承座转动的转动部件；所述支撑轴的伸出在副轴承座上部的端头处固设有定圆齿轮，所述转动部件上设置有与所述定圆齿轮构成外啮合的动圆齿轮，所述转动部件与所述动圆齿轮构成转动配合，所述动圆齿轮上固设有与动圆齿轮偏心设置的画笔，该演示装置还包括罩设在所述画笔上侧用于显示画笔轨迹的透明罩；该演示装置还包括用于驱动所述副轴承座绕支撑轴转动的驱动装置，所述驱动装置通过驱动副轴承座旋转而带动动圆齿轮围绕定圆齿轮公转和自转。

优选的，所述定圆齿轮的半径与动圆齿轮的半径之比可调。

优选的，该演示装置还包括设置在支架上的台面板，所述台面板套设固定在所述副轴承座的外侧，所述台面板与所述透明罩构成一个封闭的空间；所述转动部件为套设在副轴承座外侧的圆盘，所述动圆齿轮通过轴承b设置在圆盘上。

优选的，所述画笔是白板笔或发光笔；所述透明罩采用亚克力或玻璃制作。

进一步优选的，当画笔采用白板笔时，白板笔笔尖与所述透明罩顶部接触；当画笔采用发光笔时，发光笔笔尖应与所述透明罩顶部有1-2mm的间隙。

优选的，当画笔采用发光笔时，所述透明罩顶部内壁涂覆长余辉发光材料，或者所述透明罩采用调光玻璃制作。

优选的，所述驱动装置包括便于人手抓握的手轮，所述手轮套设固定在旋转主轴上，所述旋转主轴与所述副轴承座通过传动机构相联接。

作为传动机构的第一种优选方案，所述传动机构为皮带传动机构，由主皮带轮、皮带以及副皮带轮构成；所述主皮带轮固定安装在旋转主轴上，所述副皮带轮固定安装在副轴承座上，所述主皮带轮通过皮带驱动副皮带轮转动。

作为传动机构的第二种优选方案，所述传动机构为齿轮传动机构，由主齿轮、过渡齿轮以及副齿轮构成；所述主齿轮固定安装在旋转主轴上，所述副齿轮固定安装在副轴承座上，所述主齿轮通过过渡齿轮驱动副齿轮转动。

作为传动机构的第三种优选方案，所述传动机构由发电机、导线以及电动机构成；所述发电机与旋转主轴底部固定连接，所述电动机与副轴承座固定连接，所述发电机经由导线将电传输至电动机并驱使电动机旋转。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明采用由彼此外啮合的定圆齿轮和动圆齿轮所构成的一对齿轮，模拟了一个动圆沿着一个定圆在定圆外作无滑动的滚动的情况，并通过设置在动圆齿轮上的画笔，描述了动圆周上一定点的轨迹。

由于采用了透明罩，因此观众可以清晰地观察到外摆线的形成过程，并且通过动圆齿轮上的画笔和透明罩配合，记录了外摆线的形成过程和轨迹，从而大大促进了参观者或学习者对外摆线的形成和轨迹的认知。

2)、在操作过程中，参观者或学习者通过摇动手轮增加了该装置演示过程中的互动性和趣味性，可以实现人为的控制转速的快慢，大大提高了科普和教学质量，使参观者或学习者能够实现自我“画出”外摆线，并体验外摆线的形成过程。