一种群摆装置 |
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| 申请号 | CN201710969379.0 | 申请日 | 2017-10-06 | 公开(公告)号 | CN109654188A | 公开(公告)日 | 2019-04-19 |
| 申请人 | 刘小连; | 发明人 | 不公告发明人; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种群摆装置，一个以上的多个摆体来回摆动的装置。其包括 机体 ，一个以上的 连杆 和不少于所述连杆总数再加一数量的摆动体，所有连杆通过 铰链 连接依次首尾相连，每个连杆的首尾又分别与不同的摆动体的一端通过铰链相连接，所有摆动体的另一端又通过铰链分别与机体分布连接，所有摆动体向任一方向摆动连杆在随之移动过程中含有其首尾两端互绕转动的转换动作，这些摆动体可以依次逐个有时间差地摆动，在摆动体上固定连接有有摆动功能的摆体。因铰链连接摩擦阻 力 小，当摆体被摆动后，摆体自己就能逐个有时间差地来回摆动，摆体即可直接用人手来摆动又可连接动力装置摆动，可以像 牛 顿摆一样广泛应用于实验教学，工艺品开发等领域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种群摆装置，包括机体(4)，一个以上的连杆(2)和不少于所述连杆(2)总数再加一数量的摆动体(1)，所有所述连杆(2)通过铰链(5)的连接依次首尾相连，每个所述连杆(2)的首尾又分别与不同的所述摆动体(1)的一端通过铰链(5)相连接，所有所述摆动体(1)的另一端又通过铰链(5)分别与所述机体(4)分布连接，所有所述摆动体(1)向任一方向摆动所述连杆(2)在随之移动过程中含有其首尾两端互绕转动的转换动作，这些所述摆动体(1)可以依次逐个有时间差地摆动，其特征在于：所述摆动体(1)上固定连接有有摆动功能的摆体(3)，所述摆体(3)的总数是一个以上。 |
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| 说明书全文 | 一种群摆装置技术领域[0001] 本发明涉及一种群摆装置，具体地系一种有一个以上的多个摆体可以来回摆动的装置。 背景技术[0002] 本人的发明专利，授权公告号CN 101493139 B，授权公告日2013年1月2日，发明专利名称‘一种连杆联动形式控制装置’，该装置的实施方式可以是多种“铰链连杆机构”。这些铰链连杆机构包括机体，一个以上的连杆和不少于连杆总数再加一数量的摆动体，所有连杆通过铰链的连接依次首尾相连，每个连杆的首尾又分别与不同的摆动体的一端通过铰链相连接，所有摆动体的另一端又通过铰链分别与机体分布连接，在外力作用下，所有摆动体向任一方向摆动连杆在随之移动过程中含有其首尾两端互绕转动的转换动作，这些摆动体可以依次逐个有时间差地摆动。 [0003] 上述所谓的“连杆在移动过程中含有其首尾两端互绕转动的转换动作”，是指连杆在移动中，其一端先围绕其另一端转动，然后反过来，被绕转动的一端再围绕其另一端转动的转换过程。这是相邻的摆动体产生摆动时间差的必要条件，也是该发明专利的基本原理。 发明内容[0004] 人们所熟知的牛顿摆，是由多个吊线小球构成的摆体组成，被摆动后多个摆体就可以自己来回摆动。本发明要解决的技术问题，就是发明一种有一个以上的多个摆体的群摆装置，被摆动后不仅所有摆体可以像牛顿摆一样“自己”来回摆动，同时还能像多米诺骨牌顺序倒下一样“逐个有时间差”地摆动。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明的群摆装置包括机体，一个以上的连杆和不少于连杆总数再加一数量的摆动体，所有连杆通过铰链的连接依次首尾相连，每个连杆的首尾又分别与不同的摆动体的一端通过铰链相连接，所有摆动体的另一端又通过铰链分别与机体分布连接，在外力作用下，所有摆动体向任一方向摆动连杆在随之移动过程中含有其首尾两端互绕转动的转换动作，这些摆动体可以依次逐个有时间差地摆动，摆动体上固定连接有有摆动功能的摆体，摆体的总数是一个以上。本发明采用上述结构后，由于机体、摆动体、连杆这三者之间的连接均为铰链连接，铰链连接为转动副连接，摩擦系数很小，保证了整个装置运转的动力损失很小，这样在摆体被摆动后，所有的摆体就能够有足够的动力自己来回摆动，直到静止。因为摆动体是逐个有时间差地摆动的，摆体又与摆动体固定连接，就限定了所有摆体也必然随之逐个有时间差地摆动。 [0006] 作为本发明的群摆装置优选的一种实施方式，所述摆体为直形杆，该摆体的末端围绕其另一端转动。充分利用摆体的偏心重力的力矩，摆体的摆动功能好。 [0007] 作为本发明群摆装置优选的另一种实施方式，所述摆体为弯曲杆，该摆体的末端围绕其另一端转动。弯曲杆可以是任意弯曲的形状，便于创意设计，使摆体更美观，更有艺术气息。 [0008] 作为上述两种实施方式的进一步优选，所述摆体的末端为或圆片、或圆柱、或圆球，总之所述摆体的末端均为圆头。 [0009] 作为本发明群摆装置又一种优选的实施方式，所述摆体为摆轮，该摆体围绕其自身中心轴转动。摆轮没有偏心重力力矩，本群摆装置任何角度放置，都丝毫不会影响摆轮摆体的摆动性能。摆轮的摆体有良好的转动惯性，摆轮摆体就是利用这种转动惯性摆动工作的。 [0010] 作为本发明群摆装置另一种进一步优选的实施方式，当所述摆体为弯曲杆或直形杆时，每两个相邻的摆体的末端可以达到的最近距离相邻近，该邻近的具体距离以每两个相邻的摆体在摆动中当二者末端位于最近距离时给人以相挨的视觉效果为准。摆体之间有时间差地摆动的原因，在摆动中相邻两个摆体的末端的距离是随时变化的，开始摆动前和摆动完成后距离最大，摆动到中间时距离最小，距离最小时给人二者相挨的视觉效果，整体看摆动中的所有摆体的末端，有依次相互撞击的视觉效果，该效果总让初见者意想不到。 [0011] 作为本发明群摆装置机械传动部分的优选实施方式，按连杆的连接顺序的每两个相邻的摆动体和机体之间连接所用的两个铰链之间的间距都相等，每个摆动体上分别用于与机体和连杆相连接的两个铰链之间的间距都相等，每个连杆的两端分别用于和摆动体相连接的两个铰链之间的间距都相等，所有摆动体向任一方向摆动，都能实现每个连杆两端的两个铰链和该连杆一端所连接的一个摆动体跟机体连接用的一个铰链这三个铰链全都同时位于一直线上。如此，所有摆动体或者所有连杆等等几乎都是相同的部件，加工制造简单，成本也低。 [0012] 作为上述机械传动部分优选实施方式的进一步优选的实施方式，所有摆动体与机体连接所用的铰链全都依次分布于一条曲线上，所有摆动体都位于该曲线的同一侧位置。 [0013] 作为上述机械传动部分优选实施方式进一步优选的另一种实施方式，所有摆动体与机体连接所用的铰链全都依次分布于一条直线上，所有摆动体都位于该直线的同一侧位置。 [0014] 上述的两种实施方式，所有摆动体都位于摆动体与机体连接所用的铰链所分布的曲线或直线的同一侧位置，通常能使摆动体、连杆等机械传动部件的制造成本较低。 [0015] 前面所述的有关摆体的优选实施方式，摆体为弯曲杆或直形杆，每两个相邻的摆体的末端可以达到的最近距离相邻近，这样的实施方式有个弊端，就是往往摆体的摆动角度受限。摆体可以摆动的角度比较小，直接导致摆体被摆动后的动力小，摆体来回摆动的次数少，整个群摆装置的价值降低。为克服这一缺陷，本发明的群摆装置进一步改进的实施方式，每个最外端的摆动体的外侧都固定连接有一长臂，该摆动体的外侧一定距离都设有一短臂，该短臂的一端都用铰链与机体连接，各有一加速连杆的两端用铰链分别把一长臂的外端和一短臂的外端连接，使每个短臂转动的角度速度都大于与其相邻的长臂转动的角度速度，每个短臂上都固定有一摆体。这样一来，整个群摆装置最外端的两个摆体可以摆动的角度就比较大，摆体被摆动后，所有摆体的动力充足，来回摆动的次数就较多。 [0017] 本发明的群摆装置，一个以上的多个摆体被摆动后，自己就可以像多米诺骨牌顺序倒下一样的逐个有时间差地来回摆动，给人以独特视觉动感美感。本发明的群摆装置，其摆体即可以通过人手直接摆动使用，又可以连接如电机、电磁铁等等的动力装置来摆动使用。本群摆装置可以像牛顿摆那样广泛用于物理实验教学，工艺摆件等各种领域。附图说明 [0018] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细介绍。 [0019] 图1为本发明的群摆装置有3个摆体且摆体为曲线排列的一种实施方式。 [0020] 图2为图1所示的状态摆体向左侧摆动中。 [0021] 图3为图2中的摆体继续摆动，所有摆体摆动到左侧的一个角度状态。 [0022] 图4为图1所示去掉了中间的那个摆体的实施方式。 [0023] 图5为图1所示实施方式增加了摆体数量的实施方式。 [0024] 图6为图5中的摆体都摆动到了左侧的一个角度状态。 [0025] 图7为图5所示的摆体变换为呈直线排列的实施方式。 [0026] 图8为图7中的摆体都摆动到了左侧的一个角度状态。 [0027] 图9为图5中的摆体由直形杆替换成了弯曲杆的实施方式。 [0028] 图10为图5中间的5个摆体替换成了摆轮的实施方式。 [0029] 图11为图10两端的摆体替换成了游丝摆轮的实施方式。 [0030] 图12为本发明的群摆装置相邻的杆状摆体的末端可以达到的最近距离相邻近的一种实施方式。 [0031] 图13为图12所示的实施方式两外端的摆体设置有加速装置的实施方式。 [0032] 图14为图13中的摆体都摆动到了左侧的一个角度状态。 具体实施方式[0033] 图1为本发明的群摆装置只有三个摆体3的实施方式的一种，其由机体4，三个摆动体1，两个连杆2，三个摆体3组成。两个连杆2通过铰链5首尾相连，每个连杆2的首尾又分别与不同的摆动体1通过铰链5相连接，每个摆动体1的另一端又通过铰链5分别与机体4分布连接在一条曲线(如图中所示的虚线曲线)上，三个摆动体1均位于该曲线的同一侧(上侧)位置，每个摆动体1上都固定连接着一个摆体3，每个摆体3均为直形杆，其末端均为圆头，每个摆体3的末端都是围绕其另一端转动。 [0034] 为了加工制造简单、低成本，图1中每两个相邻的摆动体1与机体4连接所用的两个铰链5之间的间距都相等，每个摆动体1上面分别用于与机体4和连杆2相连接的两个铰链5之间的间距都相等，每个连杆2的两端分别用于和摆动体1相连接的两个铰链5之间的间距都相等，每个连杆2两端的两个铰链5和该连杆2一端所连接的一个摆动体1跟机体4连接用的一个铰链5这三个铰链5全都同时位于一直线上。 [0035] 这里重点说明一点，上述所谓的“三个铰链5‘全都同时’位于一直线上”指的是：如图1中，位于中间的摆动体1与机体4连接用的铰链5，和左侧连杆2两端的两个铰链5，这三个铰链5位于同一条直线上；同时，最右端的摆动体1与机体4连接用的铰链5，和右侧连杆2两端的两个铰链5，这三个铰链5照样也是位于同一条直线上的。这里所说的“三个铰链5全都同时位于一直线上”是整个装置的传动部分可以运行到的一个特殊角度状态，也是整个群摆装置的传动部分的优选实施方式的重要结构特征。当然，所有摆体3每次摆动，即可以超过这种“三个铰链5全都同时位于一直线的位置”后继续摆动一定角度，也会因为动力不足达不到这种“三个铰链5全都同时位于一直线的位置”。 [0036] 图1所示的状态，机体4的下面是整个装置的底座，整个装置则位于该底座的上面。右端的那个摆体3一定有外力的托举，否则在重力作用下一定会掉下来。卸掉右端摆体3的托举力量，摆体3开始向左摆动，图2就是摆体3摆动中的一个角度状态。 [0037] 这三个摆体3摆动中，随着摆动体1的摆动，每个连杆2在移动中均含有其首尾两端相互围绕转动的转换动作，使得三个摆动体1逐个有时间差地摆动。所以，图2中，右侧的摆体3摆动的角度最大，左侧的摆体3摆动的角度最小，说明这三个摆体3正是逐个有时间差地摆动的。 [0038] 图2状态摆体3继续向左摆动，可以摆动到图3所示的一个角度状态。图3中，左侧的摆动体1和机体4相连接的铰链5，和左侧的连杆2两端的两个铰链5这三个铰链5位于同一直线上；同时，中间摆动体1和机体4相连接的铰链5，和右侧连杆2两端的两个铰链5，这三个铰链5同样也是位于同一直线的。 [0039] 图3的状态，只能从左端的摆体3下落摆动开始，所有摆体3逐个有时间差地摆动可以回到图1的状态；接着再从图1的状态所有摆体3逐个有时间差地摆动到图3的状态，如此周而复始。由于摩擦使动力损耗，摆体3摆动的幅度会越来越小，直到静止。 [0040] 由于该实施例部件之间所有的连接均为铰链5的轴转动连接，摩擦小，动力损耗小，被摆动后所有摆体3就可以逐个有时间差地来回摆动多次。 [0041] 另外，作为这种杆状的摆体3，摆动的过程，摆体3的末端可以每每都是先向下后向上的摆动，充分利用了摆体3自身的偏心重力力矩和惯性，因而杆状摆体3具有流畅的摆动功能。 [0042] 上述实施方式，是本发明的群摆装置摆动体1和连杆2数量最少的一种实施方式，但不是摆体3数量最少的实施方式。把图1所示实施方式中间的摆体3去掉，摆体3的数量最少可以是两个，如图4所示。图4的实施方式，同样也可以实现所有摆体3逐个有时间差地来回摆动；所不同的是，图4中两个相邻摆体3摆动的时间差却加大了一倍。 [0043] 本发明的群摆装置的摆体3的数量最少是两个，摆体3的数量也可以根据实际需要任意增加。举例说明，在结构原理不变的情况下，把图1实施方式的摆体3数量增加，比如七个(图纸幅面的限制摆体不便再多，实际当中摆体数量可以很多)，如图5所示。 [0044] 图5中，有七个摆动体1和六个连杆2。六个连杆2通过铰链5依次首尾相连，每个连杆2的首尾又通过铰链5分别与不同的摆动体1的一端连接，每个摆动体1的另一端通过铰链5分布连接在机体4上。摆动体1与机体4连接所用的七个铰链5分布于一条曲线(如图中虚线曲线)上，七个摆动体1均位于该曲线的同一侧位置。每两个相邻的摆动体1与机体4连接所用的两个铰链5之间的间距都相等，每个摆动体1上面分别用于与机体4和连杆2相连接的两个铰链5之间的间距都相等，每个连杆2的两端分别用于和摆动体1相连接的两个铰链5之间的间距都相等，每个连杆2两端的两个铰链5和该连杆2一端所连接的一个摆动体1跟机体4连接用的一个铰链5这三个铰链5全都同时位于一直线上。 [0045] 图5所示，每个摆动体1上都固定连接着一个直形杆的摆体3，摆体3的末端是圆头，每个摆体3也都是其末端围绕其另一端转动。摆体3的角度状态，从右侧的那个摆体3向下向左摆动开始，七个摆体3逐个有时间差地摆动，可以到达图6所示的角度状态：每个连杆2两端的两个铰链5和该连杆2一端所连接的一个摆动体1跟机体4连接用的一个铰链5这三个铰链5全都同时位于一直线上。如此可知，七个摆体3被摆动后同样可以逐个有时间差地来回摆动。 [0046] 图5所示的实施方式只是把图1所示实施方式单纯增加了摆体3的数量，其结构原理没变，摆体3的逐个有时间差地来回摆动的功能当然也就同样没有任何的改变。 [0047] 前面所述的实施例，摆体3也可以是直线排列的。比如把图5所示的实施方式摆动体1和机体4连接所用的铰链5转换成直线分布，如图7所示(参照图中虚线直线)。除摆动体1和机体4连接所用的铰链5的分布情况，图7的实施方式和图5的实施方式有别外，机体4、摆动体1和连杆2组成的传动部分结构特征，摆体3的逐个有时间差地来回摆动的功能二者是完全相同的。 [0048] 图7中，每个连杆2两端的两个铰链5和该连杆2一端所连接的一个摆动体1跟机体4连接用的一个铰链5这三个铰链5全都同时位于一直线上，这种状态下，从右侧的那个摆体3开始向左摆动开始，七个摆体3逐个有时间差地摆动，可以达到图8所示的状态。图8中，同样也是每个连杆2两端的两个铰链5和该连杆2一端所连接的一个摆动体1跟机体4连接用的一个铰链5这三个铰链5全都同时位于一直线上。 [0049] 摆体3的形状不仅仅和前面的那些实施例一样全都是直形杆，完全可以根据实际需要美化设计成任意形状的弯曲杆，比如把图5所示实施方式的摆体3全都换成S形的一种弯曲杆，如图9所示，使摆体3的结构不再单一，更有美感。图9的实施方式除摆体3的形状外，其他的所有结构、性能完全和图5所示实施方式相同。 [0050] 摆体3的形状也可以是摆轮结构，比如把图5所示实施方式中间的五个摆体3都换成摆轮，并且每个摆轮都是围绕其自身的中心轴转动，如图10所示。摆轮结构有良好的转动惯性，所以，图10所示的实施方式同样也和图5所示实施方式一样，所有摆体3可以逐个有时间差地来回摆动。 [0051] 当然，摆体3也可以根据实际需要全部为摆轮结构，比如把图10所示实施方式中的两个直形杆摆体3换成游丝摆轮结构，如图11所示。如此就可以像机械手表的摆轮一样，利用游丝弹簧的回复力，实现摆体3的摆动功能。图11所示的状态，逆时针转动右端的那个摆体3后松开，利用游丝弹簧的回复力该摆体3顺时针摆动，然后就带着其他摆轮依次有时间差地摆动，直到最左端的那个摆轮给它上面的游丝弹簧上力至不动，接着在该游丝弹簧的弹力作用下从最左面的摆体3逆时针摆动开始，所有摆体3逐个有时间差地摆动到最右端的摆体3给它上面的游丝弹簧上力，然后所有摆体3再顺时针摆动，如此反复。 [0052] 不论是前面所述的这些实施方式，还是本发明的其他任何实施方式，也无论摆体3的数量多少，更不论摆动体1和机体4连接所用的铰链5是呈直线分布还是呈曲线分布等等，只要摆体3的形状为杆状时，不管是直形杆还是弯曲杆，有一种颇为有价值的进一步优选的实施方式，如图12所示。 [0053] 图12中的实施方式，结构构造原理和前面所讲实施方式都相同，并且跟图7所示实施方式一样，摆体3也是呈直线分布的(参照图中的虚线直线)。它有八个摆体3，摆体3为直形杆，末端为圆头。左数第四个摆体3和右数第四个摆体3是此群摆装置运转中该两个摆体3的末端(底部)达到的最近距离相邻近，该邻近的具体距离以每两个相邻的摆体3在摆动中当二者末端位于最近距离时给人以相挨的视觉效果为准。 [0054] 如图12所示，每个摆体3的结构相同，并且每个摆体3所连接的由机体4、摆动体1、连杆2所组成的传动系统的结构也都是相同的，只要在图12中有某两个相邻摆体3的末端可以达到的最近距离相邻近，就能够实现该实施方式的任意两个相邻的摆体3的末端可以达到的最近距离都相邻近。这样，当摆体3被摆动后，随着所有摆体3在来回逐个有时间差地摆动中，所有摆体3的末端就形成了一种逐个相互撞击的视觉效果，运动效果独特，产品价值提升。 [0055] 图12所示的实施方式，由于每两个相邻的摆体3可以达到的最近距离相邻近，往往使摆体3的摆动角度受限。摆体3的摆动幅度小，摆体3被摆动时所能储存的动力就少，所有摆体3摆动的次数就比较少，产品的性能价值就降低了。 [0056] 为克服这一缺陷，作为进一步改进的实施方式，如图13所示，图13中(由于图纸篇幅的限制，把图12中的摆动体1的数量减少至五个，为美观起见直形杆摆体3的形状改为弯曲杆)，每个最外端的摆动体1的外侧都固定连接有一长臂102，该摆动体1的外侧一定距离都设有一短臂103，该短臂103的一端都用铰链5与机体4连接，各有一加速连杆101的两端用铰链5分别把一所述长臂102的外端和一所述短臂103的外端连接，使每个短臂103转动的角度速度都大于与其相邻的长臂102转动的角度速度，每个短臂103上都固定有一摆体3。这样，与短臂103相连接的两个摆体3的摆动角度就比较大，被摆动后，所有摆体3就动力充足地来回摆动较多的次数。 [0057] 图13为所有摆体3摆动到右侧的一个角度状态，每个连杆2两端的两个铰链5和该连杆2一端所连接的一个摆动体1跟机体4连接用的一个铰链5这三个铰链5全都同时位于一直线上；图14为所有摆体3摆动到左侧的一个角度状态，同样也是每个连杆2两端的两个铰链5和该连杆2一端所连接的一个摆动体1跟机体4连接用的一个铰链5这三个铰链5全都同时位于一直线上。 [0058] 以上都是本发明的群摆装置最典型的一些优选实施方式，本发明绝不仅仅局限于这些实施方式，即便是上述这些实施方式也存在着本领域技术人员可以实施的多种变化和变形。总而言之，无论摆体有一个以上的多少数量，摆体形状如何变化，也无论由机体、一个以上的连杆和不少于连杆总数再加一数量的摆动体通过铰链连接的传动结构如何变化，只要是通过运动中的连杆含有其首尾两端互绕转动的转换动作实现摆动体可以逐个有时间差地摆动，摆动体上固定连接有有摆动功能的摆体，就落入本发明的保护范围。 [0059] 本发明的群摆装置，其摆体即可以用人手直接摆动，又可以连接、安装诸如电机、电磁铁等等一些动力装置摆动。连接动力装置的优势是可以使摆体持续的摆动。关于这些，对本领域技术人员来讲，都是不言而喻的。 |
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