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能量转化及机械原理演示小车
来源：广搜网
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发布日期： 11:51:31
&&&&发明人：王雨辰 苏伟伟 赵晓萌（摘要：本实用新型公开了一种能量转化及机械原理演示小车，包括下部设有车轮的车架，车架上设有支架，支架顶部设有定滑轮，定滑轮的沟槽内设有牵引绳，牵引绳的两端分别连接有重物块和动能传动装置，动能传动装置的动力输出端与车轮传动连接。本实用新型设计巧妙、结构简单，不仅适用于中学物理课堂演示重力势能与动能之间的转换，而且适用于大学的“机械原理”、“机械设计”课堂中展示四连杆机构和带传动机构的工作原理，以及教学研究车辆转弯机构结构与其行走路线的数学原理关系，理论联系实际，启发学生们理解能量转化的具体应用，可以增强学生们的学习兴趣，并使教师的授课效果、教学质量大大提高。）
1. 能量转化及机械原理演示小车，其特征在于：包括下部设有车轮的车架，车架上设有支架，支架顶部设有定滑轮，定滑轮的沟槽内设有牵引绳，牵引绳的两端分别连接有重物块和动能传动装置，动能传动装置的动力输出端与车轮传动连接。2. 根据权利要求1 所述的能量转化及机械原理演示小车，其特征在于：所述车轮设有三个，其中一个车轮通过转向立轴设在车架前端中部，转向立轴与车架转动连接，另两个车轮之间通过一根轮轴设在车架后部两侧，牵引绳的一端缠绕到轮轴上。3. 根据权利要求2 所述的能量转化及机械原理演示小车，其特征在于：所述动能传动装置包括设在车架底部内侧平行设置的第一转轴和第二转轴，第一转轴上设有同轴的主动大带轮和主动小带轮，第二转轴上设有从动带轮和曲轴轮，主动大带轮和轮轴带传动连接，主动小带轮和从动带轮带传动连接，曲轴轮表面偏心位置上设有销轴，销轴外转动连接有万向节，万向节前端铰接有一根连杆，连杆前端通过摇杆与转向立轴固定连接。能量转化及机械原理演示小车技术领域[0001] 本实用新型涉及一种学校课堂授课演示模型，尤其涉及一种能量转化及机械原理演示小车。背景技术[0002] 在中学物理课的教学当中，有一种普遍的现象困扰着很多同学，每当老师讲到有关能量转换等相对抽象的问题，尤其是重力势能与动能之间的转换时，同学们大多不能很好地理解领悟。这严重影响到近些年来千军万马过独木桥的高考升学。进入大学校园后，很多同学本以为学习可以轻松地对付，但在大学的“机械原理”、“机械设计”等课堂中，又涉及到诸如齿轮传动机构、曲柄连杆传动机构、链传动机构、带传动机构等新的问题，依然有很多同学模棱两可。这些问题不仅容易使不少同学们产生厌学情绪，而且使教师的授课效果、教学质量大大降低，学生家长也是一筹莫展。实用新型内容[0003] 本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种在课堂上演示重力势能通过相关机械传动机构转换为动能的能量转化及机械原理演示小车。[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：能量转化及机械原理演示小车，包括下部设有车轮的车架，车架上设有支架，支架顶部设有定滑轮，定滑轮的沟槽内设有牵引绳，牵引绳的两端分别连接有重物块和动能传动装置，动能传动装置的动力输出端与车轮传动连接。[0005] 所述车轮设有三个，其中一个车轮通过转向立轴设在车架前端中部，转向立轴与车架转动连接，另两个车轮之间通过一根轮轴设在车架后部两侧，牵引绳的一端缠绕到轮轴上。[0006] 所述动能传动装置包括设在车架底部内侧平行设置的第一转轴和第二转轴，第一转轴上设有同轴的主动大带轮和主动小带轮，第二转轴上设有从动带轮和曲轴轮，主动大带轮和轮轴带传动连接，主动小带轮和从动带轮带传动连接，曲轴轮表面偏心位置上设有销轴，销轴外转动连接有万向节，万向节前端铰接有一根连杆，连杆前端通过摇杆与转向立轴固定连接。[0007] 采用上述技术方案，重物块由支架上端向下自由下落，重力通过牵引绳带动轮轴转动，轮轴带动车架后部的两个驱动轮转动使小车向前运动，而实现重物块的重力势能转换为整个小车的动能；轮轴同时通过动能传动装置实现小车前端的车轮转向，动能传动装置采用由主动大带轮、主动小带轮和从动带轮构成的带传动机构以及由曲轴轮、销轴、万向节、连杆和摇杆构成的四连杆机构来实现前端车轮的转向；车架后部的两个车轮为驱动轮，两个驱动轮之间具有差速行驶的功能，车架前端的车轮为转向轮，可以使小车行走路线呈“近似正弦曲线”形状。[0008] 本实用新型设计巧妙、结构简单，不仅适用于中学物理课堂演示重力势能与动能之间的转换，而且适用于大学的“机械原理”、“机械设计”课堂中展示四连杆机构和带传动机构的工作原理，以及教学研究车辆转弯机构结构与其行走路线的数学原理关系，理论联系实际，启发学生们理解能量转化的具体应用，可以增强学生们的学习兴趣，并使教师的授课效果、教学质量大大提高。附图说明[0009] 图1 是本实用新型的结构示意图；[0010] 图2 是图1 的左视图；[0011] 图3 是车架底部动能传动装置的结构示意图。具体实施方式[0012] 如图1、图2 和图3 所示，本实用新型的能量转化及机械原理演示小车，包括下部设有三个车轮的车架1，其中一个车轮2 为转向轮设在车架1 前端中部，另两个车轮3 为驱动轮并具有差速行驶的功能，两车轮3 之间通过一根轮轴10 设在车架1 后部两侧，车架1 上设有支架5，支架5 顶部设有定滑轮6 和定滑轮4，定滑轮6 和定滑轮4 的沟槽内设有牵引绳7，牵引绳7 的两端分别连接有重物块8 和动能传动装置，动能传动装置的动力输出端与两车轮3 传动连接。车轮2 通过与车架1 转动连接的转向立轴9 与车架1 连接，另两个车轮3 之间通过一根轮轴10 设在车架1 后部两侧，牵引绳7 的一端缠绕到轮轴10 上。[0013] 动能传动装置包括设在车架1 底部内侧平行设置的第一转轴11 和第二转轴12，第一转轴11 上设有同轴的主动大带轮13 和主动小带轮14，第二转轴12 上设有从动带轮15和曲轴轮16，主动大带轮13 和轮轴10 带传动连接，主动小带轮14 和从动带轮15 带传动连接，曲轴轮16 表面偏心位置上设有销轴17，销轴17 外转动连接有万向节18，万向节18 前端铰接有一根连杆19，连杆19 前端通过摇杆20 与转向立轴9 固定连接[0014] 本实用新型当中涉及轴转动连接的部件，均设有轴承，这样有效的减小转动部分的摩擦力。主动大带轮13 和轮轴10 之间、主动小带轮14 和从动带轮15 之间的传动比选择要合适（选择合适的传动比才能满足小车顺利前进并且能够实现预定转向的目的）。连杆19 的杆长设计成可调的，目的是为了方便认识和观察机构存在“死点”的情况以及调整车轮2 左右转向幅度对称的状况。[0015] 本实用新型由重物块8 的重力势能向整个小车的动能转换过程为：重物块8 做下落运动时拉动牵引绳7，牵引绳7 通过定滑轮6 和定滑轮4 带动轮轴10 转动，设在轮轴10两端的两个车轮3 转动达到整个小车的行进。小车的转向主要是通过转轴10 通过皮带21带动主动大带轮13 转动，与主动大带轮13 同轴的主动小带轮14 通过皮带22 带动从动带轮15 转动，与从动带轮15 同轴的曲轴轮16 带动销轴17 转动，销轴17 通过万向节18 推拉连杆19，连杆19 通过摇杆20 带动转向立轴9 在一定角度范围内左右转动，转向立杆9 的下端的车轮2 也随之摆动实现转向的目的，两个车轮3 具有差速行驶的功能不影响车轮2 的转向。随着整个小车的前行，小车行走路线呈“近似正弦曲线”形状。[0016] 当然，本实用新型当中的动能传动装置也可以采用齿轮传动机构、链传动机构；四连杆机构也可以采用其他机构如：曲柄连杆机构、凸轮机构、锥齿轮机构等，实现车轮2 的转向功能即可。上述变换也在本实用新型的保护范围之内。图1 图2
发明人：王雨辰 苏伟伟 赵晓萌
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汽车的工作原理（从能量的转化来说）具体一些
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之前有过类似的问题，把那时我的答案照搬过来应该没问题吧.....雾化的汽油与空气在气缸内混合后被火花塞产生的火花点燃，燃烧时体积迅速膨胀，推动活塞向下运动，再通过连杆把活塞的垂直运动转化为曲轴的旋转运动输出动力，有点像骑自行车一样。 动图是四冲程汽油机的工作过程，第一步吸气，第二步压缩，第三步做功（火花塞点燃汽油和空气的混合气），第四步排气，四冲程就是这个意思。 能量转化的话...... 内能转化为动能？还是生物质能转化为动能？
燃料的化学能转化为动能
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(C)2013果壳网&京ICP备号-2&京公网安备功能原理、机械能守恒定律及动能定理之间的关系
功是能量（限于有机械能参与的过程）转化的量度，是三者的共同基础。不同的是，研究对象是单个物体还是系统，关注的是机械能的总量还是只着眼于动能。
研究对象为单个物体时，势能无从谈起，故关注的只是物体的动能。
研究对象是相互作用的物体系统时，因系统内的保守力做功（有相应的动能增量）时必伴随着相应势能的等量减少，故物体系统的机械能总量不会因为系统内保守力做功而改变。也就是说，仅系统内保守力做功时，系统的机械能守恒。
若有系统内保守力之外的力对系统做了功，系统的机械能发生变化。功能原理告诉我们，物体系统的机械能增量等于物体系统内保守力以外的力，对系统所做功的代数和。
功能原理则是将动能定理适用于系统时进行了必要的修正。系统内保守力以外的力对物体所做的功的代数和等于系统机械能的增量。显然，机械能守恒定律是对系统适用功能原理时的一种特例。
另，惯性定律是适用于单个物体的，动量守恒定律，是把惯性定律适用于相互作用的物体系统时进行了必要的变形。
动能定理、功能关系、机械能守恒三者如何选择应用？有没有明确的辨析的思路？
第一步、审查过程始末，是否只争一个物体的能量（动能or势能）发生了变化？若只有一个，则动能定理，足已！
第二步、审查，过程中做功的力有哪几个？除重力和系统内的弹力做功外，可有其它力参与做功？
有，则选用功能原理。否则，对系统应用机械能守恒。
例外：题目明确针对某物体探讨动能的变化或者机械能的变化时，则分别选用动能定理和功能关系。
留意：本文视功能原理和功能关系为一个概念。
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