一种机械运动展示教具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种机械运动展示教具，涉及机械类课堂教具【技术领域】。该教具包括：动力机构、传动机构、曲柄摇杆机构、第一滑块机构、凸轮机构、第二滑块机构及固定盒，所述传动机构、所述曲柄摇杆机构、所述第一滑块机构、所述凸轮机构以及所述第二滑块机构安装在所述固定盒内；所述动力机构与所述传动机构连接，所述传动机构包括两个输出轴；所述曲柄摇杆机构包括曲柄、第一连杆以及摇杆，所述凸轮机构包括凸轮、从动件及第二连杆。该教具采用动力机构、传动机构带动其他机械机构运转，装置结构简单巧妙、操作简便，能够简洁明了地展示教学中的机械运动原理，提高教学质量，同时本教具固定在固定盒中，便于存放或携带。
【专利说明】—种机械运动展示教具【技术领域】
[0001]本发明涉及机械类课堂教具【技术领域】，特别涉及一种机械运动展示教具。
【背景技术】
[0002]机械运动方案的拟定教学是机械原理课堂中教学的难点，在教授一些机械原理知识的时候，通常会用到一些体现机械运动原理的教具。
[0003]现有技术中用于体现机械运动原理的教具大都是固定在支架上，携带不便，结构较为复杂，操作的时候比较繁琐，不能简洁明了地体现教学中的机械运动原理知识点，影响
教学质量。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中体现机械运动原理的教具携带不便、结构复杂、操作繁琐且影响教学质量的问题，本发明实施例提供了一种机械运动展示教具。技术方案如下:
[0005]本发明实施例提供了一种机械运动展示教具，所述教具包括:
[0006]动力机构、传动机构、曲柄摇杆机构、第一滑块机构、凸轮机构、第二滑块机构及固定盒，所述传动机构、所述曲柄摇杆机构、所述第一滑块机构、所述凸轮机构以及所述第二滑块机构安装在所述固定盒内；
[0007]所述动力机构与所述传动机构连接,所述传动机构包括两个输出轴；
[0008]所述曲柄摇杆机构包括曲柄、第一连杆以及摇杆，所述曲柄的一端与所述传动机构的一个所述输出轴固定连接，所述第一连杆的两端分别与所述曲柄的另一端及所述摇杆的一端铰接，所述摇杆的另一端铰接在所述固定盒内，所述摇杆的中部与所述第一滑块机构连接；
[0009]所述凸轮机构包括凸轮、从动件及第二连杆，所述凸轮与所述传动机构的另一个所述输出轴固定连接，所述凸轮的边缘与所述从动件的边缘接触，所述从动件与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的中部铰接在所述固定盒内，所述第二连杆的另一端与所述第二滑块机构连接，所述第二连杆为A形结构，所述A形结构的三个顶点处分别设置有铰接点。
[0010]可选地，所述动力机构为发条。
[0011]进一步地，所述传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮及第四齿轮，所述第一齿轮与所述动力机构连接并且与所述第二齿轮啮合，所述第二齿轮分别与所述第三齿轮及所述第四齿轮啮合，所述第三齿轮与所述曲柄的一端通过一个所述输出轴固定连接，所述第四齿轮与所述凸轮通过另一个所述输出轴固定连接。
[0012]进一步地，所述第一滑块机构包括第三连杆、第一滑块及第一导轨，所述第三连杆的一端与所述摇杆铰接，所述第三连杆的另一端与所述第一滑块铰接，所述第一滑块放置在所述第一导轨上。
[0013]进一步地，所述第一导轨上设置有C形槽，所述第一滑块放置在所述C形槽中。[0014]进一步地，所述第二滑块机构包括第四连杆、第二滑块及第二导轨，所述第四连杆的一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第四连杆的另一端与所述第二滑块铰接，所述第二滑块放置在所述第二导轨上。
[0015]进一步地，所述第二导轨上设置有C形槽，所述第二滑块放置在所述C形槽中。
[0016]进一步地，所述固定盒包括相对设置的侧面板以及连接所述侧面板的连接板，所述侧面板及所述连接板均是透明的工程塑料板。
[0017]本发明实施例提供的技术方案的有益效果是:
[0018]本发明实施例提供的教具采用动力机构、传动机构带动其他机械机构运转，装置结构简单巧妙、操作简便，能够简洁明了地展示教学中的机械运动原理，提高教学质量，同时本教具固定在固定盒内，便于存放或携带。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例提供的一种机械运动展示教具的后视结构图；
[0020]图2是本发明实施例提供的一种机械运动展示教具的正视结构图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0022]实施例
[0023]参见图1-2，本实施例提供了一种机械运动展示教具的结构图，该教具包括:
[0024]动力机构21、传动机构22、曲柄摇杆机构23、第一滑块机构24、凸轮机构25、第二滑块机构26及固定盒，传动机构22、曲柄摇杆机构23、第一滑块机构24、凸轮机构25以及第二滑块机构26安装在固定盒内。
[0025]具体地，动力机构21与第一齿轮221连接，为传动机构22提供动力，传动机构22分别与曲柄摇杆机构23及凸轮机构25连接，用于接收动力并带动曲柄摇杆机构23及凸轮机构25运转；第二齿轮222由第一齿轮221带动，分别为由第三齿轮223及第四齿轮224带动的两处分支机构提供动力；传动机构22的齿轮均固定在固定盒内，保证了本实施例教具整体运转时传动机构22的稳定性。
[0026]具体地，固定盒(图中未示)包括相对设置的侧面板以及连接侧面板的连接板，侧面板及连接板均是透明的工程塑料板。固定盒呈相框结构，从固定盒的顶面可以观察到第一滑块机构24及第二滑块机构26的运动情况，从固定盒的底面可以观察到上述各机构的运动轨迹，简明直观地展示了复杂机构的运动原理，可以提高教学质量；同时，采用工程塑料板作为固定盒的材料，使得教具整体价格低廉且方便携带。
[0027]动力机构21与传动机构22连接，传动机构22包括两个输出轴。
[0028]具体地，动力机构21用于向传动机构22提供动力。动力机构21可以为发条。发条的核心结构为平面涡卷弹簧。平面涡卷弹簧又叫发条弹簧，发条弹簧可以在垂直于轴的平面内形成转动力矩，借以储存能量。当外界对发条弹簧做功后，这部分的功就转换为发条的弹性变形能，当发条工作时，发条的弹性变形能又逐渐释放，驱动传动机构22运转做功。容易知道，此处并不限于使用发条作为本实施例的动力机构21，还可以使用如电机、摇杆等动力装置或者其他形式的动力源。
[0029]传动机构22包括第一齿轮221、第二齿轮222、第三齿轮223及第四齿轮224，第一齿轮221与动力机构21连接并且与第二齿轮222啮合，第二齿轮222分别与第三齿轮223及第四齿轮224啮合，第三齿轮223与曲柄231的一端通过一个输出轴固定连接，第四齿轮224与凸轮251通过另一个输出轴固定连接。
[0030]曲柄摇杆机构23包括曲柄231、第一连杆232以及摇杆233，曲柄231的一端与传动机构22的一个输出轴固定连接,第一连杆232的两端分别与曲柄231的另一端及摇杆233的一端铰接，摇杆233的另一端铰接在固定盒内，摇杆233的中部与第一滑块机构24连接；
[0031]具体地，曲柄231的一端与传动机构22的第三齿轮223连接，第三齿轮223转动时会带动曲柄231与第一连杆232连接的一端绕第三齿轮223中心转动，由于摇杆233的一端通过铰链固定在固定盒内，所以在曲柄232转动时会经由第一连杆232带动摇杆233做往复摆动运动。
[0032]进一步地，摇杆233为钝三角形结构，钝三角形结构的三个角上分别设置有铰接点。
[0033]具体地，钝三角结构中钝角一端的铰接点用于铰接摇杆233与第一滑块机构24的第三连杆241，在节省材料的前提下可以避免第一连杆232运动过程中与第三连杆241产生干涉碰撞；钝角端接近摇杆233与第一连杆232的铰接端，使得第一连杆232可以在运动过程中带动第三连杆241产生更大的位移，促使第一滑块机构24的机械运动更明显，容易知道，摇杆233并不限于使用钝三角形结构，还可以使用四边形、五边形或其他不规则形状的多边形刚性结构。
[0034]凸轮机构25包括凸轮251、从动件252及第二连杆253，凸轮251与传动机构22的另一个输出轴固定连接，凸轮251的边缘与从动件252的边缘接触，从动件252与第二连杆253的一端铰接，第二连杆253的中部铰接在固定盒内，第二连杆253的另一端与第二滑块机构26连接。
[0035]具体地，凸轮251的轴与传动机构22的第四齿轮224的轴连接，在第四齿轮224转动时一起转动，由于凸轮251的轮廓曲线只有一部分是圆弧，所以在凸轮251转动时，与凸轮251接触的从动件252会间歇性的往复移动，第二连杆253的中间部位通过铰链固定在固定盒内，在第二连杆253与从动件252连接的一端往复移动时，第三连杆253的另一端做间歇性的往复摆动运动。本实施例中从动件252为小圆柱形状，可以增加从动件252与凸轮251接触的面积，能够更加稳定地使从动件252随凸轮251移动；容易知道，此处并不限定从动件252的形状，也可以使用小圆球或其他形状的部件与凸轮251接触。
[0036]进一步地，第二连杆253为A形结构，A形结构的三个顶点处分别设置有铰接点。
[0037]具体地，第二连杆253的A形结构顶部尖角端作为第二连杆253与固定盒的铰接点，第二连杆253其余两端作为A形结构的底部端可以同向移动，在保证各结构件运动状态下不干涉碰撞的同时节省了空间，容易知道，第二连杆253并不限于使用A形结构，还可以使用四边形、五边形或其他不规则形状的多边形刚性结构。
[0038]第一滑块机构24包括第三连杆241、第一滑块242及第一导轨243，第三连杆241的一端与摇杆233铰接，第三连杆241的另一端与第一滑块242铰接，第一滑块242放置在第一导轨243上。
[0039]进一步地，第一导轨243上设置有C形槽，第一滑块242放置在C形槽中。
[0040]具体地，第一导轨243固定在固定盒内，第三连杆241的一端铰接在摇杆233的中间，在摇杆233做往复摆动运动时，会通过第三连杆241带动滑块242在第一导轨243上滑动，由于C形槽的限位作用，滑块242只能在C形槽内做往复运动但又不会脱离导轨，容易知道，此处并不限于设置C形槽，还可以设置如U形槽等具有限位作用的凹槽；另一方面，凹槽还可以设置在第一滑块242上，在第一导轨243上配合设置突出的滑道，此时第一滑块242同样可以在第一导轨243上平滑地往复运动；第一滑块242上可以粘接图片，当教具整体运作时，会形成动态的运行轨迹图，促使教学过程更加具有生动性。
[0041]第二滑块机构26包括第四连杆261、第二滑块262及第二导轨263，第四连杆261的一端与第二连杆253的一端铰接，第四连杆261的另一端与第二滑块262铰接，第二滑块262放置在第二导轨263上。
[0042]进一步地，第二导轨263上设置有C形槽，第二滑块262放置在C形槽中。
[0043]具体地，第四连杆261的一端铰接在第三连杆253的一端，在第三连杆253做间歇性的往复摆动运动时，会通过第四连杆261带动滑块262在第二导轨263上滑动，由于C形槽的限位作用，滑块262只能在C形槽内做间歇性的往复运动但又不会脱离导轨，容易知道，此处并不限于设置C形槽，还可以设置如U形槽等具有限位作用的凹槽；另一方面，凹槽还可以设置在第二滑块262上，在第二导轨263上配合设置突出的滑道，此时第二滑块262同样可以在第二导轨263上平滑地往复运动；第二滑块262上可以粘接图片，当教具整体运作时，会形成动态的运行轨迹图，促使教学过程更加具有生动性。
[0044]本实施例提供的教具在使用前，可以预先使得发条储存弹性变形能，在使用时释放动力机构21的能量,使得发条带动传动机构运转,本实施例中传动机构22会同时带动两组机构运转，第一组由曲柄摇杆机构23和第一滑块机构24组成，在教具运转的情况下，第一滑块242在第一导轨243上做往复运动；第二组由凸轮机构25和第二滑块机构26组成，在教具运转的情况下，第二滑块262在第二导轨263上做间歇性往复运动。
[0045]本实施例提供的教具为平面机构，根据本教具可计算平面机构的自由度(机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目)，计算公式为F=3n - (2PL+Ph)，其中，η是活动构件数，PL是低副约束数，Ph是高副约束数。同时，依据本教具还可以制作机构运动简图，具体是一种根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，并用国际规定的简单线条和符号代表构件和运动副，能够准确表达机构运动特征的简明图形。机构是用来传递运动和动力或者是改变运动形式的机械装置，通常要求机构具有确定的相对运动，计算平面机构的自由度能够帮助分析和设计机构；制作机构运动简图能够直观地反映各个构件之间的连接关系以及运动关系，对教学中帮助学生理解知识点极为有益，本实施例提供的教具对教学质量的提升有较佳的促进作用。
[0046]本发明实施例提供的教具采用动力机构、传动机构带动其他机械机构运转，装置结构简单巧妙、操作简便，能够简洁明了地展示教学中的机械运动原理，提高教学质量，同时本教具固定在透明的固定盒中，便于直观地观察各机构的运转过程，同时便于存放或携带，固定盒由透明的工程塑料板制成，材料轻盈、价格低廉。
[0047]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种机械运动展示教具，其特征在于，所述教具包括: 动力机构、传动机构、曲柄摇杆机构、第一滑块机构、凸轮机构、第二滑块机构及固定盒，所述传动机构、所述曲柄摇杆机构、所述第一滑块机构、所述凸轮机构以及所述第二滑块机构安装在所述固定盒内； 所述动力机构与所述传动机构连接，所述传动机构包括两个输出轴； 所述曲柄摇杆机构包括曲柄、第一连杆以及摇杆，所述曲柄的一端与所述传动机构的一个所述输出轴固定连接，所述第一连杆的两端分别与所述曲柄的另一端及所述摇杆的一端铰接，所述摇杆的另一端铰接在所述固定盒内，所述摇杆的中部与所述第一滑块机构连接，所述摇杆为钝三角形结构，所述钝三角形结构的三个角上分别设置有铰接点； 所述凸轮机构包括凸轮、从动件及第二连杆，所述凸轮与所述传动机构的另一个所述输出轴固定连接，所述凸轮的边缘与所述从动件的边缘接触，所述从动件与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的中部铰接在所述固定盒内，所述第二连杆的另一端与所述第二滑块机构连接，所述第二连杆为A形结构，所述A形结构的三个顶点处分别设置有铰接点。
2.根据权利要求1所述的教具，其特征在于，所述动力机构为发条。
3.根据权利要求1所述的教具，其特征在于，所述传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮及第四齿轮，所述第一齿轮与所述动力机构连接并且与所述第二齿轮啮合，所述第二齿轮分别与所述第三齿轮及所述第四齿轮啮合，所述第三齿轮与所述曲柄的一端通过一个所述输出轴固定连接，所述第四齿轮与所述凸轮通过另一个所述输出轴固定连接。
4.根据权利要求1所述的教具，其特征在于，所述第一滑块机构包括第三连杆、第一滑块及第一导轨，所述第三连杆的一端与所述摇杆铰接，所述第三连杆的另一端与所述第一滑块铰接，所述第一滑块放置在所述第一导轨上。
5.根据权利要求4所述的教具，其特征在于，所述第一导轨上设置有C形槽，所述第一滑块放置在所述C形槽中。
6.根据权利要求1所述的教具，其特征在于，所述第二滑块机构包括第四连杆、第二滑块及第二导轨，所述第四连杆的一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第四连杆的另一端与所述第二滑块铰接，所述第二滑块放置在所述第二导轨上。
7.根据权利要求6所述的教具，其特征在于，所述第二导轨上设置有C形槽，所述第二滑块放置在所述C形槽中。
8.根据权利要求1所述的教具，其特征在于，所述固定盒包括相对设置的侧面板以及连接所述侧面板的连接板，所述侧面板及所述连接板均是透明的工程塑料板。
【文档编号】G09B25/02GK104008691SQ201410161653
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】李尧, 易建钢, 胡瑨, 刘欣宇, 王雄, 刘豪, 方国辉 申请人:江汉大学