基于间歇机构的大气水循环演示装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于间歇机构的大气水循环演示装置，包括雾化系统、传动系统、控制系统和特效系统，各个部分相互配合，实现了大气水循环的模拟演示，具有形象直观的特点。本发明采用将传统的机械模型教学融入大气水循环演示过程中，使得课程直观丰富，利于课堂知识点的贯穿，并加深了学生对间歇机构等机械零件有了较深的理解。
【专利说明】基于间歇机构的大气水循环演示装置
【技术领域】
[0001]本发明属于机械控制与机电一体化综合领域，涉及一种可应用于工业工程、机械设计、机械制造等机械相关课程当中的基于间歇机构的大气水循环模拟演示装置。
【背景技术】
[0002]在当前机械专业课程学习当中，各类教学模型因其直观、使用方便等特点，被广泛应用于各类课程当中。通过针对机械设计中各个环节的讲解内容，设定与该环节相应的机械结构模型。通过模型的演示使得学生对机械类专业课程具有直观认识，目前常用的机械结构模型大多以简单的机械传动模型为主，由于机械传动模型大多结构简单，内容单一。使得该类模型对各个机械结构之间的配合演示较少，无法满足当前课堂使用需求。使得课堂讲述内容单一，知识点之间的贯穿较少。综上所述，本发明针对现有机械结构教学课件存在的不足做出改进，设计了基于间歇机构的大气水循环模拟演示装置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于对现有机械结构模型教学中存在的问题进行改进，使其具有更加直观的展示手段，本发明所设计的基于间歇机构的大气水循环演示装置，可使得学生对机械类专业课程具有直观认识。
[0004]本发明的基于间歇机构的大气水循环演示装置的技术方案如下:
[0005]基于间歇机构的大气水循环演示装置，包括雾化系统、传动系统、控制系统和特效系统；
[0006]雾化系统包括风扇、储雾仓、通雾管、下管、雾化器、水池，所述的雾化器安装在水池中，所述的水池通过下管与上端的储雾仓相通，所述的通雾管与储雾仓相联通，通雾管上设置有若干小孔，所述的风扇设置在储雾仓后端，可将雾化器产生的雾通过下管吸进储雾仓，并由通雾管上的小孔排出；传动系统包括电机和三级直齿减速器；
[0007]特效系统包括雷声模拟单元、闪电模拟单元和降雨模拟单元，所述的雷声模拟单元为音响，所述的闪电模拟单元为LED灯，所述的降雨模拟单元包括齿条、不完全齿轮、滑动水槽、轨道、雨水管和水泵，所述的滑动水槽与齿条固联，并可在轨道上移动，所述的不完全齿轮与传动系统中三级直齿减速器的输出齿轮同轴联接输出，所述的齿条为上下双齿结构，在不完全齿轮的带动下，使得滑动水槽在轨道上往复移动；所述水泵将雾化系统中水池的水通过雨水管抽至滑动水槽，并通过滑动水槽底部设置的降雨孔滴落下来；
[0008]控制系统包括机械开关齿轮和三只电刷，所述的机械开关齿轮与传动系统中三级直齿减速器的输出齿轮相啮合；所述的机械开关上开有三只角度和弦长不同的圆周导电槽和一条联接三个圆周导电槽并通过机械开关齿轮中心的直导电槽，所述的机械开关齿轮中心与供电电源相通，当电刷与导电槽相接触时，实现降雨水泵、雷声模拟单元和闪电模拟单元的电开关控制。
[0009]上述基于间歇机构的大气水循环演示装置中，通雾管上小孔的间距为4mm，直径为2mm ο
[0010]上述基于间歇机构的大气水循环演示装置中，三级直齿减速器的输入输出传动比为100:1,齿轮模数为I,最小齿轮的齿数为12。
[0011]上述基于间歇机构的大气水循环演示装置中，滑动水槽底部的降雨孔的直径为2mm,呈间隔均为3mm的孔阵列排布。
[0012]上述基于间歇机构的大气水循环演示装置中，不完全齿轮为半齿结构，其与齿条的传动比为1:2。
[0013]上述基于间歇机构的大气水循环演示装置中，机械开关齿轮上的导电槽为镀铜槽。
[0014]上述基于间歇机构的大气水循环演示装置中，对应降雨水泵、闪电模拟单元开关和雷声模拟单元开关的圆周导电槽的弧度分别为280?330度、160?210度、60?90度。
[0015]上述基于间歇机构的大气水循环演示装置中，滑动水槽与齿条相固联，水槽底板上开有降雨孔。
[0016]本发明具有的有益技术效果如下:
[0017]1、本发明采用将传统的机械模型教学融入大气水循环演示过程中，使得课程直观丰富，利于课堂知识点的贯穿，并加深了学生对间歇机构等机械零件有了较深的理解。
[0018]2、本发明的基于间歇机构的大气水循环演示装置，包括雾化系统、传动系统、控制系统和特效系统，各个部分相互配合，实现了大气水循环的模拟演示，具有形象直观的特点。
[0019]3、本发明采用不完全齿轮和上下结构的双齿齿条实现了滑动水槽的间歇往复运动，逼真地模拟了移动降雨过程。
[0020]4、本发明采用带有圆周导电槽的机械齿轮开关实现了降雨、雷声、闪电开关时长和时刻的控制，演示效果逼真，并利于学生对机械齿轮开关的理解。
[0021]5、本发明采用三级减速器，实现了 1/100的传动比减速，同时用减速器的输出齿轮带动机械开关齿轮和不完全齿轮，简化了机械结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明基于间歇机构的大气水循环演示装置的整体结构示意图；
[0023]图2为本发明雾化系统的结构示意图；
[0024]图3为本发明传动系统的结构示意图；
[0025]图4为本发明特效系统的结构示意图；
[0026]图5为本发明特效系统中不完全齿轮、齿条间歇运动的原理示意图；
[0027]图6为本发明滑动水槽结构示意图；
[0028]图7为本发明控制系统的结构示意图。
[0029]图中:1 一风扇，2—储雾仓，3—通雾管，4一下管,5—雾化器，6—7_K池，7—传动轴，8一二级减速器输出齿轮，9一机械开关齿轮，10一电机输出轴，11一齿条，12一不完全齿轮，13—滑动水槽，14一轨道，15—LED灯，16—首响，17—雨水管，18一7jC泵，20—降雨开关导电槽,21—闪电开关导电槽,22—雷声开关导电槽,23—支架,24一直导电槽。
【具体实施方式】
[0030]本发明通过利用机械结构控制并模拟自然现象一大气水循环的过程，以此展示机械机构在实际生产与控制中的应用。
[0031]如图1所示，本发明主要由雾化系统、传动系统、控制系统、特效系统四大部分组成，分别对负责大气水循环过程中的下雨、汽化等过程进行演示。
[0032]如图2所示，雾化系统主要由风扇1、储雾仓2、通雾管3、下管4、雾化器5、水池6等部分组成，其中风扇I主要为雾气的流动提供动力，通过风扇I的作用，可以将水池中由雾化器5产生的雾气吸起进入到储雾仓2里。并将雾气吹入通雾管3里，通雾管3上每隔4mm打有直径为2mm的小孔方便雾气从中流出形成水雾帘，达到云雾的模拟效果。安装于水池中的雾化器采用24V电压进行供电，通电后可见水池中水转化成水雾。水池外加顶盖形成密闭空间，当雾化器5不停产生水雾后，其雾气将通过下管流入至储雾仓中，通过风扇I吹入空气将雾气带入到通雾管3中。由于风扇安装于外部，避免了其与水雾的直接接触，确保了其不会因为水雾而受潮坏掉。
[0033]图3为本发明的传动系统，其利用三级直齿减速，将电机转速降到预期值并将其转动传递至不完全齿轮上。其中传动轴7与前面板上的不完全齿轮相连接，将动力传输至前端特效系统当中。传动系统采用三级直齿减速箱，大大降低了减速箱整体占地空间，输入与输出传动比为100:1，降低了初始电机转速，提高了输出扭矩。9为机械开关齿轮，控制整套系统的供电周期。通过安装于传动轴7上的三级减速器输出齿轮8与开关齿轮9相啮合，其传动比为1:1。带动其转动实现整套系统的机械供电控制功能。10为电机输出轴其与电机相连接，设定电机为N20微型电机。为方便本系统使用，其三级减速箱，每级设计传动比为1:5 ；1:4 ；1:5。其齿轮模数根据设计需要选取1，最小齿轮齿数为12。
[0034]如图4、图5和图6所示，本发明中的特效系统主要负责实现发明系统的降水与闪电声音等动作的实现，其主要由齿条11、不完全齿轮12、滑动水槽13、轨道14、LED灯15、音响16、雨水管17、水泵18组成。通过传动系统带动不完全齿轮12转动，将动力传递至齿条
11。齿条11与滑动水槽13采用刚性连接，使得滑动水槽13可跟随齿条在轨道中往复移动，当水泵泵入水进入下雨管道，流入水槽中。透过水槽上的降水孔滴落下来，实现移动降雨模拟过程，展现间歇机构的运用及效果。其降雨孔采用直径为2_，上下间隔为4_，左右间隔为4_的共3行，10列的孔阵列组成，实现了雨水的均匀落下，不完全齿轮12与齿条11之间传动比为1:2。其不完全齿轮12采用半齿结构,模数为I,齿条11采用上下双齿结构，实现了齿轮单方向转动I圈，齿条做来回往复运动，其工作原理如图5所示，中间齿轮在顺时针转动中，当其不完全齿转至上方与上部齿条啮合时，由于齿轮另一半没齿，使其与下部齿条分离，进而带动整个齿条向右移动。当不完全齿转至下方与下部齿条啮合时，由于没齿的部分转至上方，齿轮上齿与齿条上部分离。并开始与下方齿条啮合，进而带动齿条向左转动。最终实现齿条的来回往复运动。
[0035]图4中，15为LED灯泡,模拟雷电的显不，16为小型MP3音响,播放模拟的雷声。与此同时降雨槽中降雨由水泵从水池中将水抽入整体系统上方的雨水管中，通过在雨水管中开槽，使得水可以顺其留下流入到降雨槽当中，为保证水不外流，其雨水管槽以其横向安装中心为原点，分别向两边开槽50mm，确保水流可以正常流入水槽当中。
[0036]如图7所示，本发明中控制系统采用机械开关齿轮进行控制，通过在齿轮中开槽，在槽中镀上铜，使其可以导电，在支架23上安装3段电刷分别对应齿轮上的三个圆周槽，将系统供电的输入正极与齿轮中心相连，通过槽中铜片使其可以传递至齿轮槽内。通过安装在支架上电刷在齿轮上扫描，当电刷接触到其圆周上的铜皮时，其所对应的系统将与输入电源相连，使其可以工作，通过计算为保证整套系统按照既定循环进行工作。图中20为降雨开关导电槽，21为闪电开关导电槽,22为雷声开关导电槽，24为联通三个导电槽的直导电槽。上述三段导电槽圆周上的圆弧度合分别为降雨开关导电槽280-330度，21闪电开关导电槽160-210度,22雷声开关导电槽60-90度,米用这种机械旋转开关,结合电机的转动，较好地实现了降雨、雷声、闪电开关时长和时刻的控制，使得模拟效果逼真，并加深了学生对机械齿轮开关的理解。
[0037]本发明采用将传统的机械模型教学融入大气水循环演示过程中，使得课程直观丰富，利于课堂知识点的贯穿，并加深了学生对间歇机构等机械零件有了较深的理解，具有较高的应用价值。
【权利要求】
1.一种基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:包括雾化系统、传动系统、控制系统和特效系统； 所述的雾化系统包括风扇(I)、储雾仓(2)、通雾管(3)、下管(4)、雾化器(5)、水池(6)，所述的雾化器(5)安装在水池￠)中，所述的水池(6)通过下管(4)与上端的储雾仓(2)相通，所述的通雾管(3)与储雾仓(2)相联通，通雾管(3)上设置有若干小孔，所述的风扇(I)设置在储雾仓(2)后端，可将雾化器(5)产生的雾通过下管(4)吸进储雾仓(2)，并由通雾管(3)上的小孔排出； 所述的传动系统包括电机和三级直齿减速器； 所述的特效系统包括雷声模拟单元、闪电模拟单元和降雨模拟单元，所述的雷声模拟单元为音响(16)，所述的闪电模拟单元为LED灯(15)，所述的降雨模拟单元包括齿条(11)、不完全齿轮(12)、滑动水槽(13)、轨道(14)、雨水管(17)和水泵(18)，所述的滑动水槽(13)与齿条(11)固联，并可在轨道(14)上移动，所述的不完全齿轮(12)与传动系统中三级直齿减速器输出齿轮(8)同轴联接输出，所述的齿条(11)为上下双齿结构，在不完全齿轮(12)的带动下，使得滑动水槽(13)在轨道上往复移动；所述水泵(18)将雾化系统中水池(6)的水通过雨水管(17)抽至滑动水槽(13)中，并通过滑动水槽(13)底部设置的降雨孔滴落下来； 所述的控制系统包括机械开关齿轮(9)和三只电刷，所述的机械开关齿轮(9)与传动系统中三级直齿减速器输出齿轮(8)相啮合；所述的机械开关上开有三只角度和弦长不同的圆周导电槽和一条联接三个圆周导电槽(22、21、22)并通过机械开关齿轮中心的直导电槽(24)，所述的机械开关齿轮(9)中心与供电电源相通，当电刷与导电槽相接触时，实现降雨水泵、雷声模拟单元和闪电模拟单元的电开关控制。
2.根据权利要求1所述的基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:所述的通雾管上小孔的间距为4臟，直径为2mm。
3.根据权利要求1所述的基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:所述的三级直齿减速器的输入输出传动比为100:1，齿轮模数为1，最小齿轮的齿数为12。
4.根据权利要求1所述的基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:所述滑动水槽(13)底部的降雨孔的直径为2mm，呈间隔均为3mm的孔阵列排布。
5.根据权利要求1所述的基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:所述不完全齿轮(12)为半齿结构,其与齿条的传动比为1:2。
6.根据权利要求1所述的基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:所述机械开关齿轮(9)上的导电槽为镀铜槽。
7.根据权利要求1所述的基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:所述对应降雨水泵、闪电模拟单元开关和雷声模拟单元开关的圆周导电槽的弧度分别为280?330 度、160 ?210 度、60 ?90 度。
8.根据权利要求1所述的基于间歇机构的大气水循环演示装置，其特征在于:所述滑动水槽(13)与齿条(11)相固联，滑动水槽(13)底板上开有降雨孔。
【文档编号】G09B25/00GK104183187SQ201410452450
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】吴兴国, 郝昱宇, 尚长春, 徐欢, 王江波, 周伟强, 吴鹏, 杜媛英, 韩敏 申请人:西安科技大学