一种机械驱动的课堂教具的制作方法

一种机械驱动的课堂教具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种机械驱动的课堂教具，属于机械课堂教具领域。所述机械驱动的课堂教具，所述教具包括：活页环扣以及安装在所述活页环扣上的多个书页装置，所述书页装置包括透明的壳体以及安装在所述壳体内的机械运动结构，每个所述书页装置的机械运动结构包括动力机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构、凸轮机构、齿轮机构中的一种或多种。本实用新型提供的机械驱动的课堂教具能够通过机械机构运转，使得演示能够连续运动，同时，该课堂教具结构简单巧妙、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盒子中，便于直观地观察各机构的运转过程，便于学生发散思维和提高创新意识。
【专利说明】一种机械驱动的课堂教具

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机械课堂教具领域，特别涉及一种机械驱动的课堂教具。

【背景技术】
[0002]机械课堂教具是将机械的运动形式直观地演示给学生看，帮助学生了解机械的运动形式。
[0003]现有的机械课堂教具结构简单，多是通过几个部件简单的组合，且演示过程多为教师手动完成。
[0004]在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]由于演示过程多为手动完成，有时会存在机械课堂教具不能够连续且平稳地演示其运动，不利于学生理解该机械课堂教具所反映的运动形式，此外，现有的机械课堂教具结构简单，局限学生的思维和创新意识。
实用新型内容
[0006]为了解决现有技术中机械课堂教具结构简单且演示过程多为手动完成的问题，本实用新型实施例提供了一种机械驱动的课堂教具。所述技术方案如下:
[0007]本实用新型实施例了一种机械驱动的课堂教具，所述教具包括:活页环扣以及安装在所述活页环扣上的多个书页装置，所述书页装置包括透明的壳体以及安装在所述壳体内的机械运动结构，每个所述书页装置的机械运动结构包括动力机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构、凸轮机构、齿轮机构中的一种或多种。
[0008]具体地，所述书页装置包括所述第一书页装置，所述第一书页装置的机械运动结构包括第一动力机构、传动齿轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆和第八连杆，
[0009]所述传动齿轮的齿轮轴可转动地安装在所述第一书页装置的壳体上，所述第一动力机构与所述传动齿轮啮合，所述第一连杆的一端固定在所述齿轮轴上，所述第一连杆的另一端与所述第三连杆的中间铰接；
[0010]所述第二连杆的一端和所述第四连杆的一端固定在所述第一书页装置的壳体上，所述第二连杆的另一端铰接在所述第三连杆的一端，所述第四连杆的另一端、所述第三连杆的另一端和所述第五连杆的一端铰接；所述第一连杆、所述第二连杆、以及所述第四连杆平行且位于所述第三连杆的同一侧，所述第一连杆、所述第二连杆、以及所述第三连杆组成一个所述双曲柄机构，所述第一连杆、所述第三连杆、以及所述第四连杆组成另一个所述双曲柄机构；
[0011]所述第六连杆的中间固定在所述第一书页装置的壳体上，所述第五连杆的另一端与所述第六连杆的一端铰接，所述第六连杆的另一端与所述第七连杆的一端铰接；所述第四连杆和所述第六连杆位于所述第五连杆的同一侧，所述第四连杆、所述第五连杆、以及所述第六连杆组成一个所述曲柄摇杆机构；
[0012]所述第八连杆的一端固定在所述第一书页装置的壳体上，所述第七连杆的另一端与所述第八连杆的另一端铰接；所述第六连杆和所述第八连杆位于所述第七连杆的同一侧，所述第六连杆、所述第七连杆、以及所述第八连杆组成一个所述双摇杆机构。
[0013]具体地，所述书页装置包括第二书页装置，所述第二书页装置的机械运动结构包括第二动力机构、主动齿轮、L型杆、二连杆机构、可伸缩装置、小圆柱、齿条、第二传动齿轮第二凸轮；
[0014]所述第二书页装置的壳体包括平行设置的第一面板和第二面板，所述第一面板和所述第二面板通过侧板连接，所述第二动力机构包括动力齿轮，所述第二动力机构、所述主动齿轮和所述齿条安装在所述第一面板上，且所述动力齿轮与所述主动齿轮啮合，所述二连杆机构的一端固定在所述主动齿轮的转动轴上，所述L型杆包括垂直连接的横杆和竖杆，所述二连杆机构的另一端与所述横杆的一端可转动连接，所述横杆的另一端与所述竖杆连接，且所述横杆的另一端上设有第二传动齿轮，所述第二传动齿轮与所述齿条啮合，所述第二凸轮固定在所述第二传动齿轮上，所述可伸缩装置与所述竖杆连接，所述小圆柱设于所述可伸缩装置上，所述小圆柱与所述第二凸轮相切，所述小圆柱上设有笔头。
[0015]具体地，所述第二书页装置的机械运动结构还包括固定在所述第二面板上的滑槽，所述横杆设置在所述滑槽中，所述滑槽固定在所述第二面板上。
[0016]具体地,所述二连杆机构包括第一横杆和第二横杆，所述第一横杆和第二横杆的一端可转动连接，所述第一横杆的另一端与所述L型杆可转动连接，所述第二横杆的另一端固定在所述主动齿轮的转动轴上。
[0017]具体地，所述书页装置包括第三书页装置，所述第三书页装置的机械运动结构包括第三动力机构和齿轮机构，所述齿轮机构包括可转动地固定在所述第三书页装置的壳体上的第一外齿轮和第二外齿轮、与所述第二外齿轮同轴连接的第三外齿轮、第九连杆、第四外齿轮和第五外齿轮，所述第一外齿轮套设在所述第三动力机构的外部，且所述第一外齿轮的内壁与所述第三动力机构的输出端连接，所述第二外齿轮与所述第一外齿轮啮合，所述第九连杆的一端固定在所述第二外齿轮的转动轴上，所述第九连杆的另一端固定在所述第四外齿轮的转动轴上，所述第五外齿轮可转动地安装在所述第九连杆的中部且所述第五外齿轮分别与所述第三外齿轮和所述第四外齿轮啮合。
[0018]具体地，所述第三书页装置的机械运动结构还包括与所述第四外齿轮同轴连接的第六外齿轮，所述第六外齿轮的半径大于所述第四外齿轮的半径。
[0019]具体地，所述书页装置包括第四书页装置，所述第四书页装置的机械运动结构包括第四动力机构、第四传动机构、曲柄摇杆机构、第一滑块机构、凸轮机构和第二滑块机构；
[0020]所述第四动力机构与所述第四传动机构连接，所述第四传动机构包括两个输出轴；
[0021]所述第四书页装置的所述曲柄摇杆机构包括曲柄、第十连杆以及摇杆，所述曲柄的一端与所述第四传动机构的一个所述输出轴固定连接，所述第十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述第四书页装置的壳体上，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；
[0022]所述凸轮机构包括第四凸轮、从动件及第十一连杆，所述第四凸轮与所述第四传动机构的另一个所述输出轴固定连接，所述第四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十一连杆的一端铰接，所述第十一连杆的中部铰接在所述第四书页装置的壳体上，所述第十一连杆的另一端与所述第二滑块机构连接，所述第十一连杆为A形结构，所述A形结构的三个顶点处分别设置有铰接点。
[0023]具体地，所述书页装置的壳体具有正面和背面，所述正面设有图片，所述背面设有用于说明所述书页装置利用的知识点的文字和所述知识点的原理图，所述图片分别安装在所述双曲柄机构、所述双摇杆机构、所述曲柄摇杆机构、所述凸轮机构、所述齿轮机构中的一种或多种上。
[0024]具体地,所述动力机构为发条。
[0025]本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本实用新型提供的机械驱动的课堂教具能够通过机械机构运转，使得演示能够连续运动，同时，该课堂教具结构简单巧妙、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盒子中，便于直观地观察各机构的运转过程，便于学生发散思维和提高创新意识，同时，该机械驱动的课堂教具材料轻盈便于存放或携带，且价格低廉。

【专利附图】

【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本实用新型实施例提供的机械驱动的课堂教具的侧视结构示意图；
[0028]图2是本实用新型实施例提供的第一书页装置的结构示意图；
[0029]图3是本实用新型实施例提供的第二书页装置结构示意图；
[0030]图4是本实用新型实施例提供的第二书页装置另一种状态的装置结构示意图；
[0031]图5是本实用新型实施例提供的第三书页装置结构示意图；
[0032]图6是本实用新型实施例提供的第四书页装置的后视结构示意图；
[0033]图7是本实用新型实施例提供的第四书页装置的正视结构示意图。

【具体实施方式】
[0034]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
[0035]实施例
[0036]本实用新型实施例提供了一种四连杆机构教具，参见图1，该教具包括:活页环扣14以及安装在所述活页环扣14上的多个书页装置，该书页装置包括透明的壳体以及安装在壳体内的机械运动结构，每个书页装置的机械运动结构包括动力机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构、凸轮机构、齿轮机构中的一种或多种。
[0037]具体地，书页装置包括第一书页装置11a，该第一书页装置Ila的机械运动结构包括第一动力机构1、传动齿轮2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆7、第六连杆8、第七连杆9和第八连杆10。
[0038]具体地，传动齿轮2的齿轮轴可转动地安装在第一书页装置Ila的壳体上，第一动力机构I与传动齿轮2啮合，第一连杆3的一端固定在齿轮轴上，第一连杆3的另一端与第三连杆5的中间铰接。
[0039]第二连杆4的一端和第四连杆6的一端固定在第一书页装置Ila的壳体上，第二连杆4的另一端铰接在第三连杆5的一端，第四连杆6的另一端、第三连杆5的另一端和第五连杆7的一端铰接。第一连杆3、第二连杆4、以及第四连杆6平行且位于第三连杆5的同一侧，第一连杆3、第二连杆4、以及第三连杆5组成一个双曲柄机构，第一连杆3、第三连杆5、以及第四连杆6组成另一个双曲柄机构。
[0040]第六连杆8的中间固定在第一书页装置Ila的壳体上，第五连杆7的另一端与第六连杆8的一端铰接，第六连杆8的另一端与第七连杆9的一端铰接。第四连杆6和第六连杆8位于第五连杆7的同一侧，第四连杆6、第五连杆7、以及第六连杆8组成一个曲柄摇杆机构。
[0041]第八连杆10的一端固定在第一书页装置Ila上，第七连杆9的另一端与第八连杆10的另一端铰接。第六连杆8和第八连杆10位于第七连杆9的同一侧,第六连杆8、第七连杆9、以及第八连杆10组成一个双摇杆机构。
[0042]在本实施例中，一个连杆的中间是指该连杆上，到该连杆的两端距离相等的位置。
[0043]容易知道，在四连杆中，机架为固定不动的杆，曲柄是与机架相连的杆，连杆是不与机架相连的杆。双曲柄机构的长度条件为最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其它两杆的长度之和，且最短杆为机架。曲柄摇杆机构的长度条件为最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其它两杆的长度之和，且最短杆为曲柄。双摇杆机构的长度条件为最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其它两杆的长度之和，且最短杆为连杆。
[0044]相应地，在本实施例中，第一连杆3和第三连杆5 —半的长度之和等于第二连杆4和第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的长度之和,且第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的长度最短。第一连杆3和第三连杆5 —半的长度之和等于第四连杆6和第四连杆6的一端与第一连杆3的一端之间的长度之和，且第四连杆6的一端与第一连杆3的一端之间的长度最短。第四连杆6和第五连杆7的长度之和小于第六连杆8一半和第四连杆6的一端与第六连杆8的中间之间的长度之和，且第四连杆6的长度最短。第六连杆8 一半和第八连杆10的长度之和大于第七连杆9和第六连杆8的中间与第八连杆10的一端之间的长度之和，且第七连杆9的长度最短。
[0045]需要说明的是，发条的结构一般比较复杂，连杆不方便安装在发条上，齿轮的结构比发条的结构简单，连杆很容易安装在齿轮上，因此本实用新型通过将发条与传动齿轮啮合，连杆安装在传动齿轮上，实现发条驱动连杆转动。
[0046]第一连杆3、第二连杆4、以及第四连杆6平行，第一连杆3、第二连杆4、以及第三连杆5组成一个双曲柄机构，第一连杆3、第三连杆5、以及第四连杆6组成另一个双曲柄机构。这两个双曲柄机构以第一连杆3为对称轴对称，可以防止第二连杆4和第四连杆6在第一连杆3的带动下作圆周运动的过程中出现卡死。
[0047]具体地，第二连杆4的一端、第四连杆6的一端、第六连杆8的中间、第八连杆10的一端通过销钉固定在第一书页装置Ila的壳体上(图1中用黑点标明)。
[0048]在本实施例中,传动齿轮2的齿轮轴、第二连杆4的一端、第四连杆6的一端、第六连杆8的中间、第八连杆10的一端在同一条直线上,方便学生同时对双曲柄机构的运动、曲柄摇杆机构的运动、双摇杆机构的运动进行直观的观察。容易知道，在其它实施例中，传动齿轮2的齿轮轴、第二连杆4的一端、第四连杆6的一端、第六连杆8的中间、第八连杆10的一端也可以不在同一条直线上，本实用新型对此不作限制。
[0049]具体地，第一动力机构I为发条。
[0050]优选地，发条与传动齿轮2平行啮合，以减小教具整体的体积。容易知道，在实际应用中，发条与传动齿轮2也可以垂直啮合，同样可以达到通过传动齿轮2传递发条的动力的目的，本实用新型对此不作限制。
[0051]可选地，发条的齿数大于传动齿轮2的齿数，以达到增距的作用。例如，发条I的齿数为20,传动齿轮2的齿数为15。
[0052]在本实施例中，第一连杆3的长度40mm，第二连杆4的长度为40mm，第三连杆5的长度为60mm,第四连杆6的长度为40mm,第五连杆7的长度为70mm,第六连杆8的长度为130mm,第七连杆9的长度为45mm,第八连杆10的长度为80mm,第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的距离为30mm,第一连杆3的一端与第四连杆6的一端之间的距离为30mm,第四连杆6的一端与第六连杆8的中间之间的距离为60_，第六连杆8的一端与第八连杆10的中间之间的距离为90mm。
[0053]容易知道，在其它实施例中，连杆的长度和连杆之间的距离也可以为其它值。可选地，第一连杆3的长度35_45mm,第二连杆4的长度为35_45mm,第三连杆5的长度为50-70mm，第四连杆6的长度为35_45mm，第五连杆7的长度为65_75mm，第六连杆8的长度为120-140mm，第七连杆9的长度为40_50mm，第八连杆10的长度为75_85mm，第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的距离为25_35mm,第一连杆3的一端与第四连杆6的一端之间的距离为25-35mm，第四连杆6的一端与第六连杆8的中间之间的距离为55_65mm，第六连杆8的一端与第八连杆10的中间之间的距离为85-95mm。
[0054]在本实施例的一种实现方式中，参见图2，第一书页装置Ila的壳体包括侧板12、以及连接第一书页装置Ila和侧板12的四块连接板13，第一书页装置11a、侧板12、以及四块连接板14是透明的，在对连杆进行保护的同时，满足直接对连杆的运动进行观察的要求。
[0055]可选地，第一书页装置Ila的壳体构成一个封闭区间，防止课堂教具内的部件受到损坏。
[0056]具体地，封闭空间的长度可以为400mm-420mm,封闭区间的宽度可以为287-307mm，封闭区间的厚度可以为10_20mm。
[0057]可选地，第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆7、第六连杆8、第七连杆9、以及第八连杆10为塑料杆，第一书页装置Ila的壳体为塑料板，减轻了教具的重量，降低了教具的成本，提高了教具携带的方便性。
[0058]优选地，该教具还包括宇宙背景图片、月球图片、宇航员图片、以及航天器图片，宇宙背景图片粘贴在侧板12上，月球图片粘贴在传动齿轮2上，宇航员图片粘贴在第六连杆8的一端上，航天器图片粘贴在第八连杆10的另一端上，提高教学的趣味性。
[0059]优选地，第一书页装置Ila上刻有用于说明教具利用的知识点的文字和该知识点的原理图，方便老师进行知识点的讲解。
[0060]下面简单介绍一下本实用新型提供的四连杆机构教具的工作原理:
[0061]在上了发条之后，发条转动，带动与发条的外齿啮合的传动齿轮2绕转动轴转动，进而带动一端固定在传动齿轮2的齿轮轴上的第一连杆3绕齿轮轴作圆周运动。月球图片粘贴在传动齿轮2上，学生可以透过透明的侧板12看到月球作圆周运动。
[0062]第一连杆3、第二连杆4、以及第三连杆5组成一个双曲柄机构，第一连杆3、第三连杆5、以及第四连杆6组成另一个双曲柄机构，第一连杆3通过第三连杆5分别带动第二连杆4和第四连杆6作圆周运动。学生可以透过透明的第一书页装置Ila的壳体看到双曲柄机构的运动。其中，第二连杆4上可以粘贴月球图片。
[0063]第四连杆6、第五连杆7、以及第六连杆8组成一个曲柄摇杆机构，第四连杆6通过第五连杆7带动第六连杆8作往复运动。宇航员图片粘贴在第六连杆8的一端上，学生可以透过透明的侧板12看到宇航员作往复运动，透过透明的第一书页装置Ila的壳体看到曲柄摇杆机构的运动。
[0064]第六连杆8、第七连杆9、以及第八连杆10组成一个双摇杆机构，第六连杆8通过第七连杆9带动第八连杆10作往复运动。航天器图片粘贴在第八连杆10的另一端上，学生可以透过透明的侧板12看到航天器作往复运动，透过透明的第一书页装置Ila的壳体看到双摇杆机构的运动。
[0065]本实用新型实施例通过提供的第一书页装置将双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构合成在一起，方便携带。而且，采用发条同时驱动双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构的运动，教学过程省时省力。
[0066]具体地，参见图2和图3，书页装置包括第二书页装置11b，第二书页装置Ilb的机械运动结构包括第二动力机构动力装置22、主动齿轮23、L型杆24、二连杆机构25、可伸缩装置26、小圆柱27、齿条28、第二传动齿轮29以及第二凸轮30 ；
[0067]第二书页装置Ilb的壳体包括平行设置的第一面板和第二面板，第一面板和第二面板通过侧板连接，第二动力装置22包括动力齿轮22a，第二动力装置22、主动齿轮23和齿条28安装在第一面板上，且第二动力齿轮22a与主动齿轮23啮合，二连杆机构25的一端固定在主动齿轮23的转动轴上，L型杆24包括垂直连接的横杆241和竖杆242，二连杆机构25的另一端与横杆241的一端可转动连接,横杆241的另一端与竖杆242连接,且横杆241的另一端上设有第二传动齿轮29，第二传动齿轮29与齿条28啮合，第二凸轮30固定在第二传动齿轮29上，可伸缩装置26与竖杆242连接，小圆柱27设于可伸缩装置26上，小圆柱27与第二凸轮30相切，小圆柱27上设有笔头。
[0068]在本实施例中，第二动力机构22包括发条，发条与动力齿轮22a连接。在其他实施例中，该第二动力机构22还可以由电动马达等设备组成。
[0069]进一步地，该课堂教具还包括滑槽24a，第二书页装置Ilb的机械运动结构还包括固定在第二面板上的滑槽24a，横杆241设置在滑槽24a中。
[0070]参见图2和图3, 二连杆机构25包括第一横杆252和第二横杆251,第一横杆252和第二横杆251的一端可转动连接,第一横杆252的另一端与L型杆24可转动连接,第二横杆251的另一端固定在主动齿轮23的转动轴上。
[0071 ] 另外，在本实施例中，上述笔头还可以紧贴第二面板，以使笔头可以在第二面板上画图。
[0072]当第二动力机构22打开时，带动主动齿轮23转动，主动齿轮23通过二连杆机构25带动L型杆24在滑槽4a中来回滑动，相应地，第二传动齿轮29在齿条28上往返运动，在传动齿轮29转动时，第二凸轮30也转动，由于第二凸轮30与小圆柱27相切，因此，小圆柱27会沿着L型杆24的竖杆242运动，而另一个方向上，小圆柱27还会随着L型杆24的横杆241运动，因此在此运动过程中，小圆柱27的运动轨迹是一个凸轮轮廓曲线。在小圆柱27上设置笔头可以将该凸轮轮廓曲线描绘在透明的第二面板上，以用于观察、学习和研究，例如计算凸轮轮廓曲线方程。
[0073]在本实施例中，第一面板和第二面板为玻璃塑料面板。采用玻璃塑料制成教具的盒子可以减轻重量，方便携带和移动，成本低。
[0074]在本实施例中，可伸缩装置26可以为套筒，套筒与竖杆242可滑动地连接。
[0075]在其他实施例中，可伸缩装置26还可以为弹簧装置，弹簧装置与竖杆242连接。
[0076]在具体实现时，动力装置22和主动齿轮23通过连接件安装在第一面板上，连接件包括螺栓和螺母。
[0077]在具体实现时，滑槽24a可以通过胶水粘连在第二面板上。
[0078]进一步地，在第二面板上还可以印制与凸轮轮廓曲线相关的知识点，方便观察该教具时进行学习，让机械课堂充满生动性和艺术性。
[0079]进一步地，还可以在该教具中的齿轮上粘贴图片，以增强教具的美观程度，具体地，该图片通过细长轴粘贴在小圆柱27上。
[0080]本实用新型实施例通过第二动力机构的动力齿轮与主动齿轮啮合，L型杆包括垂直连接的横杆和竖杆，二连杆机构的一端固定在主动齿轮的转动轴上，二连杆机构的另一端与横杆的一端可转动连接，横杆的另一端与竖杆连接，动力装置工作时带动主动齿轮转动，主动齿轮通过二连杆机构带动L型杆在来回滑动，而横杆的另一端还设有传动齿轮，传动齿轮与齿条啮合，因此传动齿轮在齿条上往返运动，由于第二凸轮固定在传动齿轮上，所以在传动齿轮转动时，第二凸轮也转动，由于第二凸轮与小圆柱相切，因此，小圆柱会沿着L型杆的竖杆运动，而另一个方向上，小圆柱还会随着L型杆的横杆运动，在此运动过程中，小圆柱的运动轨迹是一个凸轮轮廓曲线，在小圆柱上设置笔头可以将该凸轮轮廓曲线描绘出来，以用于观察、学习和研究，该教具不但生动形象，使用和携带方便，且成本低，让机械课堂充满生动性和艺术性。
[0081]参见图4和图5，书页装置包括第三书页装置11c，第三书页装置Ilc的机械运动结构包括第三动力机构301和齿轮机构，该齿轮机构包括可转动地固定在第三书页装置Ilc的壳体上的第一外齿轮31和第二外齿轮32，与第二外齿轮32同轴连接的第三外齿轮33、第九连杆304、第四外齿轮34和第五外齿轮35，第一外齿轮31套设在第三动力机构301的外部，且第一外齿轮31的内壁与第三动力机构301的输出端连接，第二外齿轮32与第一外齿轮31啮合，第九连杆304的一端固定在第二外齿轮32的转动轴上，第九连杆304的另一端固定在第四外齿轮的转动轴上，第五外齿轮35可转动地安装在第九连杆304的中部且第五外齿轮35分别与第三外齿轮33和第四外齿轮34啮合。
[0082]可选地，第三外齿轮33的半径小于第二外齿轮32的半径。如果第二外齿轮32与第三外齿轮33的半径相同，一个齿轮会遮挡住另一个齿轮，不方便观察齿轮的同轴传动。
[0083]优选地，第三书页装置Ilc的机械运动结构还包括与第四外齿轮34同轴连接的第六外齿轮36，第六外齿轮36的半径大于第四外齿轮34的半径。第六外齿轮36随着第四外齿轮34 —起绕着第二外齿轮32的转动轴旋转，并且，第三外齿轮33转动带动与其啮合的第五外齿轮35转动，第五外齿轮35带动与其啮合的第四外齿轮34转动，第四外齿轮34带动与其同轴的第六外齿轮36转动，即第四外齿轮34、第五外齿轮35、第六外齿轮36在绕着第二外齿轮32的转动轴周转的同时还自转。
[0084]进一步地,第三书页装置Ilc的机械运动结构还包括与第六外齿轮36啮合的内齿轮37，第三外齿轮33和第四外齿轮34连接的第九连杆304的长度与第六外齿轮36的半径之和，与内齿轮37的半径的长度相等，第六外齿轮36的转动，带动与其啮合的内齿轮37旋转。
[0085]优选地，第一外齿轮31、第二外齿轮32、第三外齿轮33、第四外齿轮34、第五外齿轮35、第六外齿轮36、以及内齿轮37的表面上沿着齿轮的径向均设有标记线，标记线为直线。在计算齿轮之间的传动比时，用T型尺的刻度线与被测齿轮的圆心对齐，量角器平面一端与T型尺刻度线对齐。在齿轮不旋转时，再进行角度测量。转动前的角度为标记线与刻度线之间夹角的角度，转动停止后的角度为标记线与刻度线之间夹角的角度，则齿轮的转动角度=转动停止后的角度-转动前的角度+圈数*360°，则齿轮的角速度=齿轮的转动角度/转动时间，则传动比即为齿轮的角速度的比值。
[0086]可选地，第一外齿轮31、第二外齿轮32、第三外齿轮33、第四外齿轮34、第五外齿轮35、第六外齿轮36、以及内齿轮37的表面均贴有图片。在齿轮的表面粘贴上图片，使得教具更加美观。
[0087]具体地，图片为齿轮图片或者星球图片。例如，可以在第一外齿轮31、第二外齿轮32、第二外齿轮33以及内齿轮37上粘贴上恒星图片，第四外齿轮、第五外齿轮和第六外齿轮36上贴上行星图片，如此，通过该齿轮教具还可以演示星球之间的运动形式。
[0088]可选地，第一外齿轮31、第二外齿轮32、第三外齿轮33、第四外齿轮34、第五外齿轮35、第六外齿轮36、以及内齿轮37均为塑料齿轮。塑料齿轮质地轻盈，便于携带，且造价低。
[0089]具体地，第三书页装置Ilc的壳体可以为透明盒子。更具体地，第三书页装置Ilc的壳体可以为A3纸张大小的、厚度为10?20nm。透明的第三书页装置Ilc的壳体可以方便从框架的任意面观察齿轮的运动。
[0090]可选的，第三书页装置Ilc的壳体可以为塑料框架，塑料框架质地轻盈，便于携带，且造价低。
[0091]具体地，第三动力机构301可以为发条。
[0092]下面通过齿轮教具的工作过程来具体说明本实用新型实施例提供的一种齿轮教具。
[0093]给发条上劲，发条带动第一外齿轮31旋转，与第一外齿轮31啮合的第二外齿轮32随之旋转，与第二外齿轮32同轴的第三外齿轮33旋转，并通过第九连杆304，带动第四外齿轮34、第五外齿轮35绕着第二外齿轮32的转动轴旋转，同时，第三外齿轮33的转动带动与其卩齿合的第五外齿轮35转动、第四外齿轮34与第五外齿轮35卩齿合,则第四外齿轮34也转动，第六外齿轮36与第四外齿轮34同轴,则第六外齿轮36随着第四外齿轮34绕着第二外齿轮32的转动轴旋转的同时还自转，第六外齿轮36带动与第六外齿轮36啮合的内齿轮37旋转。
[0094]本实用新型实施例提供第三书页装置通过发条带动第一外齿轮转动，第一外齿轮转动带动与其啮合的第二外齿轮转动，第二外齿轮转轮带动与其同轴的第三外齿轮转动，同时通过第九连杆带动第四外齿轮和第五外齿轮绕着第二外齿轮的转动轴转动，由于第五外齿轮分别与第二外齿轮和第四外齿轮哨合，则第二外齿轮转动同时带动第四外齿轮和第五外齿轮自传，从而可以形象地演示齿轮的运动、相啮合的齿轮之间的传动，同轴齿轮的传动、第九连杆的运动和传动，并且发条和齿轮设于框架内，便于齿轮教具的携带，该齿轮教具结构简单，易拆装更换；第四外齿轮、第五外齿轮与第三外齿轮通过第九连杆连接，形象直观地演示了齿轮传动和第九连杆传动。
[0095]通过发条带动第一外齿轮转动，第一外齿轮转动带动与其啮合的第二外齿轮转动，第二外齿轮转轮带动与其同轴的第三外齿轮转动，同时通过第九连杆带动第四外齿轮和第五外齿轮绕着第二外齿轮的转动轴转动，由于第五外齿轮分别与第三外齿轮和第四外齿轮啮合，则第三外齿轮转动同时带动第四外齿轮和第五外齿轮自传，从而可以形象地演示齿轮的运动、相啮合的齿轮之间的传动，同轴齿轮的传动、第九连杆的运动和传动，并且发条和齿轮设于框架内，便于齿轮教具的携带，该齿轮教具结构简单，易拆装更换。
[0096]参见图6和图7，书页装置包括第四书页装置lld，第四书页装置Ild的机械运动结构包括第四动力机构41、第四传动机构42、曲柄摇杆机构43、第一滑块机构44、凸轮机构45和第二滑块机构46。
[0097]具体地，第四动力机构41与第一齿轮421连接，为第四传动机构42提供动力，第四传动机构42分别与曲柄摇杆机构43及凸轮机构45连接，用于接收动力并带动曲柄摇杆机构43及凸轮机构45运转；第二齿轮422由第一齿轮421带动，分别为由第三齿轮423及第四齿轮424带动的两处分支机构提供动力；第四传动机构42的齿轮均固定在第四书页装置Ild的壳体上，保证了本实施例教具整体运转时第四传动机构42的稳定性。
[0098]具体地，第四书页装置Ild的壳体包括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。第四书页装置Ild的壳体呈相框结构，从第四书页装置Ild的壳体的顶面可以观察到第一滑块机构44及第二滑块机构46的运动情况，从第四书页装置Ild的壳体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第四书页装置Ild的壳体的材料，使得教具整体价格低廉且方便携带。
[0099]第四动力机构41与第四传动机构42连接，第四传动机构42包括两个输出轴。
[0100]具体地，第四动力机构41用于向第四传动机构42提供动力。如图3-4所示，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，驱动第四传动机构42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第四动力机构41，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。
[0101]第四传动机构42包括第一齿轮421、第二齿轮422、第三齿轮423及第四齿轮424，第一齿轮421与第四动力机构41连接并且与第二齿轮422啮合，第二齿轮422分别与第三齿轮423及第四齿轮424啮合，第三齿轮423与曲柄431的一端通过一个输出轴固定连接，第四齿轮424与第四凸轮451通过另一个输出轴固定连接。
[0102]第四书页装置Ild的曲柄摇杆机构43包括曲柄431、第十连杆432以及摇杆433，曲柄431的一端与第四传动机构42的一个输出轴固定连接,第十连杆432的两端分别与曲柄431的另一端及摇杆433的一端铰接，摇杆433的另一端铰接在第四书页装置Ild上，摇杆433的中部与第一滑块机构44连接；摇杆433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。
[0103]具体地，曲柄431的一端与第四传动机构42的第三齿轮423连接，第三齿轮423转动时会带动曲柄431与第十连杆432连接的一端绕第三齿轮423中心转动，由于摇杆433的一端通过铰链固定在第四书页装置Ild的壳体上，所以在曲柄432转动时会经由第十连杆432带动摇杆433做往复摆动运动。
[0104]具体地，钝三角结构中钝角一端的铰接点用于铰接摇杆433与第一滑块机构44的第十二连杆441，在节省材料的前提下可以避免第十连杆432运动过程中与第十二连杆441产生干涉碰撞；钝角端接近摇杆433与第十连杆432的铰接端，使得第十连杆432可以在运动过程中带动第十二连杆441产生更大的位移，促使第一滑块机构44的机械运动更明显。
[0105]凸轮机构45包括第四凸轮451、从动件452及第i^一连杆453，第四凸轮451与第四传动机构42的另一个输出轴固定连接，第四凸轮451的边缘与从动件452的边缘接触，从动件452与第i^一连杆453的一端铰接，第i^一连杆453的中部铰接在第四书页装置Ild的壳体上，第i 连杆453的另一端与第二滑块机构46连接,第^ 连杆453的A形结构顶部尖角端作为第十一连杆453与固定盒的铰接点，第十一连杆453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。
[0106]具体地，第四凸轮451的轴与第四传动机构42的第四齿轮424的轴连接，在第四齿轮424转动时一起转动，由于第四凸轮451的轮廓曲线只有一部分是圆弧，所以在第四凸轮451转动时，与第四凸轮451接触的从动件452会间歇性的往复移动，第i^一连杆453的中间部位通过铰链固定在第四书页装置Ild的壳体上，在第十一连杆453与从动件452连接的一端往复移动时，第十二连杆453的另一端做间歇性的往复摆动运动。本实施例中从动件452为小圆柱形状，可以增加从动件452与第四凸轮451接触的面积，能够更加稳定地使从动件452随第四凸轮451移动；容易知道，此处并不限定从动件452的形状，也可以使用小圆球或其他形状的部件与第四凸轮451接触。
[0107]进一步地，第十一连杆453为A形结构，A形结构的三个顶点处分别设置有铰接点。
[0108]第一滑块机构44包括第十二连杆441、第一滑块442及第一导轨443，第十二连杆441的一端与摇杆433铰接，第十二连杆441的另一端与第一滑块442铰接，第一滑块442放置在第一导轨443上。
[0109]进一步地，第一导轨443上设置有C形槽，第一滑块442放置在C形槽中。
[0110]具体地，第一导轨443固定在第四书页装置Ild上，第十二连杆441的一端铰接在摇杆433的中间，在摇杆433做往复摆动运动时，会通过第十二连杆441带动滑块442在第一导轨443上滑动，由于C形槽的限位作用，滑块442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442上，在第一导轨443上配合设置突出的滑道，此时第一滑块442同样可以在第一导轨443上平滑地往复运动；第一滑块442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。
[0111]第二滑块机构46包括第十三连杆461、第二滑块462及第二导轨463，第四连杆461的一端与第二连杆453的一端铰接,第十三连杆461的另一端与第二滑块462铰接,第二滑块462放置在第二导轨463上。
[0112]进一步地，第二导轨463上设置有C形槽，第二滑块462放置在C形槽中。
[0113]具体地，第十三连杆461的一端铰接在第十二连杆453的一端,在第十二连杆453做间歇性的往复摆动运动时，会通过第十三连杆461带动滑块462在第二导轨463上滑动，由于C形槽的限位作用，滑块462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462上，在第二导轨463上配合设置突出的滑道，此时第二滑块462同样可以在第二导轨463上平滑地往复运动；第二滑块462、第一滑块442和第三齿轮423上可以分别粘接图片，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。
[0114]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，在使用时释放第四动力机构41的能量，使得发条带动第四传动机构运转，本实施例中第四传动机构42会同时带动两组机构运转，第一组由曲柄摇杆机构43和第一滑块机构44组成，在教具运转的情况下，第一滑块442在第一导轨443上做往复运动；第二组由凸轮机构45和第二滑块机构46组成，在教具运转的情况下，第二滑块462在第二导轨463上做间歇性往复运动。
[0115]本实施例提供的教具的第四书页装置为平面机构，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 = 3η -(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。
[0116]本实用新型实施例提供的第四书页装置采用第四动力机构、第四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盒子中，便于直观地观察各机构的运转过程，同时便于存放或携带，盒子由透明的工程塑料板制成，材料轻盈、价格低廉。
[0117]具体地，参见图1，该机械驱动的课堂教具还可以包括书皮14a，该活页环扣14固定在书皮14a上。
[0118]需要说明的是，在本实施例中，书页装置包括前述第一至第四书页装置，但是并不仅限于第一至第四书页装置，书页装置内的机械运动结构可以采用其它组合形式。
[0119]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种机械驱动的课堂教具，其特征在于，所述教具包括:活页环扣(14)以及安装在所述活页环扣(14)上的多个书页装置，所述书页装置包括透明的壳体以及安装在所述壳体内的机械运动结构，每个所述书页装置的机械运动结构包括动力机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构、凸轮机构、齿轮机构中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的课堂教具，其特征在于，所述书页装置包括第一书页装置(11a)，所述第一书页装置(Ila)的机械运动结构包括第一动力机构(I)、传动齿轮(2)、第一连杆(3)、第二连杆(4)、第三连杆(5)、第四连杆￠)、第五连杆(7)、第六连杆(8)、第七连杆(9)和第八连杆(10)， 所述传动齿轮(2)的齿轮轴可转动地安装在所述第一书页装置(Ila)的壳体上，所述第一动力机构(I)与所述传动齿轮(2)哨合，所述第一连杆(3)的一端固定在所述齿轮轴上，所述第一连杆(3)的另一端与所述第三连杆(5)的中间铰接； 所述第二连杆(4)的一端和所述第四连杆￠)的一端固定在所述第一书页装置(Ila)的壳体上，所述第二连杆(4)的另一端铰接在所述第三连杆(5)的一端，所述第四连杆(6)的另一端、所述第三连杆(5)的另一端和所述第五连杆(7)的一端铰接；所述第一连杆(3)、所述第二连杆(4)、以及所述第四连杆(6)平行且位于所述第三连杆(5)的同一侧，所述第一连杆(3)、所述第二连杆(4)、以及所述第三连杆(5)组成一个所述双曲柄机构，所述第一连杆(3)、所述第三连杆(5)、以及所述第四连杆(6)组成另一个所述双曲柄机构； 所述第六连杆(8)的中间固定在所述第一书页装置(Ila)的壳体上，所述第五连杆(7)的另一端与所述第六连杆(8)的一端铰接，所述第六连杆(8)的另一端与所述第七连杆(9)的一端铰接；所述第四连杆(6)和所述第六连杆(8)位于所述第五连杆(7)的同一侧，所述第四连杆￠)、所述第五连杆(7)、以及所述第六连杆(8)组成一个所述曲柄摇杆机构； 所述第八连杆(10)的一端固定在所述第一书页装置(Ila)的壳体上，所述第七连杆(9)的另一端与所述第八连杆(10)的另一端铰接；所述第六连杆(8)和所述第八连杆(10)位于所述第七连杆(9)的同一侧，所述第六连杆(8)、所述第七连杆(9)、以及所述第八连杆(10)组成一个所述双摇杆机构。
3.根据权利要求1所述的课堂教具，其特征在于，所述书页装置包括第二书页装置(11b)，所述第二书页装置(Ilb)的机械运动结构包括第二动力机构(22)、主动齿轮(23)、L型杆(24)、二连杆机构(25)、可伸缩装置(26)、小圆柱(27)、齿条(28)、第二传动齿轮(29)第二凸轮(30)； 所述第二书页装置(Ilb)的壳体包括平行设置的第一面板和第二面板，所述第一面板和所述第二面板通过侧板连接，所述第二动力机构(22)包括动力齿轮(22a)，所述第二动力机构(22)、所述主动齿轮(23)和所述齿条(28)安装在所述第一面板上，且所述动力齿轮(22a)与所述主动齿轮(23)啮合，所述二连杆机构(25)的一端固定在所述主动齿轮(23)的转动轴上，所述L型杆(24)包括垂直连接的横杆(241)和竖杆(242)，所述二连杆机构(25)的另一端与所述横杆(241)的一端可转动连接，所述横杆(241)的另一端与所述竖杆(242)连接，且所述横杆(241)的另一端上设有第二传动齿轮(29)，所述第二传动齿轮(29)与所述齿条(28)啮合，所述第二凸轮(30)固定在所述第二传动齿轮(29)上，所述可伸缩装置(26)与所述竖杆(242)连接，所述小圆柱(27)设于所述可伸缩装置(26)上，所述小圆柱(27)与所述第二凸轮(30)相切，所述小圆柱(27)上设有笔头。
4.根据权利要求3所述的课堂教具，其特征在于，所述第二书页装置(Ilb)的机械运动结构还包括固定在所述第二面板上的滑槽(24a)，所述横杆(241)设置在所述滑槽(24a)中。
5.根据权利要求3所述的课堂教具，其特征在于，所述二连杆机构(25)包括第一横杆(252)和第二横杆(251),所述第一横杆(252)和第二横杆(251)的一端可转动连接,所述第一横杆(252)的另一端与所述L型杆(24)可转动连接,所述第二横杆(251)的另一端固定在所述主动齿轮(23)的转动轴上。
6.根据权利要求1所述的课堂教具，其特征在于，所述书页装置包括第三书页装置(11c)，所述第三书页装置(Ilc)的机械运动结构包括第三动力机构(301)和齿轮机构，所述齿轮机构包括可转动地固定在所述第三书页装置(Ilc)的壳体上的第一外齿轮(31)和第二外齿轮(32)、与所述第二外齿轮(32)同轴连接的第三外齿轮(33)、第九连杆(304)、第四外齿轮(34)和第五外齿轮(35)，所述第一外齿轮(31)套设在所述第三动力机构(301)的外部，且所述第一外齿轮(31)的内壁与所述第三动力机构(301)的输出端连接，所述第二外齿轮(32)与所述第一外齿轮(31)哨合,所述第九连杆(304)的一端固定在所述第二外齿轮(32)的转动轴上，所述第九连杆(304)的另一端固定在所述第四外齿轮(34)的转动轴上，所述第五外齿轮(35)可转动地安装在所述第九连杆(304)的中部且所述第五外齿轮(35)分别与所述第三外齿轮(33)和所述第四外齿轮(34)啮合。
7.根据权利要求6所述的课堂教具，其特征在于，所述第三书页装置(Ilc)的机械运动结构还包括与所述第四外齿轮(34)同轴连接的第六外齿轮(36)，所述第六外齿轮(36)的半径大于所述第四外齿轮(34)的半径。
8.根据权利要求1所述的课堂教具，其特征在于，所述书页装置包括第四书页装置(Ild)，所述第四书页装置(Ild)的机械运动结构包括第四动力机构(41)、第四传动机构(42)、曲柄摇杆机构(43)、第一滑块机构(44)、凸轮机构(45)和第二滑块机构(46)； 所述第四动力机构(41)与所述第四传动机构(42)连接，所述第四传动机构(42)包括两个输出轴； 所述第四书页装置(Ild)的所述曲柄摇杆机构(43)包括曲柄(431)、第十连杆(432)以及摇杆(433)，所述曲柄(431)的一端与所述第四传动机构(42)的一个所述输出轴固定连接，所述第十连杆(432)的两端分别与所述曲柄(431)的另一端及所述摇杆(433)的一端铰接，所述摇杆(433)的另一端铰接在所述述第四书页装置(Ild)的壳体上，所述摇杆(433)的中部与所述第一滑块机构(44)连接，所述摇杆(433)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(45)包括第四凸轮(451)、从动件(452)及第十一连杆(453)，所述第四凸轮(451)与所述第四传动机构(42)的另一个所述输出轴固定连接，所述第四凸轮(451)的边缘与所述从动件(452)的边缘接触，所述从动件(452)与所述第十一连杆(453)的一端铰接，所述第十一连杆(453)的中部铰接在所述第四书页装置(Ild)的壳体上，所述第十一连杆(453)的另一端与所述第二滑块机构(46)连接，所述第十一连杆(453)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。
9.根据权利要求1-8任一项所述课堂教具，其特征在于，所述书页装置的壳体具有正面和背面，所述正面设有图片，所述图片分别安装在所述双曲柄机构、所述双摇杆机构、所述曲柄摇杆机构、所述凸轮机构、所述齿轮机构中的一种或多种上。
10.根据权利要求1-8任一项所述的课堂教具，其特征在于，所述动力机构为发条。
【文档编号】G09B25/02GK204087671SQ201420200225
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】刘豪, 王雄, 胡瑨, 刘欣宇, 方国辉, 李尧, 易建钢 申请人:江汉大学