一种立式平面连杆机构演示实验教具的制作方法

本发明属于教具技术领域，尤其涉及一种立式平面连杆机构演示实验教具。

背景技术

机械原理课是机械类专业技术基础课程，任务是让学生了解有关常用机构和常用零件方面的基础知识，再学习机构方面的复杂设计计算。认识零件和机构是一个重要环节，如何让学生通过老师的讲解快速地掌握复杂抽象的机构运动原理，教具是很好的选择，机械类教具的使用大大加快了学生理解和掌握课堂知识的过程，应用前景广泛。

平面连杆机构构件运动形式多样，如转动、摆动、移动等复杂运动。直观性是主要的教学原则之一，学生需要感性知识或经验为基础来更好地掌握书本知识，尤其是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、平面连杆叠加机构、平面连杆虚约束机构的机械知识，如果单纯利用讲解和画图的方式是不能完全对其进行阐述和理解的，这样不仅增加了老师的教学负担，而且影响学生的学习效果。

现有的使用中的各种平面连杆机构教具，往往功能较为单一，并且连杆长度、驱动电机转速等参数往往不可调节，例如，公开号为：“cn105788436a”的专利文献，公开了一种卧式平面连杆机构组合式教具，该教具包括机架部分、运动部分、动力部分和测速部分。机架部分包括机架、从动轴横梁以及收纳箱；运动部分包括连杆组件、连接轴及轴支撑万向球；动力部分包括电机、小带轮、同步带、大带轮、各带轮轴及电控箱中的输入控制模块；测速部分包括角位移传感器、小带轮、从动轴座组件及电控箱中的速度采集模块，其中从动轴座单元又包括从动轴座、三个传动齿轮及角位移传感器。通过各部分的拼接，实现多种平面连杆机构的运动演示，较好解决了在同一教具上实现不同平面连杆机构的设计、运动演示、特性研究等问题。采用该发明的技术方案，虽然使连杆可按照任意不同的长度进行选择和组合，较大地方便了教师或学生使用，但是，该发明在使用时，由于师生选择连杆长度进行组合使用的随意性较大，当师生所组合形成的平面连杆机构具有死点位置时，当平面连杆机构运动至死点位置时，无论使用多大的驱动力都无法使该机构继续运动，则影响了师生进行学习和演示的效果，同时由于驱动力仅使用电机驱动，动力较为单一，当平面连杆机构运动至死点位置时，电机不能在瞬间立即停止输出驱动力，容易对机构造成损坏，影响了师生的继续使用和学习。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种立式平面连杆机构演示实验教具。

本发明提供了一种立式平面连杆机构演示实验教具，包括立架、滑块、传动轮、两条铰接杆以及多条长度各不相等的连杆，从各条连杆中任意选择多条连杆，使其首尾两端依次铰接在一起组成一条非封闭的连杆组件，所述立架前侧表面上设置有横向滑槽和竖向滑槽，所述立架前侧表面上还布置有多排多列安装孔，每个安装孔内均套装有轴承，所述两条铰接杆的一端贯穿其中任意两个轴承内圈与所述传动轮连接在一起，所述连杆组件的一端通过键与其中一条铰接杆的另一端连接在一起，所述连杆组件的另一端通过键与另一条铰接杆的另一端连接在一起或与所述滑块铰接，所述滑块可活动地套装于所述横向滑槽或竖向滑槽以内。

所述传动轮是同步带轮、皮带轮或链轮。

还包括可活动安装的手柄，手柄的一端通过键与所述铰接杆末端连接在一起，所述手柄的另一端沿着竖直平面内延伸。

所述键是平键或花键。

所述传动轮外径小于所述安装孔排间距或列间距。

所述多条长度各不相等的连杆的长度数据按照从小到大的顺序排列成为等差数列。

所述由多条长度各不相等的连杆的长度数据按照从小到大的顺序排列构成的等差数列的公差为30mm～60mm。

还包括动力架、驱动电机和主动轮，驱动电机安装于动力架之上，驱动电机输出轴上固定安装有主动轮，主动轮通过传动带与所述传动轮相啮合传动。

还包括转速传感器，转速传感器安装于所述立架后侧表面之上或所述动力架之上，并且转速传感器端面与所述传动轮或主动轮外周面之间间距为2mm～4mm。

沿着所述横向滑槽和竖向滑槽长度方向，在所述横向滑槽和竖向滑槽底壁上还安装有多个速度传感器。

本发明的有益效果在于：采用本发明提供的技术方案，通过自由组合不同长度的连杆，可实现曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆、曲柄滑块等基本的平面连杆机构的演示，并且，根据所组成的连杆机构的长度的不同，可将连杆机构的两端面安装在立架上的不同位置，以方便进行演示，立架可竖立地放置于教师讲台上进行演示，便于学生进行观察和学习，使用更灵活和方便，师生在操作时，可灵活选择使用电力驱动或手动驱动的方式，当由于采用不同长度的连杆随意组合的连杆组件具有运动死点时，采用手动驱动方式可以容易地找出死点所处的位置，同时，避免对教学用具造成损坏，当通过手动驱动方式发现所组合形成的连杆组件不具有运动死点时，则可采用电力驱动的方式，节省师生进行实验操作所需的体力，并可通过传感器对主动轮、从动轮或滑块的速度进行检测，方便了师生对其进行运动分析，此外，由于电力驱动的动力输出装置与立架分力设置，有效避免了连杆组件在运动过程中对动力输出装置造成干涉。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明沿着铰接杆中心轴线剖切的结构示意图；

图5是本发明的背视图。

图中：1-立架，2-滑块，3-传动轮，4-铰接杆，5-连杆，6-轴承，7-键，8-手柄，9-动力架，10-驱动电机，11-主动轮，12-传动带，13-转速传感器，14-速度传感器，15-液晶显示屏，16-处理电路板，101-横向滑槽，102-竖向滑槽，103-安装孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；

本发明提供了一种立式平面连杆机构演示实验教具，如图1、图2、图3、图4、图5所示，包括立架1、滑块2、传动轮3、两条铰接杆4以及多条长度各不相等的连杆5，从各条连杆5中任意选择多条连杆5，使其首尾两端依次铰接在一起组成一条非封闭的连杆组件，立架1前侧表面上设置有横向滑槽101和竖向滑槽102，立架1前侧表面上还布置有多排多列安装孔103，每个安装孔103内均套装有轴承6，两条铰接杆4的一端贯穿其中任意两个轴承6内圈与传动轮3连接在一起，连杆组件的一端通过键7与其中一条铰接杆4的另一端连接在一起，连杆组件的另一端通过键7与另一条铰接杆4的另一端连接在一起或与滑块2铰接，滑块2可活动地套装于横向滑槽101或竖向滑槽102以内。

采用本发明提供的技术方案，通过自由组合不同长度的连杆，可实现曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆、曲柄滑块等基本的平面连杆机构的演示，并且，根据所组成的连杆机构的长度的不同，可将连杆机构的两端面安装在立架上的不同位置，以方便进行演示，立架可竖立地放置于教师讲台上进行演示，便于学生进行观察和学习，使用更灵活和方便，师生在操作时，可灵活选择使用电力驱动或手动驱动的方式，当由于采用不同长度的连杆随意组合的连杆组件具有运动死点时，采用手动驱动方式可以容易地找出死点所处的位置，同时，避免对教学用具造成损坏，当通过手动驱动方式发现所组合形成的连杆组件不具有运动死点时，则可采用电力驱动的方式，节省师生进行实验操作所需的体力，并可通过传感器对主动轮、从动轮或滑块的速度进行检测，方便了师生对其进行运动分析，此外，由于电力驱动的动力输出装置与立架分力设置，有效避免了连杆组件在运动过程中对动力输出装置造成干涉。

进一步地，传动轮3是同步带轮、皮带轮或链轮。键7是平键或花键。师生在采用本发明的技术方案时，可零部件均可进行现场组装后再使用，传动轮3是同步带轮、皮带轮或链轮，可通过键7方便地进行安装。

进一步地，立式平面连杆机构演示实验教具还包括可活动安装的手柄8，手柄8的一端通过键7与铰接杆4末端连接在一起，手柄8的另一端沿着竖直平面内延伸。

进一步地，传动轮3外径小于安装孔103排间距或列间距。优选主动轮11与传动轮3啮合传动比为1，这样有利于方便对平面连杆机构进行运动分析，方便进行换算。

进一步地，多条长度各不相等的连杆5的长度数据按照从小到大的顺序排列成为等差数列。由多条长度各不相等的连杆5的长度数据按照从小到大的顺序排列构成的等差数列的公差为30mm～60mm。采用本发明的技术方案，多条长度各不相等的连杆可进行任意组合，以实现曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆、曲柄滑块等机构的基本结构形式，同时，由于可通过手动操作对机构出现死点位置的情况进行判断，从而不必担心会损坏本发明提供的教具。

进一步地，还包括动力架9、驱动电机10和主动轮11，驱动电机10安装于动力架9之上，驱动电机10输出轴上固定安装有主动轮11，主动轮11通过传动带12与传动轮3相啮合传动。优选动力架9和立架1采用铝或铝合金材料制成，以方便携带和转移。

进一步地，还包括转速传感器13，转速传感器13安装于立架1后侧表面之上或动力架9之上，并且转速传感器13端面与传动轮3或主动轮11外周面之间间距为2mm～4mm。沿着横向滑槽101和竖向滑槽102长度方向，在横向滑槽101和竖向滑槽102底壁上还安装有多个速度传感器14。进一步地，速度传感器14与横向滑槽101或竖向滑槽102底壁之间的间距为2mm～4mm。动力架9上还安装有液晶显示屏15和处理电路板16，转速传感器13和速度传感器14均通过处理电路板16与液晶显示屏15连接，转速传感器13和速度传感器14用于测量连杆或滑块的运动速度，处理电路板16用于将测得的转速信号和速度信号在经过数据处理以后在液晶显示屏15上显示出来。任意相邻两个速度传感器14之间的间距为20mm～50mm。采用本发明的技术方案，转速传感器13和速度传感器14均采用非接触式结构，通过转速传感器13和速度传感器14可方便地测量得出平面连杆组件在运动过程中，主动杆和从动杆的速度，从而方便师生进行运动分析，之所以采用多个速度传感器14，有利于对滑块的瞬时运动速度进行测量。