专利名称：合叶式立轴玩具风车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风车玩具。
背景技术：
市售的风车玩具大多是水平轴的。而仿气象用G个半球)的立轴式风车玩具，很少见。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种有利于开发儿童智力，结构合理、形象逼真的合叶式立轴玩具风车。本实用新型的目的是这样实现的它包括主立轴、风车转架、水平枢轴、风翼限位器、合叶式风翼；其特征是它还包括挡帽及立轴支座；主立轴为竖直轴，风车转架安装于主立轴的上端，主立轴插入风车转架中心的孔中；主立轴的下端的端面上安装在立轴支座上；立轴支座的上口的孔与主立轴动配合，主立轴可在其中转动；所述的风车转架由η个风车转臂做成俯视为正η角形或星形的形状构成，η ^ 2 ；在风车转架的对应每个风车转臂的角位上，都设有一个水平枢轴插入孔，从里到外，水平枢轴上套有风翼限位器、合叶式风翼及挡帽。本风车的风翼，在风车旋转的一个周期中，在顺风区能自动展开，在逆风区能自动闭合，故本实用新型具有一定的新颖、趣味性，是较好的科学教育益智玩具。
图1-1，是双臂式风车转架的运转时的立面图。图1-2，是图1-1的俯视图。图2-1，是图1-2的M-M局部放大剖视结构示意图。图2-2，是图1-2的P-P局部放大剖面结构示意图。图2-3，是图1-2的N-N局部放大剖视结构示意图。图2-4，是图1-2的K-K局部放大剖视结构示意图。图3-1，是风翼限位器的剖视图。图3-2，是图3-1的侧视图。图4-1，是主风叶的合叶式铰链E的背面视图。图4-2，是图4-1的侧视图。图5-1，是副风叶的合叶式铰链H的正面视图(图5-2的R-R剖视图)。图5-2，是图5-1的侧视图。附图标记1-水平枢轴；2-挡帽；3-副风叶平衡块；4-副风叶铰链H的轴套；5_副风叶；6-主风叶；7-主风叶铰链E的轴套；8-主风叶平衡块；9-风翼限位器；10-固定水平枢轴的小螺钉；11-风车转臂；12-主立轴；13-固定风叶用的小螺钉；14-副风叶平衡杆；15-主风叶平衡杆；16-立轴支座；17-主风叶铰链E靠风翼限位器一端的凸台；18-风翼限位器的凸台； 19-主风叶铰链E靠副风叶铰链H —端的凸台；20-副风叶铰链H靠主风叶铰链E —端的凸台；21-固定风叶用的小孔；22-主风叶铰链E的连接板；23-副风叶铰链H的连接板。a_风翼限位器的半周凸台18的止位面；b-主风叶铰链E靠风翼限位器一端的凸台17的与a配对的止位面；C-主风叶铰链E靠副风叶铰链H—端的凸台19的止位面；d-副风叶铰链H靠主风叶铰链E—端的凸台20的与c配对的止位面；e_风翼限位器的半周凸台18的另一个止位面；f_主风叶铰链E靠风翼限位器一端的凸台17的另一个与e配对的止位面；g-主风叶铰链E靠副风叶铰链H—端的凸台19的另一个止位面；h-副风叶铰链H靠主风叶铰链E 一端的凸台20的另一个与g配对的止位面。
具体实施方式
以下结合附图的实施例进一步说明。如图1-1、1_2所示，它包括主立轴(12)、风车转架、水平枢轴(1)、风翼限位器
(9)、合叶式风翼、挡帽( 及立轴支座(16)。主立轴(1 为竖直轴，在主立轴(1 的上端带有键，风车转架(11)安装于主立轴的上端，主立轴插入风车转架中心的带有与主立轴 (12)上端的键相配合的键槽的孔中；主立轴的下端的端面上，有一锥形凹孔，立轴支座底部设有锥形支承凸，主立轴支撑在立轴支座底部的锥形支承凸上；立轴支座(16)的上口的孔与主立轴(1 动配合，主立轴可在其中转动；所述的风车转架由η个风车转臂(11)做成俯视为正η角形或星形的形状构成，η > 2。本实施例的风车转架(11)为双转臂的风车转架，即η = 2，做成俯视为橄榄形，在风车转架的两头，在风车转架的对应每个风车转臂(11) 的角位上，都设有一个带有键槽的水平枢轴插入孔，以便配合插入所述的水平枢轴(1)，在风车转架上的水平枢轴插入孔的上方有一小螺孔，以便在所述的水平枢轴插入后，用螺钉
(10)将其固定；从里到外，水平枢轴上套有风翼限位器、合叶式风翼及挡帽O)。所述的水平枢轴(1)，其插入风车转架(11)水平枢轴插入孔的一端带有键，与水平枢轴插入孔相配合，水平枢轴(1)在紧靠水平枢轴插入孔端面处，有一凸肩，紧靠凸肩还带有键，其与风翼限位器(9)的键槽相配合；水平枢轴(1)的末端带有与挡帽相配合的螺纹，以便在套入风翼限位器及合叶式风翼后，用挡帽(2)旋紧。如图3-1、3_2所示，所述的风翼限位器(9)，是一个设有内孔的、套在水平枢轴(1) 上的轴套，内孔有键槽；它在靠合叶式风翼的一端的端面上，有一个半周的凸台(18)，起着对主风叶的限位作用。所述的合叶式风翼，包括主风叶(6)、副风叶(5)、主风叶铰链E的轴套(7)、副风叶铰链H的轴套(4)及主、副风叶的平衡重。所述的主风叶(6)与副风叶(5)均是长条形，其横断面做成中空的弓形，即一面为弧面形、另一面为平面形，平面形的一面在顺风区朝风，主、副风叶均各有一个合叶式铰链——主风叶铰链E(图4)和副风叶铰链Η(图5)， 主风叶和副风叶分别通过主风叶铰链E和副风叶铰链H安装在水平枢轴的径向两侧，副风叶(5)的纵向长度比主风叶(6)短；如图4所示，主风叶铰链E的连接板(22)，有4个通孔 (21)，用4个螺钉(13)紧固在主风叶的一端的平面上，副风叶铰链H的连接板(23)，有4个通孔(21)，用4个螺钉(1 紧固在副风叶的一端的平面上；主风叶铰链E的轴套(7)，在靠风翼限位器的一端的端面上，有一个1/4周的凸台(17)，该凸台与风翼限位器端面上的凸台(18)等高，并与之互相套合，如图2-1、图2-3与图4所示，主风叶铰链E轴套(7)靠风翼限位器一端端面的凸台(17)的止位面(b)与风翼限位器一端凸台(18)的止位面(a)相配对，起着主风叶在顺风区止位于垂直位置的作用；主风叶铰链E轴套(7)靠风翼限位器一端端面的凸台(17)的另一个止位面(f)与风翼限位器一端凸台(18)的另一个止位面(e)相配对，起着主风叶在逆风区止位于水平位置的作用。主风叶铰链E轴套(7)靠风翼限位器一端端面的凸台(17)与主风叶铰链E的连接板02)的边沿之间的主风叶铰链E的轴套(7) 上，在主风叶的反方向，连接着主风叶平衡杆(1 ，该平衡杆垂直于水平枢轴，且该平衡杆的中心线通过水平枢轴中心的延长线还通过主风叶这一头的重心，在平衡杆(1 的末端， 固定着平衡块(8)，该平衡重的设置，要使得主风叶一头的重力力矩与平衡重一头的重力力矩相等，即两头的合成重心与水平枢轴中心重合；如图4所示，主风叶铰链E的轴套(7)的、 在靠副风叶铰链H的一端的端面上有一个1/4周的凸台(19)；如图5所示，副风叶铰链H 的轴套的、在靠主风叶铰链E—端的端面上有一个1/4周的凸台(20)，该凸台00)与主风叶铰链E的靠副风叶铰链H的一端的端面上的凸台(19)等高，并与之互相套合。如图 2-2、图2-4与图5所示，副风叶铰链H的轴套(4)靠主风叶铰链E —端的端面的凸台QO) 的止位面(d)与主风叶铰链E的轴套(7)靠副风叶铰链H的一端的端面上的凸台(19)的止位面(c)相配对，起着副风叶在顺风区止位于垂直位置的作用；副风叶铰链H的轴套的、靠主风叶铰链E—端的端面的凸台OO)的另一个止位面(h)与与主风叶铰链E的轴套(7)靠副风叶铰链H的一端的端面上的凸台(19)的另一个止位面(g)相配对，起着副风叶在逆风区止位于水平位置的作用。副风叶铰链H的轴套的另一端，即其末端的端面与副风叶铰链H的连接板03)的边沿之间的副风叶铰链H轴套(4)上，在副风叶的反方向，连接着副风叶平衡杆(14)，该平衡杆垂直于水平枢轴，且该平衡杆的中心线通过水平枢轴中心的延长线、还通过副风叶这一头的重心，在平衡杆(14)的末端，固定着平衡块(3)， 该平衡重的设置，要使得副风叶一头的重力力矩与平衡重一头的重力力矩相等，即两头的合成重心与水平枢轴中心重合。上述描述，是将主风叶安装在水平枢轴上方时的本风车的结构描述。也可以将主风叶安装在水平枢轴下方，此时只要将套在水平枢轴上的风翼限位器、合叶式风翼，都旋转 180°，就变成主风叶位于水平枢轴的下方，这时，风车反向旋转。本风车在一个旋转周期中风翼的运行情况如下作用于主副风叶平面上的风力有两种一种是垂直于风叶平面的压力；另一种是因为弓形的风叶背面而产生的垂直于风叶平面的压力(伯努利原理)，为了与前者区别，将后者称之为升力。如图1-2所示，在与风向平行的方向上、沿风车中心，将风车划分为顺风区ABC与逆风区CDA两个区间；当风翼(同时包含主风叶和副风叶的情况下的称谓)在A点时，垂直作用于风叶平面的风力，升力达到最大，压力为O ；此时主风叶铰链E轴套(7)靠风翼限位器一端端面的凸台(17)的一个止位面(b)止位于风翼限位器(9)的凸台(18)的止位面(a)处，主风叶呈垂直状态，而副风叶的朝风面积比主风叶小，副风叶铰链H的轴套(4)靠主风叶铰链E—端的凸台OO)的止位面(d)止位于主风叶铰链E轴套(7)的凸台(19)的止位面(c)处，也呈垂直状态；主风叶和副风叶从A转动到B处时，垂直作用于主风叶和副风叶平面的风力，升力从最大降到0，压力从O升到最大；再从B转动到C处时，升力又从O升到最大，压力从最大又降到0，在这期间(从A转动到C处)风翼都处于垂直状态，所以在顺风区间，风翼都始终以最大面积受到风的压力与升力的叠加作用获得正转矩；当风翼从C转动到D处时，升力逐渐减小，风叶背面(弓形面)的阻力逐渐增加，主、副风叶均逐渐向顺风的水平方向倾斜，在D点处时，主、 副风叶均呈水平状态，升力与压力均为0，此时仅主、副风叶的纵向受到阻力，从D转动到A 处时，升力逐渐增加，风叶背面的阻力逐渐减小，主、副风叶的平面均受升力的作用而逐渐由水平状态展开而变为垂直状态，所以在逆风区间，风翼减小其逆风面积，将负转矩减至最小。本风车的风翼，在风车旋转的一个周期中，在顺风区能自动展开，在逆风区能自动闭合，故本实用新型构思独特，具有一定的新颖、趣味性，是较好的科学教育益智玩具。本实用新型除了上述实施例外，还可以是η = 3、4、5等的情况，其具体结构与上述实施例相似。
权利要求1.一种合叶式立轴玩具风车，包括主立轴(12)、风车转架(11)、水平枢轴(1)、风翼限位器(9)、合叶式风翼；其特征是它还包括挡帽( 及立轴支座(16)；主立轴(1 为竖直轴，风车转架(11)安装于主立轴的上端，主立轴插入风车转架中心的孔中；主立轴的下端的端面上安装在立轴支座上；立轴支座的上口的孔与主立轴动配合，主立轴可在其中转动； 所述的风车转架由η个风车转臂(11)做成俯视为正η角形或星形的形状构成，η >2 ；在风车转架的对应每个风车转臂(11)的角位上，都设有一个水平枢轴插入孔，从里到外，水平枢轴上套有风翼限位器(9)、合叶式风翼及挡帽O)。
2.按权利要求1所述的合叶式立轴玩具风车，特征是在主立轴(1 的上端带有键， 主立轴插入风车转架中心的带有与主立轴(1 上端的键相配合的键槽的孔中；主立轴的下端的端面上，有一锥形凹孔，立轴支座底部设有锥形支承凸，主立轴支撑在立轴支座底部的锥形支承凸上；在风车转架上的水平枢轴插入孔的上方设有一小螺孔，以便在所述的水平枢轴插入后，用螺钉(10)将其固定。
3.按权利要求2所述的合叶式立轴玩具风车，特征是插入风车转架(11)内的水平枢轴(1)的一端带有键，与水平枢轴插入孔相配合；水平枢轴在紧靠水平枢轴插入孔端面处， 有一凸肩，紧靠凸肩还带有键，其与风翼限位器(9)的键槽相配合；水平枢轴的末端带有与挡帽相配合的螺纹，用挡帽( 将风翼限位器及合叶式风翼挡在水平枢轴上。
4.按权利要求3所述的合叶式立轴玩具风车，特征是所述的风翼限位器(9)是一个设有内孔的、套在水平枢轴(1)上的轴套，内孔有键槽；它在靠合叶式风翼的一端的端面上，有一个半周的凸台(18)，起着对主风叶的限位作用。
5.按权利要求4所述的合叶式立轴玩具风车，特征是所述的合叶式风翼包括主风叶 (6)、副风叶(5)、主风叶铰链E、副风叶铰链H及主、副风叶的平衡重，所述的主风叶(6)与副风叶( 均是长条形，其横断面做成中空的弓形，即一面为弧面形、另一面为平面形，平面形的一面在顺风区朝风，主、副风叶均各有一个合叶式铰链——主风叶铰链E和副风叶铰链H，主风叶和副风叶分别通过主风叶铰链E和副风叶铰链H安装在水平枢轴的径向两侧， 副风叶的纵向长度比主风叶短；主风叶铰链E的连接板0 用4个螺钉(1 紧固在主风叶的一端的平面上，副风叶铰链H的连接板03)用4个螺钉(13)紧固在副风叶的一端的平面上；主风叶铰链E的轴套(7)，在靠风翼限位器(9)的一端的端面上，有一个1/4周的凸台(17)，该凸台与风翼限位器端面上的凸台(18)等高，并与之互相套合，该凸台(17)与主风叶铰链E的连接板02)的边沿之间的主风叶铰链E的轴套(7)上，在主风叶的反方向， 连接着主风叶平衡杆(15)，该平衡杆垂直于水平枢轴，且该平衡杆的中心线通过水平枢轴中心的延长线还通过主风叶这一头的重心，在平衡杆(1 的末端，固定着平衡块(8)，并且主风叶一头的重力力矩与平衡重一头的重力力矩相等；主风叶铰链E的轴套(7)的、在靠副风叶铰链H的一端的端面上有一个1/4周的凸台(19)；副风叶铰链H的轴套的、在靠主风叶铰链E—端的端面上有一个1/4周的凸台(20)，该凸台OO)与主风叶铰链E靠副风叶铰链H的一端的端面上的凸台(19)等高，并与之互相套合；副风叶铰链H的轴套的另一端端面与副风叶铰链H的连接板03)的边沿之间的副风叶铰链H轴套(4)上、在副风叶的反方向、连接着副风叶平衡杆(14)，该平衡杆垂直于水平枢轴，且该平衡杆的中心线通过水平枢轴中心的延长线、还通过副风叶这一头的重心；在平衡杆(14)的末端，固定着平衡块(3)，并且副风叶一头的重力力矩与平衡重一头的重力力矩相等。
专利摘要本实用新型是一种合叶式立轴玩具风车。它包括主立轴、风车转架、水平枢轴、风翼限位器、合叶式风翼；其特征是它还包括挡帽及立轴支座；主立轴为竖直轴，风车转架安装于主立轴的上端，主立轴插入风车转架中心的孔中；主立轴的下端的端面上安装在立轴支座上；立轴支座的上口的孔与主立轴动配合，主立轴可在其中转动；所述的风车转架由n个风车转臂做成俯视为正n角形或星形的形状构成，n≥2；在风车转架的对应每个风车转臂的角位上，都设有一个水平枢轴插入孔，从里到外，水平枢轴上套有风翼限位器、合叶式风翼及挡帽。本实用新型构思独特，具有一定的新颖、趣味性，是较好的科学教育益智玩具。
文档编号A63H33/40GK202223907SQ20112038544
公开日2012年5月23日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者吴光生 申请人:吴光生