专利名称：一种蒸汽机演示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种演示装置，具体为一种蒸汽机的演示装置，属于教学 教具领域。
背景技术：
以往，中小学教学实验所配备的蒸汽机模型主要分两种类型， 一类由积木 式组成的结构，用手动方式表明蒸汽机的转动机理，能清晰展示各动作行程，
但不能真实运行；另一类是将实用的蒸汽机制成缩微模型，燃烧锅炉时，产生 水蒸汽用胶管通入模型进气口，可使其运转。但由于结构较为复杂，尤其是曲 柄连杆连同进排气配气阀门室内的构件烦瑣，较难使学习者迅速领会，且整机 成本较高。另外，上述两类蒸汽机模型当前都已罕见。
实用新型内容
本实用新型的发明目的是为了提供一种蒸汽机演示装置，以解决市场上原 有几类实验教具或不能真实展示实际过程，或结构过于复杂的向题；是一种可 以在数分钟内实现实时运转，且结构简单、通俗易懂、成本低廉的蒸汽机模型, 适用于基础教育中的课堂教学演示或学生探究性实验。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现。一种蒸汽机演示装置，包括汽缸、活塞、曲柄连杆、飞轮轴、飞轮、锅炉、
支架和火源；蒸汽机各部件汽缸、活塞、曲柄连杆、飞轮轴、飞轮均安装在 支架之上，支架后部与锅炉盖固定，锅炉盖藉螺紋密封拧紧在锅炉炉体之上， 锅炉炉体中注有水；支架下方设置的进气孔与锅炉盖边缘的气孔对应，支架上
方设置的排气孔连通一排气管；汽缸缸身中央设置一汽缸转轴滑套在设置于支 架上的轴承之中，使汽缸能自由摆动，汽缸内的活塞可在缸内气密性滑动；汽 缸尾部开有一交替与进气孔和排气孔相通的汽缸通孔；汽缸前端安装有连杆， 连杆、曲柄滑套、曲柄与飞轮的轴心相套，构成曲柄连杆机构；火源设置于锅 炉下方。
所述的飞轮边缘加厚，以获得更大的转动惯性。 所述的飞轮为偏心开孔飞轮，开孔是为了克服上下死点，从而保证连续运转。
所述汽缸为摆动式汽缸。
所述的连杆无铰链式构件，连杆直接紧固在活塞顶端面中心位，从而简化 了曲柄连杆组件。
通过本实用新型设计的蒸汽车模型的车轮动力轴与飞轮同轴。
本实用新型的原理为模型蒸汽机的汽缸轴滑套在支架的固定轴承内，使
汽缸能绕轴自由摆动。汽缸尾部中央开有一汽缸通孔，当飞轮旋转带动汽缸前 端向上抬起时，由于汽缸的绕轴随动致使其尾端向下倾斜，尾部中央的通孔恰
能与支架上的进气孔相通，使蒸汽进入汽缸内推动活塞向前；反之，当飞轮转 过上止点促使汽缸前端向下摆动时，尾部向上拉起，其通孔又恰与支架上的排 气孔相通，使汽缸内的废气自排气孔向外排出。上述运行过程十分简单明晰，既摒弃了复杂的配气用阀门室组件，且连杆又无需铰链式元件即可与活塞整体 联动，简化了曲柄连杆机构，尤其在教师讲解进排汽过程时，学生能很容易理 解活塞的作功机理。
通过本实用新型设置而成的蒸汽机演示装置具有以下有益效果
1、 飞轮支架与锅炉盖的一体化结构，使蒸汽机的所有零部件均能以支架为 基板组装成型，使模型结构紧凑，浑然一体。结合原理性示意图的讲解，使学 习者一目了然；
2、 蒸汽机的飞轮之轮缘加厚，使其有足够的转动惯量，而整体仍显得轻颖， 轮缘内侧开有一通孔使飞轮偏心，当汽缸摆动至上偏角时，该通孔恰处在飞轮 之下方位置。这样的偏心飞轮皆容易克服上下死点的阻碍，又有利于蒸汽机启
动自如；
3、 配套的机车图案面板与蒸汽机正确定位，图案设计精美，富有仿古意蕴 和艺术情趣。既能在演示前先行遮挡住蒸汽机模型本体造成悬念，更能直观地 展示蒸汽机车的应用典例，以及机车车轮与蒸汽机飞轮同轴旋转时，模拟出机 车依靠蒸汽机动力牵引的生动情景。作为基础教育中的演示仪器，在自然科学、 尤其是物理教学中不仅能简捷地阐明蒸汽机的结构原理，而且能体现出科学与 技术结合中的多样性和灵活性的特色，也成为融科技与艺术结合的范例，增强 了学生探索科学的兴趣。
附图i为本实用新型蒸汽机演示装置运行时的进气进程的结构示意图； 附图2为本实用新型蒸汽机演示装置运行时的上止点进程的结构示意图;附图3为本实用新型蒸汽机演示装置运行时的排气进程的结构示意图； 附图4为本实用新型蒸汽机演示装置运行时的下止点进程的结构示意图。
图中1、汽缸 2、汽缸转轴 3、活塞 4、曲柄连杆 5、飞轮轴 6、飞轮 7、锅炉 8、进气孔 9、排气孔 10、汽缸通孔 11、支架 12、排气管 13、火源。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的结构特点。 如图l、图2、图3和图4所示的一种蒸汽机演示装置，包括汽缸l、活塞 3、曲柄连杆4、飞轮轴5、飞轮6、锅炉7、支架11和火源13;蒸汽机各部件: 汽缸l、活塞3、曲柄连杆4、飞轮轴5、飞轮6均安装在支架11之上，支架ll 后部与锅炉盖固定，锅炉盖藉螺紋密封拧紧在锅炉7炉体之上，锅炉7炉体中 注有水；支架11下方设置的进气孔8与锅炉盖边缘的气孔对应，支架ll上方 设置的排气孔9连通一排气管12;汽缸1缸身中央设置一汽缸转轴2滑套在设 置于支架ll上的轴承之中，使汽缸l能自由摆动，汽缸1内的活塞3可在缸内 气密性滑动；汽缸1尾部开有一交替与进气孔8和排气孔9相通的汽缸通孔10; 汽缸l前端安装有连杆，连杆、曲柄滑套、曲柄与飞轮6的轴心相套，构成曲 柄连杆4机构；火源13设置于锅炉下方。 运动时，整个运动分为四个进程
1、 进气当锅炉7中水沸腾时产生的蒸汽，通过进气口8进入汽缸1;
2、 作功蒸汽通过进气口 8推动活塞3向左运动，并由曲柄连杆4带动 飞轮6逆时针方向运转，直到活塞3到达上止点。同时，汽缸l绕自身的汽缸转轴2向下摆动至水平位置。
3、 排气由于飞轮6的惯性作用，飞轮6继续向逆时针方向运转，并带 动曲柄连杆4使活塞3反方向(向右)运动，汽缸1则继续向下摆动而将排气 口9打开，遂把汽缸1中的气体向外排出；
4、 回复随着系统的惯性运动，在把汽缸1内的气体排空的同时，活塞3 通过下止点后，汽缸l又将向上摆动而回复到最初的进气状态。
通过以上四个循环，周而复始的运行过程，形成了蒸汽机的持续动力。 蒸汽机锅炉7加热前，转动飞轮6，使汽缸通孔IO处于蒸汽机的最下方处
与进气孔8沟通。然后火源13对锅炉7加热，当水沸腾、排气口9开始有蒸汽
冒出时，用手轻拨飞轮6，蒸汽机即可运转。
权利要求1、一种蒸汽机演示装置，包括汽缸(1)、活塞(3)、曲柄连杆(4)、飞轮轴(5)、飞轮(6)、锅炉(7)、支架(11)和火源(13)；其特征在于蒸汽机各部件汽缸(1)、活塞(3)、曲柄连杆(4)、飞轮轴(5)、飞轮(6)均安装在支架(11)之上，支架(11)后部与锅炉盖固定，锅炉盖藉螺纹密封拧紧在锅炉(7)炉体之上，锅炉(7)炉体中注有水；支架(11)下方设置的进气孔(8)与锅炉盖边缘的气孔对应，支架(11)上方设置的排气孔(9)连通一排气管(12)；汽缸(1)缸身中央设置一汽缸转轴(2)滑套在设置于支架(11)上的轴承之中，汽缸(1)内的活塞(3)可在缸内气密性滑动；汽缸(1)尾部开有一交替与进气孔(8)和排气孔(9)相通的汽缸通孔(10)；汽缸(1)前端安装有连杆，连杆、曲柄滑套、曲柄与飞轮(6)的轴心相套，构成曲柄连杆(4)机构；火源(13)设置于锅炉下方。
2、 根据权利要求l所述的一种蒸汽机演示装置，其特征在于所述的飞轮 (6 )边缘加厚。
3、 根据权利要求1或2所述的一种蒸汽机演示装置，其特征在于所述的 飞轮(6)为偏心开孔飞轮。
4、 根据权利要求1所述的一种蒸汽机演示装置，其特征在于所述汽缸(1) 为摆动式汽缸。
5、 根据权利要求l所述的一种蒸汽机演示装置，其特征在于所述的曲柄 连杆(4)无铰链式构件，连杆直接紧固在活塞(3)顶端面中心位置。
专利摘要本实用新型公开了一种蒸汽机演示装置，属于教学教具领域，包括汽缸、活塞、曲柄连杆、飞轮轴、飞轮、锅炉、支架和火源；蒸汽机各部件均安装在支架之上，支架后部与锅炉盖固定，锅炉盖藉螺纹密封拧紧在锅炉炉体之上；支架下方设置的进气孔与锅炉盖边缘的气孔对应，支架上方设置的排气孔连通一排气管；汽缸缸身中央设置一汽缸转轴滑套在设置于支架上的轴承之中；汽缸尾部开有一交替与进气孔和排气孔相通的汽缸通孔；火源设置于锅炉下方。作为基础教育中的演示仪器，在自然科学、尤其是物理教学中不仅能简捷地阐明蒸汽机的结构原理，而且能体现出科学与技术结合中的多样性和灵活性的特色，也成为融科技与艺术结合的范例，增强了学生探索科学的兴趣。
文档编号G09B25/02GK201352410SQ20082015443
公开日2009年11月25日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者宗士龙, 曹揆申 申请人:华东师范大学科教仪器厂