专利名称：示教环保机械智能小车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种学校课堂授课演示模型，尤其涉及一种示教环保机械智能小 车。
背景技术：
在中学物理课的教学当中，有一种普遍的现象困扰着很多同学物理课上，每当老 师讲到有关能量转换等相对抽象的问题，尤其是重力势能与动能之间的转换时，同学们大 多不能很好地理解领悟。这严重影响到近些年来千军万马过独木桥的高考升学。在大学的 “机械原理”、“机械设计”等课堂中，又涉及到诸如齿轮传动机构、曲柄连杆传动机构、链传 动机构、带传动机构等新的问题，依然有很多同学模棱两可。这些问题不仅容易使同学们产 生厌学情绪，而且使教师的授课效果、教学质量大大降低，学生家长也是一筹莫展。
实用新型内容本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种在课堂上演示重力势能通 过相关机械传动机构转换为动能的示教环保机械智能小车。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案示教环保机械智能小车，包 括下部设有车轮的车架，车架上设有支撑架，支撑架顶部设有定滑轮，定滑轮的沟槽内设有 牵引绳，牵引绳的两端分别连接有重物块和动能传动机构，动能传动机构的能量输出端与 车轮传动连接。所述车轮设有三个，其中一个车轮设在车架前端中部，另两个车轮之间通过一根 轮轴设在车架后部两侧，动能传动机构包括设在车架上的支座，支座上设有一根与轮轴平 行的齿轮轴，牵引绳的一端缠绕到齿轮轴上，齿轮轴上设有主动大齿轮，轮轴上设有与主动 大齿轮啮合传动的从动小齿轮。所述齿轮轴上设有一截锥形轴，牵引绳缠绕到锥形轴上。所述齿轮轴与车架前端的车轮之间设有曲柄连杆机构。所述曲柄连杆机构包括与齿轮轴垂直固定连接的曲柄、与曲柄铰接的连杆、与连 杆铰接的水平摆杆、与水平摆杆垂直固定连接的转向立杆，所述转向立杆与车架转动连接， 转向立杆下端与车架前端的车轮连接。所述支撑架包括垂直设在车架上呈三角形布置的三根立柱，重物块设在三根立柱 之间，三根立柱上部设有顶板，顶板上设有滑轮轴，定滑轮设在滑轮轴上。采用上述技术方案，重物块由支撑架上端向下自由下落，重力通过牵引绳带动能 传动机构，动能传动机构带动车轮转动，从而实现重物块的重力势能转换为整个小车的动 能；后面两个车轮为驱动轮，动能传动机构采用齿轮传动机构，牵引绳缠绕到锥形轴上，锥 形轴的作用是为了增大小车初始启动时轴的转矩，便于小车的顺利启动，并且随着小车的 加速，绕绳直径逐渐减小，转矩也相应的减小，相当于间接给小车添加了一个减速系统，更 加有利于小车平稳的前进；锥形轴半径的变小，以及变速齿轮的应用，既可以使重物缓慢下落防止与车架剧烈碰撞，又可以提高两驱动轮的转动圈数使小车平稳地行驶更远的距离； 车架前端的车轮为转向轮，曲柄连杆机构起到控制转向轮转弯的作用，齿轮轴转动带动曲 柄转动；曲柄带动连杆，在曲柄的驱动和水平摆杆的限制下，连杆实现水平方向的推拉运 动，水平摆杆带动转向立杆完成预定角度的转动，从而实现转向轮的转向，两个驱动轮之间 具有差速行驶的功能，可以使小车行走路线呈“近似正弦曲线”形；三根立柱呈三角形形状 布置，结构稳固，且作为重物块下滑轨道，具有引导其下滑、限制其摆动的功能。本实用新型设计巧妙、结构简单，不仅适用于中学物理课堂演示重力势能与动能 之间的转换，而且适用于大学的“机械原理”、“机械设计”课堂中，理论联系实际，启发学生 们理解能量转化的具体应用，可以增强学生们的学习兴趣，并使教师的授课效果、教学质量 大大提高。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1当中的P向视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的示教环保机械智能小车，包括下部设有三个车轮 的车架1，车架1上设有支撑架，支撑架包括垂直设在车架1上呈三角形布置的三根立柱2， 三根立柱2上部设有顶板3，顶板3上设有滑轮轴4，滑轮轴4上设有定滑轮5，定滑轮5的 沟槽内设有牵引绳6，牵引绳6的两端分别连接有重物块7和动能传动机构，重物块7设在 三根立柱2之间，动能传动机构的能量输出端与后部两个车轮传动连接。其中一个车轮8为转向轮设在车架1前端中部，另两个车轮9为驱动轮并具有差 速行驶的功能，两车轮9之间通过一根轮轴10设在车架1后部两侧，动能传动机构包括设 在车架1上的支座11，支座11上设有一根与轮轴10平行的齿轮轴12，齿轮轴12上设有一 截锥形轴13，牵引绳6缠绕到锥形轴13上，齿轮轴12上设有主动大齿轮14，轮轴10上设 有与主动大齿轮14啮合传动的从动小齿轮15。齿轮轴12与车架1前端的车轮8之间设有曲柄连杆机构。曲柄连杆机构包括与齿 轮轴12垂直固定连接的曲柄16、与曲柄16铰接的连杆17、与连杆17铰接的水平摆杆18、 与水平摆杆18垂直固定连接的转向立杆19，转向立杆19与车架1转动连接，转向立杆19 下端设有位于车架1下部的转向支架20，车架1前端的车轮8设在转向支架20内。本实用新型当中涉及轴转动连接的部件，均设有轴承，这样有效的减小转动部分 的摩擦力。主动大齿轮14和从动小齿轮15之间传动比的选择要合适(选择合适的传动比 才能满足小车顺利前进并且能够实现预定转向的目的)。曲柄连杆机构中各杆的杆长都设 计成可调的，目的是为了方便认识和观察机构有急回以及存在“死点”的一些情况；并且此 四杆机构为空间四杆机构。本实用新型由重物块7的重力势能向整个小车的动能转换过程为重物块7做下 落运动时拉动牵引绳6，牵引绳6通过定滑轮5带动锥形轴13转动，与锥形轴13同轴的齿 轮轴12也随之转动，进而实现主动大齿轮14的转动。主动大齿轮14带动从动小齿轮15 的转动，与从动小齿轮15同轴的轮轴10转动来实现两车轮9的转动。小车的转向主要是通过曲柄连杆机构实现的，随着齿轮轴12的转动，曲柄16做圆周运动，曲柄16带动连杆17 实现铅垂面内的推拉运动，连杆17带动水平摆杆18能绕转向立杆19在水平面内转动，转 向立杆19也同时转动，转向立杆19的下端的车轮8也随之摆动实现转向的目的。 当然，本实用新型当中的动能传动机构也可以采用带传动机构、链传动机构；曲柄 连杆机构也可以采用其他机构如凸轮机构、锥齿轮机构等，实现车轮8的转向功能即可。 上述变换也在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.示教环保机械智能小车，其特征在于包括下部设有车轮的车架，车架上设有支撑 架，支撑架顶部设有定滑轮，定滑轮的沟槽内设有牵引绳，牵引绳的两端分别连接有重物块 和动能传动机构，动能传动机构的能量输出端与车轮传动连接。
2.根据权利要求1所述的示教环保机械智能小车，其特征在于所述车轮设有三个，其 中一个车轮设在车架前端中部，另两个车轮之间通过一根轮轴设在车架后部两侧，动能传 动机构包括设在车架上的支座，支座上设有一根与轮轴平行的齿轮轴，牵引绳的一端缠绕 到齿轮轴上，齿轮轴上设有主动大齿轮，轮轴上设有与主动大齿轮啮合传动的从动小齿轮。
3.根据权利要求2所述的示教环保机械智能小车，其特征在于所述齿轮轴上设有一 截锥形轴，牵引绳缠绕到锥形轴上。
4.根据权利要求2或3所述的示教环保机械智能小车，其特征在于所述齿轮轴与车 架前端的车轮之间设有曲柄连杆机构。
5.根据权利要求4所述的示教环保机械智能小车，其特征在于所述曲柄连杆机构包 括与齿轮轴垂直固定连接的曲柄、与曲柄铰接的连杆、与连杆铰接的水平摆杆、与水平摆杆 垂直固定连接的转向立杆，所述转向立杆与车架转动连接，转向立杆下端与车架前端的车 轮连接。
6.根据权利要求1或2或3所述的示教环保机械智能小车，其特征在于所述支撑架 包括垂直设在车架上呈三角形布置的三根立柱，重物块设在三根立柱之间，三根立柱上部 设有顶板，顶板上设有滑轮轴，定滑轮设在滑轮轴上。
专利摘要本实用新型公开了一种示教环保机械智能小车，包括下部设有车轮的车架，车架上设有支撑架，支撑架顶部设有定滑轮，定滑轮的沟槽内设有牵引绳，牵引绳的两端分别连接有重物块和动能传动机构，动能传动机构的能量输出端与车轮传动连接。本实用新型设计巧妙、结构简单，不仅适用于中学物理课堂演示重力势能与动能之间的转换，而且适用于大学的“机械原理”、“机械设计”课堂中，理论联系实际，启发学生们理解能量转化的具体应用，可以增强学生们的学习兴趣，并使教师的授课效果、教学质量大大提高。
文档编号G09B23/10GK201927243SQ201120009940
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者尚慧慧, 张振亚, 李 根, 赵浩伟 申请人:李 根