一种基于曲柄摇杆机构的机械教具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于曲柄摇杆机构的机械教具，包括动力机构、船体、曲柄摇杆机构、棘轮机构和齿轮传动机构，动力机构、曲柄摇杆机构和齿轮传动机构均安装在船体上，动力机构通过齿轮传动机构与曲柄摇杆机构相连，棘轮机构安装在曲柄摇杆机构上；本实用新型的机械教具，整体模仿船体制作，曲柄摇杆机构和人形杆件的摆动模仿人划桨的动作，通过棘轮机构使驱动轮与平面摩擦推动教具移动从而模仿船的前进，可以演示曲柄摇杆、棘轮和轮系运动状态，曲柄摇杆机构的连杆通过笔架夹持画笔，从而画笔可在画板上绘制连杆曲线，能够绘制多种连杆曲线并演示曲线绘制过程的运动特性，该教具生动有趣的形象更提升了演示的效果，稍加包装它还可作为幼儿学生的课堂玩具。
【专利说明】一种基于曲柄摇杆机构的机械教具
【技术领域】
[0001]本实用新型属于教学用具领域，具体涉及一种基于曲柄摇杆机构的机械教具。
【背景技术】
[0002]教具是以传播科技、教育人为目的的实物，是完全的科技传媒，是青少年科技活动中不可缺少的器材。生动、直观、形象的教具，能增强学生直观感性认识的能力，引导学生对教具进行观察，分析、思考、提出问题、并从中学会解决问题的方法，激发学习的兴趣。
[0003]连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的机构。最简单的连杆机构是由四个构件组成的，简称四杆机构。全部用回转副组成的四杆机构称为铰链四杆机构，它是四杆机构最基本的形式。在四连杆机构中，其为固定件称为机架，与机架用回转副相连接的杆称为连架杆，不与机架直接连接称为连杆。能作整周转动的连架杆称为曲柄，仅能在某一角度摆动的连架杆称为摇杆。对于铰链四杆机构来说，机架和连杆总是存在的，可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
[0004]目前机械类课程课堂教学演示教具存在一些不足，如结构简单，功能单一，形象呆板，辅助教学效果一般。如果能够设计制作一种兼具基本理论知识演示功能和生动演示形式的新型演示教具，会使得教学更加生动，更能激发学生对机械课程的学习兴趣。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种生动形象、可以演示曲柄摇杆、棘轮和轮系运动状态和绘制连杆曲线的机械教具。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:包括动力机构、船体、曲柄摇杆机构、棘轮机构和齿轮传动机构，动力机构、曲柄摇杆机构和齿轮传动机构均安装在船体上，动力机构通过齿轮传动机构与曲柄摇杆机构相连，棘轮机构安装在曲柄摇杆机构上；船体包括船形侧板一、船形侧板二、船形侧板三、船形侧板四、车轮和连接杆，船形侧板一、船形侧板二、船形侧板三和船形侧板四均平行设置并通过若干连接杆相连，车轮分别活动安装在船形侧板一与船形侧板二之间和船形侧板三与船形侧板四之间。
[0007]优选地，动力机构包括电机、电池、支撑轴、甲板和开关，支撑轴固定地穿设于船形侧板一和船形侧板二，甲板安装在船形侧板一和船形侧板二的上表面，电池穿过甲板并放置在支撑轴上，开关安装在甲板上并与电池相连，电机安装在船形侧板二和船形侧板三之间，电机和电池通过导线相连，电机的输出端穿过船形侧板三与齿轮传动机构相连。
[0008]优选地，齿轮传动机构包括主动齿轮、双联齿轮、传动齿轮、输出齿轮和输出轴，主动齿轮固定安装在电机的输出端上，主动齿轮与双联齿轮中较大的齿轮啮合，双联齿轮中较小的齿轮与传动齿轮啮合，传动齿轮与输出齿轮啮合，输出轴固定安装在输出齿轮的圆心位置并活动地穿设于船形侧板三和船形侧板四。
[0009]优选地，曲柄摇杆机构包括两个平行设置的曲柄、两个平行设置的连杆、两个平行设置的摇杆、连接轴一、连接轴二、连接轴三、连接轴四、连接轴五和驱动轮，连接轴二固定地穿设于船形侧板一和船形侧板二并与靠近船形侧板二的曲柄活动连接，该曲柄的另一端通过连接轴一与靠近船形侧板三的曲柄的一端相连，靠近船形侧板三的曲柄的另一端固定地套设于输出轴；连杆的一端可转动地套设于连接轴一，另一端可转动地套设于连接轴三；摇杆的一端可转动地套设于连接轴三，连接轴四可转动地穿设于摇杆的另一端，驱动轮固定安装在连接轴四上，连接轴五固定地穿设于船形侧板二和船形侧板三，摇杆的中部可转动地套设于连接轴五。
[0010]优选地，连接轴一与连接轴二的轴心距离为20mm，连接轴一与连接轴三的轴心距离为106mm，连接轴三与连接轴五的轴心距离为40mm，连接轴二与连接轴五的轴心距离为100mm。
[0011]优选地，棘轮机构包括棘轮和棘爪,棘轮固定安装在连接轴四上,棘爪活动地套设于连接轴五并与棘轮配合。
[0012]优选地，还包括人形杆件和安装轴，安装轴固定地穿设于船形侧板二和船形侧板三，人形杆件的下端与安装轴活动连接，人形杆件的手臂部分与连接轴三活动连接。
[0013]优选地，还包括帆板、画板、笔架和画笔，帆板的下端固定安装在船形侧板四上，画板安装在帆板上并与帆板平行，笔架包括画杆一、画杆二和夹子，画杆一的一端与连杆相连，画杆一的另一端与画杆二的一端相连，画杆二的另一端与夹子相连，画笔安装在夹子上，画笔的笔尖与画板抵接。
[0014]优选地，连杆上设有条形通孔，画杆一通过蝶形螺母与螺栓的配合安装在条形通孔上，画杆一和画杆二通过蝶形螺母与螺栓的配合相连。
[0015]优选地，船形侧板二和船形侧板三之间还设有抗弯板，抗弯板的两端分别安装在船形侧板二和船形侧板三上。
[0016]本实用新型的有益效果:整体模仿船体制作，曲柄摇杆机构和人形杆件的摆动模仿人划桨的动作，通过棘轮机构使驱动轮与平面摩擦推动教具移动从而模仿船的前进，可以演示曲柄摇杆、棘轮和轮系运动状态，曲柄摇杆机构的连杆通过笔架夹持画笔，从而画笔可在画板上绘制连杆曲线，能够绘制多种连杆曲线并演示曲线绘制过程的运动特性，该教具生动有趣的形象更提升了演示的效果，稍加包装它还可作为幼儿学生的课堂玩具。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型机械教具的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型机械教具另一方向的结构示意图；
[0019]图3是本实用新型笔架的结构示意图；
[0020]图4是本实用新型曲柄摇杆机构和棘轮机构的结构示意图；
[0021]图5是本实用新型齿轮传动机构的结构示意图。
[0022]附图标记说明:101、电机;102、电池;103、支撑轴;104、甲板;105、开关;201、船形侧板一 ；202、船形侧板二 ；203、船形侧板三；204、船形侧板四；205、车轮；206、连接杆；3、曲柄摇杆机构；301、曲柄；302、连杆；303、摇杆；304、连接轴一 ；305、连接轴二 ；306、连接轴三；307、连接轴四；308、连接轴五；309、驱动轮；4、棘轮机构；401、棘轮；402、棘爪；5、齿轮传动机构；501、主动齿轮；502、双联齿轮；503、传动齿轮；504、输出齿轮；505、输出轴；6、人形杆件；7、安装轴；8、帆板；9、画板;10、笔架;1001、画杆一 ;1002、画杆二 ;1003、夹子；11、画笔；12、抗弯板。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明:
[0024]如图1至图5所示，本实施例中的机械教具包括动力机构、船体、曲柄摇杆机构3、棘轮机构4和齿轮传动机构5，动力机构、曲柄摇杆机构3和齿轮传动机构5均安装在船体上，动力机构通过齿轮传动机构5与曲柄摇杆机构3相连，棘轮机构4安装在曲柄摇杆机构3上；船体包括船形侧板一 201、船形侧板二 202、船形侧板三203、船形侧板四204、车轮205和连接杆206，船形侧板一 201、船形侧板二 202、船形侧板三203和船形侧板四204均平行设置并通过若干连接杆206相连，车轮205分别活动安装在船形侧板一 201与船形侧板二202之间和船形侧板三203与船形侧板四204之间。
[0025]动力机构包括电机101、电池102、支撑轴103、甲板104和开关105，支撑轴103固定地穿设于船形侧板一 201和船形侧板二 202，甲板104安装在船形侧板一 201和船形侧板二 202的上表面，电池102穿过甲板104并放置在支撑轴103上，支撑轴103可以电池102掉落，开关105安装在甲板104上并与电池102相连，电机101安装在船形侧板二 202和船形侧板三203之间，电机101和电池102通过导线相连，电机101的输出端穿过船形侧板三203与齿轮传动机构5相连，开关105便于演示的时候控制电机101的开关，在该实施例中开关105优选为拨动开关。
[0026]齿轮传动机构5包括主动齿轮501、双联齿轮502、传动齿轮503、输出齿轮504和输出轴505，主动齿轮501固定安装在电机101的输出端上，主动齿轮501与双联齿轮502中较大的齿轮啮合，双联齿轮502中较小的齿轮与传动齿轮503啮合，传动齿轮503与输出齿轮504啮合，输出轴505固定安装在输出齿轮504的圆心位置并活动地穿设于船形侧板三203和船形侧板四204，在本实施例中主动齿轮501、双联齿轮502、传动齿轮503和输出齿轮504的模数均为0.5，主动齿轮501的齿数为20，双联齿轮502的齿数为30和12，传动齿轮503和输出齿轮504的齿数均为56，齿轮传动机构5起减速作用。
[0027]曲柄摇杆机构3包括两个平行设置的曲柄301、两个平行设置的连杆302、两个平行设置的摇杆303、连接轴一 304、连接轴二 305、连接轴三306、连接轴四307、连接轴五308和驱动轮309，连接轴二 305固定地穿设于船形侧板一 201和船形侧板二 202并与靠近船形侧板二 202的曲柄301活动连接，该曲柄301的另一端通过连接轴一 304与靠近船形侧板三203的曲柄301的一端相连，靠近船形侧板三203的曲柄301的另一端固定地套设于输出轴505 ;连杆302的一端可转动地套设于连接轴一 304，另一端可转动地套设于连接轴三306 ;摇杆303的一端可转动地套设于连接轴三306，连接轴四307可转动地穿设于摇杆303的另一端，驱动轮309固定安装在连接轴四307上，连接轴五308固定地穿设于船形侧板二 202和船形侧板三203，摇杆303的中部可转动地套设于连接轴五308 ;连接轴一 304与连接轴二 305的轴心距离为20mm，连接轴一 304与连接轴三306的轴心距离为106mm，连接轴三306与连接轴五308的轴心距离为40mm，连接轴二 305与连接轴五308的轴心距离为 100mm。
[0028]本实施例中的机械教具还包括人形杆件6和安装轴7，安装轴7固定地穿设于船形侧板二 202和船形侧板三203，人形杆件6的下端与安装轴7活动连接，人形杆件6的手臂部分与连接轴三306活动连接，通过摇杆303的摆动带动人形杆件6绕安装轴7摆动从而摆动模仿人划桨的动作。
[0029]本实施例中的机械教具还包括帆板8、画板9、笔架10和画笔11，帆板8的下端固定安装在船形侧板四204上，画板9安装在帆板8上并与帆板8平行，笔架10包括画杆一1001、画杆二 1002和夹子1003，画杆一 1001的一端与连杆302相连，画杆一 1001的另一端与画杆二 1002的一端相连，画杆二 1002的另一端与夹子1003相连，画笔11安装在夹子1003上，画笔11的笔尖与画板9抵接；连杆302上设有条形通孔，画杆一 1001通过蝶形螺母与螺栓的配合安装在条形通孔上，画杆一 1001和画杆二 1002通过蝶形螺母与螺栓的配合相连，可将画笔11的初始位置固定于较大范围内的任意处，演示的时候通过连杆302的运动带动画笔11在画板9上绘制连杆曲线；如果不需要演示绘制连杆曲线的过程，拆除掉画板9、笔架10和画笔11，剩下的部件和帆板8恰好构成帆船的形象。
[0030]船形侧板二 202和船形侧板三203之间还设有抗弯板12，抗弯板12的两端分别安装在船形侧板二 202和船形侧板三203上。
[0031 ] 棘轮机构4包括棘轮401和棘爪402，棘轮401固定安装在连接轴四307上，棘爪402活动地套设于连接轴五308并与棘轮401配合；机械教具演示的时候，将机械教具放置在平面上，驱动轮309和车轮205与平面接触，拨动开关105，电机101带动主动齿轮501转动，从而输出轴505转动，曲柄301随之转动，从而带动连杆302和摇杆303运动，当摇杆303逆时针转动时，驱动轮309在平面上滚动，机械教具保持不动，当摇杆303顺时针转动时，棘爪402与棘轮401咬合使驱动轮309无法转动，此时驱动轮309与平面产生的摩擦力推动机械教具前进从而模仿船的前进。
[0032]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于曲柄摇杆机构的机械教具，其特征在于:包括动力机构、船体、曲柄摇杆机构(3)、棘轮机构(4)和齿轮传动机构(5)，动力机构、曲柄摇杆机构(3)和齿轮传动机构(5)均安装在船体上，动力机构通过齿轮传动机构(5)与曲柄摇杆机构(3)相连，棘轮机构(4)安装在曲柄摇杆机构(3)上；船体包括船形侧板一(201)、船形侧板二(202)、船形侧板三(203)、船形侧板四(204)、车轮(205)和连接杆(206)，船形侧板一 (201)、船形侧板二(202)、船形侧板三(203)和船形侧板四(204)均平行设置并通过若干连接杆(206)相连，车轮(205)分别活动安装在船形侧板一(201)与船形侧板二(202)之间和船形侧板三(203)与船形侧板四(204)之间。
2.根据权利要求1所述的机械教具，其特征在于:动力机构包括电机(101)、电池(102)、支撑轴(103)、甲板(104)和开关(105)，支撑轴(103)固定地穿设于船形侧板一(201)和船形侧板二(202)，甲板(104)安装在船形侧板一(201)和船形侧板二(202)的上表面，电池(102)穿过甲板(104)并放置在支撑轴(103)上，开关(105)安装在甲板(104)上并与电池(102)相连，电机(101)安装在船形侧板二(202)和船形侧板三(203)之间，电机(101)和电池(102)通过导线相连，电机(101)的输出端穿过船形侧板三(203)与齿轮传动机构(5)相连。
3.根据权利要求2所述的机械教具，其特征在于:齿轮传动机构(5)包括主动齿轮(501)、双联齿轮(502)、传动齿轮(503)、输出齿轮(504)和输出轴(505)，主动齿轮(501)固定安装在电机(101)的输出端上，主动齿轮(501)与双联齿轮(502)中较大的齿轮啮合，双联齿轮(502)中较小的齿轮与传动齿轮(503)啮合，传动齿轮(503)与输出齿轮(504)啮合，输出轴(505)固定安装在输出齿轮(504)的圆心位置并活动地穿设于船形侧板三(203)和船形侧板四(204)。
4.根据权利要求3所述的机械教具，其特征在于:曲柄摇杆机构(3)包括两个平行设置的曲柄(301)、两个平行设置的连杆(302)、两个平行设置的摇杆(303)、连接轴一(304)、连接轴二(305)、连接轴三(306)、连接轴四(307)、连接轴五(308)和驱动轮(309)，连接轴二(305)固定地穿设于船形侧板一(201)和船形侧板二(202)并与靠近船形侧板二(202)的曲柄(301)活动连接，该曲柄(301)的另一端通过连接轴一(304)与靠近船形侧板三(203)的曲柄(301)的一端相连，靠近船形侧板三(203)的曲柄(301)的另一端固定地套设于输出轴(505);连杆(302)的一端可转动地套设于连接轴一(304)，另一端可转动地套设于连接轴三(306);摇杆(303)的一端可转动地套设于连接轴三(306)，连接轴四(307)可转动地穿设于摇杆(303)的另一端，驱动轮(309)固定安装在连接轴四(307)上，连接轴五(308)固定地穿设于船形侧板二(202)和船形侧板三(203)，摇杆(303)的中部可转动地套设于连接轴五(308)。
5.根据权利要求4所述的机械教具，其特征在于:连接轴一(304)与连接轴二(305)的轴心距离为20mm，连接轴一(304)与连接轴三(306)的轴心距离为106mm，连接轴三(306)与连接轴五(308)的轴心距离为40mm，连接轴二(305)与连接轴五(308)的轴心距离为100mm。
6.根据权利要求4所述的机械教具，其特征在于:棘轮机构(4)包括棘轮(401)和棘爪(402)，棘轮(401)固定安装在连接轴四(307)上，棘爪(402)活动地套设于连接轴五(308)并与棘轮(401)配合。
7.根据权利要求4所述的机械教具，其特征在于:还包括人形杆件(6)和安装轴(7)，安装轴(7)固定地穿设于船形侧板二(202)和船形侧板三(203)，人形杆件(6)的下端与安装轴(7)活动连接，人形杆件(6)的手臂部分与连接轴三(306)活动连接。
8.根据权利要求4所述的机械教具，其特征在于:还包括帆板(8)、画板(9)、笔架(10)和画笔(11)，帆板(8)的下端固定安装在船形侧板四(204)上，画板(9)安装在帆板(8)上并与帆板(8)平行，笔架(10)包括画杆一(1001)、画杆二(1002)和夹子(1003)，画杆一(1001)的一端与连杆(302)相连，画杆一(1001)的另一端与画杆二(1002)的一端相连，画杆二(1002)的另一端与夹子(1003)相连，画笔(11)安装在夹子(1003)上，画笔(11)的笔尖与画板(9)抵接。
9.根据权利要求8所述的机械教具，其特征在于:连杆(302)上设有条形通孔，画杆一(1001)通过蝶形螺母与螺栓的配合安装在条形通孔上，画杆一(1001)和画杆二(1002)通过蝶形螺母与螺栓的配合相连。
10.根据权利要求1所述的机械教具，其特征在于:船形侧板二(202)和船形侧板三(203)之间还设有抗弯板(12)，抗弯板(12)的两端分别安装在船形侧板二(202)和船形侧板三(203)上。
【文档编号】G09B25/02GK204087679SQ201420570055
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】胡维博, 董鹏飞, 王瑞金, 汤振华, 张钟效, 孙锐 申请人:电子科技大学