反转法演示教具的制作方法

本发明所述的反转法演示教具，涉及一种教学用具，具体为具有三种计算和设计功能的“反转法”演示教学设备。

背景技术：

反转法是利用相对运动原理，当机构中选取不同的参考对象作为参考系，构件之间的相对运动关系保持不变。在高等学校《机械原理》课程的教学中，涉及到的“反转法”的内容有周转轮系传动比“反转法”计算、凸轮轮廓线“反转法”设计和连杆机构刚化“反转法”设计等内容。现在教学中均是通过绘图和抽象分析进行此方面知识的讲解，缺乏直观的实验演示装置，需要一种能够直观演示三种“反转法”计算和设计的教学用具。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的反转法演示教具，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的反转法演示教具。用以实现采用一种教具演示三种“反转法”计算和设计的功能，使教学更加生动、直观。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

本发明所述的反转法演示教具，其特征在于所述的反转法演示教具包括：底座演示盘、主动齿轮、轴承、转动轴、电机底座、轴上零件固定螺母、电机底座固定螺钉、转动轴驱动电机、电机固定片、演示盘驱动电机、转动轴齿轮及可更换演示模块；

本发明所述的底座为L型结构，转动轴的后端通过轴承装于底座上，前端通过轴承装于演示盘的中心孔上；转动轴齿轮装于转动轴上；转动轴驱动电机通过电机底座和电机底座固定螺钉装于演示盘的后部；主动齿轮装于转动轴驱动电机的输出轴上，并与转动轴齿轮相啮合；演示盘驱动电机通过电机底座和电机底座固定螺钉装于底座上，演示盘驱动电机的输出轴上装有驱动盘，驱动盘与演示盘周齿相啮合；可更换演示模块通过轴上零件固定螺母固定装于位于演示盘前部的转动轴上。

本发明所述的演示盘和底座上设置有定位孔，固定销插入到定位孔中对演示盘进行定位。

本发明所述的可更换演示模块包括：凸轮反转法模块、周转轮系反转法模块和连杆机构刚化反转法模块；

1、本发明所述的凸轮反转法模块包括：凸轮、推杆压板螺钉、橡皮筋、推杆和推杆压板；凸轮通过轴上零件固定螺母装于转动轴位于演示盘前部的轴颈上，并随转动轴的转动而转动；橡皮筋穿过推杆后部的孔后两端固定在推杆压板上，推杆压板通过推杆压板螺钉固定于凸轮上方的演示盘上；

凸轮轮廓线“反转法”演示模块的使用方法：

将演示盘手动转动到初始位置，插入固定销将演示盘固定住，防止其转动，并打开转动轴驱动电机；此时转动轴和固定其上的凸轮一起顺时针转动，角速度为ω；可以观察到，凸轮每顺时针转动一周推杆上下移动一次，在凸轮的推程段，推杆向上运动，在凸轮的远休止段，推杆在最高点静止不动，在凸轮的回程段，推杆向下运动，在凸轮的近休止段，推杆在最低点静止不动；

将演示盘固定销拔出，并打开演示盘驱动电机；此时，演示盘和其上的零件一起逆时针转动，角速度同样为ω；可以观察到，凸轮此时是静止不动的，而推杆在随演示盘一起逆时针转动的同时也在沿推杆压板的导向槽滑动；如果此时我们描绘出推杆尖部的运动轨迹并画下一条封闭曲线，其形状即为凸轮的理轮轮廓线。

2、本发明所述的周转轮系反转法模块：内齿轮、中心轮、行星轮、行星架和内齿轮固定螺钉；内齿轮通过内齿轮固定螺钉装于演示盘的前部；中心轮和行星轮的外齿相啮合，并通过行星架进行连接，中心轮通过轴上零件固定螺母装于转动轴位于演示盘前部的轴颈上，并随转动轴的转动而转动；行星轮的外齿与内齿轮的内齿相啮合；

周转轮系传动比“反转法”计算演示模块的使用方法为：

将演示盘手动转动到初始位置，插入固定销将演示盘固定住，防止其转动，并打开转动轴驱动电机；此时转动轴和固定其上的行星架一起顺时针转动，角速度为ω；可以观察到，行星轮在自转的同时也在围绕转动轴(中心轮)公转；此时该周转轮系的传动比无法直接计算；

将演示盘固定销拔出，并打开演示盘驱动电机；此时，演示盘和其上的零件一起逆时针转动，角速度同样为ω；可以观察到，行星架此时是静止不动的，而内齿轮随演示盘一同绕转动轴逆时针旋转；此时，该周转轮系已经转化为定轴轮系，可使用定轴轮系传动比的计算方法(公式)计算该周转轮系的传动比。

3、本发明所述的连杆机构刚化反转法模块：机架、曲柄、连杆、刚化连接板、刚化固定螺母、摇杆、手柄、手柄连接螺钉和摇把；所述的机架、摇杆、连杆和曲柄首尾铰链，组成四边形框架结构；机架和曲柄的铰链处通过轴上零件固定螺母装于转动轴位于演示盘前部的轴颈上，并随转动轴的转动而转动；刚化连接板一端的轴颈插装于摇杆中部的轴孔上，并可自由转动；刚化连接板的长孔套装于连杆中部的螺纹柱上；刚化固定螺母通过螺纹装于螺纹柱上，并将刚化连接板封装于螺纹柱上；手柄、手柄连接螺钉和摇把组装成摇柄套件；摇柄组件的摇把装于转动轴后端的轴颈上；

连杆机构刚化“反转法”设计演示模块的演示步骤：

1)将演示盘手动转动到初始位置，插入固定销将演示盘固定住，防止其转动；

2)拧松刚化固定螺母并将曲柄转动到初始位置，并在白纸上描出曲柄和摇杆的位置(初始方位角)；

3)顺时针转动手柄一个角度，再在白纸上画出曲柄和摇杆的方位角；

4)拧紧刚化固定螺母，使整个四连杆的构型不变；

5)取下演示盘上的机架固定销，逆时针转动手柄使刚化后的四杆机构逆时针转动，使曲柄回到初始位置，并在白纸上画出摇杆的位置(位置一)；

6)拧松刚化固定螺母取消刚化固定，将四杆机构的各杆回到初始位置并用固定销固定机架；

7)再次顺时针转动手柄29一个新的角度，重复前述步骤3至步骤6，直到画出摇杆的3个位置；

取下白纸，过摇杆28的两端铰链中心的三个位置分别画出两个圆，这两个圆的圆心分别是所求曲柄转动中心和曲柄与连杆间转动副的中心，圆心距即为所求曲柄的长度，两个圆心分别于摇杆28两端铰链中心的距离分别为所求四杆机构的机架长度和连杆长度。这样，实现了已知两连架杆对应角度，求两连架杆长度和一个连杆长度的问题。

本发明的优点是显而易见的，主要表现在：

1、本发明利用直流电机和齿轮的驱动，配合相应的固定装置可实现同一轴上不同零件的顺时针和逆时针转动；

2、本发明可通过更换不同的演示模块构成不同的演示装置，可实现三种“反转法”的演示；

3、本发明把演示盘作为参考系，通过旋转参考系中的零部件和反向旋转参考系，使构件形成相对运动或是相对静止，从而使观察者更深刻地理解三种“反转法”。

本发明具有结构新颖、加工简便、使用方便、直观演示和效果明显等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。

附图说明

本发明共有5幅附图,其中：

附图1为本发明采用凸轮反转法模块演示凸轮反转法的主视图；

附图2为附图1侧视图；

附图3为本发明采用周转轮系反转法模块演示周转轮系传动比反转法的主视图；

附图4为本发明采用刚化反转法模块演示连杆机构刚化反转法的主视图；

附图5为附图4的侧视图。

在图中：1-底座，2-演示盘，3-凸轮，4-推杆压板螺钉，5-橡皮筋，6-推杆，7-推杆压板，8-主动齿轮，9-轴承，10-转动轴，11-电机底座，12-轴上零件固定螺母，13-电机底座固定螺钉，14-转动轴驱动电机，15-电机固定片，16-演示盘驱动电机，17-固定销，18-内齿轮，19-中心轮，20-行星轮，21-行星架，22-内齿轮固定螺钉，23-机架，24-曲柄，25-连杆，26-刚化连接板，27-刚化固定螺母，28-摇杆，29-手柄，30-手柄连接螺钉，31-摇把，32-转动轴齿轮，33-驱动盘。

具体实施方式

具体实施方式1

本发明的具体实施例如附图1、2所示，反转法演示教具，其特征在于所述的反转法演示教具包括：底座1、演示盘2、主动齿轮8、轴承9、转动轴10、电机底座11、轴上零件固定螺母12、电机底座固定螺钉13、转动轴驱动电机14、电机固定片15、演示盘驱动电机16、转动轴齿轮32及可更换演示模块；

底座1为L型结构，转动轴10的后端通过轴承9装于底座1上，前端通过轴承9装于演示盘2的中心孔上；转动轴齿轮32装于转动轴10上；转动轴驱动电机14通过电机底座11和电机底座固定螺钉13装于演示盘2的后部；主动齿轮8装于转动轴驱动电机14的输出轴上，并与转动轴齿轮32相啮合；演示盘驱动电机16通过电机底座11和电机底座固定螺钉13装于底座1上，演示盘驱动电机16的输出轴上装有驱动盘33，驱动盘33与演示盘2周齿相啮合；可更换演示模块通过轴上零件固定螺母12固定装于位于演示盘2前部的转动轴10上。

演示盘2和底座1上设置有定位孔，固定销17插入到定位孔中对演示盘2进行定位。

可更换演示模块为凸轮反转法模块；凸轮反转法模块包括：凸轮3、推杆压板螺钉4、橡皮筋5、推杆6和推杆压板7；凸轮3通过轴上零件固定螺母12装于转动轴10位于演示盘2前部的轴颈上，并随转动轴10的转动而转动；橡皮筋5穿过推杆6后部的孔后两端固定在推杆压板7上，推杆压板7通过推杆压板螺钉4固定于凸轮3上方的演示盘2上。

具体实施方式2

本发明的具体实施例如附图3所示，反转法演示教具，其特征在于所述的反转法演示教具包括：底座1、演示盘2、主动齿轮8、轴承9、转动轴10、电机底座11、轴上零件固定螺母12、电机底座固定螺钉13、转动轴驱动电机14、电机固定片15、演示盘驱动电机16、转动轴齿轮32及可更换演示模块；

底座1为L型结构，转动轴10的后端通过轴承9装于底座1上，前端通过轴承9装于演示盘2的中心孔上；转动轴齿轮32装于转动轴10上；转动轴驱动电机14通过电机底座11和电机底座固定螺钉13装于演示盘2的后部；主动齿轮8装于转动轴驱动电机14的输出轴上，并与转动轴齿轮32相啮合；演示盘驱动电机16通过电机底座11和电机底座固定螺钉13装于底座1上，演示盘驱动电机16的输出轴上装有驱动盘33，驱动盘33与演示盘2周齿相啮合；可更换演示模块通过轴上零件固定螺母12固定装于位于演示盘2前部的转动轴10上。

演示盘2和底座1上设置有定位孔，固定销17插入到定位孔中对演示盘2进行定位。

可更换演示模块为周转轮系反转法模块；周转轮系反转法模块：内齿轮18、中心轮19、行星轮20、行星架21和内齿轮固定螺钉22；内齿轮18通过内齿轮固定螺钉22装于演示盘2的前部；中心轮19和行星轮20的外齿相啮合，并通过行星架21进行连接，中心轮19通过轴上零件固定螺母12装于转动轴10位于演示盘2前部的轴颈上，并随转动轴10的转动而转动；行星轮20的外齿与内齿轮18的内齿相啮合。

具体实施方式3

本发明的具体实施例如附图4、5所示，反转法演示教具，其特征在于所述的反转法演示教具包括：底座1、演示盘2、主动齿轮8、轴承9、转动轴10、电机底座11、轴上零件固定螺母12、电机底座固定螺钉13、转动轴驱动电机14、电机固定片15、演示盘驱动电机16、转动轴齿轮32及可更换演示模块；

底座1为L型结构，转动轴10的后端通过轴承9装于底座1上，前端通过轴承9装于演示盘2的中心孔上；转动轴齿轮32装于转动轴10上；转动轴驱动电机14通过电机底座11和电机底座固定螺钉13装于演示盘2的后部；主动齿轮8装于转动轴驱动电机14的输出轴上，并与转动轴齿轮32相啮合；演示盘驱动电机16通过电机底座11和电机底座固定螺钉13装于底座1上，演示盘驱动电机16的输出轴上装有驱动盘33，驱动盘33与演示盘2周齿相啮合；可更换演示模块通过轴上零件固定螺母12固定装于位于演示盘2前部的转动轴10上。

演示盘2和底座1上设置有定位孔，固定销17插入到定位孔中对演示盘2进行定位。

可更换演示模块为连杆机构刚化反转法模块；连杆机构刚化反转法模块：机架23、曲柄24、连杆25、刚化连接板26、刚化固定螺母27、摇杆28、手柄29、手柄连接螺钉30和摇把31；所述的机架23、摇杆28、连杆25和曲柄24首尾铰链，组成四边形框架结构；机架23和曲柄24的铰链处通过轴上零件固定螺母12装于转动轴10位于演示盘2前部的轴颈上，并随转动轴10的转动而转动；刚化连接板26一端的轴颈插装于摇杆28中部的轴孔上，并可自由转动；刚化连接板26的长孔套装于连杆24中部的螺纹柱上；刚化固定螺母27通过螺纹装于螺纹柱上，并将刚化连接板26封装于螺纹柱上；手柄29、手柄连接螺钉30和摇把31组装成摇柄套件；摇柄组件的摇把31装于转动轴10后端的轴颈上。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。