一种开合式机械原理演示教具的制作方法

本发明涉及用于课堂或实验教学的演示教具，尤其涉及一种开合式机械原理演示教具。

背景技术：

机械原理是机械类专业的核心课程，目前机械原理教学多为原理概念和计算，课堂上的实例教学非常少，这导致了当代大学生理论与实践的脱节，不能很好地将所学知识运用到实践中去。而为了将机械原理的课程教学变得更加有效，让学生对枯燥空洞的理论知识理解地更加充分，教具的使用显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可对机械原理课程中的多种不同结构的运动过程进行实体演示，使得课程教学生动有效的开合式机械原理演示教具。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种开合式机械原理演示教具，包括机架、开合机构和开合驱动机构，所述的开合机构设置在所述的机架的上端，所述的开合驱动机构包括推杆、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构和转动驱动装置，所述的转动驱动装置固定在所述的机架上且与所述的曲柄滑块机构相连接，所述的机架上固定设置有竖直的滑道，所述的曲柄滑块机构和所述的曲柄摇杆机构均与所述的滑道滑动配合，所述的曲柄滑块机构推动所述的曲柄摇杆机构运动，所述的曲柄摇杆机构与所述的推杆相连接以带动所述的开合机构实现开合，所述的开合机构包括顶座和多组结构相同且沿圆周方向分布的四连杆机构，所述的顶座与所述的推杆的上端固定连接，所述的四连杆机构分别与所述的机架的上端和所述的顶座相铰接。

进一步地，所述的转动驱动装置包括电机、蜗轮、蜗杆、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一轮轴和第二轮轴，所述的电机固定在所述的机架上，所述的蜗杆与所述的电机的驱动轴同轴固定连接，所述的第一轮轴和所述的第二轮轴均轴接在所述的机架上且相垂直，所述的蜗轮和所述的第一锥齿轮分别与所述的第一轮轴同轴固定连接，所述的蜗轮与所述的蜗杆相啮合，所述的第二锥齿轮与所述的第二轮轴同轴固定连接，所述的第二锥齿轮与所述的第一锥齿轮相啮合。

进一步地，所述的曲柄滑块机构包括第一滑块、第一连接杆和第二连接杆，所述的第一滑块与所述的滑道竖直滑动配合，所述的第一连接杆的上端与所述的第一滑块相铰接，所述的第一连接杆的下端与所述的第二连接杆的一端相铰接，所述的第二连接杆的另一端与所述的第二轮轴固定连接。

进一步地，所述的曲柄摇杆机构包括第二滑块、第三连接杆、第四连接杆、第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆，所述的第二滑块与所述的滑道竖直滑动配合且位于所述的第一滑块的上方，所述的第三连接杆的下端与所述的第二滑块相铰接，所述的第三连接杆的上端、所述的第四连接杆的一端、所述的第五连接杆的下端、所述的第六连接杆的下端相铰接，所述的第四连接杆的另一端铰接在所述的机架上，所述的第五连接杆的上端铰接在所述的推杆上，所述的第六连接杆的上端与所述的第七连接杆的一端相铰接，所述的第七连接杆的另一端铰接在所述的机架上，所述的第五连接杆的上端与所述的第七连接杆的另一端之间固定连接有弹簧，所述的机架上固定设置有凸轮座，所述的凸轮座上轴接有凸轮轴，所述的凸轮轴上固定设置有凸轮，所述的凸轮轴与所述的第一轮轴通过皮带轮组件联动，当所述的曲柄摇杆机构处于上死点位置时，所述的开合机构处于闭合状态，所述的凸轮用于解锁所述的曲柄摇杆机构的上死点状态，当所述的曲柄摇杆机构处于下死点位置时，所述的开合机构处于开放状态，所述的弹簧用于解锁所述的曲柄摇杆机构的下死点状态。

进一步地，所述的四连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述的第一连杆的下端与所述的机架的上端相铰接，所述的第一连杆的上端铰接在所述的第三连杆上，所述的第二连杆的下端铰接在所述的第一连杆上，所述的第二连杆的上端与所述的顶座相铰接，所述的第三连杆的下端与所述的第四连杆的下端相铰接，所述的第三连杆的上端为自由端，所述的第四连杆的上端铰接在所述的第二连杆上。

与现有技术相比，本发明的优点是该开合式机械原理演示教具将机械原理课程中的多种不同机构（如曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、四连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）进行了完美的结合，并对各个机构的运动过程进行实体演示，较为形象的说明各机构之间的配合，让学生可直观、具体地了解各个机构的运动轨迹和运动原理，有助于学生更好地掌握机械原理的知识；而且结构小巧，携带方便；此外，该机械原理演示教具可实现开合机构的开、合以及间歇运动，也可作为一种可实现开合的设备使用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的曲柄滑块机构推动曲柄摇杆机构处于上死点的状态示意图；

图3为本发明的曲柄摇杆机构处于下死点的状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图所示，一种开合式机械原理演示教具，包括机架1、开合机构和开合驱动机构，开合机构设置在机架1的上端，开合驱动机构包括推杆2、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构和转动驱动装置，转动驱动装置固定在机架1上且与曲柄滑块机构相连接，机架1上固定设置有竖直的滑道3，曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构均与滑道3滑动配合，曲柄滑块机构推动曲柄摇杆机构运动，曲柄摇杆机构与推杆2相连接以带动开合机构实现开合；

转动驱动装置包括电机4、蜗轮5、蜗杆6、第一锥齿轮7、第二锥齿轮8、第一轮轴9和第二轮轴10，电机4固定在机架1上，蜗杆6与电机4的驱动轴同轴固定连接，第一轮轴9和第二轮轴10均轴接在机架1上且相垂直，蜗轮5和第一锥齿轮7分别与第一轮轴9同轴固定连接，蜗轮5与蜗杆6相啮合，第二锥齿轮8与第二轮轴10同轴固定连接，第二锥齿轮8与第一锥齿轮7相啮合，曲柄滑块机构包括第一滑块11、第一连接杆12和第二连接杆13，第一滑块11与滑道3竖直滑动配合，第一连接杆12的上端与第一滑块11相铰接，第一连接杆12的下端与第二连接杆13的一端相铰接，第二连接杆13的另一端与第二轮轴10固定连接；

曲柄摇杆机构包括第二滑块14、第三连接杆15、第四连接杆16、第五连接杆17、第六连接杆18、第七连接杆19，第二滑块14与滑道3竖直滑动配合且位于第一滑块11的上方，第三连接杆15的下端与第二滑块14相铰接，第三连接杆15的上端、第四连接杆16的一端、第五连接杆17的下端、第六连接杆18的下端相铰接，第四连接杆16的另一端铰接在机架1上，第五连接杆17的上端铰接在推杆2上，第六连接杆18的上端与第七连接杆19的一端相铰接，第七连接杆19的另一端铰接在机架1上，第五连接杆17的上端与第七连接杆19的另一端之间固定连接有弹簧20，机架1上固定设置有凸轮座21，凸轮座21上轴接有凸轮轴（图中未显示），凸轮轴（图中未显示）上固定设置有凸轮22，凸轮轴（图中未显示）与第一轮轴9通过皮带轮组件23联动，当曲柄摇杆机构处于上死点位置时，开合机构处于闭合状态，凸轮22用于解锁曲柄摇杆机构的上死点状态，当曲柄摇杆机构处于下死点位置时，开合机构处于开放状态，弹簧20用于解锁曲柄摇杆机构的下死点状态；

开合机构包括顶座24和多组结构相同且沿圆周方向分布的四连杆机构，顶座24与推杆2的上端固定连接，四连杆机构分别与机架1的上端和顶座24相铰接，四连杆机构包括第一连杆25、第二连杆26、第三连杆27和第四连杆28，第一连杆25的下端与机架1的上端相铰接，第一连杆25的上端铰接在第三连杆27上，第二连杆26的下端铰接在第一连杆25上，第二连杆26的上端与顶座24相铰接，第三连杆27的下端与第四连杆28的下端相铰接，第三连杆27的上端为自由端，第四连杆28的上端铰接在第二连杆26上。

上述实施例中，该开合式机械原理演示教具的运动过程为：电机4工作，同时带动凸轮22和曲柄滑块机构中的第二连接杆13转动，第二连接杆13通过第一连接杆12推动第一滑块11上移，第一滑块11推动曲柄摇杆机构中的第二滑块14上移，使得第五连接杆17推动推杆2上移，推杆2带动开合机构中的顶座24上移，顶座24带动多个四连杆机构同步向内转动，实现开合机构的闭合，当第一滑块11上移到最高点时，曲柄摇杆机构中的第六连接杆18和第七连接杆19重合，此时，曲柄摇杆机构处于上死点状态，如图2所示，当第二连接杆13带动第一滑块11下移一定距离后，凸轮22敲打第六连接杆18以解锁曲柄摇杆机构的上死点状态，在此期间，开合机构处于闭合间歇状态；当曲柄摇杆机构的上死点状态被解锁后，在推杆2和曲柄摇杆机构的自重作用下，推动第二滑块14下滑，推杆2带动开合机构中的顶座24下移，顶座24带动多个四连杆机构同步向外转动，使开合机构开放，当第二滑块14下滑到最低点时，第三连接杆15和第四连接杆16处于同一直线上，此时，曲柄摇杆机构处于下死点状态，如图3所示，弹簧20被压缩，而当第二连接杆13重复带动第一滑块11上移时，弹簧20在弹力的作用下推动第五连接杆17（即推杆2）上移以解锁曲柄摇杆机构的下死点状态，在此期间，开合机构处于开放间歇状态。