一种可调节出气量的金工实习教学蒸汽机模型的制作方法

本发明涉及一种教学辅助装置，尤其是涉及一种可调节出气量的金工实习教学蒸汽机模型。

背景技术：

金工实习教学对于学生了解并掌握传统机械制造加工工艺以及现代机械制造加工技术有着至关重要的作用，同时还是培养学生实际操作能力的重要途径。

目前金工实习的基本内容有普车、刨削、焊接、铸造、锻造、钳工、ｃａｄ／ｃａｍ、数控铣、数控车、快速成型等工艺知识及基本操作。

蒸汽机是通过将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械，由机座、汽缸、活塞、连杆曲柄机构、蒸汽分配装置和飞轮等组成，结构相对简单，零部件涉及车、刨、焊、钳等所有工种，非常符合金工实习的学习要求。

在高校金工实践教学中，没有模型，枯燥的理论讲课无法激发学生们的学习兴趣，很难让学生们真正理解蒸汽机的原理和工作过程。

按蒸汽在活塞一侧或两侧工作，蒸汽机可分为单作用和双作用式两种。

双作用式两个双动活塞同时被使用时，一般它们的曲柄的相正好差90度，这样一个引擎在任何时候都做功。经检索，中国专利申请号201220344242.9，申请日为2012.07.17，发明创造名称为：蒸汽机模型，本发明公开了一种蒸汽机模型，就是双作用式蒸汽机，可以实现对蒸汽机工作原理和工作状态的完美演示，让学生可以直观的观察，体会到蒸汽的产生和蒸汽通过汽缸带动飞轮转动的过程，使学生易于理解和接受蒸汽机的工作原理，并能激发学生的学习兴趣。然而就教学而言，该专利只能演示蒸汽机的工作原理，无法使学生深入的了解机械原理中存在的不足和缺陷，适用于中小学生认知教育，就大学生而言已经无法满足金工教学使用需求。

单作用式因为蒸汽只在活塞的一侧进汽，结构简单，机械传动原理容易理解。在制造这种蒸汽机时必须特别注意摇摆式汽缸和机架的接触平面与汽缸的摆动的位置关系，否则在汽缸活塞在极限位置时容易因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动；正是因为单作用式蒸汽机存在缺陷及如何解决以上问题，可以引导学生深入思考，启发学生的想象力和创造性思维，进一步的了解机械原理和开发设计过程。目前现有的蒸汽机模型无法满足金工实习教学的需求。

技术实现要素：

本发明针对现有产品的不足，而提供一种可调节出气量的金工实习教学蒸汽机模型。本发明所要解决的技术问题是：开发一种适用于高校学生了解机械原理的教学蒸汽机模型。

本发明的一种可调节出气量的金工实习教学蒸汽机模型，所述模型包括一个用于安装加热炉支架和蒸汽机支架的底座；一个固定安装在加热炉支架上，用于蒸汽输出的加热炉；

所述的底座通过螺栓和加热炉支架、蒸汽机支架连接，所述的加热炉支架的侧面顶部通过螺栓和加热炉固定连接，所述加热炉支架的内部开设有一号进气管道，所述底座内部开设有二号进气管道，所述蒸汽机支架内部开设有三号进气管道，所述一号进气管道和二号进气管道相互连接、二号进气管道和三号进气管道相互连接，一号进气管道的上端和加热炉的蒸汽出口连接；所述蒸汽机支架的上端安装有转轴，所述转轴的后端安装有飞轮，转轴的前端安装有曲柄，所述曲柄通过连接转轴和摆动座连接，所述摆动座下端安装有汽缸活塞，所述汽缸活塞安装在汽缸内，所述汽缸固定安装在气缸安装座上，所述气缸安装座通过安装座转轴和蒸汽机支架活动连接，所述气缸安装座开设有一个气缸进气通道和一个气缸出气通道，气缸出气通道的出口和蒸汽机支架的排气孔连接，蒸汽机支架的排气孔处装有排气管，气缸进气通道和二号进气管道连接；所述加热炉的蒸汽出口和蒸汽分配装置连接，所述蒸汽分配装置包括底罩、塑性内衬、电磁阀，所述底罩的外壁和加热炉内壁通过螺纹密封连接，所述底罩的内部中心处镶嵌有塑性内衬，且底罩的内部上方设置有设备腔，且设备腔的底部、底罩的内壁上镶嵌有垫板，且垫板的下方、底罩的内部设置有气腔，所述底罩的内壁中绞合有螺纹齿，所述垫板的中心处镶嵌有中心进气盘，且中心进气盘的左侧、垫板的内部镶嵌有第一进气盘，所述中心进气盘的右侧、垫板的内部镶嵌有第二进气盘，所述设备腔的中心处、底罩顶端内壁中心处焊接有连接管，所述中心进气盘的顶端外壁上套接有中心管，且第一进气盘的顶端外壁上套接有第一侧管、所述第二进气盘的顶端外壁上套接有第二侧管，所述中心管、第一侧管、第二侧管的外壁上分别安装有电磁阀，中心管、第一侧管、第二侧管均和一号进气管道相通。

进一步，所述飞轮外侧圆周排列安装有平衡杆，平衡杆转到底部时经过一个放置在底座上的放置泡沫液体的容器。

进一步，所述平衡杆包括连杆和发泡圈，所述连杆的一端和飞轮连接，所述连杆的另一端和发泡圈连接。

进一步，所述排气管包括直管、斜管、角度调节弯头，所述直管和蒸汽机支架的排气孔垂直连接，斜管和直管之间的夹角a为30-60夹角，斜管的出口斜对发泡圈壁。

进一步，所述角度调节弯头包括最里面的管内层，套接在管内层外面的管中层，套接在管中层外面的管外层；管外层采用金属波纹管制成，管中层采用碳钢制成，管内层采用低密度高压聚乙烯软管制成。

进一步，所述底罩呈碗状结构设置，缺底罩通过其内壁上的螺纹齿与蒸汽机的蒸汽口的外壁螺纹连接，所述设备腔呈半圆状结构设置，且气腔呈圆筒状结构设置。

进一步，所述中心进气盘呈类椭圆状结构设置，且第一进气盘呈圆弧状结构设置，所述第一进气盘的右侧外壁与中心进气盘的左侧外壁配合连接，且第一进气盘的规格与第二进气盘的规格相同。

进一步，所述连接管共设置有三个，所述连接管分别焊接在中心进气盘、第一进气盘、第二进气盘的正上方的底罩的内壁上。

进一步，所述中心管穿过底罩的上方外壁与中心进气盘连通，且中心管的底部外壁上绞合有外螺纹，所述中心管通过其外壁上的外螺纹与连接管的内壁上的内螺纹咬合连接；所述中心管的直径为第一侧管的直径的两倍，且第一侧管的直径为第二侧管的直径的两倍，所述第一侧管与第二侧管关于中心管的中心点左右对称设置。

本发明的有益效果是：

1、结构合理，本蒸汽机模型相比双作用式的蒸汽机模型原理更加简单，对于刚接触机械原理的大学生来说，本蒸汽机模型更容易理解机械传动的原理。

2、当汽缸活塞在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动时，可以引导学生分析卡住不动的原因，再通过安装平衡杆利用蒸汽机排气的气流动力，推动发泡圈壁向前摆动进而带动汽缸活塞顺利度过极限位置，引导学生深入思考，提出自己的解决办法，启发学生的想象力和创造性思维。

3、所有的进气管道均采用内孔加工，蒸汽机模型没有外置气管，更容易引起学生好奇，拆卸之后，可以让学生了解钻孔的工艺及部件之间密封件的使用。

4、通过蒸汽分配装置可以调节蒸汽机不同的输出速度，满足教学所需。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的纵向剖视图。

图3为本发明的横向剖视图。

图4为本发明的排气管的结构示意图。

图5为本发明的角度调节弯头的结构示意图。

图6为本发明的蒸汽分配装置的连接示意图。

图7为本发明的蒸汽分配装置的正剖图。

图8为本发明的蒸汽分配装置的底视图。

图中：底座1、加热炉2、加热炉支架3、曲柄4、蒸汽机支架5、转轴6、飞轮7、平衡杆8、排气管9、摆动座10、汽缸活塞11、汽缸12、气缸安装座13；一号进气管道31、二号进气管道32、三号进气管道33；直管91、斜管92、角度调节弯头93、管外层931、管中层932、管内层933；蒸汽分配装置100、底罩101、塑性内衬102、设备腔103、垫板104、气腔105、螺纹齿106、中心进气盘107、第一进气盘108、第二进气盘109、连接管110、中心管111、第一侧管112、第二侧管113、电磁阀14。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1-3所示，本发明的一种可调节出气量的金工实习教学蒸汽机模型，所述模型包括一个用于安装加热炉支架3和蒸汽机支架5的底座1；一个固定安装在加热炉支架3上，用于蒸汽输出的加热炉2。

所述的底座1通过螺栓和加热炉支架3、蒸汽机支架5连接，所述的加热炉支架3的侧面顶部通过螺栓和加热炉2，所述加热炉支架3的内部开设有一号进气管道31，所述底座1内部开设有二号进气管道32，所述蒸汽机支架5内部开设有三号进气管道33，所述一号进气管道31和二号进气管道32相互连接、二号进气管道32和三号进气管道33相互连接，一号进气管道31的上端和加热炉2的蒸汽出口连接；所述蒸汽机支架5的上端安装有转轴6，所述转轴6的后端安装有飞轮7，转轴6的前端安装有曲柄4，所述曲柄4通过连接转轴和摆动座10连接，所述摆动座10下端安装有汽缸活塞11，所述汽缸活塞11安装在汽缸12内，所述汽缸12固定安装在气缸安装座13上，所述气缸安装座13通过安装座转轴和蒸汽机支架5活动连接，所述气缸安装座13开设有一个气缸进气通道和一个气缸出气通道，气缸出气通道的出口和蒸汽机支架5的排气孔连接，蒸汽机支架5的排气孔处装有排气管9，气缸进气通道和二号进气管道32连接。

加热炉支架3底部通过螺栓和底座1固定连接，加热炉支架3的中部开设有通孔，螺栓穿过通孔和加热炉2壁上的螺纹孔固定连接；蒸汽机支架5底部开设有螺纹孔，底座1和蒸汽机支架5底部的螺纹孔对应的位置开设有螺栓安装通孔，螺栓穿过安装通孔和蒸汽机支架5底部的螺纹孔连接；蒸汽机支架5中间位置开设有安装螺纹孔，螺栓穿过安装螺纹孔和缸安装座13连接。

所有的进气管道均是内孔，蒸汽机模型没有外置气管，更容易引起学生好奇，所有的零部件全部可以拆卸组装，拆卸之后，可以让学生了解钻孔的工艺及部件之间密封件的使用。

所述飞轮7外侧圆周排列安装有平衡杆8，平衡杆8转到底部时经过一个放置在底座1上的放置泡沫液体的容器。所述平衡杆8包括连杆和发泡圈，所述连杆的一端和飞轮7连接，所述连杆的另一端和发泡圈连接。平衡杆8通过连杆的螺纹和飞轮7连接，在演示的时候，可以先不安装上去，汽缸活塞11在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动，可以引导学生思考分析卡住不动的原因，再通过安装平衡杆8解决该问题，引导学生深入思考。

如图4所示，所述排气管9包括直管91、斜管92、角度调节弯头93，所述直管91和蒸汽机支架5的排气孔垂直连接，斜管92和直管91之间的夹角a为30-60夹角，斜管92的出口斜对发泡圈壁。斜管92的出口斜对发泡圈壁，利用蒸汽机排气的气流动力，推动发泡圈壁向前摆动，进而解决汽缸活塞11在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动，同时发泡圈转动后进入到泡沫液体的容器内，可以在蒸汽机工作时，气流吹过发泡圈，吹出泡泡，可以根据每分钟泡泡的数量直观的判断蒸汽动力进而调整加热炉2的加热温度和水量。

如图5所示，所述角度调节弯头93包括最里面的管内层933，套接在管内层933外面的管中层932，套接在管中层932外面的管外层931；管外层931采用金属波纹管制成，金属波纹管可以使得角度调节弯头93实现任意角度的转弯和伸缩；管中层932采用碳钢制成，可以用于多角度的弯曲后可以承受一定的力度，用来支持直管91、斜管92通过角度调节弯头93调整后的角度后，固定角度不变，管内层933采用低密度高压聚乙烯软管制成，保证气密性能，防止漏气泄压。

如图6、7、8所示，蒸汽分配装置，包括底罩101，底罩101的内部中心处镶嵌有塑性内衬102，且底罩101的内部上方设置有设备腔103，底罩101呈碗状结构设置，底罩101通过其内壁上的螺纹齿106与蒸汽机的蒸汽口的外壁螺纹连接，设备腔103呈半圆状结构设置，且气腔105呈圆筒状结构设置，在使用时底罩101通过螺纹齿106可将其稳定的固定在蒸汽机的蒸汽口上，即避免使用时松动脱落的现象发生，同时也起到了转接集气的功能；而底罩101内的塑性内衬102有效的增强了金属制的底罩101的气密性以及保温性避免热量流失过多影响蒸汽机模型的工作性能降低其教学的观测性；

设备腔103的底部、底罩101的内壁上镶嵌有垫板104，垫板104的下方、底罩101的内部设置有气腔105，底罩101的内壁中绞合有螺纹齿106，中心进气盘107呈类椭圆状结构设置，且第一进气盘108呈圆弧状结构设置，第一进气盘108的右侧外壁与中心进气盘107的左侧外壁配合连接，且第一进气盘108的规格与第二进气盘109的规格相同，垫板104的中心处镶嵌有中心进气盘107，且中心进气盘7的左侧、垫板104的内部镶嵌有第一进气盘108，中心进气盘107的右侧、垫板104的内部镶嵌有第二进气盘109，连接管110共设置有三个，连接管110分别焊接在中心进气盘107、第一进气盘108、第二进气盘109的正上方的底罩101的内壁上，设备腔103的中心处、底罩1顶端内壁中心处焊接有连接管110，中心进气盘107的顶端外壁上套接有中心管111，中心管111穿过底罩101的上方外壁与中心进气盘107连通，且中心管111的底部外壁上绞合有外螺纹，中心管111通过其外壁上的外螺纹与连接管110的内壁上的内螺纹咬合连接，中心进气盘107、第一进气盘108、第二进气盘109可对气腔105内的热蒸汽进行吸收，而同时其外侧的中心管107、第一侧管108、第二侧管109可对与其相连接的进气盘内的热蒸汽进行吸收和转移，因为中心管107、第一侧管108、第二侧管109的直径不同则其所保存转移的热蒸汽的量，而中心管107、第一侧管108、第二侧管109的末端外壁与加热炉2连接，进而可达到按照需求分配蒸汽的目的，同时电磁114阀则有效的控制不同管体内的蒸汽输送的通断工作，且第一进气盘108的顶端外壁上套接有第一侧管112、第二进气盘109的顶端外壁上套接有第二侧管113，中心管111的直径为第一侧管112的直径的两倍，且第一侧管112的直径为第二侧管113的直径的两倍，第一侧管112与第二侧管113关于中心管111的中心点左右对称设置，中心管111、第一侧管112、第二侧管113的外壁上分别安装有电磁阀114，由于电磁阀的控制及本身都是现有技术本发明不在具体描述。

本发明的一种可调节出气量的金工实习教学蒸汽机模型，汽缸12的气缸进气通道和三号进气管道33接通开始进气，汽缸12内压力开始膨胀，推动汽缸活塞11向上移动，通过曲柄4带动飞轮7转动；汽缸12持续进气，汽缸活塞11到上极限位置，随着汽缸12的行程加长，汽缸12随着气缸安装座13摆动，汽缸12出气孔和蒸汽机支架5的排气孔接通，排气管9排气，气缸回程；本蒸汽机模型相比双作用式的蒸汽机模型原理更加简单，对于刚接触机械原理的大学生来说，本蒸汽机模型更容易理解机械传动的原理。

当需要汽缸活塞11在极限位置时因为蒸汽惯性动力不足而卡住不动时，可以通过蒸汽分配装置100的电磁阀114将中心管111和第一侧管112关闭，打开管径较小的第二侧管113，蒸汽惯性动力不足即可使汽缸活塞11在极限位置挺住，借此可以引导学生分析卡住不动的原因，引导学生深入思考，再通过安装平衡杆8利用蒸汽机排气的气流动力，推动发泡圈壁向前摆动进而带动汽缸活塞11顺利度过极限位置；需要使汽缸活塞11加快运动速度时，可以同时打开中心管111、第一侧管112和第二侧管113，需要解调不同的输的速度，打开不同的电磁阀114。

相比传统的单纯的完美的演示教学，该教学模型存在不足之处，再给出替代解决方案，更容易激发学生的学习热情，使其了解所有的事物都可以改进，引导学生提出自己的解决办法，启发学生的想象力和创造性思维，使枯燥的理论讲课，变成可以提出自己解决方案进而通过金工实习教学完成需要加工部件，最终完成金工实习理论和实践教学。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。