一种集多种运动机构于一体的力学教具的制作方法

本发明涉及一种集多种运动机构于一体的力学教具。

背景技术：

理论力学教学是一门有关于各种机构运动的教学，需要学生对机械传动原理有一定的认识和理解。机械结构是立体的，多维的，因此只通过课本知识和老师描述往往不能让学生有深刻的理解，因此需要借助教具进行演示。传动的教具一般不方便搬运，因此在进行教具演示时，通常需要特定的安排到教具演示室，不利于教学流畅性。

目前国内大部分的机械专业的实验室都采用传统的理论力学机构展示柜，这种展示柜基本上是一块展板对应一个展示柜。陈列展柜中的展品内容丰富，有利于扩大学生的知识面。常见的理论力学机构展板由相应的模型和相关文字说明构成，一般的模型有：平面连杆机构、空间连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、间歇运动机构以及组合机构等常见机构。一般一套机构展示柜都由十几个柜体和一个语音介绍机组成，每个柜体展示相对应的机构模型。这些模型机构配合相应的图文资料，借助通过电机带动模型做示意运动和语音的讲解，演示形象逼真，运行可靠，有效提升了教学的生动性和趣味性。但也存在由于陈列柜笨重、体积大，通常摆放在实验室，与课堂分离而使教学效果大打折扣，这大大降低了展示柜的使用率。而且目前的教学教具匮乏创新且操作实用性差，不仅容易损坏还很难找到专业的售后人员前来修理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集多种运动机构于一体的力学教具，本发明针对理论力学的教具进行研究设计，针对传统理论力学教具结构较大，功能单一，并且不易于搬运的展示的情况，设计具有结构尺寸较小，质量较轻，能够便于拆装，并且能够同时展示连杆机构、齿轮传动、凸轮机构和其他常见运动机构的力学教具。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种集多种运动机构于一体的力学教具，包括底座，所述的底座通过圆锥滚子轴承活动安装有基座，所述的基座上开设有4条两两成直角分布的基座滑槽；所述的基座滑槽上安装有力学教具安装面板，所述的力学教具安装面板顶部架设有控制面板；所述的控制面板上安装有控制开关；所述的力学教具安装面板包括通用面板、齿轮面板、凸轮面板和连杆面板，且所述的通用面板、齿轮面板、凸轮面板和连杆面板分别安装在4块所述的基座滑槽上；所述的通用面板上安装有曲柄滑块机构，所述的齿轮面板上安装有齿轮传动机构，所述的凸轮面板上安装有凸轮传动机构，所述的连杆面板上安装有连杆机构；且所述的曲柄滑块机构、齿轮传动机构、凸轮传动机构、连杆机构分别与安装在基座上的驱动电机相连，且所述的驱动电机通过线路与电控设备相连，所述的电控设备上安装有控制开关。

所述的曲柄滑块机构包括均布开设在通用面板上的能插销钉的小圆孔，且所述的通用面板上安装有驱动滑道；所述的能插销钉的小圆孔上通过销钉固定安装有滑块导轨，所述的滑块导轨上安装有第一滑块；所述的能插销钉的小圆孔上还活动安装有从动轮；所述的驱动滑道上放置有主动轮，所述的主动轮通过轴与驱动电机相连，所述的驱动电机通过线路与电控设备相连；所述的驱动轮与带轮之间通过皮带啮合相连；所述的从动轮上安装有摆杆，所述的摆杆与第一滑块通过固定销相连。

所述的齿轮传动机构包括安装在齿轮面板上的2个小齿轮和1个大齿轮；其中1个所述的小齿轮通过轴与驱动电机相连；所述的驱动电机通过线路与电控设备相连；所述的2个小齿轮分别与大齿轮啮合相连。

所述的凸轮传动机构包括安装在凸轮面板上的偏心圆盘和凸轮；所述的偏心圆盘的上方和下方位置的凸轮面板上安装有推杆滑轨；所述的凸轮上方的凸轮面板上安装有推杆滑轨；所述的推杆滑轨上活动放置有推杆；且所述的偏心圆盘上方推杆滑轨上的推杆与所述的偏心圆盘下方推杆滑轨上的推杆之间固连有推框，所述的推框内宽与偏心圆盘的外直径相等，使所述的推框刚好与偏心圆盘圆周相互触碰；所述的凸轮上方推杆滑轨上的推杆底部安装有棍子从动件，所述的棍子从动件与凸轮相互触碰；所述的偏心圆盘和凸轮分别通过轴与驱动电机相连；所述的驱动电机通过线路与电控设备相连。

所述的连杆机构包括安装在连杆面板上的深沟球轴承，所述的深沟球轴承与曲柄上的轴相连，所述的曲柄与连杆固连，所述的连杆与第二滑块相连，所述的连杆面板上还安装有连杆滑轨，且所述的第二滑块放置在连杆滑轨上；所述的曲柄上的轴与驱动电机相连；所述的驱动电机通过线路与电控设备相连。

所述的基座上相邻的两条基座滑槽端部位置开设有基座安装孔；所述的控制面板上对应基座上基座安装孔位置开设有面板安装孔；相邻的所述基座滑槽上的力学教具安装面板上相邻两条边包覆有立柱，所述的立柱通过基座安装孔或面板安装孔安装有固定锁。

所述的控制面板上安装有把手。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是一款便携式的可以展示多种机械结构的理论力学教具；通过四个侧面进行四种机构的展示，并设计其底座为旋转底座，可以旋转展示各种传动机构。设计对滑块机构、齿轮机构、凸轮机构和其他基本机构进行展示，具有结构尺寸较小，质量较轻，便于拆装搬运，并且能同时展示连杆机构、齿轮传动、凸轮机构和其他常见运动机构的特点，提高了机构展示柜的使用效率，降低购置使用成本和减少实验室空间的占用，具有很大的市场前景和实际意义。

附图说明

图1为本实用主视图；

图2为图1的后视图；

图3为图1的左视图；

图4为图1的右视图；

图5为图1的俯视图。

具体实施方式

请参阅图1-5，本实施例的一种集多种运动机构于一体的力学教具，包括底座1，所述的底座1通过圆锥滚子轴承2活动安装有基座3，所述的基座3上开设有4条两两成直角分布的基座滑槽4；所述的基座滑槽4上安装有力学教具安装面板，所述的力学教具安装面板顶部架设有控制面板6；所述的控制面板6上安装有控制开关7；所述的力学教具安装面板包括通用面板8、齿轮面板9、凸轮面板10和连杆面板11，且所述的通用面板8、齿轮面板9、凸轮面板10和连杆面板11分别安装在4块所述的基座滑槽4上；所述的通用面板8上安装有曲柄滑块机构，所述的齿轮面板9上安装有齿轮传动机构，所述的凸轮面板10上安装有凸轮传动机构，所述的连杆面板11上安装有连杆机构；且所述的曲柄滑块机构、齿轮传动机构、凸轮传动机构、连杆机构分别与安装在基座3上的驱动电机相连，且所述的驱动电机通过线路与电控设备相连，所述的电控设备上安装有控制开关7。

所述的曲柄滑块机构包括均布开设在通用面板8上的能插销钉的小圆孔12，且所述的通用面板8上安装有驱动滑道16；所述的能插销钉的小圆孔12上通过销钉固定安装有滑块导轨13，所述的滑块导轨13上安装有第一滑块14；所述的能插销钉的小圆孔12上还活动安装有从动轮15；所述的驱动滑道16上放置有主动轮17，所述的主动轮17通过轴与曲柄滑块机构的驱动电机相连，所述的曲柄滑块机构的驱动电机通过线路与电控设备相连，所述的电控设备通过线路与控制面板6上的曲柄滑块机构的控制开关7相连；所述的驱动轮17与带轮15之间通过皮带啮合相连；所述的从动轮15上安装有摆杆18，所述的摆杆18与滑块14通过固定销19相连。通用面板上也可以设计成为刨床急回机构、四杆机构等教学所需要的形式；均为曲柄摇杆机构中的一种，凡曲柄摇杆机构类型的在这一面板上都能实现。

所述的齿轮传动机构包括安装在齿轮面板9上的2个小齿轮20和1个大齿轮21；其中1个所述的小齿轮20通过轴与齿轮传动机构的驱动电机相连，所述的齿轮传动机构的驱动电机通过线路与电控设备相连，所述的电控设备通过线路与控制面板6上的齿轮传动机构的控制开关7相连；所述的2个小齿轮20分别与大齿轮21啮合相连。齿轮传动机构也可以设计成为行星齿轮机构等教学所需要的形式。

所述的凸轮传动机构包括安装在凸轮面板10上的偏心圆盘22和凸轮23；所述的偏心圆盘22的上方和下方位置的凸轮面板10上安装有推杆滑轨24；所述的凸轮23上方的凸轮面板10上安装有推杆滑轨24；所述的推杆滑轨24上活动放置有推杆25；且所述的偏心圆盘22上方推杆滑轨24上的推杆25与所述的偏心圆盘22下方推杆滑轨24上的推杆25之间固连有推框26，所述的推框26内宽与偏心圆盘22的外直径相等，使所述的推框26刚好与偏心圆盘22圆周相互触碰；所述的凸轮23上方推杆滑轨24上的推杆25底部安装有棍子从动件，所述的棍子从动件与凸轮23相互触碰；所述的偏心圆盘22和凸轮23分别通过轴与偏心圆盘驱动电机、凸轮驱动电机相连；所述的偏心圆盘驱动电机、凸轮驱动电机分别通过线路与电控设备相连，所述的电控设备分别通过线路与控制面板6上的偏心圆盘的控制开关7、凸轮的控制开关7相连。

所述的连杆机构包括安装在连杆面板11上的深沟球轴承27，所述的深沟球轴承27与曲柄28上的轴相连，所述的曲柄28与连杆29固连，所述的连杆29与第二滑块31相连，所述的连杆面板11上还安装有连杆滑轨30，且所述的第二滑块31放置在连杆滑轨30上；所述的曲柄28上的轴与连杆机构驱动电机相连；所述的连杆机构驱动电机通过线路与电控设备相连，所述的电控设备通过线路与控制面板6上的连杆机构的控制开关7相连。连杆机构也可以设计成为椭圆规机构、筛动机构、矿石轧碎机机构等教学所需要的形式。

所述的基座3上相邻的两条基座滑槽4端部位置开设有基座安装孔；所述的控制面板6上对应基座3上基座安装孔位置开设有面板安装孔；相邻的所述基座滑槽4上的力学教具安装面板上相邻两条边包覆有立柱33，所述的立柱33通过基座安装孔或面板安装孔安装有固定锁5。

所述的控制面板6上安装有把手32。

其中本实施例中所述的齿轮面板9、凸轮面板10和连杆面板11的驱动电机均直接有步进电机驱动，步进电机分别安装在各自的面板内侧面上；另一个通用面板8是可以自由组合机构的，因此为了使其机构更加的灵活，设计其电机安装位置可变，所以驱动装置由涡轮蜗杆电机，联轴器，丝杆，拨片，步进电机结构组成。步进电机可以在导轨中滑动，通过螺栓进行固定。为了方便动力传输，设计原理为：蜗轮蜗杆减速电机利用齿轮的速度转换器，将220v交流电压驱动的电机(马达)的高回转速减速到所要的低回转速，同时可得到较大的扭矩。联轴器将丝杆与涡轮蜗杆减速电机相连，将减速电机的转速和扭矩传递給丝杆。同时将两个拨叉套在丝杆上，丝杆安装在通用面板8内侧面并用其固定步进电机。丝杆转动带动拨叉在导轨方向上的左右行进运动，从而使步进电机沿着导轨左右行进，实现了定轴转动与直线运动之间的转换。

所述的电控设备使用stc89c52单片机为控制中心，通过uln2003达林顿管进行步进电机驱动，通过控制面板6上手摇轮控制开关7或旋扭控制开关7进行控制指令输入来驱动步进电机旋转，数码管进行转速显示。通过手摇轮控制开关7摇动，从而转换为主动件的驱动力。

首先用户在底座1上拼接好自己所需的机构，连接电源。其次当用户选择旋钮开关自动控制机构的运动时，装置将通过变压器，电位器以及电压脉冲放送器将220v交流电压转换为直流电压脉冲，再由stc89c52单片机、uln2003达林顿管接受脉冲，从而驱动电机旋转来带动所需机构面板上的设备转动。当用户选择手动控制时，转动手动摇轮脉冲器，即可产生脉冲，由stc89c52单片机、uln2003达林顿管接收该脉冲来驱动所需机构面板上的设备转动。

本实施例是一款便携式的可以展示多种机械结构的理论力学教具；通过四个侧面进行四种系列机构的展示，并设计其底座为旋转底座，可以旋转展示各种传动机构。设计对连杆滑块机构、齿轮机构、凸轮机构和其他基本机构进行展示，具有结构尺寸较小，质量较轻，便于拆装搬运，并且能同时展示连杆机构、齿轮传动、凸轮机构和其他常见运动机构的特点，提高了机构展示柜的使用效率，降低购置使用成本和减少实验室空间的占用，具有很大的市场前景和实际意义。