CN102542878B - 一种闭合环嵌套转轮演示设备 - Google Patents
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Abstract
一种闭合环嵌套转轮演示设备，吊环悬挂部件固定在柜体的上部，转轮部件安装在柜体的内部。转轮中心为圆孔，通过曲轴连接固定在支座上，由螺钉安装在曲轴前端支撑板上的转轮自转运动部件，带动转轮匀速转动。悬吊的闭合金属环嵌套转轮做直线和旋转运动，曲轴转动与吊环运动相配合，观测者从转轮的中心孔可看到切割转轮中心轴线做直线运动的吊环，看不到曲轴，给人以转轮空中悬浮的感觉，增强了魔术效果。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种闭合环嵌套转轮的演示设备，特别适用于科教、魔术领域，属机电一体化领域。
背景技术
目前，科教、魔术领域尚无此闭合环嵌套转轮的演示设备，填补该领域空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种闭合环嵌套转轮的演示设备，悬吊的闭合金属环围绕转轮分别从左右方向进行嵌套，做直线和旋转运动。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：吊环悬挂部件固定在柜体的上部，转轮部件安装在柜体的内部。
所述的吊环悬挂部件的结构如下：
相互平行且结构相同的两个X方向的直线单元分别固定联接在柜体中上部的两骨架上，其中，X方向的直线单元之一的端部设有电机；上述每一X方向的直线单元的两端各安装有一同步带轮，其中的一端同步带轮与电机的电机轴相联接，同步带将两同步带轮相连，同步带通过与之固定连接的同步带压板与滑块相联接，滑块与导轨滑动联接，导轨固定在导轨支撑上。
位于Y方向的连接轴将上述两直线单元中的各一个同步带轮相联接，通过上述电机的运转带动各个同步带轮的联动，从而带动两直线单元上的滑块同步在X方向作直线运动。
Y方向的直线单元的结构同X方向的直线单元。
Y方向的直线单元的两端各安装有一同步带轮，该直线单元中设有与X方向的直线单元中的滑块相同结构的滑块，Y方向的直线单元通过两个连接件固定联接在与两X方向直线单元分别滑动联接的滑块上；Y方向直线单元的电机运转带动其两个同步带轮旋转，带动Y方向直线单元上的滑块在Y方向作直线运动。
旋转单元包括支架、电机以及吊环，支架通过连接件固定在与Y方向直线单元滑动联接的滑块上，支架上安装有电机，吊环的上中部与电机的电机轴固定联接；电机转动时带动电机轴转动，从而带动吊环转动。
所述的转轮部件包括转轮、曲轴转动部件、自转运动部件和固定支座；曲轴转动部件的外轴套由螺钉固定在固定支座上，自转运动部件固定在曲轴转动部件前端的连接板上，转轮由螺钉固定在自转运动部件的转轮轴上，固定支座通过螺栓固定联接在底座上，底座通过地脚螺栓固定在地面上。
上述的自转运动部件的结构为：电机轴和转轮轴上分别安装有一同步带轮，该两同步带轮通过同步带相连接；电机通过电机转接板与外轴套相连，外轴套由螺钉固定在电机连接板上。电机转动时，带动电机轴转动，电机轴上的同步带轮转动通过同步带带动转轮轴上的同步带轮转动，从而带动转轮轴和转轮转动。连接板、连杆、连接板和转轴固定联接而成曲轴，电机的电机轴与转轴固定联接。电机转动时带动曲轴旋转。
所述的柜体由若干骨架焊接组成，柜体的外表面为由螺钉固定的若干装饰板；由中部装饰板、左右磨砂玻璃板分割而成演示室；演示室后面的设备间内为转轮的后部相关结构部分和电源箱，演示室左右两侧的顶部安装有照明灯，演示室的前部由螺钉固设有防护玻璃，在防护玻璃旁边的前部装饰板上设有按钮。
安装在柜体上的吊环悬挂运动部件带动吊环做直线和旋转运动，转轮部件中的曲轴转动与吊环运动相配合。
本发明的有益效果是：直线运动部分采用本公司自主研发的标准直线运动单元，安装灵活，组合方便，定位精度高。控制部分采用伺服电机驱动，实现了多轴联动，操作方便，实用性强。本实用新型作为魔术展品用于科技馆教学，展示了机电技术的神奇，能充分激发参观者的学习兴趣，为科普、科教开辟了一条新思路。
本发明型是一种高精度，高稳定性的机电一体化设备。演示室为独立空间，观众在前面只能看到转轮和嵌套转轮做直线运动和转动的吊环，转轮中间为圆孔，观众可从圆孔内看到嵌套转轮做直线运动的吊环后侧切割转轮中心轴线，曲轴配合吊环运动进行转动，观众看不到支撑转轮的曲轴，给人以转轮空中悬浮的假象，增加了魔术效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是发明的总体结构图。
图2是吊环悬挂运动部件的结构图。
图3a是X方向的直线单元I(1)的结构图。
图3b是图3a的俯视图。
图4a是X方向的直线单元II(2)的结构图。
图4b是图4a的俯视图。
图5a是Y方向的直线单元III(3)的结构图。
图5b是图5a的俯视图。
图6是旋转单元5的结构图。
图7是转轮运动部件的结构图。
图8a是转轮的结构图。
图8b是图8a中的A-A剖视图。
图9a是转轮部件中自转运动部件的结构图。
图9b是图9a的俯视图。
图10是转轮部件中曲轴旋转部件的结构图。
图11是柜体的结构图。
图12a-图12i是本发明的运动帧图。
图13是本发明的电气控制原理图。
图中标记：
吊环悬挂运动部件001，转轮部件002，柜体003；
X方向的直线单元I(1)，X方向的直线单元II(2)，Y方向的直线单元III(3)，连接轴4，旋转单元5，滑块I(6)、II(7)、III(8)，连接件I(6′)、II(7′)、III(8′)，吊环9，同步带轮I(10)、II(10′)、III(101)、IV(101′)、V(102)、VI(102′)，同步带I(11)，导轨12，导轨支撑12′，同步带压板13，电机I(14)、II(14′)、III(15)；
转轮16，曲轴转动部件17，自转运动部件18，支座19，底座19′；
连接板I(20)，电机轴21，转轮轴22，同步带III、
(23)，同步带轮VII(24)，同步带轮VIII(25)，电机IV(26)，电机连接板27，外轴套28；轴套29，连杆30，连接板II(31)，转轴32，电机V(33)；
骨架34，外部装饰板35，内部装饰板36，左磨砂玻璃板37，右磨砂玻璃板37′，电器箱38，照明灯39，防护玻璃40，按钮41，演示室42，设备间43，支架51。
具体实施方式
参见图1，本发明的主体结构为：吊环悬挂部件001固定在柜体003的上部，转轮部件002安装在柜体003的内部。
参见图2至图6，本发明的吊环悬挂部件001的结构如下：
参见图2、图3a、图3b，相互平行且结构相同的X方向的直线单元I(1)和X方向的直线单元II(2)分别固定联接在柜体003中上部的两骨架34上；直线单元I(1)的两端各安装有一同步带轮I(10)和同步带轮II(10′)，同步带轮II(10′)与电机I(14)的电机轴相联接，同步带I(11)将同步带轮I(10)和同步带轮II(10′)相连；同步带I(11)通过与之固定连接的同步带压板13与滑块I(6)相联接；滑块I(6)与导轨12滑动联接，导轨12固定在导轨支撑12′上。
参见图4a、图4b，直线单元II(2)的结构同直线单元I(1)：即直线单元II(2)的两端各安装有一同步带轮III(101)和同步带轮IV(101′)，滑块II(7)亦同滑块I(6)，仅是直线单元II(2)上不设电机，其余结构同直线单元I(1)，不再赘述。
Y方向的连接轴4将直线单元I(1)中的同步带轮I(10)和直线单元II(2)的同步带轮III(101)相联接，通过电机I(14)的运转带动同步带轮II(10′)、I(10)与同步带轮III(101)、IV(101′)的联动，从而带动直线单元I(1)上的滑块I(6)和直线单元II(2)上的滑块II(7)同步在X方向作直线运动；
参见图5a、图5b，Y方向的直线单元III(3)的结构同X方向的直线单元I(1)：直线单元III(3)的两端各安装有一同步带轮V(102)和同步带轮VI(102′)，直线单元III(3)中设有与直线单元I(1)相同结构的滑块III(8)；直线单元III(3)通过连接件I(6′)和连接件II(7′)，分别固定在与直线单元I(1)滑动联接的滑块I(6)和与直线单元II(2)滑动连接的滑块II(7)上；直线单元III(3)上的电机II(14′)运转带动同步带轮V(102)和同步带轮VI(102′)旋转，从而带动直线单元III(3)上的滑块III(8)在Y方向作直线运动；
旋转单元5包括支架51、电机III(15)以及吊环9，支架51通过连接件III(8′)由螺钉固定在与直线单元III(3)滑动联接的滑块III(8)上，电机III(15)固定安装在支架51上，吊环9的上中部与电机III(15)的电机轴固定联接。
电机III(15)转动时带动电机轴转动，从而带动吊环9转动。
参见图7至图10，本发明的转轮部件002包括转轮16、曲轴转动部件17、自转运动部件18和固定支座19；曲轴转动部件17的轴套29由螺钉固定在固定支座19上，自转运动部件18固定在曲轴转动部件17前端的连接板20上，转轮16由螺钉固定在自转运动部件18的转轮轴22上，固定支座19通过螺栓固定联接在底座19′上，底座19′通过地脚螺栓固定在地面上。
自转运动部件18的结构为：电机轴21和转轮轴22上分别安装有同步带轮VII(24)和同步带轮VIII(25)，同步带轮VII(24)和同步带轮VIII(25)通过同步带III(23)相连接；电机IV(26)通过电机转接板27与外轴套28相连，外轴套28由螺钉固定在电机连接板20上。电机IV(26)转动时，带动电机轴21转动，电机轴21上的同步带轮VII(24)转动通过同步带III(23)带动同步带轮VIII(25)转动，从而带动转轮轴22和转轮16转动。
连接板I(20)、连杆30、连接板II(31)和转轴32固定联接而成曲轴，电机V(33)的电机轴与转轴32固定联接。电机V(33)转动时带动曲轴旋转。
参见图11，本发明的柜体003由若干骨架34焊接组成，柜体003的外表面为由螺钉固定的若干装饰板35；柜体003还包括由中部装饰板36、左右磨砂玻璃板37、37′分割而成演示室42；演示室42后面的设备间43内为转轮16的后部相关结构部分和电源箱38，演示室42左右两侧的顶部安装有照明灯39，演示室42的前部由螺钉固设有防护玻璃40，在防护玻璃40旁边的前部装饰板上设有按钮41。
参见图12a-图12i，演示时，操作者按下启动按钮41，转轮部件002的电机IV(26)启动，带动转轮16匀速转动。吊环悬挂运动部件001按照设定程序，通过电机I(14)、II(14′)、III(15)的运转带动吊环9嵌套转轮16进行直线和旋转运动。曲轴转动单元按照设定程序通过电机V(33)的运转配合吊环9的运动进行转动。吊环9围绕转轮16完成一次左右嵌套后回到原位，程序终止，演示完成。
电气控制原理
见图13，本发明是一款5轴4联动的机电设备，由外部输入部分、控制部分、电机驱动器、电机传动部分组成。外部控制由用户操作按钮将指令发送给多轴驱动控制电路，再由自主研发的多轴驱动控制电路装置将所需要运行的指令发送给各个电机驱动器，再由驱动器发送信号驱动控制电机，按照指定的程序运行。
Claims (1)
1.一种闭合环嵌套转轮演示设备，其特征在于，吊环悬挂部件(001)固定在柜体(003)的上部，转轮部件(002)安装在柜体(003)的内部；
所述的吊环悬挂部件(001)的结构为：
相互平行且结构相同的X方向的直线单元I(1)和X方向的直线单元II(2)分别固定联接在柜体(003)中上部的两骨架(34)上，其中，直线单元I(1)的端部设有电机I(14)：
直线单元I(1)的两端各安装有一同步带轮I(10)和同步带轮II(10′)，同步带轮II(10′)与电机I(14)的电机轴相联接，同步带I(11)将同步带轮I(10)和同步带轮II(10′)相连，同步带I(11)通过与之固定连接的同步带压板(13)与滑块I(6)相联接，滑块I(6)与导轨(12)滑动联接，导轨(12)固定在导轨支撑(12′)上；
直线单元II(2)的两端各安装有一同步带轮III(101)和同步带轮IV(101′)，直线单元II(2)中设有与直线单元I(1)中滑块I(6)相同结构的滑块II(7)；
位于Y方向的连接轴(4)将直线单元I(1)中的同步带轮II(10′)和直线单元II(2)的同步带轮III(101)相联接，电机I(14)的运转带动同步带轮II(10′)、同步带轮I(10)及同步带轮III(101)、同步带轮IV(101′)联动，并带动直线单元I(1)上的滑块I(6)和直线单元II(2)上的滑块II(7)同步在X方向作直线运动；
位于Y方向的直线单元III(3)的结构同直线单元I(1)；
直线单元III(3)的两端各安装有一同步带轮V(102)和同步带轮VI(102′)，直线单元III(3)中设有与直线单元I(1)中滑块(6)相同结构的滑块III(8)，直线单元III(3)通过连接件I(6′)和连接件II(7′)分别固定在与直线单元I(1)滑动联接的滑块I(6)和与直线单元II(2)滑动连接的滑块II(7)上；直线单元III(3)的电机II(14′)运转带动同步带轮V(102)和同步带轮VI(102′)旋转，并带动直线单元III(3)上的滑块III(8)在Y方向作直线运动；
旋转单元(5)包括支架(51)、电机III(15)以及吊环(9)，支架(51)通过连接件III(8′)固定在与直线单元III(3)滑动联接的滑块III(8)上，电机III(15)固定安装在支架(51)上，吊环(9)的上中部与电机III(15)的电机轴固定联接；
所述的转轮部件(002)包括转轮(16)、曲轴转动部件(17)、自转运动部件(18)和固定支座(19)；曲轴转动部件(17)的外轴套(29)由螺钉固定在固定支座(19)上，自转运动部件(18)固定在曲轴转动部件(17)前端的连接板I(20)上，转轮(16)由螺钉固定在自转运动部件(18)的转轮轴(22)上，固定支座(19)通过螺栓固定联接在底座(19′)上，底座(19′)通过地脚螺栓固定在地面上；
自转运动部件(18)的结构为：自转运动部件(18)的电机轴(21)和转轮轴(22)上分别安装有同步带轮VII(24)和同步带轮VIII(25)，同步带轮VII(24)和同步带轮VIII(25)通过同步带II(23)相连接；电机IV(26)通过电机转接板(27)与自转运动部件(18)的外轴套(28)相连，自转运动部件(18)的外轴套(28)由螺钉固定在连接板I(20)上；
连接板I(20)、连杆(30)、连接板II(31)和转轴(32)固定联接而成曲轴，电机V(33)的电机轴与转轴(32)固定联接；
柜体(003)的结构为：柜体(003)由骨架(34)焊接而成，柜体(003)的外表面为由螺钉固定的装饰板(35)；柜体(003)还包括由中部装饰板(36)、左右磨砂玻璃板(37、37′)分割而成演示室(42)；演示室(42)后面的设备间(43)内为转轮(16)的后部相关结构部分和电源箱(38)，演示室(42)左右两侧的顶部安装有照明灯(39)，演示室(42)的前部由螺钉固设有防护玻璃(40)，在防护玻璃(40)旁边的前部装饰板上设有按钮(41)。
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