CN103810931B - 自动对接演示教具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及教学用具领域，特指一种用于教学时演示在同一圆周轨道上运动的两个物体实现自动对接借以展示运动原理和轮系原理的自动对接演示教具。主要由螺母I、主轴下螺母、主轴下垫片、大齿轮、主轴下轴承、工作台总成、后运动总成、前运动总成、主轴上轴承、主轴、静止太阳轮I、静止太阳轮II、外圈、太阳轮I、太阳轮II、内圈、推力球轴承、主轴下垫片、主轴上螺母和螺钉I构成。本发明构思巧妙，结构合理，操作简便，能演示在同一圆周轨道上运动的两个物体实现自动对接借以同时展示运动原理和轮系原理。
Description
技术领域
本发明涉及教学用具领域，特指一种用于教学时演示在同一圆周轨道上运动的两个物体实现自动对接借以展示运动原理和轮系原理的自动对接演示教具。
背景技术
在物理学、机械原理等课程的教学过程中，经常需要演示运动原理或轮系原理，但目前在教学用具领域尚未见一种能演示在同一圆周轨道上运动的两个物体实现自动对接借以同时展示运动原理和轮系原理的教具。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种自动对接演示教具。
本发明所采用的技术方案是：
所述自动对接演示教具主要由螺母I、主轴下螺母、主轴下垫片、大齿轮、主轴下轴承、工作台总成、后运动总成、前运动总成、主轴上轴承、主轴、静止太阳轮I、静止太阳轮II、外圈、太阳轮I、太阳轮II、内圈、推力球轴承、主轴上垫片、主轴上螺母和螺钉I构成。所述工作台总成主要由螺钉II、工作台、螺母II、小齿轮和电机构成。所述电机为直流电机，通过调节与其连接的控制器可以调节所述电机转速的大小。所述前运动总成主要由前轴上螺母、前轴套、前轴上轴承、前行星架、轴承I、铆钉I、前轴下轴承、行星轮I和前轴构成。所述后运动总成主要由后轴上螺母、后轴上套、后轴上轴承、铆钉II、轴承II、后行星架、后轴下轴承、后轴下套、后轴平键、行星轮II和后轴构成。所述行星轮I有拨叉插入外圆和花键孔。所述外圈有外圈凹槽，所述内圈有内圈凹槽。所述工作台有主轴上轴承孔、主轴下轴承孔和电机固定板。所述前行星架有接插母头、前轴上轴承孔和铆钉孔，所述后行星架有接插公头和拨叉，所述拨叉的前头有斜口，所述拨叉刚好可以插入所述行星轮I的所述拨叉插入外圆。所述前轴有花键轴。所述主轴有外圆I、外圆II、外圆III和外圆IV。将所述主轴上轴承装在所述工作台的所述主轴上轴承孔内，将所述主轴下轴承装在所述工作台的所述主轴下轴承孔内，将所述主轴的所述外圆III装入所述主轴上轴承的内孔和所述主轴下轴承的内孔，在所述主轴的所述外圆IV上分别装入平键和所述大齿轮，接着装入所述主轴下垫片并用所述主轴下螺母旋紧。所述小齿轮的内孔与所述电机的转子轴配合，所述小齿轮装在所述电机的转子轴上并用卡簧做轴向定位，所述电机通过四对所述螺钉II和所述螺母II固定在所述工作台的所述电机固定板上，此时所述小齿轮和所述大齿轮啮合。在所述主轴的所述外圆II上分别装入平键、所述太阳轮I和所述太阳轮II，在所述主轴的所述外圆I上分别装入所述内圈、所述推力球轴承和所述主轴上垫片并用所述主轴上螺母旋紧。将所述前轴上轴承和所述前轴下轴承分别装入所述前行星架的所述前轴上轴承孔和与之对应的下轴承孔内，将所述前轴装入所述行星轮I，此时所述前轴的所述花键轴与所述行星轮I的所述花键孔配合，接着将所述前轴分别插入所述前轴下轴承的内孔和所述前轴上轴承的内孔，装入所述前轴套并用所述前轴上螺母旋紧，在所述前行星架的两边槽内分别放入共四只所述轴承I并在四个所述铆钉孔内各插入一只所述铆钉I实现与所述前行星架的固连。将所述后轴上轴承和所述后轴下轴承分别装入所述后行星架的上下轴承孔，在所述后轴上分别装入所述后轴平键和所述行星轮II，接着将所述后轴分别插入所述后轴下套的内孔、所述后轴下轴承的内孔和所述后轴上轴承的内孔，装入所述后轴上套并用所述后轴上螺母旋紧，在所述后行星架的两边槽内分别放入共四只所述轴承II并在四个铆钉孔内各插入一只所述铆钉II实现与所述后行星架的固连。在所述工作台上依次放置所述静止太阳轮I、所述静止太阳轮II和所述外圈，将所述前运动总成和所述后运动总成放置在所述内圈和所述外圈之间，分别调整所述前运动总成和所述后运动总成的位置，分别调整所述静止太阳轮I、所述静止太阳轮II和所述外圈的位置，使所述行星轮I分别与所述静止太阳轮I和所述太阳轮I啮合，使所述行星轮II分别与所述静止太阳轮II和所述太阳轮II啮合，使所述前运动总成的四只所述轴承I其中二只与所述内圈的所述内圈凹槽相切而另二只与所述外圈的所述外圈凹槽相切，使所述后运动总成的四只所述轴承II其中二只与所述内圈的所述内圈凹槽相切而另二只与所述外圈的所述外圈凹槽相切。接着用三对所述螺钉I和所述螺母I将所述外圈、所述静止太阳轮II和所述静止太阳轮I固定在所述工作台上即可。
本发明的有益效果是：
本发明构思巧妙，结构合理，操作简便，能演示在同一圆周轨道上运动的两个物体实现自动对接借以同时展示运动原理和轮系原理。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的爆炸图。
图3是所述前运动总成的爆炸图
图4是所述后运动总成的爆炸图。
图5是所述行星轮I的放大的结构示意图。
图6是所述太阳轮I的结构示意图。
图7是所述外圈的结构示意图。
图8、图9是所述底座的结构示意图。
图10是所述小齿轮的放大的结构示意图。
图11是所述内圈的结构示意图。
图12所述前行星架的结构示意图。
图13是所述后行星架的结构示意图。
图14所述前行星轴的结构示意图。
图15是所述后行星轴的结构示意图。
图16是所述主轴的结构示意图。
图17是所述工作台总成的爆炸图。
图中，1.螺母I，2.主轴下螺母，3.主轴下垫片，4.大齿轮，5.主轴下轴承，6.工作台总成，7.后运动总成，8.前运动总成，9.主轴上轴承，10.主轴，11.静止太阳轮I，12.静止太阳轮II，13.外圈，14.太阳轮I，15.太阳轮II，16.内圈，17.推力球轴承，18.主轴上垫片，19.主轴上螺母，20.螺钉I，21.前轴上螺母，22.前轴套，23.前轴上轴承，24.前行星架，25.轴承I，26.铆钉I，27.前轴下轴承，28.行星轮I，29.前轴，30.后轴上螺母，31.后轴上套，32.后轴上轴承，33.铆钉II，34.轴承II，35.后行星架，36.后轴下轴承，37.后轴下套，38.后轴平键，39.行星轮II，40.后轴，41.拨叉插入外圆，42.花键孔，43.外圈凹槽，44.主轴上轴承孔，45.主轴下轴承孔，46.电机固定板，47.内圈凹槽，48.接插母头，49.前轴上轴承孔，50.铆钉孔，51.接插公头，52.拨叉，53.花键轴，54.外圆I，55.外圆II，56.外圆III，57.外圆IV，58.螺钉II，59.工作台，60.螺母II，61.小齿轮，62.电机。
具体实施方式
所述自动对接演示教具主要由所述螺母I(1)、所述主轴下螺母(2)、所述主轴下垫片(3)、所述大齿轮(4)、所述主轴下轴承(5)、所述工作台总成(6)、所述后运动总成(7)、所述前运动总成(8)、所述主轴上轴承(9)、所述主轴(10)、所述静止太阳轮I(11)、所述静止太阳轮II(12)、所述外圈(13)、所述太阳轮I(14)、所述太阳轮II(15)、所述内圈(16)、所述推力球轴承(17)、所述主轴上垫片(18)、所述主轴上螺母(19)和所述螺钉I(20)构成。所述工作台总成(6)主要由所述螺钉II(58)、所述工作台(59)、所述螺母II(60)、所述小齿轮(61)和所述电机(62)构成。所述电机(62)为直流电机，通过调节与其连接的控制器可以调节所述电机(62)转速的大小。所述前运动总成(8)主要由所述前轴上螺母(21)、所述前轴套(22)、所述前轴上轴承(23)、所述前行星架(24)、所述轴承I(25)、所述铆钉I(26)、所述前轴下轴承(27)、所述行星轮I(28)和所述前轴(29)构成。所述后运动总成(7)主要由所述后轴上螺母(30)、所述后轴上套(31)、所述后轴上轴承(32)、所述铆钉II(33)、所述轴承II(34)、所述后行星架(35)、所述后轴下轴承(36)、所述后轴下套(37)、所述后轴平键(38)、所述行星轮II(39)和所述后轴(40)构成。所述行星轮I(28)有所述拨叉插入外圆(41)和所述花键孔(42)。所述外圈(13)有所述外圈凹槽(43)，所述内圈(16)有所述内圈凹槽(47)。所述工作台(59)有所述主轴上轴承孔(44)、所述主轴下轴承孔(45)和所述电机固定板(46)。所述前行星架(24)有所述接插母头(48)、所述前轴上轴承孔(49)和所述铆钉孔(50)，所述后行星架(35)有所述接插公头(51)和所述拨叉(52)，所述拨叉(52)的前头有斜口，所述拨叉(52)刚好可以插入所述行星轮I(28)的所述拨叉插入外圆(41)。所述前轴(29)有所述花键轴(53)。所述主轴(10)有所述外圆I(54)、所述外圆II(55)、所述外圆III(56)和所述外圆IV(57)。将所述主轴上轴承(9)装在所述工作台(59)的所述主轴上轴承孔(44)内，将所述主轴下轴承(5)装在所述工作台(59)的所述主轴下轴承孔(45)内，将所述主轴(10)的所述外圆III(56)装入所述主轴上轴承(9)的内孔和所述主轴下轴承(5)的内孔，在所述主轴(10)的所述外圆IV(57)上分别装入平键和所述大齿轮(4)，接着装入所述主轴下垫片(3)并用所述主轴下螺母(2)旋紧。所述小齿轮(61)的内孔与所述电机(62)的转子轴配合，所述小齿轮(61)装在所述电机(62)的转子轴上并用卡簧做轴向定位，所述电机(62)通过四对所述螺钉II(58)和所述螺母II(60)固定在所述工作台(59)的所述电机固定板(46)上，此时所述小齿轮(61)和所述大齿轮(4)啮合。在所述主轴(10)的所述外圆II(55)上分别装入平键、所述太阳轮I(14)和所述太阳轮II(15)，在所述主轴(10)的所述外圆I(54)上分别装入所述内圈(16)、所述推力球轴承(17)和所述主轴上垫片(18)并用所述主轴上螺母(19)旋紧。将所述前轴上轴承(23)和所述前轴下轴承(27)分别装入所述前行星架(24)的所述前轴上轴承孔(49)和与之对应的下轴承孔内，将所述前轴(29)装入所述行星轮I(28)，此时所述前轴(29)的所述花键轴(53)与所述行星轮I(28)的所述花键孔(42)配合，接着将所述前轴(29)分别插入所述前轴下轴承(27)的内孔和所述前轴上轴承(23)的内孔，装入所述前轴套(22)并用所述前轴上螺母(21)旋紧，在所述前行星架(24)的两边槽内分别放入共四只所述轴承I(25)并在四个所述铆钉孔(50)内各插入一只所述铆钉I(26)实现与所述前行星架(24)的固连。将所述后轴上轴承(32)和所述后轴下轴承(36)分别装入所述后行星架(35)的上下轴承孔，在所述后轴(40)上分别装入所述后轴平键(38)和所述行星轮II(39)，接着将所述后轴(40)分别插入所述后轴下套(37)的内孔、所述后轴下轴承(36)的内孔和所述后轴上轴承(32)的内孔，装入所述后轴上套(31)并用所述后轴上螺母(30)旋紧，在所述后行星架(35)的两边槽内分别放入共四只所述轴承II(34)并在四个铆钉孔内各插入一只所述铆钉II(33)实现与所述后行星架(35)的固连。在所述工作台(59)上依次放置所述静止太阳轮I(11)、所述静止太阳轮II(12)和所述外圈(13)，将所述前运动总成(8)和所述后运动总成(7)放置在所述内圈(16)和所述外圈(13)之间，分别调整所述前运动总成(8)和所述后运动总成(7)的位置，分别调整所述静止太阳轮I(11)、所述静止太阳轮II(12)和所述外圈(13)的位置，使所述行星轮I(28)分别与所述静止太阳轮I(11)和所述太阳轮I(14)啮合，使所述行星轮II(39)分别与所述静止太阳轮II(12)和所述太阳轮II(15)啮合，使所述前运动总成(8)的四只所述轴承I(25)其中二只与所述内圈(16)的所述内圈凹槽(47)相切而另二只与所述外圈(13)的所述外圈凹槽(43)相切，使所述后运动总成(7)的四只所述轴承II(34)其中二只与所述内圈(16)的所述内圈凹槽(47)相切而另二只与所述外圈(13)的所述外圈凹槽(43)相切。接着用三对所述螺钉I(20)和所述螺母I(1)将所述外圈(13)、所述静止太阳轮II(12)和所述静止太阳轮I(11)固定在所述工作台(59)上即可。
记所述太阳轮I(14)的齿数为Z1，所述行星轮I(28)的齿数为Z2，所述静止太阳轮I(11)的齿数为Z3。
记所述太阳轮II(15)的齿数为Z4，所述行星轮II(39)的齿数为Z5，所述静止太阳轮II(12)的齿数为Z6。
记所述太阳轮I(14)的转速为n11，记所述行星轮I(28)的转速为n21，记所述静止太阳轮I(11)的转速为n31，由于所述静止太阳轮I(11)固定不转动，故有n31＝0，记所述前行星架(24)的转速为nH1，即所述前运动总成(8)的转速为nH1。
记所述太阳轮II(15)的转速为n12，所述行星轮II(39)的转速为n22，所述静止太阳轮II(12)的转速为n32，由于所述静止太阳轮II(12)固定不转动，故有n32＝0，所述后行星架(35)的转速为nH2，即所述后运动总成(7)的转速为nH2。
记所述主轴(10)的转速为n，由于所述太阳轮I(14)和所述太阳轮II(15)与所述主轴(10)同步转动，故n11＝n12＝n。
令所述太阳轮I(14)、所述行星轮I(28)、所述静止太阳轮I(11)、所述太阳轮II(15)、所述行星轮II(39)和所述静止太阳轮II(12)的模数相等，均为m。
令：Z1＝110，Z2＝50，Z3＝210
根据轮系理论，可知Z1，Z2，Z3满足同心条件，即所述太阳轮I(14)、所述行星轮I(28)和所述静止太阳轮I(11)组成一个行星轮系，所述行星轮I(28)能在所述太阳轮I(14)、所述静止太阳轮I(11)之间正常啮合。
令：Z4＝120，Z2＝40，Z3＝200
根据轮系理论，可知Z4，Z5，Z6满足同心条件，即所述太阳轮II(15)、所述行星轮II(39)和所述静止太阳轮II(12)组成一个行星轮系，所述行星轮II(39)能在所述太阳轮II(15)、所述静止太阳轮II(12)之间正常啮合。
所述行星轮I(28)与所述主轴(10)之间的中心距为：m(Z1+Z2)/2＝m(110+50)/2＝80m，所述行星轮II(39)与所述主轴(10)之间的中心距为：m(Z4+Z2)/2＝m(120+40)/2＝80m，故所述后运动总成(7)和所述前运动总成(8)在同一圆周轨道上运动。
根据轮系理论可得：
(n11-nH1)/(n31-nH1)＝(n11-nH1)/(0-nH1)＝-(n11-nH1)/nH1＝-Z3/Z1＝-3(1)
(n11-nH1)/(n21-nH1)＝-Z2/Z1＝-1(2)
由式(1)、(2)，结合轮系理论，可得：
n21＝-11n11/10＝-11n/10(3)
nH1＝11n11/32＝11n/32(4)
同理可得：
n22＝-3n12/2＝-3n/2(5)
nH2＝3n12/8＝3n/8＝12n/32(6)
通过比较式(4)和式(6)可知，如果所述主轴(10)转动32圈，那么所述前运动总成(8)转动11圈，所述后运动总成(7)转动12圈。
所述自动对接演示教具演示时，将所述后运动总成(7)和所述前运动总成(8)在已确定的同一圆周上放置成一定距离(即一定角度)，接通电源，启动所述电机(62)，调节控制器使所述电机(62)以所需的一定速度转动，所述主轴(10)转动，所述前运动总成(8)和所述后运动总成(7)一起沿着圆周同向转动，所述后运动总成(7)将向所述前运动总成(8)慢慢靠近，当两者接近到一定距离时，所述后运动总成(7)的所述后行星架(35)的所述拨叉(52)将慢慢插入所述前运动总成(8)的所述行星轮I(28)的所述拨叉插入外圆(41)并使所述行星轮I(28)慢慢上升，直到所述行星轮I(28)与所述静止太阳轮I(11)、所述太阳轮I(14)脱离啮合，此过程中，所述后行星架(35)的所述接插公头(51)慢慢插入所述前行星架(24)的所述接插母头(48)直到所述接插公头(51)与所述接插母头(48)扣合，此时所述后行星架(35)和所述前行星架(24)刚好接触，于是，所述后运动总成(7)和所述前运动总成(8)就实现自动对接到一起并以所述后运动总成(7)的速度继续向前做圆周运动。
Claims (1)
1.一种自动对接演示教具，主要由螺母I、主轴下螺母、主轴下垫片、大齿轮、主轴下轴承、工作台总成、后运动总成、前运动总成、主轴上轴承、主轴、静止太阳轮I、静止太阳轮II、外圈、太阳轮I、太阳轮II、内圈、推力球轴承、主轴上垫片、主轴上螺母和螺钉I构成；所述工作台总成主要由螺钉II、工作台、螺母II、小齿轮和电机构成；所述电机为直流电机；所述前运动总成主要由前轴上螺母、前轴套、前轴上轴承、前行星架、轴承I、铆钉I、前轴下轴承、行星轮I和前轴构成；所述后运动总成主要由后轴上螺母、后轴上套、后轴上轴承、铆钉II、轴承II、后行星架、后轴下轴承、后轴下套、后轴平键、行星轮II和后轴构成；所述行星轮I有拨叉插入外圆和花键孔；所述外圈有外圈凹槽，所述内圈有内圈凹槽；所述工作台有主轴上轴承孔、主轴下轴承孔和电机固定板；所述前行星架有接插母头、前轴上轴承孔和铆钉孔，所述后行星架有接插公头和拨叉，所述拨叉的前头有斜口，所述拨叉插入所述行星轮I的所述拨叉插入外圆；所述前轴有花键轴；所述主轴有外圆I、外圆II、外圆III和外圆IV；将所述主轴上轴承装在所述工作台的所述主轴上轴承孔内，将所述主轴下轴承装在所述工作台的所述主轴下轴承孔内，将所述主轴的所述外圆III装入所述主轴上轴承的内孔和所述主轴下轴承的内孔，在所述主轴的所述外圆IV上分别装入平键和所述大齿轮，接着装入所述主轴下垫片并用所述主轴下螺母旋紧；所述小齿轮的内孔与所述电机的转子轴配合，所述小齿轮装在所述电机的转子轴上并用卡簧做轴向定位，所述电机通过四对所述螺钉II和所述螺母II固定在所述工作台的所述电机固定板上，所述小齿轮和所述大齿轮啮合；在所述主轴的所述外圆II上分别装入平键、所述太阳轮I和所述太阳轮II，在所述主轴的所述外圆I上分别装入所述内圈、所述推力球轴承和所述主轴上垫片，并用所述主轴上螺母旋紧；将所述前轴上轴承和所述前轴下轴承分别装入所述前行星架的所述前轴上轴承孔和与之对应的下轴承孔内，将所述前轴装入所述行星轮I，所述前轴的所述花键轴与所述行星轮I的所述花键孔配合，将所述前轴分别插入所述前轴下轴承的内孔和所述前轴上轴承的内孔，装入所述前轴套并用所述前轴上螺母旋紧，在所述前行星架的两边槽内分别放入共四只所述轴承I并在四个铆钉孔内各插入一只所述铆钉I实现与所述前行星架的固连；将所述后轴上轴承和所述后轴下轴承分别装入所述后行星架的上下轴承孔，在所述后轴上分别装入所述后轴平键和所述行星轮II，接着将所述后轴分别插入所述后轴下套的内孔、所述后轴下轴承的内孔和所述后轴上轴承的内孔，装入所述后轴上套并用所述后轴上螺母旋紧，在所述后行星架的两边槽内分别放入共四只所述轴承II并在四个铆钉孔内各插入一只所述铆钉II实现与所述后行星架的固连；在所述工作台上依次放置所述静止太阳轮I、所述静止太阳轮II和所述外圈，将所述前运动总成和所述后运动总成放置在所述内圈和所述外圈之间，分别调整所述前运动总成和所述后运动总成的位置，分别调整所述静止太阳轮I、所述静止太阳轮II和所述外圈的位置，使所述行星轮I分别与所述静止太阳轮I和所述太阳轮I啮合，所述行星轮II分别与所述静止太阳轮II和所述太阳轮II啮合；所述前运动总成的四只所述轴承I的其中二只与所述内圈的所述内圈凹槽相切，而四只所述轴承I的另二只与所述外圈的所述外圈凹槽相切，所述后运动总成的四只所述轴承II的其中二只与所述内圈的所述内圈凹槽相切，而四只所述轴承II的另二只与所述外圈的所述外圈凹槽相切。
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