CN103886803A - 集成机械教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成机械教具，包括机构展示部分、用于驱动机构展示部分运动的驱动部分以及安装所述机构展示部分和驱动部分的支架外壳；所述机构展示部分包括安装于支架外壳的机构支架和安装于所述机构支架的机械机构；所述机械机构设有动力输入端，驱动部分设有与所述动力输入端传动连接的动力输出端，本发明的集成机械教具，能够用于课堂上进行实物演示，将基本机械机构的组成、组合方式、运动形式直观形象的表现出来，使学生在学习机械原理课程时能直观的了解机构的运动规律，能快速理解机构中各构件的运动关系，加深对机械的理解。

Description

集成机械教具

技术领域

本发明涉及一种教具，尤其涉及一种集成机械教具。

背景技术

在当前教学方面，我国的教育一味的关注考试成绩而忽略了学生们的理解和动手能力，在教学过程中缺少实际演示的教学器具，缺少教具让教学成为乏味的语言描述。

教具是以传播科技、教育人为目的的实物，是完全的科技传媒，是青少年科技活动中不可缺少的器材。科技活动中用的教具有实物教具和复制品教具。目前初中、高中、大学这三个重要的教育阶段的教具十分缺乏，大部分学生的高中、初中、大学在课堂上不使用教具。对于机械专业学生所学的机械原理、机械设计，涵盖了很多种类的基本机械构造，它们可以实现各种路径的运动。这些机构中有简单的，也有复杂的，而在课堂上，这些机构很难在学生的脑海中形成一个比较完整的实物形象。机构的运动路径及原理在学生的大脑中也显得模糊，不清晰。

因此，需要一种集成机械教具，用于课堂上进行实物演示，将基本机械机构的组成、组合方式、运动形式直观形象的表现出来，使学生在学习机械原理课程时能直观的了解机构的运动规律，能快速理解机构中各构件的运动关系，加深对机械的理解。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种集成机械教具，能够用于课堂上进行实物演示，将基本机械机构的组成、组合方式、运动形式直观形象的表现出来，使学生在学习机械原理课程时能直观的了解机构的运动规律，能快速理解机构中各构件的运动关系，加深对机械的理解。

本发明的集成机械教具，包括机构展示部分、用于驱动机构展示部分运动的驱动部分以及安装所述机构展示部分和驱动部分的支架外壳；所述机构展示部分包括安装于支架外壳的机构支架和安装于所述机构支架的机械机构；所述机械机构设有动力输入端，驱动部分设有与所述动力输入端传动连接的动力输出端；

进一步，所述机构支架包括第一支撑杆；所述机械机构包括以所述第一支撑杆为机架的四杆机构；所述四杆机构包括依次铰接的第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第一连杆和第三连杆的外端均铰接于第一支撑杆；

进一步，所述第一连杆和第三连杆均为可伸缩杆件；

进一步，所述第一支撑杆上对应第三连杆设有用于与第三连杆铰接的滑块；所述滑块沿第一支撑杆轴向与之单自由度滑动连接并可沿第一支撑杆轴向固定定位；

进一步，所述滑块上沿第一支撑杆径向排列有多个用于与第三连杆铰接的铰接孔；

进一步，所述机构支架还包括第一圆盘和第二支撑杆；所述第一支撑杆和第二支撑杆相对于第一圆盘轴线轴对称并垂直固定于第一圆盘；所述第一圆盘绕其自身轴线转动连接于支架外壳；所述机械机构还包括安装于第二支撑杆的棘轮机构；

进一步，所述机构支架还包括与第一圆盘径向并列设置的第二圆盘以及相对于第二圆盘轴线轴对称并垂直固定于第二圆盘的第三支撑杆和第四支撑杆；所述第二圆盘绕其自身轴线转动连接于支架外壳；所述机械机构还包括安装于第三支撑杆的槽轮机构和安装于第四支撑杆的凸轮机构；

进一步，所述第一连杆与第一支撑杆之间的铰轴为四杆机构的动力输入端，第一连杆与该铰轴同步转动配合；所述棘轮机构还包括固定于其棘轮转轴上的第一从动带轮和与第一从动带轮通过带传动的第一主动带轮，棘轮通过其转轴与第一从动带轮固定连接；所述第一主动带轮固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第二支撑杆，棘轮机构以第一主动带轮的转轴为动力输入端；所述槽轮机构还包括固定于其主动拨盘转轴上的第二从动带轮和与第二从动带轮通过带传动的第二主动带轮，主动拨盘通过其转轴与第二从动带轮固定连接；所述第二主动带轮固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第三支撑杆，槽轮机构以第二主动带轮的转轴为动力收入端；所述凸轮机构还包括固定于其凸轮转轴上的第三从动带轮和与第三从动带轮通过带传动的第三主动带轮，凸轮通过其转轴与第三从动带轮固定连接；所述第三主动带轮固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第四支撑杆，凸轮机构以第三主动带轮的转轴为动力输入端；所述第一主动带轮的转轴与第一连杆和第一支撑杆之间的铰轴相对于第一圆盘轴线轴对称；所述第二主动带轮的转轴和第三主动带轮的转轴相对于第二圆盘轴线轴对称；第一连杆与第一支撑杆之间的铰轴、第一主动带轮的转轴、第二主动带轮的转轴和第三主动带轮的转轴上均固定有动力输入齿轮；所述驱动部分的动力输出端设有用于与第一连杆与第一支撑杆之间的铰轴和第一主动带轮的转轴二者之一上的动力输入齿轮以及第二主动带轮的转轴和第三主动带轮的转轴二者之一上的动力输入齿轮相啮合的两个动力输出齿轮；

进一步，所述第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆均为可伸缩杆件，所述支架外壳包括可扣合和分离的左半球壳和右半球壳；所述驱动部分固定安装于左半球壳，机构支架的第一圆盘和第二圆盘分别通过一个连接杆单自由度转动连接于右半球壳；所述左半球壳底部和右半球壳底部各设有两个滚轮和一个用于驱动滚轮转动的遥控驱动装置；所述驱动部分包括固定于左半球壳的驱动电机和传动连接于驱动电机动力输出轴的动力输出机构；所述动力输出机构包括第一中间轴、第二中间轴、第一输出轴、第二输出轴、第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮、第一主动锥齿轮、第一从动锥齿轮、第二主动锥齿轮和第二从动锥齿轮；所述驱动电机的动力输出轴垂直于第一圆盘；第一中间轴同轴固定于驱动电机的动力输出轴，第二中间轴与第一中间轴平行并列设置并绕其轴线单自由度转动连接于左半球壳；第一圆柱齿轮套装固定于第一中间轴上，第二圆柱齿轮套装固定于第二中间轴上并且与第一圆柱齿轮啮合传动；第一输出轴和第二输出轴与第一圆盘和第二圆盘平行；第一主动锥齿轮固定于第一中间轴，第一从动锥齿轮固定于第一输出轴并与第一主动锥齿轮啮合传动；第二主动锥齿轮固定于第二中间轴，第二从动锥齿轮固定于第二输出轴并与第二主动锥齿轮啮合传动；两个动力输出齿轮一一对应的固定于第一输出轴和第二输出轴上；所述第一输出轴和第二输出轴分别通过一个安装架单自由度转动连接于左半球壳；所述安装架上各固定设有一个电磁定位块；所述第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆上对应相应的电磁定位块固定有定位铁块。

本发明的有益效果是：本发明的集成机械教具，能够用于课堂上进行实物演示，将基本机械机构的组成、组合方式、运动形式直观形象的表现出来，使学生在学习机械原理课程时能直观的了解机构的运动规律，能快速理解机构中各构件的运动关系，加深对机械的理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为四杆机构原理图；

图3为棘轮机构原理图；

图4为槽轮机构原理图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为四杆机构原理图，图3为棘轮机构原理图，图4为槽轮机构原理图，如图所示：本发明的集成机械教具，包括机构展示部分、用于驱动机构展示部分运动的驱动部分以及安装所述机构展示部分和驱动部分的支架外壳；所述机构展示部分包括安装于支架外壳的机构支架和安装于所述机构支架的机械机构；所述机械机构设有动力输入端，驱动部分设有与所述动力输入端传动连接的动力输出端。

本实施例中，所述机构支架包括第一支撑杆1；所述机械机构包括以所述第一支撑杆1为机架的四杆机构2；所述四杆机构2包括依次铰接的第一连杆3、第二连杆4和第三连杆5；所述第一连杆3和第三连杆5的外端均铰接于第一支撑杆1，第一支撑杆1、第一连杆3、第二连杆4和第三连杆5相互之间的铰接轴相互平行，第一连杆3固定于其与第一支撑杆1之间的铰接轴并可以该铰接轴为动力输入端，通过驱动部分驱动该铰接轴转动进而带动整个四杆机构2运动，实现四杆机构2的演示。

本实施例中，所述第一连杆3和第三连杆5均为可伸缩杆件；通过改变第一连杆3或/和第三连杆5的长度能进行双曲柄、双摇杆、曲柄摇杆机构之间的相互转换。

本实施例中，所述第一支撑杆1上对应第三连杆5设有用于与第三连杆5铰接的滑块6；所述滑块6沿第一支撑杆1轴向与之单自由度滑动连接并可沿第一支撑杆1轴向固定定位；通过改变第三连杆5的长度使第二连杆4和第三连杆5变换为一根连杆，或将第二连杆4与第三连杆5之间的铰接处设置锁止螺钉将第二连杆4和第三连杆5之间锁紧固定形成一根连杆，进而使四杆机构2演化为曲柄滑块6机构；滑块6与第一支撑杆1之间也可设置锁紧螺钉实现它们之间的定位。

本实施例中，所述滑块6上沿第一支撑杆1径向排列有多个用于与第三连杆5铰接的铰接孔7，将第三连杆5连接于滑块6上偏离第一支撑杆1轴线的铰接孔7时，可形成偏置曲柄滑块6机构，实现对心和偏置曲柄滑块6机构的转换。

本实施例中，所述机构支架还包括第一圆盘8和第二支撑杆9；所述第一支撑杆1和第二支撑杆9相对于第一圆盘8轴线轴对称并垂直固定于第一圆盘8；所述第一圆盘8绕其自身轴线转动连接于支架外壳；所述机械机构还包括安装于第二支撑杆9的棘轮机构10；棘轮机构10可以以其棘轮18的转轴为动力输入端，由驱动部分同时驱动四杆机构2和棘轮机构10可同时进行四杆机构2和棘轮机构10的演示，也可在四杆机构2和棘轮机构10二者之间进行手动或自动切换使二者之一接入驱动部分进行选择性的机构演示，通过转动圆盘使相应机构的动力输入端接入驱动部分的动力输出端即可。

本实施例中，所述机构支架还包括与第一圆盘8径向并列设置的第二圆盘11以及相对于第二圆盘11轴线轴对称并垂直固定于第二圆盘11的第三支撑杆12和第四支撑杆13；所述第二圆盘11绕其自身轴线转动连接于支架外壳；所述机械机构还包括安装于第三支撑杆12的槽轮机构14和安装于第四支撑杆13的凸轮机构15，槽轮机构14可以以其主动拨盘21的转轴为动力输入端，凸轮机构15可以以其凸轮的转轴为动力输入端，可将驱动部分的动力输出端设于两圆盘之间，手动或自动控制两圆盘转动使相应机构的动力输入端接入驱动机构的动力输出端来进行相应机构的演示，也可将驱动机构的动力输出端对应两圆盘各设置一个，使四杆机构2与棘轮机构10之间以及槽轮机构14与凸轮机构15之间两两切换演示；将多种机构的组成、组合方式、运动形式直观形象的表现出来。

本实施例中，所述第一连杆3与第一支撑杆1之间的铰轴为四杆机构2的动力输入端，第一连杆3与该铰轴同步转动配合；所述棘轮机构10还包括固定于其棘轮18转轴上的第一从动带轮16和与第一从动带轮16通过带传动的第一主动带轮17，棘轮18通过其转轴与第一从动带轮16固定连接；所述第一主动带轮17固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第二支撑杆9，棘轮机构10以第一主动带轮17的转轴为动力输入端；所述槽轮机构14还包括固定于其主动拨盘21转轴上的第二从动带轮19和与第二从动带轮19通过带传动的第二主动带轮20，主动拨盘21通过其转轴与第二从动带轮19固定连接；所述第二主动带轮20固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第三支撑杆12，槽轮机构14以第二主动带轮20的转轴为动力收入端；所述凸轮机构15还包括固定于其凸轮转轴上的第三从动带轮22和与第三从动带轮22通过带传动的第三主动带轮23，凸轮通过其转轴与第三从动带轮22固定连接；所述第三主动带轮23固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第四支撑杆13，凸轮机构15以第三主动带轮23的转轴为动力输入端；所述第一主动带轮17的转轴与第一连杆3和第一支撑杆1之间的铰轴相对于第一圆盘8轴线轴对称；所述第二主动带轮20的转轴和第三主动带轮23的转轴相对于第二圆盘11轴线轴对称；第一连杆3与第一支撑杆1之间的铰轴、第一主动带轮17的转轴、第二主动带轮20的转轴和第三主动带轮23的转轴上均固定有动力输入齿轮24；所述驱动部分的动力输出端设有用于与第一连杆3与第一支撑杆1之间的铰轴和第一主动带轮17的转轴二者之一上的动力输入齿轮24以及第二主动带轮20的转轴和第三主动带轮23的转轴二者之一上的动力输入齿轮24相啮合的两个动力输出齿轮25，通过带传动能将相应机构的输入端引出至同一轴对称回转面内，利于不同机构之间的切换和避免结构干涉。

本实施例中，所述第一支撑杆1、第二支撑杆9、第三支撑杆12和第四支撑杆13均为可伸缩杆件，所述支架外壳包括可扣合和分离的左半球壳26和右半球壳27；所述驱动部分固定安装于左半球壳26，机构支架的第一圆盘8和第二圆盘11分别通过一个连接杆28单自由度转动连接于右半球壳27；所述左半球壳26底部和右半球壳27底部各设有两个滚轮29和一个用于驱动滚轮29转动的遥控驱动装置30；所述驱动部分包括固定于左半球壳26的驱动电机31和传动连接于驱动电机31动力输出轴的动力输出机构；所述动力输出机构包括第一中间轴32、第二中间轴、第一输出轴33、第二输出轴、第一圆柱齿轮34、第二圆柱齿轮、第一主动锥齿轮35、第一从动锥齿轮36、第二主动锥齿轮和第二从动锥齿轮；所述驱动电机31的动力输出轴垂直于第一圆盘8；第一中间轴32同轴固定于驱动电机31的动力输出轴，第二中间轴与第一中间轴32平行并列设置并绕其轴线单自由度转动连接于左半球壳26；第一圆柱齿轮34套装固定于第一中间轴32上，第二圆柱齿轮套装固定于第二中间轴上并且与第一圆柱齿轮34啮合传动；第一输出轴33和第二输出轴与第一圆盘8和第二圆盘11平行；第一主动锥齿轮35固定于第一中间轴32，第一从动锥齿轮36固定于第一输出轴33并与第一主动锥齿轮35啮合传动；第二主动锥齿轮固定于第二中间轴，第二从动锥齿轮固定于第二输出轴并与第二主动锥齿轮啮合传动；两个动力输出齿轮25一一对应的固定于第一输出轴33和第二输出轴上；所述第一输出轴33和第二输出轴分别通过一个安装架（图中未示出）单自由度转动连接于左半球壳26；所述安装架上各固定设有一个电磁定位块37；所述第一支撑杆1、第二支撑杆9、第三支撑杆12和第四支撑杆13上对应相应的电磁定位块37固定有定位铁块38，采用现有遥控技术控制滚轮29转动实现左半球壳26和右半球壳27之间扣合和分离，左右分离后能将各演示机构曝露于外，进而启动驱动电机31带动相应机构运动，进行机构演示，转动相应的圆盘使相应机构的动力输入端与驱动部分的动力输出端接合后，向电磁定位块37通入电流使之产生磁力将相应的定位铁块38吸附固定，转动圆盘时先切断相应电磁定位块37的电流，电磁定位块37和驱动电机31的通断电控制利用现有技术实现；连接杆28可伸出于右半球壳外以供手动转动，或者不伸出于右半球壳外，在右半球壳内对应连接杆28固定设置电机和齿轮副来通过电机驱动连接杆28自动转动，进而控制第一圆盘和第二圆盘的转动；可伸缩杆件为现有技术中的套管结构。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种集成机械教具，其特征在于：包括机构展示部分、用于驱动机构展示部分运动的驱动部分以及安装所述机构展示部分和驱动部分的支架外壳；所述机构展示部分包括安装于支架外壳的机构支架和安装于所述机构支架的机械机构；所述机械机构设有动力输入端，驱动部分设有与所述动力输入端传动连接的动力输出端。

2.根据权利要求1所述的集成机械教具，其特征在于：所述机构支架包括第一支撑杆；所述机械机构包括以所述第一支撑杆为机架的四杆机构；所述四杆机构包括依次铰接的第一连杆、第二连杆和第三连杆；所述第一连杆和第三连杆的外端均铰接于第一支撑杆。

3.根据权利要求2所述的集成机械教具，其特征在于：所述第一连杆和第三连杆均为可伸缩杆件。

4.根据权利要求3所述的集成机械教具，其特征在于：所述第一支撑杆上对应第三连杆设有用于与第三连杆铰接的滑块；所述滑块沿第一支撑杆轴向与之单自由度滑动连接并可沿第一支撑杆轴向固定定位。

5.根据权利要求4所述的集成机械教具，其特征在于：所述滑块上沿第一支撑杆径向排列有多个用于与第三连杆铰接的铰接孔。

6.根据权利要求5所述的集成机械教具，其特征在于：所述机构支架还包括第一圆盘和第二支撑杆；所述第一支撑杆和第二支撑杆相对于第一圆盘轴线轴对称并垂直固定于第一圆盘；所述第一圆盘绕其自身轴线转动连接于支架外壳；所述机械机构还包括安装于第二支撑杆的棘轮机构。

7.根据权利要求6所述的集成机械教具，其特征在于：所述机构支架还包括与第一圆盘径向并列设置的第二圆盘以及相对于第二圆盘轴线轴对称并垂直固定于第二圆盘的第三支撑杆和第四支撑杆；所述第二圆盘绕其自身轴线转动连接于支架外壳；所述机械机构还包括安装于第三支撑杆的槽轮机构和安装于第四支撑杆的凸轮机构。

8.根据权利要求7所述的集成机械教具，其特征在于：所述第一连杆与第一支撑杆之间的铰轴为四杆机构的动力输入端，第一连杆与该铰轴同步转动配合；所述棘轮机构还包括固定于其棘轮转轴上的第一从动带轮和与第一从动带轮通过带传动的第一主动带轮，棘轮通过其转轴与第一从动带轮固定连接；所述第一主动带轮固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第二支撑杆，棘轮机构以第一主动带轮的转轴为动力输入端；所述槽轮机构还包括固定于其主动拨盘转轴上的第二从动带轮和与第二从动带轮通过带传动的第二主动带轮，主动拨盘通过其转轴与第二从动带轮固定连接；所述第二主动带轮固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第三支撑杆，槽轮机构以第二主动带轮的转轴为动力收入端；所述凸轮机构还包括固定于其凸轮转轴上的第三从动带轮和与第三从动带轮通过带传动的第三主动带轮，凸轮通过其转轴与第三从动带轮固定连接；所述第三主动带轮固定于其转轴并通过其转轴单自由度转动连接于第四支撑杆，凸轮机构以第三主动带轮的转轴为动力输入端；所述第一主动带轮的转轴与第一连杆和第一支撑杆之间的铰轴相对于第一圆盘轴线轴对称；所述第二主动带轮的转轴和第三主动带轮的转轴相对于第二圆盘轴线轴对称；第一连杆与第一支撑杆之间的铰轴、第一主动带轮的转轴、第二主动带轮的转轴和第三主动带轮的转轴上均固定有动力输入齿轮；所述驱动部分的动力输出端设有用于与第一连杆与第一支撑杆之间的铰轴和第一主动带轮的转轴二者之一上的动力输入齿轮以及第二主动带轮的转轴和第三主动带轮的转轴二者之一上的动力输入齿轮相啮合的两个动力输出齿轮。

9.根据权利要求8所述的集成机械教具，其特征在于：所述第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆均为可伸缩杆件，所述支架外壳包括可扣合和分离的左半球壳和右半球壳；所述驱动部分固定安装于左半球壳，机构支架的第一圆盘和第二圆盘分别通过一个连接杆单自由度转动连接于右半球壳；所述左半球壳底部和右半球壳底部各设有两个滚轮和一个用于驱动滚轮转动的遥控驱动装置；所述驱动部分包括固定于左半球壳的驱动电机和传动连接于驱动电机动力输出轴的动力输出机构；所述动力输出机构包括第一中间轴、第二中间轴、第一输出轴、第二输出轴、第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮、第一主动锥齿轮、第一从动锥齿轮、第二主动锥齿轮和第二从动锥齿轮；所述驱动电机的动力输出轴垂直于第一圆盘；第一中间轴同轴固定于驱动电机的动力输出轴，第二中间轴与第一中间轴平行并列设置并绕其轴线单自由度转动连接于左半球壳；第一圆柱齿轮套装固定于第一中间轴上，第二圆柱齿轮套装固定于第二中间轴上并且与第一圆柱齿轮啮合传动；第一输出轴和第二输出轴与第一圆盘和第二圆盘平行；第一主动锥齿轮固定于第一中间轴，第一从动锥齿轮固定于第一输出轴并与第一主动锥齿轮啮合传动；第二主动锥齿轮固定于第二中间轴，第二从动锥齿轮固定于第二输出轴并与第二主动锥齿轮啮合传动；两个动力输出齿轮一一对应的固定于第一输出轴和第二输出轴上；所述第一输出轴和第二输出轴分别通过一个安装架单自由度转动连接于左半球壳；所述安装架上各固定设有一个电磁定位块；所述第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆上对应相应的电磁定位块固定有定位铁块。

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