CN103956104B - 戈德堡机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种戈德堡机构，包括第一通道和第一通道机构，第一通道机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、多个传动轴、锥齿轮、电机、两个门和第一通道。本发明中可以将外部的小球放入到第一通道中，两个门不断绕各自的轴线旋转，使得两门间的间隙产生周期性的变化，当小球滑到行星轮系前时，两个门之间的间隙恰好达到最大，小球恰好通过了第一通道机构，这样就可以直观的看到小球在行星轮和太阳轮机械机构中的运动情况，提高学生学习的主动性。

Description

戈德堡机构

技术领域

本发明涉及一种戈德堡机构。

背景技术

机械原理及其相关学科方面的教具种类多、体积大，可重组性差，老师课堂教学讲授机构的运动、工作性能和设计时,用到大量的图形,教学中通常采用挂图或投影胶片，而上述两种方法其画面都是静止不动的，学生不容易分清图形中构件之间的相互运动关系，机械学科的特点又使得这方面的课程在常规教学中会显得枯燥无味，学生学习兴趣不大从而导致效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种戈德堡机构，以解决上述问题的一个方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种戈德堡机构，包括第一通道和第一通道机构，第一通道机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、多个传动轴、锥齿轮、第一电机、两个门和第一通道，第一太阳轮通过传动轴与锥齿轮相连，锥齿轮通过传动轴与第一电机相连，第一太阳轮的一侧与第一行星轮外啮合，第一太阳轮的另一侧与第二行星轮外啮合，第二太阳轮通过传动轴与锥齿轮相连，第二太阳轮和第一太阳轮绕着同一根轴转动，第二太阳轮的一侧与第一行星轮外啮合，第二太阳轮的另一侧与第二行星轮外啮合，所述第一通道设在第一通道机构的一侧。

本发明中可以将外部的小球放入到第一通道中，两个门不断绕各自的轴线旋转，使得两门间的间隙产生周期性的变化，当小球滑到行星轮系前时，两个门之间的间隙恰好达到最大，小球恰好通过了第一通道机构，这样就可以直观的看到小球在行星轮和太阳轮机械机构中的运动情况，提高学生学习的主动性。

在一些实施方式中，还包括第二通道和第二通道机构，第二通道机构包括第一齿轮、第二齿轮、轮毂、至少两个叶片、外壳和第二电机，第二通道的一端与第一通道机构相连，另一端与第二通道机构相连，第一齿轮与第二齿轮外啮合，第一齿轮通过传动轴与第二电机相连，轮毂设在第二齿轮上，叶片的一端设在轮毂的外表面上，外壳设有两个通孔，两个通孔分布在外壳的两侧，外壳的截面呈圆形，外壳与轮毂同轴线。由此，小球通过其中一个通孔进入到外壳中，因外壳的内表面连接有叶片，叶片挡住小球，当叶片转动一定的角度之后，小球从另一个通孔滚出，可以让学生直观的看到小球在叶片结构中的运动情况。

在一些实施方式中，还包括第三通道和第三通道机构，第三通道机构包括左锥齿轮、上锥齿轮、下锥齿轮、第三齿轮、第四齿轮滑块、挡板和第三电机，第三通道的一端与第二通道机构相连，另一端与第三通道机构相连，左锥齿轮、上锥齿轮、下锥齿轮均通过传动轴与第三电机相连，左锥齿轮通过传动轴与第三齿轮相连，圆柱齿轮通过轴与滑块相连，下锥齿轮通过传动轴与第四齿轮相连，第四齿轮通过传动轴与挡板相连，挡板、传动轴和第四齿轮形成凸轮机构。由此，可以让学生观察到四个联动的锥齿轮和曲柄滑块机构，中的运动情况。

在一些实施方式中，还包括第四通道和第四通道机构，第四通道机构包括装放容器、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、链条和第四电机，第四通道的一端与第三通道机构相连，另一端与第四通道机构相连，第五齿轮通过传动轴与第四电机连接，第六齿轮与第五齿轮外啮合，装放容器设在链条上，链条与第六齿轮、第七齿轮形成链传动，第七齿轮位于第六齿轮下方。由此，可以让学生看到链传动机械结构的特征，链传动具有无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高，传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小，所需张紧力小，作用于轴上的压力小，能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境下工作。

在一些实施方式中，还包括第五通道和第五通道机构，第五通道机构是至少一个第一曲柄摇杆机构，第一曲柄摇杆机构包括第五电机、第八齿轮和传动板，第一曲柄摇杆机构的一端与第四通道机构相连，电机通过传动轴与第八齿轮相连，传动板通过传动轴设在第八齿轮的下方，传动板的一端与第四通道机构接触。由此，可以让学生看到小球在曲柄摇杆机构中的运动情况。

在一些实施方式中，第一曲柄摇杆机构为三个，三个第一曲柄摇杆机构依次排列，三个第一曲柄摇杆机构的传动板按照正弦曲线或余弦曲线运动。由此，可以让学生看到小球在曲柄摇杆机构中的运动情况。

在一些实施方式中，还包括第六通道和第六通道机构，第六通道一端与第六通道机构相连，另一端与第五通道机构第六通道机构为两个第二曲柄摇杆机构，两个第二曲柄摇杆机构的相位相反，曲柄摇杆机构包括第六电机、第九齿轮、第十齿轮、传动轴和两个第二滑块，其中一个第二滑块通过传动轴设在第九齿轮下方，另一个第二滑块通过传动轴设在第十齿轮下方，第九齿轮中心通过传动轴与第十齿轮中心相连，所电机通过传动轴与第九齿轮或第十齿轮相连。由此，可以让学生看到小球在相位相反的两个曲柄摇杆机构中的运动情况。

在一些实施方式中，还包括第七通道机构和第二装放容器，第二装放容器与第六通道机构一端相连，第七通道机构包括蜗轮蜗杆机构、吊臂、电磁铁、定滑轮、牵引索，线轮、第十一齿轮和第七电机，电机一端与蜗轮蜗杆机构相连，蜗轮蜗杆机构与吊臂的下端相连，定滑轮设在吊臂的上端，牵引索穿过定滑轮后固定在线轮上，线轮与第十一齿轮相连。

在一些实施方式中，还包括第八通道机构，第八通道机构为丝杠螺母机构，丝杠螺母机构的两端均设有第三装放容器。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的戈德堡机构的结构示意图；

图2为图1所示戈德堡机构第一通道结构和第二通道结构的结构示意图；

图3为图2所示戈德堡机构第一通道结构的机构简图；

图4为图2所示戈德堡机构第二通道结构的机构简图；

图5为图1所示戈德堡机构第三通道结构示意图；

图6为图5所示戈德堡机构第三通道结构的机构简图；

图7为图1所示戈德堡机构第四通道结构示意图；

图8为图7所示戈德堡机构第四通道结构的机构简图；

图9为图1所示戈德堡机构第五通道结构示意图；

图10为图1所示戈德堡机构第六通道结构示意图；

图11为图10所示戈德堡机构第六通道结构的结构简图；

图12为图1所示戈德堡机构第七通道结构示意图；

图13为图1所示戈德堡机构第七通道结构示意图；

图中，1-第一通道结构、11-第一通道、101-第一太阳轮、102-第二太阳轮、103第一行星轮、104-第二行星轮、105-门、106-锥齿轮106、2-第二通道结构、21-第二通道、201-第一齿轮201、202-第二齿轮、203轮毂、204叶片、205-外壳、3-第三通道结构、301-左锥齿轮、302上锥齿轮、303-下锥齿轮、304-滑块、305-挡板、4-第四通道结构、41-第四通道、42-第一装放容器、401-第三齿轮、402-第四齿轮、403-第五齿轮、404-链条、5-第五通道结构、6-第六通道结构、61-第六通道、601-第七齿轮601、602-第八齿轮、603-第二滑块、7-第七通道结构、701-蜗轮蜗杆机构、702-吊臂、703-电磁铁、704-定滑轮、705-牵引索、8-第八通道结构、81-第三装放容器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1～图13示意性的显示了本发明一种实施方式的戈德堡机构的结构。

如图1～图13所示，一种戈德堡机构，包括第一通道结构和第一通道，此外，还包括第二通道结构、第三通道结构、第四通道结构、第五通道结构、第六通道结构、第七通道结构、第八通道结构、第二通道、第三通道、第四通道、第六通道。

图1至图3所示，第一通道结构第一通道机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、多个传动轴、锥齿轮、第一电机、两个门第一太阳轮通过传动轴与锥齿轮相连，锥齿轮通过传动轴与第一电机相连，第一太阳轮的一侧与第一行星轮外啮合，第一太阳轮的另一侧与第二行星轮外啮合，第二太阳轮通过传动轴与锥齿轮相连，第二太阳轮和第一太阳轮绕着同一根轴转动，第二太阳轮的一侧与第一行星轮外啮合，第二太阳轮的另一侧与第二行星轮外啮合，第一通道固定在第一通道机构的一侧。

如图1和图4所示，第二通道机构包括第一齿轮、第二齿轮、轮毂、两个叶片、外壳和第三电机，第二通道的一端固定在第一通道机构的一端，另一端固定在第二通道机构的一端，第一齿轮与第二齿轮外啮合，第一齿轮通过传动轴与第三电机相连，轮毂固定在第二齿轮上，叶片的一端固定在轮毂的外表面上，外壳成型有两个通孔，两个通孔分布在外壳的两侧，外壳的截面呈圆形，外壳与轮毂同轴线。

在本实施例中，叶片有六个，在其他实施例中，叶片也可以为三、四个，叶片可以均匀分布在轮毂的外表上，叶片只需要能够挡住小球掉落出去即可，小球从其中一个通孔进入到叶片和外壳形成的空间中，当轮毂随着电机转动到一定的角度时，小球从另一个通孔滚入第三通道。

如图1、图5和图6所示，第三通道机构包括左锥齿轮、上锥齿轮、下锥齿轮、第三齿轮、第四齿轮、滑块、挡板和第三电机，第三通道的一端固定在第二通道机构上，另一端固定在第三通道机构上，左锥齿轮、上锥齿轮、下锥齿轮均通过传动轴与第三电机相连，左锥齿轮通过传动轴与第三齿轮相连，第四齿轮通过轴与滑块相连，下锥齿轮通过传动轴与第四齿轮相连，第四齿轮通过传动轴与挡板相连，挡板、传动轴和第四齿轮形成凸轮机构。

小球进入到第三通道机构之后，挡板能够挡住小球滚落出去，并且挡板能够改变小球的运动轨迹，小球的运动方向如图1中所示，会改变90度，随着第四齿轮通过轴带动滑块向上运动，小球会从第三通道机构中滚出，进入第四通道中，之后掉落在第一装放容器中。

如图1、图7和图8所示，第四通道机构包括第一装放容器、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、链条和第四电机，第四通道的一端固定在第三通道机构，另一端固定在第四通道机构上，第五齿轮通过传动轴与电机连接，第六齿轮与第五齿轮外啮合，第一装放容器固定在链条上，链条与第六齿轮、第七齿轮形成链传动，第七齿轮位于第六齿轮下方。

小球进入到第一装放容器中之后，第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮依次转动，第一装放容器固定在链条上，随着链条的传动，当第一装放容器上升到最高点时，小球受到重力的影响，掉落在第五通道机构中。

如图1、图9所示，第五通道机构是至少一个第一曲柄摇杆机构，第一曲柄摇杆机构包括第五电机、第八齿轮和传动板，第一曲柄摇杆机构的一端与第四通道机构相连，电机通过传动轴与第八齿轮相连，传动板通过传动轴固定在第八齿轮的下方，传动板的一端与第四通道机构接触。

如图1、图9所示，在本实施例中，第一曲柄摇杆机构为三个，三个第一曲柄摇杆机构依次排列，三个第一曲柄摇杆机构的传动板按照正弦曲线或余弦曲线运动。在其他实施例中，第一曲柄摇杆机构也可以为一个、两个，只需要相邻的两个第一曲柄摇杆机构能够进行运动间的传递即可。

小球首先掉落到在第一个第一曲柄摇杆机构的传动板上，因第一个第一曲柄摇杆机构与相邻的第一个第一曲柄摇杆机构的相位角相差180度，这样当第一个第一曲柄摇杆机构的传动板上升到最高点时，相邻的第一曲柄摇杆机构到最低点，小球受到重力的影响掉落到相邻的第一曲柄摇杆机构的传动板上。

如图1、图10和图11所示，第六通道一端与第六通道机构相连，另一端与第五通道机构第六通道机构为两个第二曲柄摇杆机构，两个第二曲柄摇杆机构的相位相反，曲柄摇杆机构包括第六电机、第九齿轮、第十齿轮、传动轴和两个第二滑块，其中一个第二滑块通过传动轴固定在第九齿轮下方，另一个第二滑块通过传动轴固定在第十齿轮下方，第九齿轮中心通过传动轴与第十齿轮中心相连，电机通过传动轴与第九齿轮或第十齿轮相连。

第六通道机构中两个第二曲柄摇杆机构的相位相反(即相位角相差180度)，当其中一个第二曲柄摇杆机构带动滑块上升到最高点时(此时，另一个第二曲柄摇杆机构的滑块下降到最低点)，小球进入到两个第二曲柄摇杆机构之间，之后，另一个第二曲柄摇杆机构的滑块上升到最高点，小球从第二曲柄摇杆机构的滑块下端滚出(有一定的倾斜角度，这样小球受到重力会自动滚落)。

如图1、图12所示，第二装放容器固定第六通道机构一端伤，第七通道机构包括蜗轮蜗杆机构、吊臂、电磁铁、定滑轮、牵引索，线轮、第十一齿轮和第七电机，第七电机一端与蜗轮蜗杆机构相连，蜗轮蜗杆机构与吊臂的下端相连，定滑轮固定在吊臂的上端，牵引索穿过定滑轮后固定在线轮上，线轮与第十一齿轮相连。

当小球通过第七通道机构，掉入第七通道机构下方的第二装放容器时，此时第七通道机构的电机启动，电机轴上同时连接一蜗杆和第十一齿轮，齿轮经过一级减速后带动定滑轮转动，实现电磁铁的升降，同时带动蜗轮蜗杆运动实现吊臂的旋转。当电磁铁随着定滑轮下降到合适高度后，吊臂旋转到合适角度后，电机停止运行，当电磁铁吸住容器中的小球后，此时电机重新运动，吊臂转向通道8运动，同时定滑轮开始上升，当到达第八通道机构正上方时，电磁铁断电，小球下落到第八通道机构的轨道上。

如图1、图13所示，第八通道机构为丝杠螺母机构，丝杠螺母机构的两端均设有第三装放容器。

当第三装放容器中只有一个球时螺母自锁，无法运动，而当另一个球落入其中之后，螺母开始运动，其原理为：当只有一个小球时，螺母单边受力，即受力不对称，导致螺母一端受压较大造成一定的斜角，当该斜角较大时，其与丝杆升角的和小于摩擦角时就会发生自锁，而当另一个小球落入其中之后，该倾斜相对减小或消失，而该死螺母机构的升角是不足以自锁的，故其会载着两个小球缓缓螺旋下降到地面。

本发明中的外部的小球先进入到第一通道，然后在进入第一通道结构，之后依次进入到第二通道、第二通道结构、第三通道、第三通道结构、第四通道、第四通道结构、第五通道结构、第六通道、第六通道结构、第七通道结构、第八通道结构，在各个结构中运动时，能够让学生清楚的看到各种机械结构的运动方式和原理，让学生更好的理解和学习机械方面的知识。

以上的仅是本发明的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.戈德堡机构，其特征在于，包括第一通道和第一通道机构，所述第一通道机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、多个传动轴、锥齿轮、第一电机、两个门，所述第一太阳轮通过传动轴与锥齿轮相连，所述锥齿轮通过传动轴与所述第一电机相连，所述第一太阳轮的一侧与所述第一行星轮外啮合，所述第一太阳轮的另一侧与所述第二行星轮外啮合，所述第二太阳轮通过与传动轴与所述锥齿轮相连，所述第二太阳轮和第一太阳轮绕着同一根轴转动，所述第二太阳轮的一侧与所述第一行星轮外啮合，所述第二太阳轮的另一侧与所述第二行星轮外啮合，所述第一通道设在所述第一通道机构的一侧；

其中，两个门分别与所述第一行星轮、第二行星轮的中心轴连接。

2.根据权利要求1所述的戈德堡机构，其特征在于，还包括第二通道和第二通道机构，所述第二通道机构包括第一齿轮、第二齿轮、轮毂、至少两个叶片、外壳和第二电机，所述第二通道的一端与所述第一通道机构相连，另一端与所述第二通道机构相连，所述第一齿轮与所述第二齿轮外啮合，所述第一齿轮通过传动轴与所述第二电机相连，所述轮毂设在所述第二齿轮上，所述叶片的一端设在所述轮毂的外表面上，所述外壳设有两个通孔，所述两个通孔分布在所述外壳的两侧，所述外壳的截面呈圆形，所述外壳与所述轮毂同轴线。

3.根据权利要求2所述的戈德堡机构，其特征在于，还包括第三通道和第三通道机构，所述第三通道机构包括左锥齿轮、上锥齿轮、下锥齿轮、第三齿轮、第四齿轮、滑块、挡板和第三电机，所述第三通道的一端与所述第二通道机构相连，另一端与所述第三通道机构相连，所述左锥齿轮、上锥齿轮、下锥齿轮均通过传动轴与所述第三电机相连，所述左锥齿轮通过传动轴与所述第三齿轮相连，所述第四齿轮通过轴与所述滑块相连，所述下锥齿轮通过传动轴与第四齿轮相连，第四齿轮通过传动轴与挡板相连，挡板、传动轴和第四齿轮形成凸轮机构。

4.根据权利要求3所述的戈德堡机构，其特征在于，还包括第四通道和第四通道机构，所述第四通道机构包括第一装放容器、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、链条和第四电机，所述第四通道的一端与所述第三通道机构相连，另一端与所述第四通道机构相连，所述第五齿轮通过传动轴与所述第四电机连接，所述第六齿轮与所述第五齿轮外啮合，所述第一装放容器设在所述链条上，所述链条与第六齿轮、第七齿轮形成链传动，所述第七齿轮位于所述第六齿轮下方。

5.根据权利要求4所述的戈德堡机构，其特征在于，还包括第五通道机构，所述第五通道机构是至少一个第一曲柄摇杆机构，所述第一曲柄摇杆机构包括第五电机、第八齿轮和传动板，所述第一曲柄摇杆机构的一端与所述第四通道机构相连，所述第五电机通过传动轴与所述第八齿轮相连，所述传动板通过传动轴设在所述第八齿轮的下方，传动板的一端与所述第四通道机构接触。

6.根据权利要求5所述的戈德堡机构，其特征在于，所述第一曲柄摇杆机构为三个，三个所述第一曲柄摇杆机构依次排列，三个所述第一曲柄摇杆机构的传动板按照正弦曲线或余弦曲线运动。

7.根据权利要求5或6所述的戈德堡机构，其特征在于，还包括第六通道和第六通道机构，第六通道一端与第六通道机构相连，另一端与第五通道机构所述第六通道机构为两个第二曲柄摇杆机构，两个第二曲柄摇杆机构的相位相反，所述第二曲柄摇杆机构包括第六电机、第九齿轮、第十齿轮、传动轴和两个第二滑块，其中一个第二滑块通过传动轴设在第九齿轮下方，另一个第二滑块通过传动轴设在第十齿轮下方，所述第九齿轮中心通过传动轴与第十齿轮中心相连，所述第六电机通过传动轴与所述第九齿轮或第十齿轮相连。

8.根据权利要求7所述的戈德堡机构，其特征在于，还包括第七通道机构和第二装放容器，所述第二装放容器与所述第六通道机构一端相连，所述第七通道机构包括蜗轮蜗杆机构、吊臂、电磁铁、定滑轮、牵引索，线轮、第十一齿轮和第七电机，所述第七电机一端与所述蜗轮蜗杆机构相连，所述蜗轮蜗杆机构与所述吊臂的下端相连，所述定滑轮设在所述吊臂的上端，所述牵引索穿过定滑轮后固定在线轮上，所述线轮与所述第十一齿轮相连。

9.根据权利要求8所述的戈德堡机构，其特征在于，还包括第八通道机构，所述第八通道机构为丝杠螺母机构，丝杠螺母机构的两端均设有第三装放容器。