CN104008693B - 一种四连杆机构教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四连杆机构教具，属于机械课堂教具技术领域。所述教具包括发条、传动齿轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、以及底板，所述传动齿轮的齿轮轴可转动地安装在所述底板上，所述发条与所述传动齿轮啮合，所述第一连杆的一端固定在所述齿轮轴上；所述第一连杆、所述第二连杆、以及所述第三连杆组成一个双曲柄机构，所述第一连杆、所述第三连杆、以及所述第四连杆组成另一个双曲柄机构；所述第四连杆、所述第五连杆、以及所述第六连杆组成一个曲柄摇杆机构；所述第六连杆、所述第七连杆、以及所述第八连杆组成一个双摇杆机构。本发明携带方便，并且省时省力。

Description

一种四连杆机构教具

技术领域

本发明涉及机械课堂教具技术领域，特别涉及一种四连杆机构教具。

背景技术

在《机械原理》、《机械设计基础》、《机械分析与综合》等课程的学习中经常会学到四连杆机构，为了让学生更好地理解四连杆机构的各种形式的运动与各杆长度的相互关系，老师经常需要拿很多教具给学生进行演示，如曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。

现有的四连杆机构教具通常都包括四根依次首尾相连的杆，四根杆的长度满足如下条件：长度最短的杆与长度最长的杆的长度之和小于或等于另外两根杆的长度之和。四根杆中有且仅有一根杆是固定的，双曲柄机构固定的是长度最短的杆，曲柄摇杆机构固定的是与长度最短的杆相邻的杆，双摇杆机构固定的是与长度最短的杆相对设置的杆。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

为了讲解不同的四连杆机构，老师需要不同的教具到教室进行演示，携带不方便。而且，演示四连杆机构的运动时，老师需要人为控制杆的运动，教学过程费时费力。

发明内容

为了解决现有技术携带不方便、教学过程费时费力的问题，本发明实施例提供了一种四连杆机构教具。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种四连杆机构教具，所述教具包括发条、传动齿轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、以及底板，

所述传动齿轮的齿轮轴可转动地安装在所述底板上，所述发条与所述传动齿轮啮合，所述第一连杆的一端固定在所述齿轮轴上，所述第一连杆的另一端与所述第三连杆的中间铰接；

所述第二连杆的一端和所述第四连杆的一端固定在所述底板上，所述第二连杆的另一端铰接在所述第三连杆的一端，所述第四连杆的另一端、所述第三连杆的另一端和所述第五连杆的一端铰接；所述第一连杆、所述第二连杆、以及所述第四连杆平行且位于所述第三连杆的同一侧，所述第一连杆、所述第二连杆、以及所述第三连杆组成一个双曲柄机构，所述第一连杆、所述第三连杆、以及所述第四连杆组成另一个双曲柄机构；

所述第六连杆的中间固定在所述底板上，所述第五连杆的另一端与所述第六连杆的一端铰接，所述第六连杆的另一端与所述第七连杆的一端铰接；所述第四连杆和所述第六连杆位于所述第五连杆的同一侧，所述第四连杆、所述第五连杆、以及所述第六连杆组成一个曲柄摇杆机构；

所述第八连杆的一端固定在所述底板上，所述第七连杆的另一端与所述第八连杆的另一端铰接；所述第六连杆和所述第八连杆位于所述第七连杆的同一侧，所述第六连杆、所述第七连杆、以及所述第八连杆组成一个双摇杆机构。

在本发明的第一种可能的实现方式中，所述传动齿轮的齿轮轴、所述第二连杆的一端、所述第四连杆的一端、所述第六连杆的中间、所述第八连杆的一端在同一条直线上。

在本发明的第二种可能的实现方式中，所述发条与所述传动齿轮平行啮合。

在本发明的第三种可能的实现方式中，所述发条的齿数大于所述传动齿轮的齿数。

在本发明的第四种可能的实现方式中，所述第一连杆的长度35-45mm，所述第二连杆的长度为35-45mm，所述第三连杆的长度为50-70mm，所述第四连杆的长度为35-45mm，所述第五连杆的长度为65-75mm，所述第六连杆的长度为120-140mm，所述第七连杆的长度为40-50mm，所述第八连杆的长度为75-85mm，所述第一连杆的一端与所述第二连杆的一端之间的距离为25-35mm，所述第一连杆的一端与所述第四连杆的一端之间的距离为25-35mm，所述第四连杆的一端与所述第六连杆的中间之间的距离为55-65mm，所述第六连杆的一端与所述第八连杆的中间之间的距离为85-95mm。

在本发明的第五种可能的实现方式中，所述教具还包括与所述底板相对设置的侧板、以及连接所述底板和所述侧板的四块连接板，所述底板、所述侧板、以及所述四块连接板是透明的。

可选地，所述底板、所述侧板、以及所述四块连接板构成一个封闭区间，所述封闭空间的长度为400mm-420mm，所述封闭区间的宽度为287-307mm，所述封闭区间的厚度为10-20mm。

可选地，所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆、所述第四连杆、所述第五连杆、所述第六连杆、所述第七连杆、以及所述第八连杆为塑料杆，所述底板、所述侧板、以及所述四块连接板为塑料板。

可选地，所述教具还包括宇宙背景图片、月球图片、宇航员图片、以及航天器图片，所述宇宙背景图片粘贴在所述侧板上，所述月球图片粘贴在所述传动齿轮上，所述宇航员图片粘贴在所述第六连杆的一端上，所述航天器图片粘贴在所述第八连杆的另一端上。

在本发明的第六种可能的实现方式中，所述底板上刻有用于说明所述教具利用的知识点的文字和所述知识点的原理图。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构合成在一起，方便携带。而且，采用发条同时驱动双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构的运动，教学过程省时省力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种四连杆机构教具的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的教具外形的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供了一种四连杆机构教具，参见图1，该教具包括发条1、传动齿轮2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆7、第六连杆8、第七连杆9、第八连杆10、以及底板11。

具体地，传动齿轮2的齿轮轴可转动地安装在底板11上，发条1与传动齿轮2啮合，第一连杆3的一端固定在齿轮轴上，第一连杆3的另一端与第三连杆5的中间铰接。

第二连杆4的一端和第四连杆6的一端固定在底板11上，第二连杆4的另一端铰接在第三连杆5的一端，第四连杆6的另一端、第三连杆5的另一端和第五连杆7的一端铰接。第一连杆3、第二连杆4、以及第四连杆6平行且位于第三连杆5的同一侧，第一连杆3、第二连杆4、以及第三连杆5组成一个双曲柄机构，第一连杆3、第三连杆5、以及第四连杆6组成另一个双曲柄机构。

第六连杆8的中间固定在底板11上，第五连杆7的另一端与第六连杆8的一端铰接，第六连杆8的另一端与第七连杆9的一端铰接。第四连杆6和第六连杆8位于第五连杆7的同一侧，第四连杆6、第五连杆7、以及第六连杆8组成一个曲柄摇杆机构。

第八连杆10的一端固定在底板11上，第七连杆9的另一端与第八连杆10的另一端铰接。第六连杆8和第八连杆10位于第七连杆9的同一侧，第六连杆8、第七连杆9、以及第八连杆10组成一个双摇杆机构。

在本实施例中，一个连杆的中间是指该连杆上，到该连杆的两端距离相等的位置。

容易知道，在四连杆中，机架为固定不动的杆，曲柄是与机架相连的杆，连杆是不与机架相连的杆。双曲柄机构的长度条件为最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其它两杆的长度之和，且最短杆为机架。曲柄摇杆机构的长度条件为最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其它两杆的长度之和，且最短杆为曲柄。双摇杆机构的长度条件为最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其它两杆的长度之和，且最短杆为连杆。

相应地，在本实施例中，第一连杆3和第三连杆5一半的长度之和等于第二连杆4和第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的长度之和，且第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的长度最短。第一连杆3和第三连杆5一半的长度之和等于第四连杆6和第四连杆6的一端与第一连杆3的一端之间的长度之和，且第四连杆6的一端与第一连杆3的一端之间的长度最短。第四连杆6和第五连杆7的长度之和小于第六连杆8一半和第四连杆6的一端与第六连杆8的中间之间的长度之和，且第四连杆6的长度最短。第六连杆8一半和第八连杆10的长度之和大于第七连杆9和第六连杆8的中间与第八连杆10的一端之间的长度之和，且第七连杆9的长度最短。

需要说明的是，发条的结构一般比较复杂，连杆不方便安装在发条上，齿轮的结构比发条的结构简单，连杆很容易安装在齿轮上，因此本发明通过将发条与传动齿轮啮合，连杆安装在传动齿轮上，实现发条驱动连杆转动。

第一连杆3、第二连杆4、以及第四连杆6平行，第一连杆3、第二连杆4、以及第三连杆5组成一个双曲柄机构，第一连杆3、第三连杆5、以及第四连杆6组成另一个双曲柄机构。这两个双曲柄机构以第一连杆3为对称轴对称，可以防止第二连杆4和第四连杆6在第一连杆3的带动下作圆周运动的过程中出现卡死。

具体地，第二连杆4的一端、第四连杆6的一端、第六连杆8的中间、第八连杆10的一端通过销钉固定在底板11上(图1中用黑点标明)。

在本实施例中，传动齿轮2的齿轮轴、第二连杆4的一端、第四连杆6的一端、第六连杆8的中间、第八连杆10的一端在同一条直线上，方便学生同时对双曲柄机构的运动、曲柄摇杆机构的运动、双摇杆机构的运动进行直观的观察。容易知道，在其它实施例中，传动齿轮2的齿轮轴、第二连杆4的一端、第四连杆6的一端、第六连杆8的中间、第八连杆10的一端也可以不在同一条直线上，本发明对此不作限制。

优选地，发条1与传动齿轮2平行啮合，以减小教具整体的体积。容易知道，在实际应用中，发条1与传动齿轮2也可以垂直啮合，同样可以达到通过传动齿轮2传递发条1的动力的目的，本发明对此不作限制。

可选地，发条1的齿数大于传动齿轮2的齿数，以达到增距的作用。例如，发条1的齿数为20，传动齿轮2的齿数为15。

在本实施例中，第一连杆3的长度40mm，第二连杆4的长度为40mm，第三连杆5的长度为60mm，第四连杆6的长度为40mm，第五连杆7的长度为70mm，第六连杆8的长度为130mm，第七连杆9的长度为45mm，第八连杆10的长度为80mm，第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的距离为30mm，第一连杆3的一端与第四连杆6的一端之间的距离为30mm，第四连杆6的一端与第六连杆8的中间之间的距离为60mm，第六连杆8的一端与第八连杆10的中间之间的距离为90mm。

容易知道，在其它实施例中，连杆的长度和连杆之间的距离也可以为其它值。可选地，第一连杆3的长度35-45mm，第二连杆4的长度为35-45mm，第三连杆5的长度为50-70mm，第四连杆6的长度为35-45mm，第五连杆7的长度为65-75mm，第六连杆8的长度为120-140mm，第七连杆9的长度为40-50mm，第八连杆10的长度为75-85mm，第二连杆4的一端与第一连杆3的一端之间的距离为25-35mm，第一连杆3的一端与第四连杆6的一端之间的距离为25-35mm，第四连杆6的一端与第六连杆8的中间之间的距离为55-65mm，第六连杆8的一端与第八连杆10的中间之间的距离为85-95mm。

在本实施例的一种实现方式中，参见图2，该教具还包括与底板11相对设置的侧板12、以及连接底板11和侧板12的四块连接板13，底板11、侧板12、以及四块连接板14是透明的，在对连杆进行保护的同时，满足直接对连杆的运动进行观察的要求。

可选地，底板11、侧板12、以及四块连接板13构成一个封闭区间，防止教具内的部件受到损坏。

具体地，封闭空间的长度可以为400mm-420mm，封闭区间的宽度可以为287-307mm，封闭区间的厚度可以为10-20mm。

可选地，第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆7、第六连杆8、第七连杆9、以及第八连杆10为塑料杆，底板11、侧板12、以及四块连接板13为塑料板，减轻了教具的重量，降低了教具的成本，提高了教具携带的方便性。

优选地，该教具还包括宇宙背景图片、月球图片、宇航员图片、以及航天器图片，宇宙背景图片粘贴在侧板12上，月球图片粘贴在传动齿轮2上，宇航员图片粘贴在第六连杆8的一端上，航天器图片粘贴在第八连杆10的另一端上，提高教学的趣味性。

优选地，底板11上刻有用于说明教具利用的知识点的文字和该知识点的原理图，方便老师进行知识点的讲解。

下面简单介绍一下本发明提供的四连杆机构教具的工作原理：

在上了发条1之后，发条1转动，带动与发条1的外齿啮合的传动齿轮2绕转动轴转动，进而带动一端固定在传动齿轮2的齿轮轴上的第一连杆3绕齿轮轴作圆周运动。月球图片粘贴在传动齿轮2上，学生可以透过透明的侧板12看到月球作圆周运动。

第一连杆3、第二连杆4、以及第三连杆5组成一个双曲柄机构，第一连杆3、第三连杆5、以及第四连杆6组成另一个双曲柄机构，第一连杆3通过第三连杆5分别带动第二连杆4和第四连杆6作圆周运动。学生可以透过透明的底板11看到双曲柄机构的运动。

第四连杆6、第五连杆7、以及第六连杆8组成一个曲柄摇杆机构，第四连杆6通过第五连杆7带动第六连杆8作往复运动。宇航员图片粘贴在第六连杆8的一端上，学生可以透过透明的侧板12看到宇航员作往复运动，透过透明的底板11看到曲柄摇杆机构的运动。

第六连杆8、第七连杆9、以及第八连杆10组成一个双摇杆机构，第六连杆8通过第七连杆9带动第八连杆10作往复运动。航天器图片粘贴在第八连杆10的另一端上，学生可以透过透明的侧板12看到航天器作往复运动，透过透明的底板11看到双摇杆机构的运动。

本发明实施例通过将双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构合成在一起，方便携带。而且，采用发条同时驱动双曲柄机构、曲柄摇杆机构、双摇杆机构的运动，教学过程省时省力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四连杆机构教具，其特征在于，所述教具包括发条(1)、传动齿轮(2)、第一连杆(3)、第二连杆(4)、第三连杆(5)、第四连杆(6)、第五连杆(7)、第六连杆(8)、第七连杆(9)、第八连杆(10)、以及底板(11)，

所述传动齿轮(2)的齿轮轴可转动地安装在所述底板(11)上，所述发条(1)与所述传动齿轮(2)啮合，所述第一连杆(3)的一端固定在所述齿轮轴上，所述第一连杆(3)的另一端与所述第三连杆(5)的中间铰接；

所述第二连杆(4)的一端和所述第四连杆(6)的一端固定在所述底板(11)上，所述第二连杆(4)的另一端铰接在所述第三连杆(5)的一端，所述第四连杆(6)的另一端、所述第三连杆(5)的另一端和所述第五连杆(7)的一端铰接；所述第一连杆(3)、所述第二连杆(4)、以及所述第四连杆(6)平行且位于所述第三连杆(5)的同一侧，所述第一连杆(3)、所述第二连杆(4)、以及所述第三连杆(5)组成一个双曲柄机构，所述第一连杆(3)、所述第三连杆(5)、以及所述第四连杆(6)组成另一个双曲柄机构；

所述第六连杆(8)的中间固定在所述底板(11)上，所述第五连杆(7)的另一端与所述第六连杆(8)的一端铰接，所述第六连杆(8)的另一端与所述第七连杆(9)的一端铰接；所述第四连杆(6)和所述第六连杆(8)位于所述第五连杆(7)的同一侧，所述第四连杆(6)、所述第五连杆(7)、以及所述第六连杆(8)组成一个曲柄摇杆机构；

所述第八连杆(10)的一端固定在所述底板(11)上，所述第七连杆(9)的另一端与所述第八连杆(10)的另一端铰接；所述第六连杆(8)和所述第八连杆(10)位于所述第七连杆(9)的同一侧，所述第六连杆(8)、所述第七连杆(9)、以及所述第八连杆(10)组成一个双摇杆机构。

2.根据权利要求1所述的教具，其特征在于，所述传动齿轮(2)的齿轮轴、所述第二连杆(4)的一端、所述第四连杆(6)的一端、所述第六连杆(8)的中间、所述第八连杆(10)的一端在同一条直线上。

3.根据权利要求1或2所述的教具，其特征在于，所述发条(1)与所述传动齿轮(2)平行啮合。

4.根据权利要求1或2所述的教具，其特征在于，所述发条(1)的齿数大于所述传动齿轮(2)的齿数。

5.根据权利要求1或2所述的教具，其特征在于，所述第一连杆(3)的长度35-45mm，所述第二连杆(4)的长度为35-45mm，所述第三连杆(5)的长度为50-70mm，所述第四连杆(6)的长度为35-45mm，所述第五连杆(7)的长度为65-75mm，所述第六连杆(8)的长度为120-140mm，所述第七连杆(9)的长度为40-50mm，所述第八连杆(10)的长度为75-85mm，所述第一连杆(3)的一端与所述第二连杆(4)的一端之间的距离为25-35mm，所述第一连杆(3)的一端与所述第四连杆(6)的一端之间的距离为25-35mm，所述第四连杆(6)的一端与所述第六连杆(8)的中间之间的距离为55-65mm，所述第六连杆(8)的一端与所述第八连杆(10)的中间之间的距离为85-95mm。

6.根据权利要求1或2所述的教具，其特征在于，所述教具还包括与所述底板(11)相对设置的侧板(12)、以及连接所述底板(11)和所述侧板(12)的四块连接板(13)，所述底板(11)、所述侧板(12)、以及所述四块连接板(13)是透明的。

7.根据权利要求6所述的教具，其特征在于，所述底板(11)、所述侧板(12)、以及所述四块连接板(13)构成一个封闭区间，所述封闭空间的长度为400mm-420mm，所述封闭区间的宽度为287-307mm，所述封闭区间的厚度为10-20mm。

8.根据权利要求6所述的教具，其特征在于，所述第一连杆(3)、所述第二连杆(4)、所述第三连杆(5)、所述第四连杆(6)、所述第五连杆(7)、所述第六连杆(8)、所述第七连杆(9)、以及所述第八连杆(10)为塑料杆，所述底板(11)、所述侧板(12)、以及所述四块连接板为塑料板。

9.根据权利要求6所述的教具，其特征在于，所述教具还包括宇宙背景图片、月球图片、宇航员图片、以及航天器图片，所述宇宙背景图片粘贴在所述侧板(12)上，所述月球图片粘贴在所述传动齿轮(2)上，所述宇航员图片粘贴在所述第六连杆(8)的一端上，所述航天器图片粘贴在所述第八连杆(10)的另一端上。

10.根据权利要求1或2所述的教具，其特征在于，所述底板(11)上刻有用于说明所述教具利用的知识点的文字和所述知识点的原理图。