CN104021719A - 一种平面连杆机构组合式教具 - Google Patents

Abstract

本发明一种平面连杆机构组合式教具，该教具包括机架部分、运动部分和动力部分。机架部分包括底架、滑动架以及支撑架；运动部分包括连杆单元、连接器以及移动副架；动力部分包括电机架、简易气动系统，其中电机架由滑动架、电机支座、电机、小带轮、同步带、支撑架、大带轮、带轮轴、挠性联轴器、传动联接器组成。通过各部分的自由拼接，实现了多种平面连杆机构的运动演示，较好的解决了在不同教具上实现不同平面连杆机构的设计、运动演示、特性研究等问题。本发明实现了多种机械原理的知识点再现，能够提升教学效果，使课堂教学更有针对性和适用性。

Description

一种平面连杆机构组合式教具

技术领域

本发明涉及一种机械类教学用具，特别是涉及一种平面连杆机构实现平面四杆机构、曲柄滑块机构、平面机构叠加等组合式教具。

背景技术

机械原理课是机械类专业技术基础课程，任务是让学生了解有关常用机构和常用零件方面的基础知识，再学习机构方面的复杂设计计算。认识零件和机构是一个重要环节，如何让学生通过老师的讲解快速地掌握复杂抽象的机构运动原理，教具是很好的选择，机械类教具的使用大大加快了学生理解和掌握课堂知识的过程，应用前景广泛。

连杆机构构件运动形式多样，如转动、摆动、移动和平面或空间等复杂运动。直观性是主要的教学原则之一，学生需要感性知识或经验为基础来更好地掌握书本知识，尤其是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构以及曲柄滑块机构的机械知识，如果单纯利用讲解和画图的方式是不能完全对其进行阐述和理解的，这样不仅增加了老师的教学负担，而且影响学生的学习效果。

当前国内用于演示平面连杆机构的教具有很多，但设计较为古板笨拙，机构过于简单，没有变化，只适合讲解铰链四杆机构三种基本形式的组成条件，而且组合形式单一，杆长的变化也有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是克服目前市场上平面连杆机构教具的不足，提供一种平面连杆机构组合式教具，在实现曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆等一些基本平面四连杆机构演示的同时，也可以自由组合成不同的机构，设计新颖灵活且操作方便。

本发明的一种平面连杆机构组合式教具，其包括机架部分、运动部分和动力部分，机架部分包括底架、滑动架以及支撑架，运动部分包括连杆单元、连接器以及移动副架，动力部分主要是电机架。其中底架放置在水平桌面上，滑动架、移动副架和电机架安装在底架上可以完成纵向移动，支撑架安装在滑动架上可以完成横向移动，通过连接器实现连杆单元与连杆单元、连杆单元与移动副架、连杆单元与支撑架以及电机架与支撑架的连接。

进一步地，所述底架包括矩形底座以及固定在底座两端的光轴导轨。

进一步地，所述滑动架包括限位滑块、定位座及双轴导轨，其中在双轴导轨通过两端的两个定位座分别与限位滑块连接。

进一步地，所述支撑架包括双轴滑块、支撑座、支撑杆、管夹以及活动转动副，支撑座固定在双轴滑块上，支撑杆插入支撑座的内孔中，它可以在支撑座的轴线方向自由移动，由管夹控制它的轴向夹紧，支撑杆的上端与活动转动副相连，其中活动转动副由转动套、滚动轴承和活动转轴组成，活动转轴通过滚动轴承固定在转动套上。

进一步地，所述连杆单元包括活动转动副、夹头、内杆、蝶形螺钉、外杆、杆塞以及固定转动副，外杆一端通过杆塞与活动转动副相连接，内杆一端通过夹头与固定转动副相连接，另一端套入外杆的内孔中，其可在外杆轴线方向自由移动，由蝶形螺钉完成对其的轴向夹紧。

进一步地，所述移动副架包括双轴滑块、卧式轴支座、光轴导轨、限位滑块、芯轴、移动副导轨、导轨联接杆a、导轨联接杆b、移动副连接轴、转动套、卡箍、卡箍轴、滑动架以及支撑架，其中双轴滑块安装在滑动架上，光轴导轨通过卧式轴支座垂直安装在双轴滑块上，装有卧式轴支座的限位滑块安装于光轴导轨上并且可在上面上下滑动，芯轴通过卧式轴支座固定在限位滑块上，其别一端通过滚动轴承与转动套连接，凭借导轨联接杆a把转动套与移动副导轨连接在一起，移动副导轨的另一端联接导轨联接杆b由卡箍固定，卡箍通过卡箍轴与支撑架相连，支撑架安装在滑动架上。

进一步地，所述电机架由滑动架、电机支座、电机、小带轮、同步带、支撑架、大带轮、带轮轴、挠性联轴器、传动联接器组成。电机固定在电机支座上并将电机支座安装在滑动架上，同时小带轮固定于电机轴，支撑架安装在滑动架上，大带轮通过带轮轴安装于支撑架，通过挠性联轴器把带轮轴与传动联接器联接到一起，电机产生的动力由小带轮通过同步带传递到大带轮并由传动联接器传出。

本发明的有益效果：把连杆机构的杆、转动副等基本组成部分做成基本单元，通过自由组装成不同的平面连杆机构，使教具灵活性和多样性得到一个较好的提升，在组装、演示过程中操作方便、快捷，节约课堂时间，而且实现了多个实际生产生活中常见机械设备的机构结合演示，使课堂演示与实际相结合，增强课堂趣味。

附图说明

图1为平面四杆机构演示结构示意图（轴测图）；

图2为平面四杆机构演示结构示意图（俯视图）；

图3为平面四杆机构演示结构示意图（主视图）；

图4为曲柄滑块机构演示结构示意图（轴测图）；

图5为曲柄滑块机构演示结构示意图（俯视图）；

图6为曲柄滑块机构演示结构示意图（主视图）；

图7为叠加连杆机构演示结构示意图（轴测图）；

图8为叠加连杆机构演示结构示意图（主视图）；

图9为连杆单元结构示意图。

在图中：01-底架；02-光轴导轨Ⅰ；03-滑动架Ⅰ；04-传动联接器；05-限位滑块Ⅰ；06-滑动架Ⅱ；07-双轴滑块Ⅰ；08-支撑架Ⅰ；09-联接器Ⅰ；10-联接器Ⅱ；11-固定转动副；12-滑动架Ⅲ；13-联接器Ⅲ；14-限位滑块Ⅱ；15-光轴导轨Ⅱ；16-电机架；17-蝶形螺钉Ⅰ；18-连杆单元Ⅰ；19-活动转动副；20-连杆单元Ⅱ；21-蝶形螺钉Ⅱ；22-连杆单元Ⅲ；23-蝶形螺钉Ⅲ；24-支撑架Ⅱ；25-双轴滑块Ⅱ；26-移动副架；27-滑动架Ⅳ；28-转动副连接轴；29-管夹；30-转动副Ⅰ；31-联接器Ⅳ；32-连杆单元Ⅳ；33-连杆单元Ⅴ；34-联接器Ⅴ；35-转动副Ⅱ。

具体实施方案

为了便于理解，以下结合优选实施方式并配合附图进行详细说明。

本发明可以完成平面四杆机构的演示，如图1、2、3所示。先将底架01放置在一水平桌面上，再分别把滑动架Ⅱ06两端的限位滑块Ⅰ05、限位滑块Ⅱ14安装在底架的两根光轴导轨Ⅰ02、光轴导轨Ⅱ15上以完成滑动架Ⅱ06的安装，同理完成另一个滑动架Ⅲ12的安装，然后把两个支撑架Ⅰ08、支撑架Ⅱ24的双轴滑块Ⅰ07、双轴滑块Ⅱ25分别安装在滑动架Ⅱ06、滑动架Ⅲ12上，再把电机架16安装到底架01上，调节电机架16与滑动架Ⅱ06的距离，使电机架16中的传动联接器04与支撑架Ⅰ08中的活动转动副相连，随后通过联接器Ⅰ09完成连杆单元18与支撑架Ⅰ08上活动转动副的联接，由于连杆单元Ⅰ18为原动件，故与支撑架Ⅰ08活动转动副相联接的为连杆单元Ⅰ18固定转动副11，连杆单元Ⅰ18的活动转动副19通过联接器Ⅱ10与连杆单元Ⅱ20任一转动副相连接，同理完成连杆单元Ⅱ20与连杆单元Ⅲ22的连接，调节滑动架Ⅱ06与滑动架Ⅲ12的位置，完成连杆单元Ⅲ22与支撑架Ⅱ24的连接。启动电机，动力传入连杆单元18现实平面连杆机构的演示。通过控制连杆单元Ⅰ18、连杆单元Ⅱ20、连杆单元Ⅲ22上的蝶形螺钉Ⅰ17、蝶形螺钉Ⅱ21、蝶形螺钉Ⅲ23调节连杆单元Ⅰ18、连杆单元Ⅱ20、连杆单元Ⅲ22的长度，同时调节支撑架Ⅰ08与支撑架Ⅱ24之间的距离，可以实现曲柄摇杆、双曲柄与双摇杆之间的相互转换。

本发明可以完成曲柄滑块机构的演示，如图4、5、6所示。同组装平面四杆机构一样，将滑动架Ⅱ06、电机架16、支撑架Ⅰ08、连杆单元Ⅰ18和连杆单元Ⅱ20连接安装完成，再通过把移动副架26的滑动架Ⅳ27安装到底架01上以完成移动副架26的安装，调节移动副架26与滑动架Ⅳ27的距离，以完成连杆单元Ⅱ20与移动副连接轴28的连接。启动电机，动力传入连杆单元Ⅰ18现实曲柄滑块机构的演示。通过控制支撑架Ⅰ08的管夹29实现支撑架高度的变化，来完成偏心曲柄滑块及其它一些滑块机构的演示。

本发明还可以完成多杆机构的演示，如叠加连杆机构。所述叠加连杆机构是在已有的平面四杆机构上叠加一个四杆机构。如图7、8所示，通过联接器Ⅳ31、联接器Ⅴ34现实的复合铰链结构，分别完成另一个四杆机构的连杆单元Ⅳ32、连杆单元Ⅴ33与连杆单元Ⅱ20两端转动副Ⅰ30、转动副Ⅱ35的联接，实现了叠加连杆机构的演示。通过复合铰链结构可以完成连杆单元之间复合联接，实现多杆机构的演示。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围。凡是利用本发明及附图内容所作之结构、材料和用途的变换，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种平面连杆机构组合式教具，其包括机架部分、运动部分和动力部分，机架部分包括底架、滑动架以及支撑架，运动部分包括连杆单元、连接器以及移动副架，动力部分主要是电机架，其中底架放置在水平桌面上，滑动架、移动副架和电机架安装在底架上可以完成纵向移动，支撑架安装在滑动架上可以完成横向移动，通过连接器实现连杆单元与连杆单元、连杆单元与移动副架、连杆单元与支撑架以及电机架与支撑架的连接。

2.根据权利要求1所述的平面连杆机构组合式教具，其特征是所述底架包括矩形底座以及固定在底座两端的光轴导轨。

3.根据权利要求1所述的平面连杆机构组合式教具，其特征是所述滑动架包括限位滑块、定位座及双轴导轨，其中在双轴导轨通过两端的两个定位座分别与限位滑块连接。

4.根据权利要求1所述的平面连杆机构组合式教具，其特征是所述支撑架包括双轴滑块、支撑座、支撑杆、管夹以及活动转动副，支撑座固定在双轴滑块上，支撑杆插入支撑座的内孔中，它可以在支撑座的轴线方向自由移动，由管夹控制它的轴向夹紧，支撑杆的上端与活动转动副相连，其中活动转动副由转动套、滚动轴承和活动转轴组成，活动转轴通过滚动轴承固定在转动套上。

5.根据权利要求1所述的平面连杆机构组合式教具，其特征是所述连杆单元包括活动转动副、夹头、内杆、蝶形螺钉、外杆、杆塞以及固定转动副，外杆一端通过杆塞与活动转动副相连接，内杆一端通过夹头与固定转动副相连接，另一端套入外杆的内孔中，其可在外杆的轴线方向自由移动，由蝶形螺钉完成对其的轴向夹紧。

6.根据权利要求1所述的平面连杆机构组合式教具，其特征是所述移动副架包括双轴滑块、卧式轴支座、光轴导轨、限位滑块、芯轴、移动副导轨、导轨联接杆a、导轨联接杆b、移动副连接轴、转动套、卡箍、卡箍轴、滑动架以及支撑架，其中双轴滑块安装在滑动架上，光轴导轨通过卧式轴支座垂直安装在双轴滑块上，装有卧式轴支座的限位滑块安装于光轴导轨上并且可在上面上下滑动，芯轴通过卧式轴支座固定在限位滑块上，其别一端通过滚动轴承与转动套连接，凭借导轨联接杆a把转动套与移动副导轨连接在一起，移动副导轨的另一端联接导轨联接杆b由卡箍固定，卡箍通过卡箍轴与支撑架相连，支撑架安装在滑动架上。

7.根据权利要求1所述的平面连杆机构组合式教具，其特征是所述电机架由滑动架、电机支座、电机、小带轮、同步带、支撑架、大带轮、带轮轴、挠性联轴器、传动联接器组成，电机固定在电机支座上并将电机支座安装在滑动架上，同时小带轮固定于电机轴，支撑架安装在滑动架上，大带轮通过带轮轴安装于支撑架，通过挠性联轴器把带轮轴与传动联接器联接到一起，电机产生的动力由小带轮通过同步带传递到大带轮并由传动联接器传出。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7所述的平面连杆机构组合式教具，其特征是实现了平面四杆机构、曲柄滑块机构、平面多杆机构演示。