CN104064104A - 一种周转轮系反转法教学教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种周转轮系反转法教学教具，通过测量反转法前后的转速来验证反转法公式的正确性和真实性，同时可实现周转轮系类型的转化。本发明提供的教具包括：主体演示部分、大太阳轮和小太阳轮驱动装置、主轴反转驱动装置、测速显示装置和机架，主体演示部分、大太阳轮和小太阳轮的驱动装置都安装在主轴上，主轴以行星架大小相等、方向相反的速度转动，则主轴带动周转轮系整体反转，实现反转法演示。本发明利用主轴反转，简化了结构，制造工艺简单，易于实现；采用碳刷及摩擦环组合的动态接触方式为太阳轮驱动电机供电，解决了电机导线缠轴问题。本发明整机尺寸小、质量轻、操作方便，便于课堂使用。

Description

一种周转轮系反转法教学教具

技术领域

本发明涉及教学仪器领域，特别是一种周转轮系反转法教学教具。

背景技术

在机械专业的机械原理课程和近机类专业的机械设计基础课程中，周转轮系“反转法”一直是课堂教学的难点，其方法抽象、不易理解，而且没有相应的教具可进行课堂演示，使空间想象能力差的同学无法掌握该知识点，即使能理解反转法，但很多同学对反转法计算公式的真实性和正确性没有确切验证，始终心存疑惑。

查阅专利文献，中国专利公开(公告)号：CN103824503A，公开了一种机构学的实验装置及实验方法。该装置及方法的问题是：(1)需通过机构的多次装拆，才能实现周转轮系反转法计算公式推导，反转法演示效果的直观性及操作性差；(2)动力采用脚动，转速不稳定；(3)通过测量各部件转动周数来计算周转轮系传动比，导致测速非实时性；(4)只能演示一种类型周转轮系的反转法；(5)无法实现周转轮系类型转换。

发明内容

本发明提供了一种周转轮系反转法教学教具，通过测量反转法前后的转速来验证反转法公式的正确性和真实性，同时可实现周转轮系类型的转化。

本发明提供的一种周转轮系反转法教学教具包括：主体演示部分、大太阳轮和小太阳轮驱动装置、主轴反转驱动装置、测速显示装置和机架，主体演示部分、大太阳轮和小太阳轮的驱动装置都安装在主轴上，主轴以行星架速度大小相等、方向相反的速度转动，实现周转轮系“反转”；所述主体演示部分由小太阳轮、大太阳轮、行星架、行星轮、套筒A、套筒B、滚针轴承A、滚针轴承B、滚针轴承C、滚针轴承D、销轴和主轴组成，其中小太阳轮通过粘接固定在套筒B上，套筒B通过滚针轴承B安装在主轴上，采用滚针轴承以减小其径向尺寸，大太阳轮采用齿圈结构，大太阳轮通过粘接固定在套筒A上，并通过滚针轴承A安装在主轴上，行星架通过滚针轴承C安装在小太阳轮所在的套筒B上，行星架绕小太阳轮的套筒B进行转动，行星架上安装两个行星轮，以保证行星轮与大太阳轮、小太阳轮啮合的平稳性，行星轮通过销轴安装在行星架上，行星轮通过滚针轴承D安装在销轴上，销轴与行星架采用过盈配合；所述大太阳轮和小太阳轮驱动装置分别由电机A、电机B、内置减速器A、内置减速器B、开式小齿轮A、开式小齿轮B、开式大齿轮A、开式大齿轮B、碳刷A、碳刷B、摩擦环A、摩擦环B、支座A和支座B组成，电机A驱动大太阳轮，电机B驱动小太阳轮，实现周转轮系类型的转换，驱动小太阳轮的电机B通过支座B固定在主轴上，内置减速器B的输入轴与电机B的输出轴相连，开式小齿轮B安装在内置减速器B的输出轴上，开式小齿轮B与大齿轮B啮合，开式大齿轮B安装在套筒B上，开式大齿轮B通过套筒与小太阳轮组成双联齿轮，摩擦环B固定在主轴上，碳刷B固定在机架侧立柱上，通过碳刷B与摩擦环B组合的动态接触方式为电机B供电，以防止主轴反转时发生导线绕轴现象，动力由电机B通过内置减速器B、相互啮合的大齿轮B和小齿轮B、套筒B传递给小太阳轮。驱动大太阳轮的电机A通过支座A固定在主轴上，大太阳轮驱动装置与方式同小太阳轮；所述主轴反转驱动装置由电机、蜗轮蜗杆减速器、联轴器组成，电机固定在机架的侧立柱上，蜗轮蜗杆的输入轴与电机相连，蜗轮蜗杆减速器输出轴通过联轴器与主轴相连，主轴由电机通过蜗轮蜗杆减速器驱动，利用其自锁特性保证主轴静止、运转的稳定性；所述测速显示装置由传感器A、传感器B、传感器B、传感器C、传感器D、测速点A、测速点B、测速点C、测速点D、显示器和控制电路组成，主轴速度由测速点A与接传感器A测定，测速点A固定在主轴的联轴器上，并连接传感器A；小太阳轮速度由传感器B与测速点B测定，测速点B固定在小太阳轮所在套筒轴B上，并连接传感器B；行星架速度由传感器C与测速点C测定，速点C布置在行星架顶部，并连接传感器C；大太阳轮速度由传感器D与测速点D测定，测速点D安装在大太阳轮的外圆周上，并连接传感器D，显示器固定在底座上，控制电路布置在底座下方，以节省空间；所述机架由底座和侧立柱组成，底座和侧立柱通过粘接固连。

所述的行星轮、行星架、小太阳轮和大太阳轮均采用不同颜色的亚克力材料制成，使得运动的演示更为清晰和直观，同时也减小了制作的难度；底板和侧立柱采用高透明亚克力板制成。

本发明与现有同类设备相比，其显著的有益效果体现在：

1.实现了周转轮系“反转法”演示与计算公式验证的有效结合。

2.利用主轴反转，简化了结构，制造工艺简单，易于实现。

3.采用碳刷及摩擦环组合的动态接触方式为太阳轮驱动电机供电，解决电机导线缠轴问题。

4.提供无线遥控和旋钮两种方式调速，课堂操作方便。

5.齿轮采用有色透明的轻质材料，利于课堂演示结构。

6.整机尺寸小、质量轻、操作方便，便于课堂使用。

附图说明

图1是一种周转轮系反转法教学教具的机构运动示意图。

图2是一种周转轮系反转法教学教具的总体结构示意图。

图3是一种周转轮系反转法教学教具的主体演示部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更详细说明。

如图1所示，一种周转轮系反转法教学教具，由主体演示部分、大太阳轮和小太阳轮驱动装置、主轴反转驱动装置、测速显示装置和机架构成。主体演示部分、大太阳轮7和小太阳轮21的驱动装置都安装在主轴1上，主轴1与行星架11速度大小相等、方向相反的速度转动，实现周转轮系“反转”。

如图3所示，主体演示部分由小太阳轮21、大太阳轮7、行星架9、行星轮8、套筒A5、套筒B10、滚针轴承A31、滚针轴承B28、滚针轴承C27、滚针轴承D30、销轴29和主轴1组成，小太阳轮21通过粘接固定在套筒B10上，套筒B10通过滚针轴承B28安装在主轴1上，采用滚针轴承B28以减小其径向尺寸；大太阳轮7采用齿圈结构，大太阳轮7通过粘接固定在套筒A6，并通过滚针轴承A31安装在主轴1上；行星架9通过滚针轴承C27安装在小太阳轮21所在的套筒B10上，行星架9可绕小太阳轮21的套筒B10进行转动；行星架9上安装两个行星轮8，以保证行星轮8与大太阳轮7、小太阳轮21啮合的平稳性，行星轮8通过销轴29安装在行星架9上，行星轮8通过滚针轴承D30安装在销轴29上，销轴29与行星架9采用过盈配合。

如图2所示，大太阳轮驱动装置由电机A25、内置减速器A24、开式小齿轮A23、开式大齿轮A22、碳刷A5和摩擦环A4、支座A26组成，小太阳轮驱动装置由电机B12、内置减速器B11、开式小齿轮B19、开式大齿轮B20、碳刷B15和摩擦环B14、支座B13组成；小太阳轮21的电机B12通过支座固B13定在主轴1上，电机B12的内部安装有内置减速器B11，开式小齿轮B19安装在内置减速器B11输出轴上，开式小齿轮B19与大齿轮B20啮合，开式大齿轮B20通过固连安装在套筒B10上，开式大齿轮B20通过套筒B10与小太阳轮21组成双联齿轮，摩擦环B14固定在主轴1上，碳刷B15固定在机架侧立柱3上，碳刷B15与摩擦环B14组合的动态接触方式为电机B12供电，以防止主轴1反转时发生导线绕轴现象，动力由电机B13通过内置减速器B11、相互啮合的小齿轮B19和大齿轮B20、套筒B10传递给小太阳轮21。大太阳轮7的驱动方式和装置采用同样方案。

主轴反转驱动装置由电机C18、蜗轮蜗杆减速器17和联轴器16组成，电机C18固定在机架的侧立柱3上，蜗轮蜗杆减速器17的输入轴与电机C18相连，蜗轮蜗杆减速器17输出轴通过联轴器16与主轴1相连，主轴1由电机C18通过蜗轮蜗杆减速器17驱动，利用其自锁特性保证主轴1静止、运转的稳定性，主体演示部分、大太阳轮7和小太阳轮21的驱动装置都安装在主轴1上，主轴1以行星架11速度大小相等、方向相反的速度转动，实现周转轮系“反转”。

测速显示装置由传感器A32、传感器B34、传感器C36、传感器D38、测速点A33、测速点B35、测速点C37、测速点D39、显示器和控制电路组成，测速部分测量主轴1、小太阳轮21、大太阳轮7和行星架9的速度。主轴1速度由传感器A32与测速点A33测定，测速点A33固定在联轴器16；小太阳轮21速度由传感器B34与测速点B35测定，测速点B35固定在小太阳轮21所在套筒轴B10上；行星架9速度由传感器C36与测速点C37测定，速点C37布置在行星架9顶部；大太阳轮7速度由传感器D38与测速点D39测定，测速点D39安装在大太阳轮7的外圆周。

机架由底座40和侧立柱3组成，底座40和侧立柱3通过粘接固连。

本发明的操作方法及器械运转过程：

1.通过遥控或旋钮控制大太阳轮驱动电机A25、小太阳轮驱动电机B12，当大太阳轮7或小太阳轮21有一个转动时，实现行星轮系演示，当二者都转动时，实现差动轮系演示；

2.以某一状态的周转轮系为基础，通过电机C18驱动主轴1以行星架9大小相等、方向相反的速度转动，则主轴1带动周转轮系整体反转，实现反转法演示；

3.通过测速显示部分，得到反转前后小太阳轮21、大太阳轮7、行星架9、主轴1的速度，则可验证周转轮系反转法计算公式。

Claims (2)

1.一种周转轮系反转法教学教具，其特征是该教具包括：主体演示部分、大太阳轮和小太阳轮驱动装置、主轴反转驱动装置、测速显示装置和机架，主体演示部分、大太阳轮和小太阳轮的驱动装置都安装在主轴上，主轴以行星架速度大小相等、方向相反的速度转动，实现周转轮系“反转”。所述主体演示部分由小太阳轮、大太阳轮、行星架、行星轮、套筒A、套筒B、滚针轴承A、滚针轴承B、滚针轴承C、滚针轴承D、销轴和主轴组成，其中小太阳轮通过粘接固定在套筒B上，套筒B通过滚针轴承B安装在主轴上，采用滚针轴承以减小其径向尺寸，大太阳轮采用齿圈结构，大太阳轮通过粘接固定在套筒A上，并通过滚针轴承A安装在主轴上，行星架通过滚针轴承C安装在小太阳轮所在的套筒B上，行星架绕小太阳轮的套筒B进行转动，行星架上安装两个行星轮，行星轮通过销轴安装在行星架上，行星轮通过滚针轴承D安装在销轴上，销轴与行星架采用过盈配合；所述大太阳轮和小太阳轮驱动装置分别由电机A、电机B、内置减速器A、内置减速器B、开式小齿轮A、开式小齿轮B、开式大齿轮A、开式大齿轮B、碳刷A、碳刷B、摩擦环A、摩擦环B、支座A和支座B组成，电机A驱动大太阳轮，电机B驱动小太阳轮，实现周转轮系类型的转换，驱动小太阳轮的电机B通过支座B固定在主轴上，内置减速器B的输入轴与电机B的输出轴相连，开式小齿轮B安装在内置减速器B的输出轴上，开式小齿轮B与大齿轮B啮合，开式大齿轮B安装在套筒B上，开式大齿轮B通过套筒与小太阳轮组成双联齿轮，摩擦环B固定在主轴上，碳刷B固定在机架侧立柱上，通过碳刷B与摩擦环B组合的动态接触方式为电机B供电，动力由电机B通过内置减速器B、相互啮合的大齿轮B和小齿轮B、套筒B传递给小太阳轮，驱动大太阳轮的电机A通过支座A固定在主轴上，大太阳轮驱动装置与方式同小太阳轮；所述主轴反转驱动装置由电机、蜗轮蜗杆减速器、联轴器组成，电机固定在机架的侧立柱上，蜗轮蜗杆的输入轴与电机相连，蜗轮蜗杆减速器输出轴通过联轴器与主轴相连，主轴由电机通过蜗轮蜗杆减速器驱动，利用其自锁特性保证主轴静止、运转的稳定性；所述测速显示装置由传感器A、传感器B、传感器B、传感器C、传感器D、测速点A、测速点B、测速点C、测速点D、显示器和控制电路组成，主轴速度由测速点A与接传感器A测定，测速点A固定在主轴的联轴器上，并连接传感器A；小太阳轮速度由传感器B与测速点B测定，测速点B固定在小太阳轮所在套筒轴B上，并连接传感器B；行星架速度由传感器C与测速点C测定，速点C布置在行星架顶部，并连接传感器C；大太阳轮速度由传感器D与测速点D测定，测速点D安装在大太阳轮的外圆周上，并连接传感器D；显示器固定在底座上，控制电路布置在底座下方；所述机架由底座和侧立柱组成，底座和侧立柱通过粘接固连。

2.根据权利要求1所述的一种周转轮系反转法教学教具，其特征是所说的行星轮、行星架、小太阳轮和大太阳轮均采用不同颜色的亚克力材料制成；底板和侧立柱采用高透明亚克力板制成。