CN104200736B - 一种教学演示实验台 - Google Patents
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Abstract
一种教学演示实验台，包括机架、画板、轨迹生成机构，轨迹生成器，轨迹生成机构为螺旋式可调齿轮五杆组合机构，由互相啮合的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和左上连杆、左下连杆、右上连杆、右下连杆组成。左下连杆、右下连杆的下端分别与第二齿轮、第三齿轮的轮轴连接，左下连杆和右下连杆的上端分别与左上连杆和右上连杆的下端铰接，左上连杆和右上端通过铰链轴连接，画笔通过轨迹生成器装设在铰链轴上。本发明能在线免拆卸调节连杆长度，可实时在画板上绘制连杆运动轨迹曲线，形象直观，使学生更深刻的掌握连杆机构实现预定轨迹的运动特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种教学用具，特别是涉及一种教学演示实验台。
背景技术
平面连杆机构教学演示实验台在各高校中得到了广泛使用，但目前平面连杆机构实验台需要调节连杆长度时，必须使用扳手重新拆装，很不方便，浪费时间，并且连杆机构实现预定轨迹的运动特性演示无法实时绘制连杆曲线，不直观形象，不便于学生的理解。
发明内容
本发明的目的，是提供一种教学演示实验台，本发明针对以上不足设计了螺旋式可调平面连杆机构，可以无需拆卸在线无级调节连杆长度，使用方便，效率高，并且设计了连杆轨迹生成器，安装在连杆上，同时设计了可以实时绘制连杆运动轨迹的画板，形象直观，使学生更深刻的掌握连杆机构实现预定轨迹的运动特性。
采用的技术方案是：
一种教学演示实验台，包括机架、轨迹生成画板、轨迹生成机构、轨迹生成器和电机，其特征在于：
机架，包括上端横梁、下端横梁、左侧立柱、右侧立柱、五个中间立柱和底座，左侧立柱、右侧立柱上端分别用螺栓与上端横梁固定连接，左侧立柱和右侧立柱的下端分别用螺栓与下端横梁固定连接，左侧立柱、右侧立柱、上端横梁和下端横梁共同组成一个框架与底座用螺栓固定连接在一起。
上端横梁上横向开设有第一横槽，下端横梁上横向开设有第二横槽，五个中间立柱竖直设置，五个中间立柱的上端分别通过第一螺栓杆穿过第一横槽后通过螺母固定；五个中间立柱的下端分别通过第二螺栓杆穿过第二横槽后用螺母固定。因此，放松第一螺栓杆和第二螺栓杆可调节五个中间立柱之间的横向距离，便于安装不同的轨迹生成机构。每个中间立柱上安装有多个滑块，滑块能沿中间立柱上、下滑动，滑动到设定位置后通过螺栓拧紧定位，每个滑块上有安装通孔。
轨迹生成画板上端镶嵌在上连接件的凹槽内，上连接件另一端与上支架的一端用螺栓连接，上支架的另一端用螺栓与上端横梁固定连接，轨迹生成画板下端镶嵌在下连接件的凹槽内，下连接板的另一端与下支架的一端用螺栓连接，下支架的另一端与底座固定连接。
轨迹生成机构，为螺旋式可调齿轮五杆组合机构，包括三个齿轮机构和螺旋式可调连杆机构。三个齿轮机构，包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第二齿轮、第一齿轮和第三齿轮的轮轴穿过对应的一个中间立柱上的滑块上的安装通孔连接，且第一齿轮分别与第二齿轮和第三齿轮啮合。
螺旋式可调连杆机构，包括左上连杆、左下连杆、右上连杆和右下连杆，左下连杆和右下连杆的下端分别通过螺栓与第二齿轮和第三齿轮的轮轴连接。左下连杆和右下连杆的上端分别通过螺栓与左上连杆和右上连杆铰接。
左上连杆和右上连杆的上端通过铰链轴连接。画笔通过轨迹生成器与铰链轴连接。
左上连杆、左下连杆和右上连杆、右下连杆在结构上相同，以左上连杆为例，连杆左端为左旋传动外螺纹杆，右端为右旋传动外螺纹杆,中间为一空心调节套筒，调节套筒左端加工成左旋传动内螺纹，与连杆左旋传动外螺纹杆旋入配合，调节套筒右端加工成右旋传动内螺纹,与连杆右旋传动外螺纹杆旋入配合，为了避免左旋传动外螺纹杆和右旋传动外螺纹杆两端相互转动，在左旋传动外螺纹杆和右旋传动外螺纹杆上分别加工一个凹槽，将卡片两端分别嵌在凹槽内，然后将调节套筒从左旋传动外螺纹杆和右旋传动外螺纹杆两端分别旋入，由于连杆两端螺纹旋向相反，这样通过旋转中间调节套筒就可以无须拆卸在线调节杆长，向一个方向旋转中间调节套筒使连杆伸长，向另一个方向旋转中间调节套筒则使连杆缩短；从而达到免拆卸在线无极调节连杆长度的目的。使机构由于杆长的变化具有不同的运动特性，同时，通过调节各杆长度可以方便地在画板上演示连杆可以实现预定轨迹的功能，使学生形象、直观地加深对这部分知识的理解。
轨迹生成器，包括画笔、笔套、套筒、连接件和弹簧。
画笔紧配合插入笔套内，笔套外缘上有凸台，笔套一端穿过套筒，笔套与套筒形成间隙配合，套筒内缘边卡在笔套外缘的凸台上，套筒另一端与连接件以螺纹连接的方式连接在一起，在套筒内装有弹簧，弹簧上端顶在笔套下端，弹簧下端顶在连接件上端，连接件下端的外螺纹旋入铰链轴上内螺纹孔内，使轨迹生成器直接固定安装在连杆机构铰链点上，左上连杆和右上连杆通过铰链轴形成转动副，然后通过调节左上连杆和右上连杆以及左下连杆和右下连杆的杆长，在画板上绘制出不同的连杆曲线。
电机输出轴上装设的第一皮带轮与装设在第三齿轮的轮轴上的第二皮带轮通过皮带连接。
本发明可使画笔在轨迹生成画板上实时绘制出连杆曲线，形象直观，通过绘制出的实际轨迹与理论计算结果相对比，若基本无差别，说明设计合理，若差别较大，找出原因并加以解决，让学生从理论走向实际，锻炼学生们解决实际问题的能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的左视图。
图4是连杆分解示意图。
图5是连杆伸长状态示意图。
图6是连杆缩短示意图。
图7是轨迹生成画板连接示意图。
图8是第一种轨迹生成器结构示意图。
图9是轨迹生成器安装在左上连杆和右上连杆的铰链点上示意图。
图10是图9的右视图。
具体实施方式
一种教学演示实验台，包括机架6、轨迹生成画板4、轨迹生成机构15、轨迹生成器39和电机1，其特征在于：
机架6，包括上端横梁9、下端横梁10、左侧立柱11、右侧立柱12、五个中间立柱13和底座14，左侧立柱11、右侧立柱12上端分别用螺栓与上端横梁9固定连接，左侧立柱11和右侧立柱12的下端分别用螺栓与下端横梁10固定连接。左侧立柱11、右侧立柱12、上端横梁9和下端横梁10共同组成一个框架与底座14用螺栓固定连接在一起。
上端横梁9上横向开设有第一横槽7，下端横梁10上横向开设有第二横槽8，五个中间立柱13竖直设置，五个中间立柱13的上端分别通过对应的第一螺栓杆16穿过第一横槽7后通过螺母固定；五个中间立柱13的下端分别通过对应的第二螺栓杆40穿过第二横槽8后用螺母固定。因此，放松第一螺栓杆16和第二螺栓杆40可调节五个中间立柱之间的横向距离，便于安装不同的轨迹生成机构。每个中间立柱13上安装有多个滑块17，滑块17能沿中间立柱13上、下滑动，滑动到设定位置后通过螺栓拧紧定位，每个滑块17上有安装通孔5。
轨迹生成画板4上端镶嵌在上连接件20的凹槽内，上连接件20另一端与上支架21的一端用螺栓22连接，上支架21的另一端用螺栓23与上端横梁9固定连接，轨迹生成画板4下端镶嵌在下连接件24的凹槽内，下连接件24的另一端与下支架25的一端用螺栓连接，下支架25的另一端与底座14用螺栓固定连接。
轨迹生成机构15，为螺旋式可调齿轮五杆组合机构，包括三个齿轮机构和螺旋式可调连杆机构。三个齿轮机构，包括第一齿轮38、第二齿轮41和第三齿轮42，第一齿轮38、第二齿轮41和第三齿轮42的轮轴安装在中间立柱13上的滑块17上的安装通孔5内，且第一齿轮38分别与第二齿轮41和第三齿轮42啮合。
螺旋式可调连杆机构，包括左上连杆36、左下连杆43、右上连杆37和右下连杆44，左下连杆43和右下连杆44的下端分别通过螺栓与第二齿轮41和第三齿轮42的轮轴连接。左下连杆43和右下连杆44的上端分别通过螺栓与左上连杆36和右上连杆37铰接。
左上连杆36和右上连杆37的上端通过铰链轴35连接。画笔19通过轨迹生成器39与铰链轴35连接。
左下连杆43、左上连杆36、右下连杆44和右上连杆37在结构上均相同，以左上连杆36为例，连杆左端为左旋传动外螺纹杆26，右端为右旋传动外螺纹杆27,中间为一空心调节套筒28，调节套筒28左端加工成左旋传动内螺纹，与连杆左旋传动外螺纹杆26旋入配合，调节套筒28右端加工成右旋传动内螺纹,与连杆右旋传动外螺纹杆27旋入配合，为了避免左旋传动外螺纹杆26和右旋传动外螺纹杆27两端相互转动，在左旋传动外螺纹杆26和右旋传动外螺纹杆27上分别加工一个凹槽29，将卡片30两端分别嵌在凹槽29内，然后将调节套筒28从左旋传动外螺纹杆26和右旋传动外螺纹杆27两端分别旋入，由于连杆两端螺纹旋向相反，这样通过旋转中间调节套筒28就可以无须拆卸在线调节杆长，向一个方向旋转中间调节套筒28使连杆伸长，如图5，向另一个方向旋转中间调节套筒28则使连杆缩短，如图6；从而达到免拆卸在线无极调节连杆长度的目的。该机构由于杆长的变化具有不同的运动特性，同时，通过调节各杆长度可以方便地在画板上演示连杆可以实现预定轨迹的功能，使学生形象、直观地加深对这部分知识的理解。
轨迹生成器39，如图8，包括笔套31、套筒32、连接件33和弹簧34。
画笔19紧配合插入笔套31内，笔套31外缘上有凸台，笔套31一端穿过套筒32，笔套31与套筒32形成间隙配合，套筒32内缘边卡在笔套31外缘的凸台上，套筒32另一端与带有外螺纹45的连接件33以螺纹连接的方式连接在一起，在套筒32内装有弹簧34，弹簧34上端顶在笔套31下端，弹簧34下端顶在连接件33上端，连接件33下端有外螺纹45的部分旋入铰链轴35上的内螺纹孔内，使轨迹生成器39直接固定安装在连杆机构铰链点上，左上连杆36和右上连杆37通过铰链轴35形成转动副，如图9，图10所示，然后通过调节左上连杆36和右上连杆37以及左下连杆43和右下连杆44的杆长，在画板上绘制出不同的连杆曲线。
电机1输出轴上装设的第一皮带轮3与装设在第三齿轮42的轮轴上的第二皮带轮18通过皮带2连接。
Claims (2)
1.一种教学演示实验台，包括机架(6)、轨迹生成画板(4)、轨迹生成机构(15)、轨迹生成器(39)和电机(1)，其特征在于：
机架(6)，包括上端横梁(9)、下端横梁(10)、左侧立柱(11)、右侧立柱(12)、五个中间立柱(13)和底座(14)，左侧立柱(11)、右侧立柱(12)上端分别用螺栓与上端横梁(9)固定连接，左侧立柱(11)和右侧立柱(12)的下端分别用螺栓与下端横梁(10)固定连接；左侧立柱(11)、右侧立柱(12)、上端横梁(9)和下端横梁(10)共同组成一个框架与底座(14)用螺栓固定连接在一起；
上端横梁(9)上横向开设有第一横槽(7)，下端横梁(10)上横向开设有第二横槽(8)，五个中间立柱(13)竖直设置，五个中间立柱(13)的上端分别通过对应的第一螺栓杆(16)穿过第一横槽(7)后通过螺母固定；五个中间立柱(13)的下端分别通过对应的第二螺栓杆(40)穿过第二横槽(8)后用螺母固定；因此，放松第一螺栓杆(16)和第二螺栓杆(40)可调节五个中间立柱之间的横向距离，便于安装不同的轨迹生成机构；每个中间立柱(13)上安装有多个滑块(17)，滑块(17)能沿中间立柱(13)上、下滑动，滑动到设定位置后通过螺栓拧紧定位，每个滑块(17)上有安装通孔(5)；
轨迹生成画板(4)上端镶嵌在上连接件(20)的凹槽内，上连接件(20)另一端与上支架(21)的一端用螺栓(22)连接，上支架(21)的另一端用螺栓(23)与上端横梁(9)固定连接，轨迹生成画板(4)下端镶嵌在下连接件(24)的凹槽内，下连接件(24)的另一端与下支架(25)的一端用螺栓连接，下支架(25)的另一端与底座(14)用螺栓固定连接；
轨迹生成机构(15)，为螺旋式可调齿轮五杆组合机构，包括三个齿轮机构和螺旋式可调连杆机构，三个齿轮机构，包括第一齿轮(38)、第二齿轮(41)和第三齿轮(42)，第一齿轮(38)、第二齿轮(41)和第三齿轮(42)的轮轴安装在中间立柱(13)上的滑块(17)上的安装通孔(5)内，且第一齿轮(38)分别与第二齿轮(41)和第三齿轮(42)啮合；
螺旋式可调连杆机构，包括左上连杆(36)、左下连杆(43)、右上连杆(37)和右下连杆(44)，左下连杆(43)和右下连杆(44)的下端分别通过螺栓与第二齿轮(41)和第三齿轮(42)的轮轴连接，左下连杆(43)和右下连杆(44)的上端分别通过螺栓与左上连杆(36)和右上连杆(37)铰接；
左上连杆(36)和右上连杆(37)的上端通过铰链轴(35)连接，画笔(19)通过轨迹生成器(39)与铰链轴(35)连接；
所述的左下连杆(43)、左上连杆(36)、右下连杆(44)和右上连杆(37)在结构上相同，左上连杆(36)左端为左旋传动外螺纹杆(26)，右端为右旋传动外螺纹杆(27),中间为一空心调节套筒(28)，调节套筒(28)左端加工成左旋传动内螺纹，与连杆左旋传动外螺纹杆(26)旋入配合，调节套筒(28)右端加工成右旋传动内螺纹,与连杆右旋传动外螺纹杆(27)旋入配合；
所述电机(1)输出轴上装设的第一皮带轮(3)与装设在第三齿轮(42)的轮轴上的第二皮带轮(18)通过皮带(2)连接；
所述的左旋传动外螺纹杆(26)和右旋传动外螺纹杆(27)上分别加工一个凹槽(29)，卡片(30)两端分别嵌在凹槽(29)内，调节套筒(28)从左旋传动外螺纹杆(26)和右旋传动外螺纹杆(27)两端分别旋入。
2.根据权利要求1所述的一种教学演示实验台，其特征在于：
轨迹生成器(39)，包括笔套(31)、套筒(32)、连接件(33)和弹簧(34)；
画笔(19)紧密配合插入笔套(31)内，笔套(31)外缘上有凸台，笔套(31)一端穿过套筒(32)，笔套(31)与套筒(32)形成间隙配合，套筒(32)内缘边卡在笔套(31)外缘的凸台上，套筒(32)另一端与带有外螺纹(45)的连接件(33)以螺纹连接的方式连接在一起，在套筒(32)内装有弹簧(34)，弹簧(34)上端顶在笔套(31)下端，弹簧(34)下端顶在带有外螺纹(45)的连接件(33)上端，连接件(33)下端的外螺纹(45)旋入铰链轴(35)上的内螺纹孔内，使轨迹生成器(39)直接固定安装在连杆机构铰链点上。
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