CN104332095A - 摆动从动件凸轮-轮系组合教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆动从动件凸轮-轮系组合教具。凸轮机构摆动从动件运动规律知识点、凸轮机构反转法、周转轮系中传动比计算的转化机架原理是教学中的难点，多数学生不能完全理解原理以及基本知识点。本发明包括总支架、驱动转换装置、传动轮系机构、行星轮系机构和凸轮组件；驱动转换装置手动或电动驱动传动轮系机构和行星轮系机构；凸轮组件的运动及反转法通过行星轮系机构实现。本发明能演示不同类型摆动从动件的运动规律，实现摆动从动件头部形状可变换、基圆和理论廓线可扩展、凸轮转角可读、摆动从动件角位移可读、运动规律展示、摆动从动件凸轮机构反转法和周转轮系传动比计算的转化机架原理知识点演示。

Description

摆动从动件凸轮-轮系组合教具

技术领域

本发明属于教学用具领域，具体涉及一种摆动从动件凸轮-轮系组合教具。

背景技术

《机械原理》是机械专业的基础课，具有较强的理论性与实践性，学生是否学好直接影响今后的设计和实践。凸轮机构摆动从动件运动规律知识点、凸轮机构反转法、周转轮系中传动比计算的转化机架原理是教学中的难点，教师在教学过程中借助多媒体手段，用动画讲解，但大多数学生不能完全理解原理以及基本知识点，学生听了似懂非懂，教学效果不好。在高效率教学的时代里，教具就显得更加重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种摆动从动件凸轮-轮系组合教具，该教具能演示不同类型摆动从动件的运动规律知识点，能实现摆动从动件头部形状可变换、基圆和理论廓线可扩展、凸轮转角可读、摆动从动件角位移可读、运动规律展示和摆动从动件凸轮机构反转法知识点演示，凸轮机构反转法实现机构（行星轮系机构）能复用于演示周转轮系传动比计算的转化机架原理教学。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明包括总支架、驱动转换装置、传动轮系机构、行星轮系机构和凸轮组件。

所述的驱动转换装置包括电机驱动齿轮、直流电动机、驱动转换支座、驱动转换调节装置、手柄、手柄转动盘、手柄固定盘、手柄转动轴齿轮和手柄转动轴。所述驱动转换调节装置的安装轴固定在调节支座上，调节支座固定在总支架上，驱动转换支座与驱动转换调节装置的调节臂固定，驱动转换调节装置可在手摇工位和电机驱动工位间切换；所述直流电动机的底座固定在驱动转换支座的一端，直流电动机的输出轴与电机驱动齿轮固定；所述的手柄转动轴通过滚动轴承支承在驱动转换支座的另一端；所述的手柄转动轴齿轮固定在手柄转动轴上；所述的手柄转动盘与手柄转动轴过盈配合；手柄固定盘与驱动转换支座固定；所述手柄固定盘的内侧端面沿圆周均布开设有多个钢珠凹槽；所述手柄转动盘的内侧端面开设有钢珠安放槽，弹簧的一端与钢珠安放槽固定，另一端与钢珠固定；手柄固定盘与手柄转动盘通过钢珠接触，钢珠可嵌入钢珠凹槽内；手柄转动盘的外侧轮缘固定有手柄。

所述的传动轮系机构包括第一输入齿轮、输入轴、第二输入齿轮、第三输入齿轮、变速控制轴、第一变速齿轮、第二变速齿轮、第一输出齿轮、输出主轴、第二输出齿轮、第三输出齿轮、反转盘面板、反转盘外齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、传动轴、反转控制齿轮和反转控制轴；所述的第三输入齿轮与电机驱动齿轮或手柄转动轴齿轮啮合；所述的输入轴、输出主轴和传动轴的两端均通过滚动轴承支承在总支架上；变速控制轴和反转控制轴均与总支架通过直线轴承连接；所述的第一输入齿轮、第二输入齿轮和第三输入齿轮均固定在输入轴上；第一变速齿轮和第二变速齿轮均固定在变速控制轴上；第一输出齿轮、第二输出齿轮和第三输出齿轮均固定在输出主轴上；反转盘外齿轮通过滚动轴承支承在输出主轴上；所述的反转盘面板空套在输出主轴上，并与反转盘外齿轮固定；反转控制齿轮固定在反转控制轴上；所述的第一传动齿轮和第二传动齿轮均固定在传动轴上；第一传动齿轮与反转盘外齿轮啮合；凸轮摆杆传动或周转轮系传动演示时，第一变速齿轮同时与第二输入齿轮和第一输出齿轮啮合；凸轮反转法或周转轮系转化为定轴轮系计算传动比演示时，第二变速齿轮同时与第一输入齿轮和第二输出齿轮啮合，反转控制齿轮同时与第三输出齿轮和第二传动齿轮啮合。

所述的行星轮系机构包括反转盘内齿轮、行星齿轮、行星架、第四输出齿轮和行星轮轴；所述的反转盘内齿轮空套在输出主轴上，并与反转盘面板固定；所述的第四输出齿轮与输出主轴的头部通过平键连接；行星架的一端通过滚动轴承支承在输出主轴上；行星轴与行星架的另一端通过平键连接；所述的行星齿轮通过滚动轴承支承在行星轴上，且同时与第四输出齿轮和反转盘内齿轮啮合。

所述的凸轮组件包括面板支架、第一面板、第二面板、摆杆支座、摆杆销轴、静止摆杆、运动摆杆、凸轮、凸轮基圆板、第一摆杆尖顶接头、第二摆杆尖顶接头、凸轮转角静指示针、凸轮转角动指示针、楔形键、凸轮刻度盘、摆角刻度盘、凸轮廓线扩展板、基圆扩展板、凸轮轴、垫块、滑轨、滑动杆、异形销轴、运动规律线图展示盒、运动规律指针和反转刻度盘。所述的面板支架套置在反转盘内齿轮外，并与总支架固定；反转刻度盘粘在面板支架的侧面上；两个滑轨沿径向固定在反转盘内齿轮的外端面轮缘处，且两个滑轨与内反转盘内齿轮之间均设有垫块；凸轮轴与输出主轴同轴设置，且与行星架通过平键连接；所述的第一面板和第二面板均套置在凸轮轴上；第一面板和第二面板的内端面均固定有滑动杆，两根滑动杆分别与对应的滑轨通过滑动副连接；第一面板与第二面板的结合面为相互嵌合的矩形齿，第一面板的齿顶处、第二面板的齿槽处均固定有吸铁石；所述的第一面板和第二面板沿圆周均开设有反转刻度盘观察槽；所述的凸轮和凸轮基圆板均与凸轮轴通过平键连接，且凸轮基圆板与凸轮轴通过楔形键连接；凸轮设置在第一面板和第二面板的外侧；凸轮基圆板的内端面与凸轮的外端面固定，凸轮刻度盘粘在凸轮基圆板的外端面上；凸轮和凸轮基圆板的轮廓面均开设有环形插槽，凸轮廓线扩展板插接在凸轮的环形插槽内，基圆扩展板插接在凸轮基圆板的环形插槽内；所述的摆杆支座固定在第二面板的外端面上；所述的静止摆杆和运动摆杆均通过摆杆销轴与摆杆支座铰接，静止摆杆设置在摆杆支座的顶部，运动摆杆设置在摆杆支座的底部；所述的摆角刻度盘呈扇形，粘接在第二面板的外端面上，且设置在运动摆杆与第二面板之间；静止摆杆和运动摆杆的头部均开设有接头安装孔，运动摆杆的接头安装孔与第一摆杆尖顶接头的尾部过渡配合连接，静止摆杆的接头安装孔与第二摆杆尖顶接头的尾部过渡配合连接；所述的第一摆杆尖顶接头和第二摆杆尖顶接头的头部均为锥形，第一摆杆尖顶接头的头部与凸轮通过凸轮副连接，第二摆杆尖顶接头的头部与凸轮基圆板通过凸轮副连接；凸轮转角静指示针和凸轮转角动指示针均沿凸轮基圆板的径向设置；所述凸轮转角静指示针的尾部与第二摆杆尖顶接头侧壁的静指示针安装槽过渡配合连接；所述凸轮转角动指示针的尾部设有与针头所在平面垂直的连接杆，连接杆嵌入凸轮轴头部的中心孔内。所述的异形销轴包括一体成型的圆柱部分和长方体部分，长方体部分设置在圆柱部分的一端侧壁上；圆柱部分与面板支架固定，长方体部分水平设置；所述的运动规律线图展示盒开设有与异形销轴形状相匹配的异形槽，运动规律线图展示盒的异形槽套接于异形销轴上；运动规律指针的底部与运动规律线图展示盒的底部通过滑动副连接；运动规律线图板插入运动规律线图展示盒的图板插槽中，运动规律线图板上的横坐标轴与凸轮基圆板的顶部切线平行；运动规律线图板的材料为透明塑料。运动规律线图板上的横坐标轴为凸轮的转角，纵坐标为运动摆杆的摆角。

所述的凸轮廓线扩展板为开设有缝隙的透明环形薄板，内、外轮廓面形状均与凸轮的轮廓面形状相同；所述的基圆扩展板为开设有缝隙的透明环形薄板。

初始安装位置，第一摆杆尖顶接头的头部尖点与凸轮的升程起始点接触，凸轮转角动指示针与凸轮转角静指示针指向凸轮刻度盘的同一刻度。

可将第一摆杆尖顶接头更换为第一滚子接头，第二摆杆尖顶接头更换为第二滚子接头；第一滚子接头和第二滚子接头的头部均铰接有滚子；所述第一滚子接头的尾部与运动摆杆的接头安装孔过渡配合连接，头部的滚子与凸轮通过凸轮副连接；第二滚子接头的尾部与静止摆杆的接头安装孔过渡配合连接，头部的滚子与凸轮基圆板通过凸轮副连接；凸轮转角静指示针的尾部与第二滚子接头侧壁的静指示针安装槽过渡配合连接。

也可去除第一摆杆尖顶接头和第二摆杆尖顶接头，静止摆杆和运动摆杆均更换为凸轮摆杆；两根凸轮摆杆的尾部均通过摆杆销轴与摆杆支座铰接，一根凸轮摆杆的侧面与凸轮通过凸轮副连接，另一根凸轮摆杆的侧面与凸轮基圆板通过凸轮副连接。

本发明具有的有益效果：

本发明能演示不同类型摆动从动件的运动规律知识点，能实现摆动从动件头部形状可变换、基圆和理论廓线可扩展、凸轮转角可读、摆动从动件角位移可读、运动规律展示和摆动从动件凸轮机构反转法知识点演示，凸轮机构反转法实现机构（行星轮系机构）能复用于演示周转轮系传动比计算的转化机架原理教学，大大加深了学生的理解，方便了教学，提高了教学质量。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明的整体结构剖视图；

图3为本发明的一个侧视立体图；

图4为本发明的另一个侧视立体图；

图5为本发明中行星轮系机构的结构立体图；

图6为本发明中尖顶摆动从动件凸轮机构的传动原理示意图；

图7为本发明中滚子摆动从动件凸轮机构的传动原理示意图；

图8为本发明中第二摆杆尖顶接头的结构立体图；

图9为本发明中第二滚子接头的结构立体图；

图10为本发明中凸轮摆杆的结构立体图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作详细说明。

如图1、2、3、4和5所示，摆动从动件凸轮-轮系组合教具，包括总支架2、驱动转换装置、传动轮系机构、行星轮系机构和凸轮组件；传动轮系机构的驱动，有手动或电动两种方式，驱动力的转换通过驱动转换装置传递给传动轮系机构；凸轮组件的运动及反转法通过行星轮系机构来实现。

如图2、3和4所示，驱动转换装置包括电机驱动齿轮27、直流电动机28、驱动转换支座29、驱动转换调节装置30、手柄31、手柄转动盘32、手柄固定盘33、手柄转动轴齿轮34和手柄转动轴。驱动转换调节装置30的安装轴固定在调节支座53上，调节支座53固定在总支架2上，驱动转换支座29与驱动转换调节装置30的调节臂固定，驱动转换调节装置30可在手摇工位和电机驱动工位间切换，分别实现手摇驱动和电机驱动。直流电动机28的底座固定在驱动转换支座29的一端，直流电动机28的输出轴与电机驱动齿轮27固定。手柄转动轴通过滚动轴承支承在驱动转换支座29的另一端；手柄转动轴齿轮34固定在手柄转动轴上；手柄转动盘32与手柄转动轴过盈配合；手柄固定盘33与驱动转换支座29固定；手柄固定盘33的内侧端面沿圆周均布开设有十二个钢珠凹槽。手柄转动盘32的内侧端面开设有钢珠安放槽，弹簧的一端与钢珠安放槽固定，另一端与钢珠固定；手柄固定盘33与手柄转动盘32通过钢珠接触，手柄转动盘32转动过程中，钢珠可嵌入钢珠凹槽内；手柄转动盘32的外侧轮缘固定有手柄31。

传动轮系机构包括第一输入齿轮35、输入轴36、第二输入齿轮37、第三输入齿轮38、变速控制轴39、第一变速齿轮40、第二变速齿轮41、第一输出齿轮42、输出主轴43、第二输出齿轮44、第三输出齿轮45、反转盘面板46、反转盘外齿轮47、第一传动齿轮48、第二传动齿轮49、传动轴50、反转控制齿轮51和反转控制轴52；第三输入齿轮38与电机驱动齿轮27或手柄转动轴齿轮34啮合；输入轴36、输出主轴43和传动轴50的两端均通过滚动轴承支承在总支架2上；变速控制轴39和反转控制轴52均与总支架2通过直线轴承连接；第一输入齿轮35、第二输入齿轮37和第三输入齿轮38均固定在输入轴36上；第一变速齿轮40和第二变速齿轮41均固定在变速控制轴39上；第一输出齿轮42、第二输出齿轮44和第三输出齿轮45均固定在输出主轴43上；反转盘外齿轮47通过滚动轴承支承在输出主轴43上；反转盘面板46空套在输出主轴43上，并与反转盘外齿轮47固定；反转控制齿轮51固定在反转控制轴52上；第一传动齿轮48和第二传动齿轮49均固定在传动轴50上；第一传动齿轮48与反转盘外齿轮47啮合。演示凸轮摆杆传动时，第一变速齿轮40同时与第二输入齿轮37和第一输出齿轮42啮合，第一输出齿轮42带动输出主轴43运转；反转控制齿轮51不参与啮合。凸轮反转法演示时，平移变速控制轴39和反转控制轴52，使得第一变速齿轮40与第二输入齿轮37及第一输出齿轮42分离，第二变速齿轮41同时与第一输入齿轮35和第二输出齿轮44啮合，带动输出主轴43旋转，反转控制齿轮51同时与第三输出齿轮45和第二传动齿轮49啮合，动力经反转控制齿轮51、第二传动齿轮49、第一传动齿轮48传给反转盘外齿轮47，从而带动反转盘面板46旋转。

如图2、3、4和5所示，行星轮系机构包括反转盘内齿轮54、行星齿轮55、行星架56、第四输出齿轮57和行星轮轴60；反转盘内齿轮54空套在输出主轴43上，并与反转盘面板46固定；第四输出齿轮57与输出主轴43的头部通过平键连接；行星架56的一端通过滚动轴承支承在输出主轴43上；行星轴60与行星架56的另一端通过平键连接；行星齿轮55通过滚动轴承支承在行星轴60上，且同时与第四输出齿轮57和反转盘内齿轮54啮合。

如图1、2、6和8所示，凸轮组件包括面板支架5、第一面板6、第二面板7、摆杆支座8、摆杆销轴9、静止摆杆10、运动摆杆11、凸轮12、凸轮基圆板13、第一摆杆尖顶接头14、第二摆杆尖顶接头14-1、凸轮转角静指示针15、凸轮转角动指示针16、楔形键17、凸轮刻度盘18、摆角刻度盘19、凸轮廓线扩展板21、基圆扩展板22、凸轮轴23、垫块24、滑轨25、滑动杆26、异形销轴58、运动规律线图展示盒59、运动规律指针59-1和反转刻度盘61。面板支架5套置在反转盘内齿轮54外，并与总支架2固定；反转刻度盘61粘在面板支架5的侧面上；两个滑轨25沿径向固定在反转盘内齿轮54的外端面轮缘处，且两个滑轨25与内反转盘内齿轮54之间均设有垫块24；凸轮轴23与输出主轴43同轴设置，且与行星架56通过平键连接；第一面板6和第二面板7均套置在凸轮轴23上；第一面板6和第二面板7的内端面均固定有滑动杆26，两根滑动杆26分别与对应的滑轨25通过滑动副连接；第一面板6与第二面板7的结合面为相互嵌合的矩形齿，第一面板6的齿顶处、第二面板7的齿槽处均固定有吸铁石；第一面板6和第二面板7沿圆周均开设有反转刻度盘观察槽，通过反转刻度盘观察槽可看出第一面板6和第二面板7反转的角度；凸轮12和凸轮基圆板13均与凸轮轴23通过平键连接，且凸轮基圆板13与凸轮轴23通过楔形键17连接，楔形键17实现凸轮基圆板13的轴向定位；凸轮12设置在第一面板6和第二面板7的外侧；凸轮基圆板13的内端面与凸轮12的外端面固定，凸轮刻度盘18粘在凸轮基圆板13的外端面上；凸轮12和凸轮基圆板13的轮廓面均开设有环形插槽，凸轮廓线扩展板21插接在凸轮12的环形插槽内；凸轮廓线扩展板21为开设有缝隙的透明环形薄板，内、外轮廓面形状均与凸轮12的轮廓面形状相同；基圆扩展板22为开设有缝隙的透明环形薄板，插接在凸轮基圆板13的环形插槽内；摆杆支座8固定在第二面板7的外端面上；静止摆杆10和运动摆杆11均通过摆杆销轴9与摆杆支座8铰接，静止摆杆10设置在摆杆支座8的顶部，运动摆杆11设置在摆杆支座8的底部；摆角刻度盘19呈扇形，粘接在第二面板7的外端面上，且设置在运动摆杆11与第二面板7之间；静止摆杆10和运动摆杆11的头部均开设有接头安装孔，运动摆杆11的接头安装孔与第一摆杆尖顶接头14的尾部过渡配合连接，静止摆杆10的接头安装孔与第二摆杆尖顶接头14-1的尾部过渡配合连接；第一摆杆尖顶接头14和第二摆杆尖顶接头14-1的头部均为锥形，第一摆杆尖顶接头14的头部与凸轮12通过凸轮副连接，第二摆杆尖顶接头14-1的头部与凸轮基圆板13通过凸轮副连接；凸轮转角静指示针15和凸轮转角动指示针16均沿凸轮基圆板13的径向设置；凸轮转角静指示针15的尾部与第二摆杆尖顶接头14-1侧壁的静指示针安装槽过渡配合连接；凸轮转角动指示针16的尾部设有与针头所在平面垂直的连接杆，连接杆嵌入凸轮轴23头部的中心孔内；初始安装位置，第一摆杆尖顶接头14的头部尖点与凸轮12的升程起始点接触，凸轮转角动指示针16与凸轮转角静指示针15指向凸轮刻度盘18的同一刻度，可从凸轮刻度盘18上读出凸轮转角动指示针16相对凸轮转角静指示针15的转角，从而确定凸轮基圆板13的转角。异形销轴58包括一体成型的圆柱部分和长方体部分，长方体部分设置在圆柱部分的一端侧壁上；圆柱部分与面板支架5固定，长方体部分水平设置；运动规律线图展示盒59开设有与异形销轴58形状相匹配的异形槽，运动规律线图展示盒59的异形槽套接于异形销轴58上；运动规律线图展示盒59使用完毕后，可从异形销轴58上取下收纳放置；运动规律指针59-1的底部与运动规律线图展示盒59的底部通过滑动副连接；运动规律线图板插入运动规律线图展示盒59的图板插槽中，运动规律线图板上的横坐标轴与凸轮基圆板13的顶部切线平行；运动规律线图板的材料为透明塑料，根据不同的凸轮摆杆机构可更换对应的运动规律线图板。运动规律线图板上的横坐标轴为凸轮12的转角，纵坐标为运动摆杆11的摆角；根据凸轮刻度盘18上读出的凸轮转角和摆角刻度盘19上读出的运动摆杆摆角，移动运动规律指针59-1指示凸轮运动规律与凸轮转角及运动摆杆摆角的对应关系，实现凸轮轮廓、凸轮转角、凸轮摆动从动件角位移、凸轮运动规律知识点的讲解，多块运动规律线图板叠放可对比在凸轮轮廓相同情况下，不同摆动从动件运动规律的异同。

如图1、7和9所示，可将第一摆杆尖顶接头14更换为第一滚子接头20，第二摆杆尖顶接头14-1更换为第二滚子接头20-1；第一滚子接头20和第二滚子接头20-1的头部均铰接有滚子；第一滚子接头20的尾部与运动摆杆11的接头安装孔过渡配合连接，头部的滚子与凸轮12通过凸轮副连接；第二滚子接头20-1的尾部与静止摆杆10的接头安装孔过渡配合连接，头部的滚子与凸轮基圆板13通过凸轮副连接；凸轮转角静指示针15的尾部与第二滚子接头20-1侧壁的静指示针安装槽过渡配合连接。

如图1和10所示，也可去除第一摆杆尖顶接头14和第二摆杆尖顶接头14-1，静止摆杆10和运动摆杆11均更换为凸轮摆杆62；两根凸轮摆杆62的尾部均通过摆杆销轴9与摆杆支座8铰接，一根凸轮摆杆62的侧面与凸轮12通过凸轮副连接，另一根凸轮摆杆62的侧面与凸轮基圆板13通过凸轮副连接。

该摆动从动件凸轮-轮系组合教具的工作原理：

驱动转换装置可实现手动和电动两种驱动方式：驱动转换调节装置30切换到电机驱动工位时，电机驱动齿轮27与第三输入齿轮38啮合，直流电动机28经电机驱动齿轮27带动第三输入齿轮38转动；驱动转换调节装置30切换到手摇工位时，手柄转动轴齿轮34与第三输入齿轮38啮合，手柄31经手柄转动盘32和手柄转动轴带动手柄转动轴齿轮34转动；手柄固定盘33与手柄转动盘32通过钢珠接触，手柄转动盘32转动过程中，钢珠依靠弹簧的压力嵌入手柄固定盘33的钢珠凹槽内，实现分度转动。

演绎已知凸轮轮廓求运动规律知识点：驱动转换装置驱动第三输入齿轮38转动，第三输入齿轮38的动力经输入轴36传给第二输入齿轮37；平移变速控制轴39，使得第一变速齿轮40同时与第二输入齿轮37和第一输出齿轮42，第一输出齿轮42带动输出主轴43运转；第四输出齿轮57随输出主轴43同速转动，行星齿轮55与第四输出齿轮57啮合，带动行星架56转动，进而带动凸轮12和凸轮基圆板13转动；此时，反转控制齿轮51不参与啮合，反转盘内齿轮54静止，第一面板6和第二面板7不动。凸轮12转动推动第一摆杆尖顶接头14使运动摆杆11摆动，静止摆杆10不运动，凸轮转角静指示针15静止不动；凸轮转角动指示针16随凸轮基圆板13转动，可从凸轮刻度盘18上读出凸轮转角动指示针16相对凸轮转角静指示针15的转角，从而确定凸轮基圆板13的转角；从摆角刻度盘19上读出运动摆杆11相对静止摆杆10的摆角，即凸轮摆动从动件的角位移；第一摆杆尖顶接头14的头部尖点位置与凸轮12的轮廓线对应，此时，理论廓线与凸轮实际廓线重合，凸轮基圆板13的轮廓线为凸轮基圆，演示了尖顶摆动从动件凸轮机构的理论廓线与凸轮实际轮廓线重合，以及凸轮基圆知识点。

将第一摆杆尖顶接头14更换为第一滚子接头20，第二摆杆尖顶接头14-1更换为第二滚子接头20-1，此时，第一滚子接头20的滚子中心位置与凸轮廓线扩展板21的轮廓线对应，凸轮廓线扩展板21的轮廓线为滚子摆动从动件凸轮机构的理论廓线，凸轮12的轮廓线为滚子摆动从动件凸轮机构的实际廓线，基圆扩展板22的轮廓线为凸轮基圆，可演示滚子摆动从动件凸轮机构的理论廓线与实际廓线的区别，也可比较尖顶摆动从动件凸轮机构与滚子摆动从动件凸轮机构在凸轮轮廓线相同情况下的理论廓线和实际廓线的异同。同理，滚子摆动从动件凸轮机构中，可从凸轮刻度盘18上读出凸轮转角动指示针16相对凸轮转角静指示针15的转角，从而确定凸轮基圆板13的转角；从摆角刻度盘19上读出运动摆杆11相对静止摆杆10的摆角，即凸轮摆动从动件的角位移。

将静止摆杆10和运动摆杆11均更换为凸轮摆杆62，一根凸轮摆杆62的侧面与凸轮12通过凸轮副连接，另一根凸轮摆杆62的侧面与凸轮基圆板13通过凸轮副连接，可演示平底摆动从动件凸轮机构。

演绎尖顶摆动从动件凸轮机构的反转法原理：拨动凸轮转角动指示针16指向凸轮12 的升程起点，凸轮转角静指示针15与凸轮转角动指示针16重合；驱动转换装置驱动第三输入齿轮38转动，第三输入齿轮38的动力经输入轴36传给第一输入齿轮35；平移变速控制轴39和反转控制轴52，使得第二变速齿轮41同时与第一输入齿轮35和第二输出齿轮44啮合，带动输出主轴43和第四输出齿轮57以                                               的速度转动，第四输出齿轮57驱动行星齿轮55转动，从而带动行星架56以的速度转动；反转控制齿轮51同时与第三输出齿轮45和第二传动齿轮49啮合，输出主轴43的动力经第三输出齿轮45、反转控制齿轮51、第二传动齿轮49、第一传动齿轮48传给反转盘外齿轮47，从而带动反转盘面板46和反转盘内齿轮54反转，反转盘内齿轮54与行星齿轮55啮合，驱动行星架56以的速度反转，两个运动合成，行星架56静止，从而凸轮12和凸轮基圆板13静止；反转盘内齿轮54带动第一面板6、第二面板7和摆角刻度盘19同步反转，进而带动静止摆杆10和运动摆杆11摆动；静止摆杆10随第一面板6反转，并沿凸轮基圆板13的轮廓面滑动，但不绕摆杆支座8转动；运动摆杆11一方面随第一面板6反转，另一方面被凸轮12推动，绕摆杆支座8转动，第一摆杆尖顶接头14所在的位置即为凸轮2的轮廓点；可从摆角刻度盘19上读出运动摆杆11相对静止摆杆10的摆角，即凸轮摆动从动件的角位移；凸轮转角静指示针15随静止摆杆10旋转，可从凸轮刻度盘18上读出凸轮转角静指示针15相对凸轮转角动指示针16的转角，从而确定凸轮基圆板13的转角；读取摆杆支座8的两个位置对应反转刻度盘61上的角度差，也得出凸轮转角；详细介绍知识点时，通过手动驱动方式实现摆动从动件凸轮机构的反转，对照运动规律线图板，第一面板6反转的过程中，确定出不同凸轮转角时摆动从动件的角位移，演绎了已知运动规律情况下，凸轮廓线的绘制原理。

滚子摆动从动件凸轮机构和平底摆动从动件凸轮机构的反转法原理与尖顶摆动从动件凸轮机构的反转法原理类似。

演绎周转轮系传动原理：将凸轮转角静指示针15、凸轮转角动指示针16、凸轮基圆板13、凸轮12、第一面板6、第二面板7和凸轮轴23拆卸下来；驱动转换装置采用电动方式驱动第三输入齿轮38转动，第三输入齿轮38的动力经输入轴36传给第二输入齿轮37；平移变速控制轴39，使得第一变速齿轮40同时与第二输入齿轮37和第一输出齿轮42啮合，第一输出齿轮42带动输出主轴43转动；第四输出齿轮57随输出主轴43同速转动，行星齿轮55与第四输出齿轮57啮合，带动行星架56转动；此时，反转控制齿轮51不参与啮合，反转盘内齿轮54静止，轮系为周转轮系。

演绎周转轮系转化为定轴轮系计算传动比的转换机构法原理：将凸轮转角静指示针15、凸轮转角动指示针16、凸轮基圆板13、凸轮12、第一面板6、第二面板7和凸轮轴23拆卸下来；驱动转换装置采用电动方式驱动第三输入齿轮38转动，第三输入齿轮38的动力经输入轴36传给第一输入齿轮35；平移变速控制轴39和反转控制轴52，使得第二变速齿轮41同时与第一输入齿轮35和第二输出齿轮44啮合，带动输出主轴43和第四输出齿轮57以的速度转动，第四输出齿轮57驱动行星齿轮55转动，从而带动行星架56以的速度正转；反转控制齿轮51同时与第三输出齿轮45和第二传动齿轮49啮合，输出主轴43的动力经第三输出齿轮45、反转控制齿轮51、第二传动齿轮49、第一传动齿轮48传给反转盘外齿轮47，从而带动反转盘面板46和反转盘内齿轮54反转，反转盘内齿轮54与行星齿轮55啮合，驱动行星架56以的速度反转，两个运动合成，行星架56静止；此时，第四输出齿轮57、行星齿轮55和反转盘内齿轮54的旋转中心均固定不动，周转轮系转化为定轴轮系，介绍根据定轴轮系公式计算周转轮系传动比知识点。

该摆动从动件凸轮-轮系组合教具中，凸轮组件的运动及反转法通过行星轮系机构来实现，反转原理直观；涵盖了尖顶摆动从动件凸轮机构、滚子摆动从动件凸轮机构和平底摆动从动件凸轮机构的运动规律知识点讲解，实现了基圆和理论廓线可扩展，凸轮转角可读、摆动从动件角位移可读、运动规律对应展示和行星轮系机构复用于演示周转轮系传动比计算的转化机架原理的创新功能；凸轮运动规律知识点细节展示时，传动轮系机构的驱动采用手动方式；演绎凸轮机构的反转法原理、周转轮系传动原理和周转轮系转化为定轴轮系计算传动比的转换机构法原理时，传动轮系机构的驱动采用电动方式，演示操作方便。

同学们通过观看该摆动从动件凸轮-轮系组合教具的演示，更容易生动、形象、直观地理解知识点，激发学习兴趣，同时减轻了教师的教学难度，并提高了教学质量；教师可将更多的精力放在引导学生对教具进行观察，培养学生分析、思考、提出问题和解决问题的能力。该摆动从动件凸轮-轮系组合教具结构紧凑、携带方便。

Claims (5)

1. 摆动从动件凸轮-轮系组合教具，包括总支架、驱动转换装置、传动轮系机构、行星轮系机构和凸轮组件，其特征在于：

所述的驱动转换装置包括电机驱动齿轮、直流电动机、驱动转换支座、驱动转换调节装置、手柄、手柄转动盘、手柄固定盘、手柄转动轴齿轮和手柄转动轴；所述驱动转换调节装置的安装轴固定在调节支座上，调节支座固定在总支架上，驱动转换支座与驱动转换调节装置的调节臂固定，驱动转换调节装置可在手摇工位和电机驱动工位间切换；所述直流电动机的底座固定在驱动转换支座的一端，直流电动机的输出轴与电机驱动齿轮固定；所述的手柄转动轴通过滚动轴承支承在驱动转换支座的另一端；所述的手柄转动轴齿轮固定在手柄转动轴上；所述的手柄转动盘与手柄转动轴过盈配合；手柄固定盘与驱动转换支座固定；所述手柄固定盘的内侧端面沿圆周均布开设有多个钢珠凹槽；所述手柄转动盘的内侧端面开设有钢珠安放槽，弹簧的一端与钢珠安放槽固定，另一端与钢珠固定；手柄固定盘与手柄转动盘通过钢珠接触，钢珠可嵌入钢珠凹槽内；手柄转动盘的外侧轮缘固定有手柄；

所述的传动轮系机构包括第一输入齿轮、输入轴、第二输入齿轮、第三输入齿轮、变速控制轴、第一变速齿轮、第二变速齿轮、第一输出齿轮、输出主轴、第二输出齿轮、第三输出齿轮、反转盘面板、反转盘外齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、传动轴、反转控制齿轮和反转控制轴；所述的第三输入齿轮与电机驱动齿轮或手柄转动轴齿轮啮合；所述的输入轴、输出主轴和传动轴的两端均通过滚动轴承支承在总支架上；变速控制轴和反转控制轴均与总支架通过直线轴承连接；所述的第一输入齿轮、第二输入齿轮和第三输入齿轮均固定在输入轴上；第一变速齿轮和第二变速齿轮均固定在变速控制轴上；第一输出齿轮、第二输出齿轮和第三输出齿轮均固定在输出主轴上；反转盘外齿轮通过滚动轴承支承在输出主轴上；所述的反转盘面板空套在输出主轴上，并与反转盘外齿轮固定；反转控制齿轮固定在反转控制轴上；所述的第一传动齿轮和第二传动齿轮均固定在传动轴上；第一传动齿轮与反转盘外齿轮啮合；凸轮摆杆传动或周转轮系传动演示时，第一变速齿轮同时与第二输入齿轮和第一输出齿轮啮合；凸轮反转法或周转轮系转化为定轴轮系计算传动比演示时，第二变速齿轮同时与第一输入齿轮和第二输出齿轮啮合，反转控制齿轮同时与第三输出齿轮和第二传动齿轮啮合；

所述的行星轮系机构包括反转盘内齿轮、行星齿轮、行星架、第四输出齿轮和行星轮轴；所述的反转盘内齿轮空套在输出主轴上，并与反转盘面板固定；所述的第四输出齿轮与输出主轴的头部通过平键连接；行星架的一端通过滚动轴承支承在输出主轴上；行星轴与行星架的另一端通过平键连接；所述的行星齿轮通过滚动轴承支承在行星轴上，且同时与第四输出齿轮和反转盘内齿轮啮合；

所述的凸轮组件包括面板支架、第一面板、第二面板、摆杆支座、摆杆销轴、静止摆杆、运动摆杆、凸轮、凸轮基圆板、第一摆杆尖顶接头、第二摆杆尖顶接头、凸轮转角静指示针、凸轮转角动指示针、楔形键、凸轮刻度盘、摆角刻度盘、凸轮廓线扩展板、基圆扩展板、凸轮轴、垫块、滑轨、滑动杆、异形销轴、运动规律线图展示盒、运动规律指针和反转刻度盘；所述的面板支架套置在反转盘内齿轮外，并与总支架固定；反转刻度盘粘在面板支架的侧面上；两个滑轨沿径向固定在反转盘内齿轮的外端面轮缘处，且两个滑轨与内反转盘内齿轮之间均设有垫块；凸轮轴与输出主轴同轴设置，且与行星架通过平键连接；所述的第一面板和第二面板均套置在凸轮轴上；第一面板和第二面板的内端面均固定有滑动杆，两根滑动杆分别与对应的滑轨通过滑动副连接；第一面板与第二面板的结合面为相互嵌合的矩形齿，第一面板的齿顶处、第二面板的齿槽处均固定有吸铁石；所述的第一面板和第二面板沿圆周均开设有反转刻度盘观察槽；所述的凸轮和凸轮基圆板均与凸轮轴通过平键连接，且凸轮基圆板与凸轮轴通过楔形键连接；凸轮设置在第一面板和第二面板的外侧；凸轮基圆板的内端面与凸轮的外端面固定，凸轮刻度盘粘在凸轮基圆板的外端面上；凸轮和凸轮基圆板的轮廓面均开设有环形插槽，凸轮廓线扩展板插接在凸轮的环形插槽内，基圆扩展板插接在凸轮基圆板的环形插槽内；所述的摆杆支座固定在第二面板的外端面上；所述的静止摆杆和运动摆杆均通过摆杆销轴与摆杆支座铰接，静止摆杆设置在摆杆支座的顶部，运动摆杆设置在摆杆支座的底部；所述的摆角刻度盘呈扇形，粘接在第二面板的外端面上，且设置在运动摆杆与第二面板之间；静止摆杆和运动摆杆的头部均开设有接头安装孔，运动摆杆的接头安装孔与第一摆杆尖顶接头的尾部过渡配合连接，静止摆杆的接头安装孔与第二摆杆尖顶接头的尾部过渡配合连接；所述的第一摆杆尖顶接头和第二摆杆尖顶接头的头部均为锥形，第一摆杆尖顶接头的头部与凸轮通过凸轮副连接，第二摆杆尖顶接头的头部与凸轮基圆板通过凸轮副连接；凸轮转角静指示针和凸轮转角动指示针均沿凸轮基圆板的径向设置；所述凸轮转角静指示针的尾部与第二摆杆尖顶接头侧壁的静指示针安装槽过渡配合连接；所述凸轮转角动指示针的尾部设有与针头所在平面垂直的连接杆，连接杆嵌入凸轮轴头部的中心孔内；所述的异形销轴包括一体成型的圆柱部分和长方体部分，长方体部分设置在圆柱部分的一端侧壁上；圆柱部分与面板支架固定，长方体部分水平设置；所述的运动规律线图展示盒开设有与异形销轴形状相匹配的异形槽，运动规律线图展示盒的异形槽套接于异形销轴上；运动规律指针的底部与运动规律线图展示盒的底部通过滑动副连接；运动规律线图板插入运动规律线图展示盒的图板插槽中，运动规律线图板上的横坐标轴与凸轮基圆板的顶部切线平行；运动规律线图板的材料为透明塑料；运动规律线图板上的横坐标轴为凸轮的转角，纵坐标为运动摆杆的摆角。

2.根据权利要求1所述的摆动从动件凸轮-轮系组合教具，其特征在于：所述的凸轮廓线扩展板为开设有缝隙的透明环形薄板，内、外轮廓面形状均与凸轮的轮廓面形状相同；所述的基圆扩展板为开设有缝隙的透明环形薄板。

3.根据权利要求1所述的摆动从动件凸轮-轮系组合教具，其特征在于：初始安装位置，第一摆杆尖顶接头的头部尖点与凸轮的升程起始点接触，凸轮转角动指示针与凸轮转角静指示针指向凸轮刻度盘的同一刻度。

4.根据权利要求1所述的摆动从动件凸轮-轮系组合教具，其特征在于：可将第一摆杆尖顶接头更换为第一滚子接头，第二摆杆尖顶接头更换为第二滚子接头；第一滚子接头和第二滚子接头的头部均铰接有滚子；所述第一滚子接头的尾部与运动摆杆的接头安装孔过渡配合连接，头部的滚子与凸轮通过凸轮副连接；第二滚子接头的尾部与静止摆杆的接头安装孔过渡配合连接，头部的滚子与凸轮基圆板通过凸轮副连接；凸轮转角静指示针的尾部与第二滚子接头侧壁的静指示针安装槽过渡配合连接。

5.根据权利要求1所述的摆动从动件凸轮-轮系组合教具，其特征在于：可去除第一摆杆尖顶接头和第二摆杆尖顶接头，静止摆杆和运动摆杆均更换为凸轮摆杆；两根凸轮摆杆的尾部均通过摆杆销轴与摆杆支座铰接，一根凸轮摆杆的侧面与凸轮通过凸轮副连接，另一根凸轮摆杆的侧面与凸轮基圆板通过凸轮副连接。