CN104575233A - 一种轮系复合传动时光仪教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮系复合传动时光仪教具，第一齿轮与第二齿轮、第十一齿轮啮合，第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第一内齿圈啮合依次啮合，第一内齿圈固定，第六齿轮通过连接杆连接第八齿轮的轴，第八齿轮、第九齿轮、第十齿轮依次啮合，第十齿轮轴上设有第一指针；第十一齿轮、第十二齿轮、第十三齿轮、第十四齿轮、第十五齿轮、第十六齿轮、第二内齿圈依次啮合，第二内齿圈固定，第十六齿轮通过连杆连接第十八齿轮的轴，第十八齿轮、第十九齿轮、第二十齿轮依次啮合，第二十齿轮的转动轴上设有第二指针。本发明的有益效果是提供的轮系复合传动时光仪教具能够很好地演示齿轮间机械传动原理。

Description

一种轮系复合传动时光仪教具

技术领域

本发明属于教学用具技术领域，涉及一种轮系复合传动时光仪教具。

背景技术

随着国家的发展和当前社会的教学背景，知识越来越重要，在校期间掌握好一定的理论知识对学生来说是具有极大的作用，对于机械类专业的学生来说，更是如此。由于机械知识难懂、不易理解，那么只有靠一定的教学用具才能使教师更清晰的教学，也能使学生更明白的掌握并运用这些知识。

此“轮系复合传动时光仪”旨在课堂上能使学生对机械类知识：如轮系传动的方向、如何快速求出轮系的传动比、轮系的构造是怎么样的等等这些知识能有更好的理解。

而随着机械化生产规模的日益扩大，除机械制造部门外，在动力、采矿、冶金、化工、石油、轻纺、食品等工业部门也需要经常接触到各种类型的通用机械和专用机械，在中国产业的发展中，机械具有相当大的规模，发展迅猛，但是也存在着许多不容乐观的情况，如产业结构不合理：中低档产品和一般加工能力大量富余；重大成套设备和高技术装备过度依赖进口(2009年装备进口总额就达1800亿美元)，总体上量大质弱，是制造大国但不是制造强国；产品以中低档为主，附加值不高；自主开发能力薄弱，产业技术空心化现象严重；产业基础薄弱：基础技术、基础材料、基础原件、基础制造装备、功能部件、自动化控制系统、标准体系等发展滞后；产业能源消耗大、产出率低、大型机械坏境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。以上的种种情况都激励着我国机械产业的发展必须加快由“大”到“强”的转变和由“量”向“质”的升级。

要使我国机械产业的发展逐渐强大起来，就要从学校抓起，在校期间掌握好良好的理论基础，这样出到社会才能有更好的实践机会。轮系复合传动时光仪是随着机械产业的发展应运而生的，从机械的发展现状与差距可以看出，它的出现不仅弥补了机械产业的某些不足，而且也方便了老师在课堂上的讲解和学生对机械知识的理解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轮系复合传动时光仪教具，解决了目前课堂上没有合适的演示齿轮间机械传动的教具，使学生不能直观的掌握机械理论的问题。

本发明所采用的技术方案是第一齿轮与第二齿轮、第十一齿轮啮合，第二齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮啮合，第五齿轮与第六齿轮啮合，第六齿轮与第一内齿圈啮合，第一内齿圈固定，第六齿轮通过连接杆连接第八齿轮的轴，第六齿轮在第一内齿圈内转动时带动第八齿轮转动，第八齿轮与第九齿轮啮合，第九齿轮与第十齿轮啮合，第十齿轮的转动轴上设有第一指针，第十齿轮转动带动第一指针转动；第十一齿轮与第十二齿轮啮合，第十二齿轮与第十三齿轮啮合，第十三齿轮与第十四齿轮啮合，第十四齿轮与第十五齿轮啮合，第十五齿轮与第十六齿轮啮合，第十六齿轮与第二内齿圈啮合，第二内齿圈固定，第十六齿轮通过连杆连接第十八齿轮的轴，第十六齿轮在第二内齿圈内转动时带动第十八齿轮转动，第十八齿轮与第十九齿轮啮合，第十九齿轮与第二十齿轮啮合，第二十齿轮的转动轴上设有第二指针，第二十齿轮转动带动第二指针转动。

进一步，所述第一齿轮的齿数为14、第十一齿轮的齿数为20、第二齿轮的齿数为20、第三齿轮的齿数为22、第四齿轮的齿数为20、第五齿轮的齿数为20、第六齿轮的齿数为22、第一内齿圈的齿数为93、第八齿轮的齿数为20、第九齿轮的齿数为22、第十齿轮的齿数为22、第十一齿轮的齿数为20、第十二齿轮的齿数为20、第十三齿轮的齿数为22、第十四齿轮的齿数为20、第十五齿轮的齿数为20、第十六齿轮的齿数为22、第二内齿圈的齿数为93、第十八齿轮的齿数为20、第十九齿轮的齿数为22、第二十齿轮的齿数为22。

进一步，所述第十齿轮的转动轴置与第二十齿轮的转动轴内部，第十齿轮的转动轴和第二十齿轮的转动轴转动时互不干扰。

进一步，所述第一内齿圈和第二内齿圈由支架固定在底板上。

进一步，所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第八齿轮、第九齿轮、第十齿轮、第十一齿轮、第十二齿轮、第十三齿轮、第十四齿轮、第十五齿轮、第十六齿轮、第十八齿轮、第十九齿轮、第二十齿轮能转动的固定在底板上。

进一步，所述第一内齿圈和第二内齿圈的内径91mm、外径104mm；

进一步，所述底板尺寸：长36cm,宽31cm。

本发明的有益效果是提供的轮系复合传动时光仪教具能够很好地演示齿轮间机械传动原理，能够使学生通过教具演示快速掌握机械理论和传动计算方法。

附图说明

图1是本发明轮系复合传动时光仪教具结构示意图。

图中，1.第一齿轮，2.第二齿轮，3.第三齿轮，4.第四齿轮，5.第五齿轮，6.第六齿轮，7.第七齿轮，8.第八齿轮，9.第九齿轮，10.第十齿轮，11.第十一齿轮，12.第十二齿轮，13.第十三齿轮，14.第十四齿轮，15.第十五齿轮，16.第十六齿轮，17.第二内齿圈，18.第十八齿轮，19.第十九齿轮，20.第二十齿轮，21.第一指针，22.第二指针。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明是为了实现“轮系复合传动时光仪”省空间，省材料，方便灵活，使学生易学易理解的设计要求。采用面积极小的木板作为底板，方便教师携带去上课。“轮系复合传动时光仪”总体由定轴轮系和两个周转轮系组合而成。定轴轮系传动时所有齿轮的回转轴线都有其固定的位置，它不仅能做较远距离的传动，获得较大的传动比，还可以通过改变从动轮来验证是否可以获得多种传动比。正是利用定轴轮系这种良好的特点，在“轮系复合传动时光仪”中，我们把定轴轮系固定在底板上，使其能够实现较远距离的传输，从而使整个机械传动装置能够获得较大的传动比。但是当两轴之间需要较大的传动比时，固然可以用多级齿轮组成的定轴轮系来实现，但由于轴和齿轮的增多，会导致结构复杂，若仅用一对齿轮传动，必将使两轮的尺寸相差悬殊，外廓尺寸庞大，所以一对齿轮的传动比一般不大于8。当需要较大的传动比时，就应采用轮系来实现。特别是采用周转轮系，可用很少的齿轮，紧凑的结构，得到很大的传动比。而且在主动轴转向不变的条件下，利用轮系可以改变从动轴的转向，从而实现装置的转向传动。

第一齿轮1与第二齿轮2、第十一齿轮11啮合，第二齿轮2与第三齿轮3啮合，第三齿轮3与第四齿轮4啮合，第四齿轮4与第五齿轮5啮合，第五齿轮5与第六齿轮6啮合，第六齿轮6与第一内齿圈7啮合，第一内齿圈7固定，第六齿轮6通过连接杆连接第八齿轮8的轴，第六齿轮6在第一内齿圈7内转动时带动第八齿轮8转动，第八齿轮8与第九齿轮9啮合，第九齿轮9与第十齿轮10啮合，第十齿轮10的转动轴上设有第一指针21，第十齿轮10转动带动第一指针21转动；

第十一齿轮11与第十二齿轮12啮合，第十二齿轮12与第十三齿轮13啮合，第十三齿轮13与第十四齿轮14啮合，第十四齿轮14与第十五齿轮15啮合，第十五齿轮15与第十六齿轮16啮合，第十六齿轮16与第二内齿圈17啮合，第二内齿圈17固定，第十六齿轮16通过连杆连接第十八齿轮18的轴，第十六齿轮16在第二内齿圈17内转动时带动第十八齿轮18转动，第十八齿轮18与第十九齿轮19啮合，第十九齿轮19与第二十齿轮20啮合，第二十齿轮20的转动轴上设有第二指针22，第二十齿轮20转动带动第二指针22转动。

第一齿轮1的齿数为14、第十一齿轮11的齿数为20、第二齿轮2的齿数为20、第三齿轮3的齿数为22、第四齿轮4的齿数为20、第五齿轮5的齿数为20、第六齿轮6的齿数为22、第一内齿圈7的齿数为93、第八齿轮8的齿数为20、第九齿轮9的齿数为22、第十齿轮10的齿数为22、第十一齿轮11的齿数为20、第十二齿轮12的齿数为20、第十三齿轮13的齿数为22、第十四齿轮14的齿数为20、第十五齿轮15的齿数为20、第十六齿轮16的齿数为22、第二内齿圈17的齿数为93、第十八齿轮18的齿数为20、第十九齿轮19的齿数为22、第二十齿轮20的齿数为22。

第十齿轮10的转动轴置与第二十齿轮20的转动轴内部，第十齿轮10的转动轴和第二十齿轮20的转动轴转动时互不干扰。第一内齿圈7和第二内齿圈17由支架固定在底板上。第一齿轮1、第二齿轮2、第三齿轮3、第四齿轮4、第五齿轮5、第六齿轮6、第八齿轮8、第九齿轮9、第十齿轮10、第十一齿轮11、第十二齿轮12、第十三齿轮13、第十四齿轮14、第十五齿轮15、第十六齿轮16、第十八齿轮18、第十九齿轮19、第二十齿轮20能转动的固定在底板上。

优选尺寸为：第一内齿圈7和第二内齿圈17的内径91mm、外径104mm；底板尺寸：长36cm,宽31cm；

第一齿轮1转动情况通过由第二齿轮2、第三齿轮3、第四齿轮4、第九齿轮9、第十齿轮10组成的定轴传动和由第五齿轮5、第六齿轮6、齿轮7组成的周传动传到第一指针21上；第十一齿轮11转动情况通过由第十二齿轮12、第十三齿轮13、第十四齿轮14、第十九齿轮19、第二十齿轮20组成的定轴传动和由第十五齿轮15、第十六齿轮16、第一齿轮17组成的周传动传到第二指针22上；

本发明适合于课堂教学要求，以木板底板和齿轮轴来支撑，运用时钟摆动原理来展示齿轮的转向，不同规格的齿轮进行组合：内齿圏7和第二内齿圈17内径91mm、外径104mm，作为周转轮系的外齿轮；各种齿轮进行不同的组合而形成的“轮系复合传动时光仪”既简单易观察，又方便教师携带去上课，可以很好的实现教学课堂优质化的效果。

本发明用两个指针直接显示第一齿轮1和第十一齿轮11的外齿合定轴传动情况；用w_x表示x-齿轮的角速度，用z_x表示x-齿轮的齿数(其中x为1、2、3……)，i_x-y为x-齿轮和y-齿轮的传动比，为x-齿轮和y-齿轮的在行星架Z中的传动比。

一、主动轮第一齿轮1带动第一指针21的传动分析：

(1)根据平面定轴齿轮轮系传动比公式，可得

$i_{1-5}=\frac{w_1}{w_5}={(-1)}^4\frac{z_2{z}_3{z}_4{z}_5}{z_1{z}_2{z}_3{z}_4}=\frac{z_5}{z_1}$

$w_5=\frac{z_1}{z_5}{w}_1$

(2)根据平定行星轮系传动比式公式，可得

$i_{5-7}^8=\frac{w_5^8}{w_7^8}=\frac{w_5-w_8}{w_7-w_8}=-\frac{z_7}{z_5}$

又因内齿轮7是固定不动的，所以w₇＝0，所以化简得

$w_8=\frac{w_5}{(1+\frac{z_7}{z_5})}=\frac{\frac{z_1}{z_5}{w}_1}{(1+\frac{z_7}{z_5})}$

(3)根据平面定轴齿轮轮系传动比公式，可得

$i_{8-10}=\frac{w_8}{w_{10}}={(-1)}^2\frac{z_9{z}_{10}}{z_8{z}_9}=\frac{z_{10}}{z_8}$

$w_{10}=\frac{z_9}{z_{10}}{w}_8=\frac{z_9}{z_{10}}\×\frac{\frac{z_1}{z_5}{w}_1}{(1+\frac{z_7}{z_5})}$

把z₁＝14、z₅＝20、z₇＝93、z₉＝22和z₁₀＝22代入上式，可得w₁₀≈0.124w₁，可得第一指针21的角速度为主动轮第一齿轮1的0.124倍，且两者转向相同。

二、主动轮第十一齿轮11带动第二指针22的传动分析：

(1)根据平面定轴齿轮轮系传动比公式，可得

$i_{11-15}=\frac{w_{11}}{w_{15}}={(-1)}^4\frac{z_{12}{z}_{13}{z}_{14}{z}_{15}}{z_{11}{z}_{12}{z}_{13}{z}_{14}}=\frac{z_{15}}{z_{11}}$

$w_{15}=\frac{z_{11}}{z_{15}}{w}_{11}$

(2)根据平定行星轮系传动比式公式，可得

$i_{15-17}^{18}=\frac{w_{15}^{18}}{w_{17}^{18}}=\frac{w_{15}-w_{18}}{w_{17}-w_{18}}=-\frac{z_{17}}{z_{15}}$

又因内第一齿轮17是固定不动的，所以w₁₇＝0，所以化简得

$w_{18}=\frac{w_{15}}{(1+\frac{z_{17}}{z_{15}})}=\frac{\frac{z_{11}}{z_{15}}{w}_{11}}{(1+\frac{z_{17}}{z_{15}})}$

(3)根据平面定轴齿轮轮系传动比公式，可得

$i_{18-20}=\frac{w_{18}}{w_{20}}={(-1)}^2\frac{z_{19}{z}_{20}}{z_{18}{z}_{19}}=\frac{z_{20}}{z_{18}}$

$w_{20}=\frac{z_{19}}{z_{20}}{w}_{18}=\frac{z_{19}}{z_{20}}\×\frac{\frac{z_{11}}{z_{15}}{w}_{11}}{(1+\frac{z_{17}}{z_{15}})}$

把z₁₁＝20、z₁₅＝20、z₁₇＝93、z₁₉＝22和z₂₀＝22代入上式，可得w₂₀＝0.177w₁₁，可得第二指针22的角速度为主动轮第十一齿轮11的0.177倍，且两者转向相同。

综上所述，通过第一指针21的角速度和转向可以反映出第一齿轮1的角速度和转向，通过第二指针22的角速度和转向可以反映出第十一齿轮11的角速度和转向，因此，该设备可以通过该两个指针的转动情况来反映第一齿轮1和第十一齿轮11的定轴外齿合转动情况，在课堂上学生可以直观的通过该设备的两个指针去了解两个齿轮定轴外齿合传动。

本发明的优点还在于利用了时钟摆动的原理，生动形象的展示出了求解传动比的过程。成本低，节约空间，节省材料。可定时控制，方便教师边操作边讲解。此“轮系复合传动时光仪”体积小，结构简单，占用空间小，在课堂上使用方便。除了在课堂上使用外，还可用于各类机械产业中增大其传动比，有着良好的市场前景。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种轮系复合传动时光仪教具，其特征在于：第一齿轮(1)与第二齿轮(2)、第十一齿轮(11)啮合，第二齿轮(2)与第三齿轮(3)啮合，第三齿轮(3)与第四齿轮(4)啮合，第四齿轮(4)与第五齿轮(5)啮合，第五齿轮(5)与第六齿轮(6)啮合，第六齿轮(6)与第一内齿圈(7)啮合，第一内齿圈(7)固定，第六齿轮(6)通过连接杆连接第八齿轮(8)的轴，第六齿轮(6)在第一内齿圈(7)内转动时带动第八齿轮(8)转动，第八齿轮(8)与第九齿轮(9)啮合，第九齿轮(9)与第十齿轮(10)啮合，第十齿轮(10)的转动轴上设有第一指针(21)，第十齿轮(10)转动带动第一指针(21)转动；

第十一齿轮(11)与第十二齿轮(12)啮合，第十二齿轮(12)与第十三齿轮(13)啮合，第十三齿轮(13)与第十四齿轮(14)啮合，第十四齿轮(14)与第十五齿轮(15)啮合，第十五齿轮(15)与第十六齿轮(16)啮合，第十六齿轮(16)与第二内齿圈(17)啮合，第二内齿圈(17)固定，第十六齿轮(16)通过连杆连接第十八齿轮(18)的轴，第十六齿轮(16)在第二内齿圈(17)内转动时带动第十八齿轮(18)转动，第十八齿轮(18)与第十九齿轮(19)啮合，第十九齿轮(19)与第二十齿轮(20)啮合，第二十齿轮(20)的转动轴上设有第二指针(22)，第二十齿轮(20)转动带动第二指针(22)转动。

2.按照权利要求1所述一种轮系复合传动时光仪教具，其特征在于：所述第一齿轮(1)的齿数为14、第十一齿轮(11)的齿数为20、第二齿轮(2)的齿数为20、第三齿轮(3)的齿数为22、第四齿轮(4)的齿数为20、第五齿轮(5)的齿数为20、第六齿轮(6)的齿数为22、第一内齿圈(7)的齿数为93、第八齿轮(8)的齿数为20、第九齿轮(9)的齿数为22、第十齿轮(10)的齿数为22、第十一齿轮(11)的齿数为20、第十二齿轮(12)的齿数为20、第十三齿轮(13)的齿数为22、第十四齿轮(14)的齿数为20、第十五齿轮(15)的齿数为20、第十六齿轮(16)的齿数为22、第二内齿圈(17)的齿数为93、第十八齿轮(18)的齿数为20、第十九齿轮(19)的齿数为22、第二十齿轮(20)的齿数为22。

3.按照权利要求1所述一种轮系复合传动时光仪教具，其特征在于：所述第十齿轮(10)的转动轴置与第二十齿轮(20)的转动轴内部，第十齿轮(10)的转动轴和第二十齿轮(20)的转动轴转动时互不干扰。

4.按照权利要求1所述一种轮系复合传动时光仪教具，其特征在于：所述第一内齿圈(7)和第二内齿圈(17)由支架固定在底板上。

5.按照权利要求1所述一种轮系复合传动时光仪教具，其特征在于：所述第一齿轮(1)、第二齿轮(2)、第三齿轮(3)、第四齿轮(4)、第五齿轮(5)、第六齿轮(6)、第八齿轮(8)、第九齿轮(9)、第十齿轮(10)、第十一齿轮(11)、第十二齿轮(12)、第十三齿轮(13)、第十四齿轮(14)、第十五齿轮(15)、第十六齿轮(16)、第十八齿轮(18)、第十九齿轮(19)、第二十齿轮(20)能转动的固定在底板上。

6.按照权利要求1所述一种轮系复合传动时光仪教具，其特征在于：所述第一内齿圈(7)和第二内齿圈(17)的内径91mm、外径104mm。

7.按照权利要求5所述一种轮系复合传动时光仪教具，其特征在于：所述底板尺寸：长36cm,宽31cm。