CN104599576A - 一种用于机械运动原理教学的四杆机构教具 - Google Patents

一种用于机械运动原理教学的四杆机构教具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机械设计、机械原理、材料力学、大学物理等学科中用于机械运动原理教学的四杆机构教具。可帮助学生理解、观察运动多变、轨迹复杂的机械运动。其技术方案：四个墩座粘接在底盘下的四个角处，底盘设有三个槽安装L型杆、土字杆，滑块套在土字杆下部；凸轮与土字杆及曲柄A螺栓连接；凹形块粘接在土字杆上端、推杆插入凹形块内，曲柄A另一端与圆盘、摇杆B、摇杆A连接；摇杆A与滑块连接、摇杆B与曲柄B连接，曲柄B再与L型杆上端孔连接，L型杆中部安装十字架套入双滑块；导杆插入导块与土字杆连接，曲柄C与摇杆C及导块连接。本四杆机构教具采用组合式多种机构运转设计，本机构动作清晰、明瞭、真实、方便省力。

Description

一种用于机械运动原理教学的四杆机构教具
技术领域：
本发明涉及一种用于机械运动原理的四杆机构教具，特别适用于与机械运动原理教学内容相关的学科，如：机械设计基础、机械原理、机械设计、材料力学、大学物理等学科中机械运动相关知识演示与讲解。
背景技术：
随着科学技术的发展，老师们在给学生讲解运动机构时，光靠单纯的讲述，往往难以给同学们直观的描述，要想给学生最直观的感受和理解，靠图片和讲解也有一定的难度，于是，教具就显得非常有必要了。各个学科都在一定程度上需要教具，特别是有关机械的课程，机械的运动多变，轨迹复杂，教具则有助于学生的理解和观察，方便教学，同时，直观的教具能给同学们更清晰的感受，更深刻的印象。但是，简单的制作就会浪费资源，提高成本，于是，我们便设想，将四杆机构教具多功能化，节省材料，一物多用。为了维护学科的和谐发展，现对一种用于机械运动原理以及相关知识教学的四杆机构教具的设计制作进行深入探讨，并付诸实践。
发明内容
本发明的目的是：为了帮助学生理解和观察运动多变，轨迹复杂的机械运动，能呈现多种机构同时运动的实体感观，为了节约不必要的资源浪费和减少特别制作的成本，特提供一种用于机械运动原理教学的四杆机构教具。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于机械运动原理教学的四杆机构教具，是由墩座、底盘、滑块、摇杆、圆盘、曲柄、凸轮、土字杆、凹形块、推杆、双滑块、十字架、L型杆、导杆、导块滑杆和轴承构成，其特征在于：四个墩座A、B、C、D为有机玻璃块分别粘接安装在底盘下平面的四个直角处、呈对称分布；在底盘中间设置有A槽、B槽、C槽，将L型杆“土”字端嵌在底盘平面左边的A槽上，将土字杆安装在底盘的C槽上并固定，将滑块套进土字杆的下部；将凸轮中心孔与土字杆上方的孔及曲柄A一端处的孔对齐，凸轮在中间、用螺栓连接固定；将凹形块粘接在土字杆上端处，并将推杆插入凹形块内，曲柄A另一端处的孔与圆盘上的孔相对应，依次向外与摇杆B、摇杆A的一端孔对齐用螺栓连接固定；将摇杆A的另一端孔与滑块上的孔螺栓连接，摇杆B的另一端孔与曲柄B的一端孔螺栓连接；曲柄B的另一端孔与L型杆的上端孔用螺栓连接，在L型杆中部用销钉A、销钉B将十字架安装在L型杆的两个孔上，在十字架上的两个滑槽即滑槽D、滑槽E内套入双滑块A、双滑块B；导杆有孔的下端头插入导块内，导杆下端头上的孔与土字杆下端的孔螺栓连接；曲柄C的一端孔与土字杆中间的孔螺栓连接，曲柄C的另一端的孔与摇杆C一端孔及导块上的孔螺栓连接；滑杆插入摇杆C的沉头孔，滑杆嵌入L型杆上端横向的导槽F内；轴承为圆柱滚子轴承，安装在土字杆上部与凸轮联接处。
上述底盘为正方形有机玻璃板、厚度为10mm；滑块、导块均为矩形有机玻璃板、厚度为10mm；摇杆A、B，曲柄A、B、C、推杆、导块均为长方体有机玻璃板；圆盘为厚度5mm的有机玻璃圆盘；凸轮为5mm厚的有机玻璃板；其余土字架、L型杆、双滑块A、B、十字架均为有机玻璃板；销钉A、B为金属螺钉。
上述底盘的槽A、槽B、槽C的通一端为矩形联通槽；十字架上的槽D、槽E由两条相互垂直的直线滑轨构成；L型杆的槽F是由两条相互平行的直线滑轨和一条圆弧滑道构成。
本四杆机构教具的有益效果是：(1)本机构上连接孔处采用沉头孔设计，此外杆件的接触面经过打磨处理，可以解决杆件在运转过程之中形成的死点或不流畅等问题，使杆件运动更为顺畅、省力；(2)经过创新设计以后使四杆机构的整体性变强，也更易于维护，便于操作；(3)由于拥有不同于传统的单种机构运动演示设计，采用的组合式多种机构同时运转演示设计；(4)“牵一发，动全身”的连续运动形式丰富了四杆机构教具的演示方式，使机构动作更加方便省力；(5)各杆件上不同的颜色使之在运转中鲜明区分，给以观看者清晰、明了、真实、简单的感触。
附图说明：
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明用于机械运动原理教学的四杆机构教具的正面整体结构示意图。
图2为本发明用于机械运动原理教学的四杆机构教具的背面整体结构示意图。
图3为本四杆机构教具底盘2的结构示意图，底盘设置有A槽、B槽、C槽。
图4为本四杆机构教具十字架13结构示意图，十字架上设置有D槽、E槽。
图5为本四杆机构教具L型杆14的结构示意图，L型杆一端设置有F槽。
图6为本四杆机构教具土字杆8的结构示意图。
图中：1-1.墩座A，1-2.墩座B，1-3.墩座C，1-4.墩座D，2.底盘，3.滑块，4-1.摇杆A，4-2.摇杆B，5.圆盘，6-1.曲柄A，6-2.曲柄B，7.凸轮，8.土字杆，9.凹形块，10.推杆，11-1.销钉A，11-2.销钉B，12-1.双滑块A，12-2.双滑块B，13.十字架，14.L型杆，15.导杆，16.导块，17.曲柄C，18.摇杆C，19.滑杆，20.轴承。
具体实施方式：
按照图1所示，四个墩座A、B、C、D(1-1、1-2、1-3、1-4)为有机玻璃块分别粘接安装在底盘2下平面的四个直角处、呈对称分布；在底盘2中间设置有A槽、B槽、C槽，将L型杆14“土”字端嵌在底盘2平面左边的A槽上，将土字杆8安装在底盘2的C槽上并固定，将滑块3套进土字杆8的下部；将凸轮7中心孔与土字杆8上方的孔及曲柄A6-1一端处的孔对齐，凸轮7在中间、用螺栓连接固定；将凹形块9粘接在土字杆8上端处，并将推杆10插入凹形块9内，曲柄A6-1另一端处的孔与圆盘5上的孔相对应，依次向外与摇杆B4-2、摇杆A4-1的一端孔对齐用螺栓连接固定；将摇杆A4-1的另一端孔与滑块3上的孔螺栓连接，摇杆B4-2的另一端孔与曲柄B6-2的一端孔螺栓连接；曲柄B6-2的另一端孔与L型杆14的上端孔用螺栓连接，在L型杆14中部用销钉A11-1、销钉B11-2将十字架13安装在L型杆14的两个孔上，在十字架13上的两个滑槽即滑槽D、滑槽E内套入双滑块A12-1、双滑块B12-2；导杆15有孔的下端头插入导块16内，导杆15下端头上的孔与土字杆8下端的孔螺栓连接；曲柄C17的一端孔与土字杆8中间的孔螺栓连接，曲柄C17的另一端的孔与摇杆C18一端孔及导块16上的孔螺栓连接；滑杆19插入摇杆C18的沉头孔，滑杆19嵌入L型杆14上端横向的导槽F内；轴承20为圆柱滚子轴承，安装在土字杆8上部与凸轮7联接处。
按照图2所示，曲柄C17的一端孔与土字杆8中间的孔螺栓连接，曲柄C17的另一端的孔与摇杆C18一端孔及导块16上的孔螺栓连接；滑杆19插入摇杆C18的沉头孔，滑杆19嵌入L型杆14上端横向的导槽F内；导杆15有孔的下端头插入导块16内，导杆15下端头上的孔与土字杆8下端的孔螺栓连接，其间的距离用垫片填充。
按照图3所示，图中空白部分表示开有槽A、槽B、槽C，阴影部分不开槽。
按照图4所示，十字架13上的滑槽D、滑槽E(如图4所示)的形状是由两条相互垂直的直线滑轨构成，在垂直的直线滑轨内侧设置两条直线滑槽，直线滑槽D起于左边、止于右边，直线滑槽E起于下边、止于上边。图中空白部分表示开有滑槽，阴影部分不开滑槽。
上述的各个杆件喷上不同的颜色，便于机构运动时区分；连接的孔均为沉头孔，连接最终时沉头孔朝外对称。
使用：
1.对心曲柄滑块机构演示：如图1所示，通过转动凸轮7带动曲柄A6-1绕着凸轮7中心做圆周运动，摇杆A4-1做来回摆动并推动滑块3沿着土字杆8做上下往复直线运动，以实现对心曲柄滑块机构演示；
2.偏心轮机构演示：如图1所示，通过转动凸轮7带动曲柄A6-1和圆盘5绕着凸轮中心做圆周运动，摇杆A4-1做摆动，以实现偏心轮机构演示；
3.双曲柄机构演示：如图1所示，通过转动凸轮7带动曲柄A6-1绕着凸轮中心做圆周运动，摇杆B4-2做摆动，曲柄B6-2绕着L型杆14上端的孔做圆周运动，以实现双曲柄机构演示；
4.曲柄摇杆机构演示：如图1所示，将曲柄B6-2替换为摇杆18，其余组装不变，通过转动凸轮7带动曲柄A6-1绕着凸轮中心做圆周运动，摇杆B4-2、摇杆18做摆动，以实现曲柄摇杆机构演示；
5.双摇杆机构演示：如图1所示，在双曲柄机构的基础上，将L型杆14由A槽移动到B槽固定，通过正反转动凸轮7带动曲柄A6-1、曲柄B6-2做来回摆动，摇杆B4-2跟着做摆动，以实现双摇杆机构演示；
6.凸轮推杆机构演示：如图1所示，通过转动凸轮7，推动推杆10在凹形块9内做上下往复直线运动，以实现凸轮推杆机构演示；
7.双滑块机构演示：如图1所示，通过转动十字架13，双滑块A12-1、双滑块B12-2分别沿着滑槽D、E做往复运动，以实现双滑块机构演示；
8.偏心曲柄滑块机构演示：如图2所示，通过转动曲柄17，曲柄17绕着土字杆8中间的孔做圆周运动，带动摇杆18摆动，接连带动滑杆19沿着L型杆14上的导槽F做往复直线运动；
9.摆动导杆机构演示：如图2所示，通过转动曲柄17，曲柄17绕着土字杆8中间的孔做圆周运动，带动导块16摆动，接连带动导杆15绕着土字杆8下端的孔做往复摆动运动，以实现摆动导杆机构。

Claims (3)

1.一种用于机械运动原理教学的四杆机构教具，是由墩座、底盘、滑块、摇杆、圆盘、曲柄、凸轮、土字杆、凹形块、推杆、双滑块、十字架、L型杆、导杆、导块滑杆和轴承构成，其特征在于：四个墩座A、B、C、D(1-1、1-2、1-3、1-4)为有机玻璃块分别粘接安装在底盘(2)下平面的四个直角处、呈对称分布；在底盘(2)中间设置有A槽、B槽、C槽，将L型杆(14)“土”字端嵌在底盘(2)平面左边的A槽上，将土字杆(8)安装在底盘(2)的C槽上并固定，将滑块(3)套进土字杆(8)的下部；将凸轮(7)中心孔与土字杆(8)上方的孔及曲柄A(6-1)一端处的孔对齐，凸轮(7)在中间、用螺栓连接固定；将凹形块(9)粘接在土字杆(8)上端处，并将推杆(10)插入凹形块(9)内，曲柄A(6-1)另一端处的孔与圆盘(5)上的孔相对应，依次向外与摇杆B(4-2)、摇杆A(4-1)的一端孔对齐用螺栓连接固定；将摇杆A(4-1)的另一端孔与滑块(3)上的孔螺栓连接，摇杆B(4-2)的另一端孔与曲柄B(6-2)的一端孔螺栓连接；曲柄B(6-2)的另一端孔与L型杆(14)的上端孔用螺栓连接，在L型杆(14)中部用销钉A(11-1)、销钉B(11-2)将十字架(13)安装在L型杆(14)的两个孔上，在十字架(13)上的两个滑槽即滑槽D、滑槽E内套入双滑块A(12-1)、双滑块B(12-2)；导杆(15)有孔的下端头插入导块(16)内，导杆(15)下端头上的孔与土字杆(8)下端的孔螺栓连接；曲柄C(17)的一端孔与土字杆(8)中间的孔螺栓连接，曲柄C(17)的另一端的孔与摇杆C(18)一端孔及导块(16)上的孔螺栓连接；滑杆(19)插入摇杆C(18)的沉头孔，滑杆(19)嵌入L型杆(14)上端横向的导槽F内；轴承(20)为圆柱滚子轴承，安装在土字杆(8)上部与凸轮(7)联接处。
2.根据权利要求1所述的四杆机构教具，其特征是：所述底盘(2)为正方形有机玻璃板、厚度为10mm；滑块(3)、导块(16)均为矩形有机玻璃板、厚度为10mm；摇杆A、B(4-1、4-2)，曲柄A、B、C(6-1、6-2、17)、推杆(10)、导块(15)均为长方体有机玻璃板；圆盘(5)为厚度5mm的有机玻璃圆盘；凸轮(7)为5mm厚的有机玻璃板；其余土字架(8)、L型杆(14)、双滑块A、B(12-1、12-2)、十字架(13)均为有机玻璃板；销钉A、B(11-1、11-2)为金属螺钉。
3.根据权利要求1所述的四杆机构教具，其特征是：所述底盘(2)的槽A、槽B、槽C的通一端为矩形联通槽；十字架(13)上的槽D、槽E由两条相互垂直的直线滑轨构成；L型杆(14)的槽F是由两条相互平行的直线滑轨和一条圆弧滑道构成。
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