CN104637387B - 多传动件传动形式与传动特性比较平台 - Google Patents

多传动件传动形式与传动特性比较平台 Download PDF

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Abstract

本发明主要应用于高校理工科类机械原理教学，属于传动件运用、教学仪器技术领域等领域。本发明结合不同传动件的特点，进行系列组合与创新，设计了多传动件传动形式与传动特性比较平台，包括了：带传动、链传动、摩擦轮传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动、槽轮传动等，解决现有教具存在的结构单一、知识点设计面少、体积庞大、质量笨重的问题，针对主要机械传动件进行分析、展示、讲解，对比突出各种传动件的工作特性。此发明能使学生掌握机械原理的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力。

Description

多传动件传动形式与传动特性比较平台
技术领域
此发明主要应用于高校理工科类机械原理教学，属于传动件运用、教学仪器技术领域等领域。
背景技术
目前，大学开设的机械原理和机械设计课程中详细介绍了生产生活中的各种传动件，但是课本上的知识过于抽象，无法让学生对这些装置有直观的认识，而且传动类型多、公式繁杂，对传动件的教学缺乏趣味性，仅仅介绍各种传动部件的功能特点，缺乏传动件之间的功能对比与分析，学生在学习这些知识后很难将其利用在生产生活中。
虽然不少的工程师投入到教具的改进与设计研制中，但是在高校机械类课堂中却缺少一种集实物展示与运动、实验探究、多种典型传动件组合、多知识点讲解的新型教具。现阶段无外乎就是两种教学手段：一种是利用光学投影设备展现传动件的外形特点；第二种是单个实物模型展示。第一种方法不能直观的感受到传动件的运动，带来的视觉冲击也无法比拟实物演示；第二种方法只是纯粹的展示单个机构模型，且大多为静态展示，不利于学生对知识点的深入思考与探究，限制了学生的创新思维……
因此我们结合不同传动件的特点，进行系列组合与创新，设计了多传动件传动形式与传动特性比较平台，包括了：带传动、链传动、摩擦轮传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动、槽轮传动等。我们以学生为主导，以启迪学生的创新思维、锻炼学生的动手实践能力为根本目的，详细介绍了各种传动件的优缺点，传动特性、使用环境等知识点。
发明内容
本发明的目的在于设计一款多传动件传动形式与传动特性比较平台，解决现有教具存在的结构单一、知识点设计面少、体积庞大、质量笨重的问题，针对主要机械传动件进行分析、展示、讲解，对比突出各种传动件的工作特性。
为实现上述目的，本发明可以分为动力输入部分、动力传输部分、效果展示部分；并且为了美观设计，我们使用了特殊规格的铝型材；动力传输部分可以分成两个原件单元：第一单元是带轮、链轮、蜗轮蜗杆、槽轮四种传动特性比较件；第二单元是斜齿轮、摩擦轮、万向节、锥齿轮四种传动转向件，我们把两个单元组合成了四个传动组合：组合一是蜗轮蜗杆与斜齿轮，组合二是链轮和锥齿轮，组合三是皮带轮与万向节，组合四是槽轮与摩擦轮。
所述动力输入部分由一个大扭矩的电机提供动力，电机固定在电机座上，电机座通过特殊规格的船型螺母固定在工业铝型材底板的滑道上面。紧接着用弹性联轴节将电机的输出端与一长光轴A相连接，此长光轴A由三个工程塑料材质的轴承座支承，长光轴A上也均匀布置了四种传动件：带轮、链轮、蜗杆、槽轮。
所述组合一蜗轮和斜齿轮总成，蜗轮固定在一根光轴B上，光轴由两个轴承座支承；蜗轮与装配在长光轴A上的蜗杆相配合，实现了动力的传输，并且实现了较大的减速比，体现了传动件的传输特点；光轴B通过联轴节与一个斜齿轮固连的光轴C相连接，将动力传递给斜齿轮；斜齿轮齿轮箱是通过两个支撑架支承起来的，支撑架用螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给另一个斜齿轮时，实现了动力的90°转向，另一个斜齿轮通过一根光轴D与蓝色圆盘串连在一起，蓝色圆盘上面打了一个小孔，上面嵌了一个磁铁；通过动力传输到蓝色圆盘上，带动蓝色圆盘转动，霍尔开关感应到磁铁，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与蓝色圆盘相对应，也是蓝色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
所述组合二链轮和锥齿轮总成，一个链轮固定在长光轴A上，另一个链轮固定在另一个短光轴Ⅰ上，通过对链条的啮合实现了动力的传输；短光轴Ⅰ靠一个轴承座在中间支承，另一端直接与锥齿轮固连；锥齿轮齿轮箱是通过两个支撑架支承起来的，支撑架通过螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给另一个锥齿轮时，实现了动力的90°转向，另一个锥齿轮通过一根光轴Ⅱ与红色圆盘串连在一起，红色圆盘上面打了一个小孔，上面嵌了一个磁铁；通过动力传输到红色圆盘上，带动红色圆盘转动，霍尔开关感应到磁铁，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与红色圆盘相对应，也是红色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
所述组合三V带轮和万向节总成，小带轮固定在长光轴A上，大带轮固定在另一个短光轴Ⅲ上，通过皮带在带轮上的摩擦，实现了动力的传输；短光轴Ⅲ靠一个轴承座支承，另一端直接与万向节固连；万向节部分是由两个支撑架支承起来的，支撑架通过螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给三个串联在一起的万向节时，实现了动力的转向，末端的万向节通过一根光轴Ⅳ与黄色圆盘串连在一起，黄色圆盘上面打了一个小孔，上面嵌了一个磁铁；通过动力传输到黄色圆盘上，带动黄色圆盘转动，霍尔开关感应到磁铁，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与黄色圆盘相对应，也是黄色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
所述组合四槽轮和摩擦轮总成，槽轮被动部分固定在一根短光轴E上，短光轴与固定槽轮主动部分的长光轴A共用一个轴承座；短光轴E通过联轴节与一个摩擦轮固连的光轴F相连接，将动力从间歇性运动的槽轮传递给摩擦轮；摩擦轮箱体是通过两个支撑架支承起来的，支撑架通过螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给另一个摩擦轮时，实现了动力的转向；另一个摩擦轮通过一根光轴G与绿色圆盘串连在一起，绿色圆盘上面打了一个小孔，上面嵌了一个磁铁；通过动力传输到绿色圆盘上，带动绿色圆盘转动，霍尔开关感应到磁铁，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与绿色圆盘相对应，也是绿色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
所述效果展示部分将四条LED流水灯通过工业密封胶固定在了一块工程塑料板的一侧，另一侧则固定与LED流水灯连接的四块特殊规格的单片机板，单片机板与每个圆盘上的霍尔开关相连接，并且通过支撑架将此块工程塑料板支承起来，以便学生们观察LED灯点亮速度的快慢……
有益效果：
1、此发明实现了光机电一体化，充分体现了未来教具的发展方向。LED灯的应用，充分展现了未来教具要走向形象化，智能化。发明内容颇多，教具特点鲜明：
2、通过将各种不同的传动机构有机的组合成一个整体，对各自的传动形式作出直观明了的展现，让学生建立起基本的概念。
3、通过各种形象直观的表现形式对比突出各种传动机构的特点，使学生从对各种传动机构的简单认知提升到对其传动特性的深入理解。
4、在了解各种传动机构的形式以及传动特点之后，根据具体需要，结合传动机构特点，实现合理的传动连接，达到传动效果最优化的目的，让学生认识传动连接的具体方法。
5、此发明的制作材料都使用市场是可见的标准件、常用件等，体积小、质量轻、成本低、知识点集成度高，并且方便教师携带。
此发明能使学生掌握机械原理的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有确定机械运动方案、分析和设计机构的能力。在培养机械类高级工程技术人才的全局中起重要作用，为学生今后从事机械设计、研究和开发创新奠定必要的基础，并具有增强学生对机械技术工作适应能力的作用。因此可广泛推广应用，可市场化。
附图说明
图1为本发明的多传动件传动形式与传动特性比较平台整体结构示意图；
图2为本发明的蜗轮和斜齿轮总成结构示意图；
图3为本发明的链轮和锥齿轮总成结构示意图；
图4为本发明的V带轮和万向节总成结构示意图；
图5为本发明的槽轮和摩擦轮总成结构示意图；
其中：1-动力输入部分、2-动力传输部分、3-效果展示部分
101-铝型材底板、102-电机、103-电机座、104-船型螺母、105-弹性联轴节、106-长光轴、107、108、109-工程塑料轴承座长光轴(从左至右)
201-蜗轮蜗杆、201A-蜗杆、201B-蜗轮、202-长光轴A、203-联轴节、204-光轴B，205-蓝色圆盘、206-光轴C、207-斜齿轮齿轮箱、208-斜齿轮(A、B)、209-支撑架Ⅰ、210、211-支座
301-链轮(A、B)、302-短光轴Ⅰ、303-轴承座、304-锥齿轮(A、B)、305-红色圆盘、306-光轴Ⅱ、307-支撑架Ⅱ
401-V带轮、401A-小带轮、401B-大带轮、402-短光轴Ⅲ、403-轴承座、404-万向节、405-支撑架Ⅲ、406-黄色圆盘、407-光轴Ⅳ
501-槽轮、501A-槽轮主动部分、501B-槽轮被动部分、502-光轴F、503-摩擦轮(A、B)、504-绿色圆盘、505-光轴G、506-支撑架Ⅳ
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本发明可以分为动力输入部分1、动力传输部分2、效果展示部分3；并且为了美观设计，我们使用了特殊规格的铝型材底板101；动力传输部分可以分成两个原件单元：第一单元是蜗轮蜗杆201、链轮301、V带轮401、槽轮501四种传动特性比较件；第二单元是斜齿轮208、锥齿轮304、万向节404、摩擦轮503四种传动转向件，我们把两个单元组合成了四个传动总成组合：组合一蜗轮蜗杆与斜齿轮总成，组合二链轮和锥齿轮总成，组合三皮带轮与万向节总成，组合四槽轮与摩擦轮总成。
参见附图1，所述动力输入部分1由一个大扭矩的电机102提供动力，电机102固定在电机座103上，电机座103通过特殊规格的船型螺母104固定在工业铝型材底板101的滑道上面。紧接着用弹性联轴节105将电机102的输出端与一长光轴106相连接，此长光轴106由三个工程塑料材质的轴承座(107、108、109)支承，长光轴106上也均匀布置了四种传动件：蜗杆201A、链轮301A、带轮401A、槽轮501。
参见附图2，所述组合一由蜗轮蜗杆201和和两个斜齿轮(208A，208B)组 成，蜗轮201B固定在长光轴202上，光轴202由两个支座(209、210)支承；蜗轮201B与装配在长光轴106上的蜗杆201A相配合，实现了动力的传输，并且实现了较大的减速比，体现了传动件的传输特点；光轴202通过联轴节203将动力传给光轴204，光轴204通过两个斜齿轮(208A，208B)配合将动力传给光轴206；斜齿轮齿轮箱207是通过两个支撑架209支承起来的，支撑架用螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给斜齿轮208B时，实现了动力的90°转向，斜齿轮208B通过一根光轴206与蓝色圆盘205串连在一起；通过动力传输到蓝色圆盘205上，带动蓝色圆盘205转动，霍尔开关感应到磁铁，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与蓝色圆盘205相对应，也是蓝色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
参见附图3，所述组合二由链轮301和锥齿轮304组成，一个链轮301A固定在长光轴106上，另一个链轮301B固定在另一个短光轴302上，通过对链条的啮合实现了动力的传输；短光轴302靠一个轴承座303在中间支承，另一端直接与锥齿轮304A固连；支撑架307通过螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给锥齿轮304B时，实现了动力的90°转向，锥齿轮304B通过一根光轴306与红色圆盘305串连在一起；通过动力传输到红色圆盘305上，带动红色圆盘305转动，霍尔开关感应到磁铁，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与红色圆盘305相对应，也是红色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
参见附图4，组合三由V带轮401和万向节404组成，小带轮401A固定在长光轴106上，大带轮401B固定在短光轴402上，通过皮带在带轮上的摩擦，实现了动力的传输；短光轴402靠一个轴承座403支承，另一端直接与万向节404固连； 支撑架405用过螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给万向节404，实现了动力的转向，万向节404通过一根光轴407与黄色圆盘406串连在一起；通过动力传输到黄色圆盘406上，带动黄色圆盘406转动，霍尔开关感应到磁铁，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与黄色圆盘406相对应，也是黄色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
参见附图5，组合四由槽轮501和摩擦轮503组成，槽轮被动部分501B固定在短光轴上502，短光轴502与固定槽轮主动部分501A的长光轴106共用一个轴承座109；短光轴502与一个摩擦轮503A相连接，将动力从间歇性运动的槽轮501传递给摩擦轮503；支撑架506用过螺母固定在工业铝型材的滑道上面；动力传递给摩擦轮503B时，实现了动力的转向，摩擦轮503B通过光轴505与绿色圆盘504串连在一起；通过动力传输到绿色圆盘504上，带动绿色圆盘504转动，霍尔开关感应，并将转速快慢传输给特定规格的单片机，利用通过单片机接收到的信号，控制LED流水灯被点亮的快慢(LED灯的颜色与绿色圆盘504相对应，也是绿色的)，形象直观的比较传动件的运动特性。
参见附图1，效果展示部分3将四条LED流水灯通过工业密封胶固定在了一块工程塑料板的一侧，另一侧则固定四块特殊规格的单片机板，单片机板与每个圆盘上的霍尔开关相连接，并且通过支撑架将此块工程塑料板支承起来，以便学生们观察LED灯点亮速度的快慢……
此套教具一共分为两个部分：第一部分是蜗杆传动、链传动、带传动、槽轮传动四种传动机构传动特性的比较，四种传动机构通过光轴106相连，用同一个电机(大扭矩)102带动，保证它们的原动部分的转速一致，也就是各自的输入相同；第二部分是斜齿轮208、锥齿轮304、万向节404、摩擦轮503四种改变 传动方向的传动机构。第一部分的输出与第二部分相连，使动力得到了90°的转向，第二部分的传动机构仅仅起到了改变传动方向的作用，它们的传动比是1。为了体现第一部分传动机构的传动特性，通过霍尔开关测出最终输出圆盘的转速，再把信号输送给单片机，通过单片机控制LED流水灯被点亮的快慢，形象直观的比较传动件的运动特性。

Claims (9)

1.多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于：包括动力输入部分(1)、动力传输部分(2)、效果展示部分(3)；
所述动力输入部分(1)，由一个大扭矩的电机(102)提供动力，然后带动与之相连的长光轴(106)，长光轴(106)带动其上均匀布置的四种传动件：蜗杆(201A)、链轮A(301A)、小带轮(401A)、槽轮(501)；
所述动力传输部分(2)，包括四个组合：组合一由蜗轮蜗杆(201)和两个斜齿轮(208A，208B)组成，长光轴(106)带动与之固连的蜗杆(201A)转动，蜗杆(201A)带动与之相配合的蜗轮(201B)，蜗轮(201B)固定在长光轴A(202)上，长光轴A(202)通过联轴节(203)与光轴B(204)相连接，将动力传递给固定在光轴B(204)上的斜齿轮A(208A)，斜齿轮A(208A)带动与之相配合的斜齿轮B(208B)；组合二由两个链轮(301A，301B)和锥齿轮A(304A)组成，长光轴(106)转动带动与之固连的链轮A(301A)，链轮A(301A)通过链条的啮合带动链轮B(301B)，链轮B(301B)通过短光轴Ⅰ(302)带动锥齿轮A(304A)，锥齿轮A(304A)带动与之啮合的锥齿轮B(304B)；组合三由V带轮(401)和万向节(404)组成，长光轴(106)带动与之固连的小带轮(401A)，小带轮(401A)通过皮带带动大带轮(401B)，大带轮(401B)通过短光轴Ⅲ(402)带动万向节(404)；组合四由槽轮(501)和两个摩擦轮(503A，503B)组成，长光轴(106)转动带动与之固连的槽轮主动部分(501A)，槽轮主动部分(501A)带动与之配合的槽轮被动部分(501B)，槽轮被动部分(501B)通过光轴F(502)带动摩擦轮A(503A)，摩擦轮A(503A)带动与之配合的摩擦轮B(503B)；
所述效果展示部分(3)，包括五个部分：第一部分由转动的斜齿轮B(208B)通过光轴C(206)带动蓝色圆盘(205)转动；第二部分由转动的锥齿轮B(304B)通过光轴Ⅱ(306)带动红色圆盘(305)转动；第三部分由转动的万向节(404)通过光轴Ⅳ(407)带动黄色圆盘(406)转动；第四部分由转动的摩擦轮B(503B)通过光轴G(505)带动绿色圆盘(504)转动；第五部分由霍尔开关测出所述蓝色圆盘(205)、红色圆盘(305)、黄色圆盘(406)、绿色圆盘(504)的转速，再把信号输送给单片机，通过单片机控制LED流水灯被点亮的快慢。
2.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于所述的蜗轮蜗杆(201)、两个链轮(301A，301B)、V带轮(401)、槽轮(501)通过长光轴(106)由电机(102)同时带动。
3.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于，所述的两个斜齿轮(208A，208B)、两个锥齿轮(304A，304B)、万向节(404)、两个摩擦轮(503A，503B)四种传动机构的传动比是1。
4.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于，所述组合一中由蜗杆(201A)和蜗轮(201B)配合实现动力的传输，并实现较大的减速比，由两个斜齿轮(208A，208B)组成实现了动力的90°转向。
5.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于，所述组合二中由两个链轮(301A，301B)配合，实现动力传输，由锥齿轮A(304A)与锥齿轮B(304B)配合，实现动力的90°转向。
6.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于，所述组合三中由小带轮(401A)和大带轮(401B)配合，实现动力传输，由三个万向节串联组成的万向节(404)实现动力的90°转向。
7.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于，所述组合四中由槽轮主动部分(501A)和槽轮被动部分(501B)配合，实现动力传输，由摩擦轮A(503A)和摩擦轮B(503B)配合，实现动力的90°转向。
8.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于，所述效果展示部分(3)中第五部分中，四条LED流水灯通过工业密封胶固定在了一块工程塑料板的一侧，所述工程塑料板的另一侧则固定四块特殊规格的单片机板，单片机板与每个圆盘上的霍尔开关相连接。
9.如权利要求1所述的多传动件传动形式与传动特性比较平台，其特征在于，所述效果展示部分(3)中在蓝色圆盘(205)、红色圆盘(305)、黄色圆盘(406)、绿色圆盘(504)上分别安装磁铁，用霍尔开关感应圆盘上的磁铁，能测出所述圆盘的速度并传输给特定规格的单片机。
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