CN105321418B - 一种动态演示机械自锁现象的教学用具 - Google Patents

Abstract

本发明共公开了一种动态演示机械自锁现象的教学用具，包括立方形箱体，颚式破碎机自锁装置，压榨机自锁装置，凸轮推杆及摩擦圆自锁装置。本发明只需调节下压杆，推杆，螺杆和摩擦条，即可改变各个装置中与自锁相关的参数。具有装置齐全，启发性强，外观精致，操作和携带方便，市场应用价值高等优点。

Description

一种动态演示机械自锁现象的教学用具

技术领域

本发明涉及一种教学用具，尤其涉及一种用于动态演示自锁现象的教学用具。

背景技术

目前，老师讲授机械自锁原理时，往往采用简单的图示，虽然能解决一些问题，但因图示简单，涉及面窄，效果并不理想。如果没有一个感性的认识，学生难以深刻理解关于自锁的原理，也加大了老师授课的难度。

发明内容

本发明要解决的问题是设计一种集合多种典型自锁装置，并且各装置参数可调的，能够实现动态演示的教学用具。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：包括立方形箱体，颚式破碎机自锁装置，压榨机自锁装置，凸轮推杆自锁装置和摩擦圆自锁装置，

所述箱体包括设置在上箱板、下箱板、竖直设置的左箱板和右箱板、前箱板、后箱板；

所述颚式破碎机自锁装置包括第一平板、第二平板、滚柱、滑块、滑块底座、量角器、螺杆，所述第一平板与左箱板通过导轨副滑动配合，所述第一平板的底端和第二平板通过铰链连接，所述滑块底座固连在第二平板上，所述滑与滑块底座7通过移动副连接，所述螺杆与第一平板上的螺孔通过螺旋副连接，所述螺杆的一端通过套筒与滑块铰接，另一端穿过左箱板上设置的长圆孔至箱体外，所述量角器设置在第一平板一侧用于测量第一平板和第二平板夹角，通过旋转螺杆实现对第一平板和第二平板夹角的调节，所述左箱板及第一平板上均设置有通过一根销钉依次穿过从而锁定左箱板及第一平板位置的通孔，第一平板上开有孔，能用销依次穿过左箱板上的孔和第一平板上的孔；

所述压榨机自锁装置包括下压杆、复位弹簧、第三平板、和水平移动机构、摩擦条，弹簧导杆、压缩弹簧，所述下压杆与上箱板上的孔间隙配合，所述复位弹簧套在下压杆上，其一端与上箱板贴合，另一端与下压杆的把手贴合，使下压杆在施加的作用力消失后能自动弹起，所述第三平板与第二平板滑动配合且与水平移动机构的左端通过铰链连接，所述水平移动机构与箱体通过水平移动副连接，所述弹簧导杆固连在右箱板上，所述压缩弹簧套在弹簧导杆上，弹簧导杆与水平移动机构一端的盲孔间隙配合，所述摩擦条设置在左箱板和第一平板之间的缝隙内，插入摩擦条可以改变第一平板与左箱板接触面的摩擦系数；

所述凸轮推杆及摩擦圆自锁装置包括推杆、加高筒、压板、凸轮、凸轮轴、支撑架、扭转弹簧，所述上箱板上设置有供推杆左右移动的长圆孔，所述水平移动机构竖直地设置有与推杆间隙配合的阶梯通孔，所述压板固连在推杆底端，所述支撑架固定下箱板上，述凸轮轴设置于支撑架上，所述凸轮与凸轮轴配合，所述扭转弹簧一端与凸轮相连接，另一端固定在凸轮轴上，使凸轮具有往上转动的趋势，所述加高筒设置于阶梯通孔内，其内孔与推杆间隙配合。

进一步地，所述箱体内左上角设置有用于存放产品说明书的上储物箱，右下角设置有用于存放滚柱和加高筒的下储物箱，所述上储物箱和下储物箱之间形成导轨，与水平移动机构移动副连接，并限制水平移动机构垂直于前箱板方向移动。

进一步地，所述右箱板上开有用于存放摩擦条的槽。

进一步地，所述滚柱表面加工有与轴向平行的平面，用于防止滚柱向上移动的过程中发生滚动。

进一步地，所述加高筒由两片半圆筒组成，所述加高筒高度有不同规格，根据需要进行选取。

进一步地，所述第一平板和第二平板通过合页铰接，所述螺杆4和滑块通过合页铰接，水平移动机构和第三平板通过弹簧合页铰接。

本发明的有效增益是，通过将颚式破碎机自锁装置，压榨机自锁装置，凸轮推杆及摩擦圆自锁装置巧妙地结合为一体，制成了一个专门用于演示机械自锁的教具，极大地节省了空间，便于携带；操作部件只有三个，便于操作，各个装置的参数被设计成独立可调参数，方便上课的时候师生互动，使用该教具针对每一个参数进行动态演示，通过演示过程中的现象引出各个参数，并结合现象清晰揭示各个参数在对应装置自锁过程中的影响。

附图说明

图1为本实发明实施例的结构示意图

图2是本发明实施例的摩擦条细节示意图

图中标号构件对应名称如下：1-下压杆；2-复位弹簧；3-左箱板；4-螺杆；5-套筒；6-滑块；7-滑块底座；8-量角器；9-支撑架；10-下箱板；11-凸轮轴；12-扭转弹簧；13-凸轮；14-压板；15-滚柱；16-加高筒；17-下储物箱；18-压缩弹簧；19-前箱板；20-右箱板；21-弹簧导杆；22-上储物箱；23-空腔；24-摩擦条；25-水平移动机构；26-上箱板；27-推杆；28-第三平板；29-第二平板；30-后箱板；31-第一平板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1与图2，一种动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：包括立方形箱体，颚式破碎机自锁装置，压榨机自锁装置，凸轮推杆自锁装置和摩擦圆自锁装置，

所述箱体包括设置在上箱板26、下箱板10、竖直设置的左箱板3和右箱板20、前箱板19、后箱板30，前箱板19可以在上箱板26上、下箱板10上的导轨上滑动；

所述颚式破碎机自锁装置包括第一平板31、第二平板29、滚柱15、滑块6、滑块底座7、量角器8、螺杆4，所述第一平板31与左箱板3通过导轨副滑动配合，所述第一平板31的底端和第二平板29通过铰链连接，所述滑块底座7固连在第二平板29上，所述滑块6与滑块底座7通过移动副连接，所述螺杆4与第一平板31上的螺孔通过螺旋副连接，所述螺杆4的一端通过套筒5与滑块6铰接，另一端穿过左箱板3上设置的长圆孔至箱体外，所述量角器8设置在第一平板31一侧用于测量第一平板31和第二平板29夹角，通过旋转螺杆4实现对第一平板31和第二平板29夹角的调节，所述左箱板3及第一平板31上均设置有通过一根销钉依次穿过从而锁定左箱板3及第一平板31位置的通孔，第一平板31上开有孔，能用销依次穿过左箱板上的孔和第一平板31上的孔；

所述压榨机自锁装置包括下压杆1、复位弹簧2、第三平板28、和水平移动机构25、摩擦条24，弹簧导杆21、压缩弹簧18，所述下压杆1与上箱板26上的孔间隙配合，下压杆1下压时带动第一平板31向下移动，所述复位弹簧2套在下压杆1上，其一端与上箱板26贴合，另一端与下压杆1的把手贴合，使下压杆1在施加的作用力消失后能自动弹起，所述第三平板28与第二平板29滑动配合且与水平移动机构25的左端通过铰链连接，所述水平移动机构25与箱体通过水平移动副连接，所述弹簧导杆21固连在右箱板20上，所述压缩弹簧18套在弹簧导杆21上，弹簧导杆21与水平移动机构25一端的盲孔间隙配合，所述摩擦条24设置在左箱板3和第一平板31之间的缝隙内，插入摩擦条可以改变第一平板31与左箱板接触面的摩擦系数；

所述凸轮推杆及摩擦圆自锁装置包括推杆27、加高筒16、压板14、凸轮13、凸轮轴11、支撑架9、扭转弹簧12，所述上箱板26上设置有供推杆27左右移动的长圆孔，所述水平移动机构25竖直地设置有与推杆27间隙配合的阶梯通孔，所述压板14固连在推杆27底端，所述支撑架9固定下箱板10上，述凸轮轴11设置于支撑架9上，所述凸轮13与凸轮轴11配合，所述扭转弹簧12一端与凸轮13相连接，另一端固定在凸轮轴11上，使凸轮13具有往上转动的趋势，所述加高筒16设置于阶梯通孔内，其内孔与推杆27间隙配合，用于增加通孔长度。

所述箱体内左上角设置有用于存放产品说明书的上储物箱22，右下角设置有用于存放滚柱和加高筒的下储物箱17，说明书放置于上储物箱22的空腔23内，所述上储物箱22和下储物箱17之间形成导轨，与水平移动机构25移动副连接，并限制水平移动机构25垂直于前箱板方向移动。

所述右箱板20上开有用于存放摩擦条24的槽，实验完毕后，可将摩擦条24插入在槽内。

所述滚柱15表面加工有与轴向平行的平面，用于防止滚柱15向上移动的过程中发生滚动。

所述加高筒16由两片半圆筒组成，所述加高筒高度有不同规格，根据需要进行选取。

进一步地，所述第一平板31和第二平板29通过合页铰接，所述螺杆4和滑块6通过合页铰接，水平移动机构25和第三平板28通过弹簧合页铰接。

本发明的第一种实施方案是演示颚式破碎机自锁装置的操作过程：

第一步：用下压杆1将第一平板31压到最低处，将第一平板31和左箱板3用销钉固定。

第二步：顺时针旋转螺杆4，将第一平板31和第二平板29之间的夹角调节到一个较大值（可以接近装置所允许的最大值）。

第三步：将滚柱15放置在第一平板31和第二平板29之间，滚柱15的轴线要与两板平行，而且滚柱15的平面部分要与第一平板31接触。

第四步：逆时针旋转螺杆4，减小第一平板31和第二平板29之间的夹角。当滚柱15不能向上滑动时，记下第一平板31和第二平板29之间的夹角α。

第五步：换用另一个规格的滚柱15（材料不同，其他相同，重复第二、三、四步操作。

现象说明：

在角度减小的过程中，滚柱15能向上滑动，说明未自锁；当角度减小到某一个值时，滚柱15不能向上滑动了，说明此装置自锁，此时第一平板31和第二平板29之间的夹角为α。此装置的自锁条件为第一平板31和第二平板29之间的夹角≤α 。比较发现，两次的α 值并不相同，说明在这个装置中自锁条件与装置的摩擦系数有关。

本发明的第二种实施方案是演示压榨机自锁装置的操作过程：

第一步：拔出销钉，将第一平板31和左箱板3的固定解除，并将第一平板31和第二平板29提高到装置允许的最大高度的位置。

第二步：逆时针旋转螺杆4将第一平板31和第二平板29之间的夹角调节到一个较小值（可以接近装置所允许的最小值）。

第三步：用下压杆1把第一平板31和第二平板29压到最低位置，释放下压杆1，观察第一平板31和第二平板29是否向上滑动。

第四步：若未滑动，将第一平板31和第二平板29提起。调节螺杆4，增大第一平板31和第二平板29之间的夹角。重复第三、四步直至第一平板31和第二平板29向上滑动。

第五步：记下第一平板31和第二平板29之间的夹角α。

第六步：在装置上箱板26左侧插入摩擦条24，重复上面的步骤。

现象说明：

在角度增大的过程中，第一平板31和第二平板29不能向上滑动，说明此时装置自锁；当角度增大到某一个值时，第一平板31和第二平板29发生向上滑动，说明装置未自锁，此时第一平板31和第二平板29之间的夹角为α。此装置的自锁条件为第一平板31和第二平板29之间的夹角≤α 。比较发现，几次的α 值并不相同，说明在这个装置中自锁条件与摩擦系数有关。

本发明的第三种实施方案是演示凸轮推杆自锁装置的操作过程

第一步：将第一平板31和左箱板3固定，调节螺杆4，将第一平板31和第二平板29之间的夹角调节到一个较大值（可以接近装置所允许的最大值）。

第二步：压下推杆27，直到凸轮13不能转动为止。

第三步：调节螺杆4，减小第一平板31和第二平板29之间的夹角，使水平移动机构25向左移动，从而带动压板14向左移动，观察推杆27是否弹起。若未弹起，执行第四步；若弹起，记下此时第一平板31和第二平板29之间的夹角α。

第四步：继续减小第一平板31和第二平板29之间的夹角，直至弹起，记下此时第一平板31和第二平板29之间的夹角α。

第五步：在水平移动机构25上装入加高筒，重复上面的步骤。

现象说明：

设凸轮13对压板14的作用点到推杆27的距离为L，推杆27与在水平移动机构25的接触高度为l。操作过程容易发现，一开始时L值较大，推杆27无法被弹起，装置处于自锁状态。当调节第一平板31和第二平板29的角度使L不断减小到某一值时，推杆27被弹起，装置解除自锁。说明该装置的自锁与凸轮13对压板14的作用点到推杆27的距离L的大小有关。加上加高筒16后，推杆27与水平移动机构25的接触高度l值增大，操作中装置解除自锁时的L值也随着增大，说明该装置的自锁还与推杆27与水平移动机构25的接触高度l有关。

本发明的第四种实施方案是演示摩擦圆自锁装置的操作过程

第一步：将第一平板31和左箱板3固定，调节螺杆4，将第一平板31和第二平板29之间的夹角调节到一个较小值（可以接近装置所允许的最小值）。

第二步：压下推杆27，观察压板14对凸轮13作用线与凸轮转轴处的摩擦圆的关系，直到凸轮13不能转动为止。

第三步：释放推杆27。

现象说明：

在压下推杆27的过程中，凸轮13能够转动，说明此装置未自锁；当压下到某一个值时，凸轮13不能转动，说明此时装置发生自锁。观察发现，此装置的自锁条件为压板14对凸轮13的作用线与摩擦圆相切或相交。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：包括立方形箱体，颚式破碎机自锁装置，压榨机自锁装置，凸轮推杆及摩擦圆自锁装置，

所述箱体包括设置在上箱板（26）、下箱板（10）、竖直设置的左箱板（3）和右箱板（20）、前箱板（19）、后箱板（30）；

所述颚式破碎机自锁装置包括第一平板（31）、第二平板（29）、滚柱（15）、滑块（6）、滑块底座（7）、量角器（8）、螺杆（4），所述第一平板（31）与左箱板（3）通过导轨副滑动配合，所述第一平板（31）的底端和第二平板（29）通过铰链连接，所述滑块底座（7）固连在第二平板（29）上，所述滑块（6）与滑块底座（7）通过移动副连接，所述螺杆（4）与第一平板（31）上的螺孔通过螺旋副连接，所述螺杆（4）的一端通过套筒（5）与滑块（6）铰接，另一端穿过左箱板（3）上设置的长圆孔至箱体外，所述量角器（8）设置在第一平板（31）一侧用于测量第一平板（31）和第二平板（29）夹角，通过旋转螺杆（4）实现对第一平板（31）和第二平板（29）夹角的调节，所述左箱板（3）及第一平板（31）上均设置有通过一根销钉依次穿过从而锁定左箱板（3）及第一平板（31）位置的通孔，第一平板（31）上开有孔，能用销依次穿过左箱板上的孔和第一平板（31）上的孔；

所述压榨机自锁装置包括下压杆（1）、复位弹簧（2）、第三平板（28）、和水平移动机构（25）、摩擦条（24），弹簧导杆（21）、压缩弹簧（18），所述下压杆（1）与上箱板（26）上的孔间隙配合，所述复位弹簧（2）套在下压杆（1）上，其一端与上箱板（26）贴合，另一端与下压杆（1）的把手贴合，使下压杆（1）在施加的作用力消失后能自动弹起，所述第三平板（28）与第二平板（29）滑动配合且与水平移动机构（25）的左端通过铰链连接，所述水平移动机构（25）与箱体通过水平移动副连接，所述弹簧导杆（21）固连在右箱板（20）上，所述压缩弹簧（18）套在弹簧导杆（21）上，弹簧导杆（21）与水平移动机构（25）一端的盲孔间隙配合，所述摩擦条（24）设置在左箱板（3）和第一平板（31）之间的缝隙内；

所述凸轮推杆及摩擦圆自锁装置包括推杆（27）、加高筒（16）、压板（14）、凸轮（13）、凸轮轴（11）、支撑架（9）、扭转弹簧（12），所述上箱板（26）上设置有供推杆（27）左右移动的长圆孔，所述水平移动机构（25）竖直地设置有与推杆（27）间隙配合的阶梯通孔，所述压板（14）固连在推杆（27）底端，所述支撑架（9）固定下箱板（10）上，述凸轮轴（11）设置于支撑架（9）上，所述凸轮（13）与凸轮轴（11）配合，所述扭转弹簧（12）一端与凸轮（13）相连接，另一端固定在凸轮轴（11）上，使凸轮（13）具有往上转动的趋势，所述加高筒（16）设置于阶梯通孔内，其内孔与推杆（27）间隙配合。

2.根据权利要求1所述的动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：所述箱体内左上角设置有用于存放产品说明书的上储物箱（22），右下角设置有用于存放滚柱和加高筒的下储物箱（17），所述上储物箱（22）和下储物箱（17）之间形成导轨，与水平移动机构（25）移动副连接，并限制水平移动机构（25）垂直于前箱板方向移动。

3.根据权利要求2所述的动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：所述右箱板（20）上开有用于存放摩擦条（24）的槽。

4.根据权利要求3所述的动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：所述滚柱（15）表面加工有与轴向平行的平面，用于防止滚柱（15）向上移动的过程中发生滚动。

5.根据权利要求4所述的动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：所述加高筒（16）由两片半圆筒组成。

6.根据权利要求5所述的动态演示机械自锁现象的教学用具，其特征在于：所述第一平板（31）和第二平板（29）通过合页铰接，所述螺杆（4）和滑块（6）通过合页铰接，水平移动机构（25）和第三平板（28）通过弹簧合页铰接。