CN106530944A - 一种齿轮传动教学仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮传动教学仪，包括箱体、齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮轴C、速度传感器A、伺服电机、控制显示设备、速度传感器B、蜗杆轴、传递齿、大齿轮、蜗杆、蜗轮、小锥齿轮以及大锥齿轮；本发明具有结构简单、使用方便等优点，能够生动形象的展示出锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆传动的齿轮传动教学仪；通过合理的设计传动轴和合理的安装齿轮将锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆同时展示，并且通过合理设计速度传感器，并将获得的速度通过控制显示设备展示出来，让所学者更加容易理解，和核对所学者计算出的数据是否正确。

Description

一种齿轮传动教学仪

技术领域

本发明涉及一种机械专业的教学用具，具体讲是一种齿轮传动教学仪。

背景技术

随着社会的发展，科技的进步，科教兴邦是我们的宗旨，教育质量的提升，使得我们国民素质有所提高；对教育的重视的同时，对教学用品和教具都有所提高，通过不断地完善教学用具，使得学习者兴趣对学习的兴趣更浓，生动形象的教学用品都让学习者理解也更加透彻。对于机械领域学习来讲，齿轮传动属于基础知识，了解齿轮传动对以后机械学习有极大帮助。

经过检索发现，专利号CN201620145710.8的实用新型公开了一种齿轮传动显示教学装置；本产品其组成包括:主传动轴，所述的主传动轴连接主齿轮，所述的主齿轮连接一号齿轮，所述的一号齿轮的厚度等于所述的主齿轮的2倍，所述的主传动轴的后端连接3个夹角为120°T形插件，所述的T形插件连接T形插槽，所述的T形插槽开在连接环内，所述的连接环连接电机输出轴，所述的主传动轴的前端连接圆盘，所述的圆盘连接支撑拉杆，所述的支撑拉杆连接手动外圆环，所述的一号齿轮连接齿轮传动组，所述的一号齿轮连接一号轴。本发明用于教学演示。

专利号CN201210294491.6的发明公布了一种用于教学的钳工技能训练齿轮传动系统，包括两块平行的墙板，所述两块墙板之间安装有三个不同直径的圆柱直齿轮且两两相啮合，所述两块墙板的一端安装有梯形板，另一端安装有十字板，所述圆柱直齿轮、所述梯形板、所述十字板与所述两块墙板构成动配合。

专利号CN201620445170.5的实用新型提供了一种教学用仿真机器蚱蜢的齿轮传动机构，包括齿轮箱，齿轮箱内设置有前齿轮、后齿轮，前齿轮与左前脚和右前脚连接，后齿轮与第一左后脚和第一右后脚连接，前齿轮和后齿轮之间连接多个传动齿轮，其中一个传动齿轮连接过渡齿轮，过渡齿轮连接驱动齿轮。

然而，传统的教学中都是通过教学者以理论的知识去学习，使得学习者只是停留在理论学习阶段，根本不能完全了解，在今后的使用过程中都是一知半解的，不容易上手；然而，现有的相关教学仪不够形象，特别是机械课程的学习中，各种齿轮的传动，和齿轮的计算等，没有具体的演示到位，不容易完全理解，掌握的程度不深，在今后应用的过程中容易出现不同程度的漏洞；故需要加以改进。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种设计合理、结构简单、使用方便、生动形象的展示出锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆传动的齿轮传动教学仪；通过合理的设计传动轴和合理的安装齿轮将锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆同时展示，并且通过合理设计速度传感器，并将获得的速度通过控制显示设备展示出来，让所学者更加容易理解，和核对所学者计算出的数据是否正确。

本发明是这样实现的，构造一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述齿轮传动教学仪包括箱体、齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮轴C、速度传感器A、伺服电机、控制显示设备、速度传感器B、蜗杆轴、传递齿、大齿轮、蜗杆、蜗轮、小锥齿轮以及大锥齿轮；

所述箱体上通过轴承安装有齿轮轴A，在齿轮轴A上设置有大锥齿轮，所述大锥齿轮与小锥齿轮啮合；其中，小锥齿轮安装于齿轮轴C的端部，在该齿轮轴C上还设置有蜗轮和传递齿，其中蜗轮位于传递齿和小锥齿轮中间；

所述箱体上通过轴承还设置有齿轮轴B，该齿轮轴B上设置有大齿轮，该大齿轮与传递齿啮合。

本发明所述的齿轮传动教学仪具有设计合理、结构简单、使用方便等优点，通过合理的设计传动轴和合理的安装齿轮，让所学者更加容易理解，和核对所学者计算出的数据是否正确。

作为上述技术方案的改进，

所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述箱体上通过轴承还竖直安装有蜗杆轴，该蜗杆轴上对应的蜗杆与蜗轮啮合；使其本发明不均能够生动形象的展示出锥齿轮传动、圆柱直齿传动，而且还能够展现出蜗轮蜗杆的传动。

作为上述技术方案的改进，

所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述齿轮轴A、齿轮轴B和齿轮轴C分别与速度传感器B、伺服电机和速度传感器A连接；

所述齿轮轴A、齿轮轴B和齿轮轴C分别与速度传感器B、伺服电机和速度传感器A连接；

所述控制显示设备包括中央处理模块、信号处理模块、A/D转换电路、电源模块、触摸显示屏、以及存储模块；

所述中央处理模块分别与A/D转换电路、电源模块以及存储模块连接；其中，信号处理模块用于与速度传感器A和速度传感器B连接，同时，信号处理模块输出端与A/D转换电路连接，

所述控制显示设备还包括触摸屏控制模块和串口智能显示终端；

所述中央处理模块与串口智能显示终端连接；同时，串口智能显示终端与触摸显示屏连接；触摸显示屏通过触摸屏控制模块与中央处理模块连接；

所述中央处理模块与伺服电机和指示灯连接，并控制伺服电机和指示灯的工作。

本发明通过合理设计速度传感器，并将获得的速度通过控制显示设备展示出来，让所学者更加容易理解，和核对所学者计算出的数据是否正确。并且可通过控制显示设备来控制伺服电机工作；为老师和学生提供更人性化的操作环境，简化了操作步骤，因而能提高使用效率。

作为上述技术方案的改进，

所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述箱体为透明材质制成；透明箱体有利于学者观察内部传动情况。

作为上述技术方案的改进，

所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述箱体的底部具有凹槽，箱体自身具有6个用于安装齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮轴C的半圆弧形座；有利于实现齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮轴C的安装，达到结构简单、设计合理、便于安装等目的。

作为上述技术方案的改进，

所述一种齿轮传动教学仪，所述齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮轴C、蜗杆轴、传递齿、大齿轮、蜗杆、蜗轮、小锥齿轮以及大锥齿轮的材质采用以Mn和Cr合金元素组成的高锰合金钢顺磁性材料，其重量百分含量如下：C：0.8-1.0％；Si：0.8-1.0％；Cr：2-4％；Mn：10-15％；S：≤0.03％；P：≤0.06％；余量为Fe。使其齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮轴C、蜗杆轴、传递齿、大齿轮、蜗杆、蜗轮、小锥齿轮以及大锥齿轮具有更好的抗振动性和耐磨损性。

作为上述技术方案的改进，

所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：具体实现过程如下：所述齿轮传动教学仪用于演示齿轮传动的教学；

首先将伺服电机与电源连接，通过伺服电机带动齿轮轴B转动，齿轮轴B再带动大齿轮转动，大齿轮转动再带动传递齿转动，通过传递齿的转动，带动齿轮轴C转动，齿轮轴C的转动再带动蜗轮和小锥齿轮转动；蜗轮和小锥齿轮的转动再分别带动蜗杆和大锥齿轮转动，大锥齿轮转动时再带动齿轮轴A转动；

在上述过程中由于伺服电机的速度是可控的，是已知的，并与控制显示设备连接，控制显示设备显示出伺服电机的转动速度；而齿轮轴A和齿轮轴C转动时，速度传感器B和速度传感器A分别测示出齿轮轴A和齿轮轴C的转动速度，并将速度分别显示于控制显示设备；在本发明演示的过程中可以展现出圆柱齿轮的传动，锥齿轮的传动和涡轮蜗杆的传动，实现是三个不同方式的传动，同时所有齿轮的参数是已知的，学生可以通过齿轮的参数计算出传动比，从而再通过电机的转速计算出个轴的转速，同时将计算出的转速与控制显示设备上的速度相对比，看计算是否合理，让所学者更能理解和计算齿轮传动的速度。

本发明具有如下优点：

优点一：本发明提供一种齿轮传动教学仪，具有设计合理、结构简单、使用方便等优点；能够生动形象的展示出锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆的传动。

优点二：通过合理的设计传动轴和合理的安装齿轮将锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆同时展示，并且通过合理设计速度传感器，并将获得的速度通过控制显示设备展示出来，让所学者更加容易理解，和核对所学者计算出的数据是否正确。

优点三：在使用过程中，本发明所有齿轮参数都为已知，通过齿轮的参数可以计算出齿轮的传动比，同时伺服电机的速度是可调是已知的，所有通过伺服电机的速度和齿轮的传动比等参数可以计算出各齿轮轴的理论转速，同时将该理论转速与控制显示设备显示的转速相比，看是否计算正确，增强学生的好奇心，让其对齿轮传动理解更加深刻。

优点四：本发明结构简单，安装和拆卸方便，适合运用于各大院校的教学，制造也容易，原材取材容易，成本低廉，适合大范围推广使用。

优点五：本发明可通过控制显示设备来控制伺服电机工作；采用嵌入式和触摸屏技术实现输入，为老师和学生提供更人性化的操作环境，简化了操作步骤，因而能提高使用效率。

附图说明

图1是本发明所述教学仪整体示意图

图2-3是本发明传动部分机箱体组合示意图

图4是本发明箱体对应的示意图

图5是本发明传动部分示意图

图6是本发明控制显示设备框图。

具体实施方式

下面将结合附图1-6对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种齿轮传动教学仪，如图1-6所示，可以按照如下方式予以实施；包括箱体1，该箱体1上通过轴承安装有齿轮轴A2，在齿轮轴A2上设置有大锥齿轮15，该大锥齿轮15与小锥齿轮14啮合，所述小锥齿轮14安装于齿轮轴C4的端部，在该齿轮轴C4上还设置有蜗轮13和传递齿10，其中蜗轮13位于传递齿10和小锥齿轮14中间；

所述箱体1上通过轴承还设置有齿轮轴B3，该齿轮轴B3上设置有大齿轮11，改大齿轮11与传递齿10啮合；

所述箱体1上通过轴承还竖直安装有蜗杆轴9，该蜗杆轴9上的蜗杆12与蜗轮13啮合。

根据本发明所述一种齿轮传动教学仪，所述箱体1为透明材质制成。

根据本发明所述一种齿轮传动教学仪，所述箱体1的底部具有凹槽16，箱体1自身具有6个用于安装齿轮轴A2、齿轮轴B3、齿轮轴C4的半圆弧形座17。

本发明所述的齿轮传动教学仪具有设计合理、结构简单、使用方便等优点，通过合理的设计传动轴和合理的安装齿轮，让所学者更加容易理解，和核对所学者计算出的数据是否正确。

根据本发明所述一种齿轮传动教学仪，所述齿轮轴A2、齿轮轴B3和齿轮轴C4分别与速度传感器B8、伺服电机6和速度传感器A5连接。

如图6所示；所述控制显示设备7包括中央处理模块71、信号处理模块72、A/D转换电路73、电源模块74、触摸显示屏75、以及存储模块76；

所述中央处理模块71分别与A/D转换电路73、电源模块74以及存储模块76连接；其中，信号处理模块72用于与速度传感器A5和速度传感器B8连接，同时，信号处理模块72输出端与A/D转换电路73连接；所述控制显示设备7还包括触摸屏控制模块77和串口智能显示终端78；所述中央处理模块71与串口智能显示终端78连接；同时，串口智能显示终端78与触摸显示屏75连接；触摸显示屏75通过触摸屏控制模块77与中央处理模块71连接；所述中央处理模块71与伺服电机6和指示灯79连接，并控制伺服电机6和指示灯79的工作。

本发明所述控制显示设备7，对应的显示屏可以为触摸显示屏；人员（老师或者学生）可以在触摸显示屏界面进行操作；触摸屏控制模块采集触控点坐标模拟信号，然后将触控点坐标转化为数字信号发送到中央处理模块，中央处理模块接收触控坐标后，根据坐标值解析人员操作行为，然后进行相关处理；中央处理模块通过串口智能显示终端向触摸显示屏发送显示信息。本发明采用嵌入式和触摸屏技术实现输入，同时可通过控制显示设备7来控制伺服电机6工作；为老师和学生提供更人性化的操作环境，简化了操作步骤，因而能提高使用效率。

本发明具体实施如下：

本发明是用于演示齿轮传动的教学，开启控制显示设备7，可由控制显示设备7来控制伺服电机6，通过伺服电机6带动齿轮轴B3转动，齿轮轴3再带动大齿轮11转动，大齿轮11转动再带动传递齿10转动，通过传递齿11的转动，带动齿轮轴C4转动，齿轮轴C4的转动再带动蜗轮13和小锥齿轮14转动；蜗轮13和小锥齿轮14的转动再分别带动蜗杆12和大锥齿轮15转动，在大锥齿轮15转动时再带动齿轮轴A2转动。

在上述过程中由于伺服电机6的速度是可控的，是已知的，并与控制显示设备7连接，控制显示设备7显示出伺服电机6的转动速度；而齿轮轴A2和齿轮轴C4转动时，传感器C8和传感器A5分别测示出齿轮轴A2和齿轮轴C4的转动速度，并将速度分别显示于控制显示设备7；在本发明演示的过程中可以展现出圆柱齿轮的传动，锥齿轮的传动和涡轮蜗杆的传动，实现是三个不同方式的传动，同时所有齿轮的参数是已知的，学生可以通过齿轮的参数计算出传动比，从而再通过电机的转速计算出个轴的转速，同时将计算出的转速与控制显示设备7上的速度相对比，看计算是否合理，让所学者更能理解和计算齿轮传动的速度。

本发明所述一种齿轮传动教学仪，所述齿轮轴A2、齿轮轴B3、齿轮轴C4、蜗杆轴9、传递齿10、大齿轮11、蜗杆12、蜗轮13、小锥齿轮14以及大锥齿轮15的材质采用以Mn和Cr合金元素组成的高锰合金钢顺磁性材料，其重量百分含量如下：C：0.8-1.0％；Si：0.8-1.0％；Cr：2-4％；Mn：10-15％；S：≤0.03％；P：≤0.06％；余量为Fe。使其齿轮轴A2、齿轮轴B3、齿轮轴C4、蜗杆轴9、传递齿10、大齿轮11、蜗杆12、蜗轮13、小锥齿轮14以及大锥齿轮15具有更好的抗振动性和耐磨损性。

本发明具有设计合理、结构简单、使用方便；能够生动形象的展示出锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆的传动；通过合理的设计传动轴和合理的安装齿轮将锥齿轮传动、圆柱直齿传动以及蜗轮蜗杆同时展示，并且通过合理设计速度传感器，并将获得的速度通过控制显示设备展示出来，让所学者更加容易理解。

所有齿轮参数都为已知，通过齿轮的参数可以计算出齿轮的传动比，同时伺服电机的速度是可调是已知的，所有通过伺服电机的速度和齿轮的传动比等参数可以计算出各齿轮轴的理论转速，同时将该理论转速与控制显示设备显示的转速相比，看是否计算正确，增强学生的好奇心，让其对齿轮传动理解更加深刻。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述齿轮传动教学仪包括箱体（1）、齿轮轴A（2）、齿轮轴B（3）、齿轮轴C（4）、速度传感器A（5）、伺服电机（6）、控制显示设备（7）、速度传感器B（8）、蜗杆轴（9）、传递齿（10）、大齿轮（11）、蜗杆（12）、蜗轮（13）、小锥齿轮（14）以及大锥齿轮（15）；

所述箱体（1）上通过轴承安装有齿轮轴A（2），在齿轮轴A（2）上设置有大锥齿轮（15），所述大锥齿轮（15）与小锥齿轮（14）啮合；其中，小锥齿轮（14）安装于齿轮轴C（4）的端部，在该齿轮轴C（4）上还设置有蜗轮（13）和传递齿（10），其中蜗轮（13）位于传递齿（10）和小锥齿轮（14）中间；

所述箱体（1）上通过轴承还设置有齿轮轴B（3），该齿轮轴B（3）上设置有大齿轮（11），该大齿轮（11）与传递齿（10）啮合。

2.根据权利要求1所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述箱体（1）上通过轴承还竖直安装有蜗杆轴（9），该蜗杆轴（9）上对应的蜗杆（12）与蜗轮（13）啮合。

3.根据权利要求1所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述齿轮轴A（2）、齿轮轴B（3）和齿轮轴C（4）分别与速度传感器B（8）、伺服电机（6）和速度传感器A（5）连接；

所述控制显示设备（7）包括中央处理模块（71）、信号处理模块（72）、A/D转换电路（73）、电源模块（74）、触摸显示屏（75）、以及存储模块（76）；

所述中央处理模块（71）分别与A/D转换电路（73）、电源模块（74）以及存储模块（76）连接；其中，信号处理模块（72）用于与速度传感器A（5）和速度传感器B（8）连接，同时，信号处理模块（72）输出端与A/D转换电路（73）连接；

所述控制显示设备（7）还包括触摸屏控制模块（77）和串口智能显示终端（78）；所述中央处理模块（71）与串口智能显示终端（78）连接；同时，串口智能显示终端（78）与触摸显示屏（75）连接；触摸显示屏（75）通过触摸屏控制模块（77）与中央处理模块（71）连接；

所述中央处理模块（71）与伺服电机（6）和指示灯（79）连接，并控制伺服电机（6）和指示灯（79）的工作。

4.根据权利要求1所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述箱体（1）为透明材质制成。

5.根据权利要求1或2或4所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述箱体（1）的底部具有凹槽（16），箱体（1）自身具有6个用于安装齿轮轴A（2）、齿轮轴B（3）、齿轮轴C（4）的半圆弧形座（17）。

6.根据权利要求1所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：所述齿轮轴A（2）、齿轮轴B（3）、齿轮轴C（4）、蜗杆轴（9）、传递齿（10）、大齿轮（11）、蜗杆（12）、蜗轮（13）、小锥齿轮（14）以及大锥齿轮（15）的材质采用以Mn和Cr合金元素组成的高锰合金钢顺磁性材料，其重量百分含量如下：C：0.8-1.0％；Si：0.8-1.0％；Cr：2-4％；Mn：10-15％；S：≤0.03％；P：≤0.06％；余量为Fe。

7.根据权利要求1所述一种齿轮传动教学仪，其特征在于：具体实现过程如下：所述齿轮传动教学仪用于演示齿轮传动的教学；

通过伺服电机（6）带动齿轮轴B（3）转动，齿轮轴B（3）再带动大齿轮（11）转动，大齿轮（11）转动再带动传递齿（10）转动，通过传递齿（11）的转动，带动齿轮轴C（4）转动，齿轮轴C（4）的转动再带动蜗轮（13）和小锥齿轮（14）转动；蜗轮（13）和小锥齿轮（14）的转动再分别带动蜗杆（12）和大锥齿轮（15）转动，大锥齿轮（15）转动时再带动齿轮轴A（2）转动；

在上述过程中由于伺服电机（6）的速度是可控的，是已知的，并与控制显示设备（7）连接，控制显示设备（7）显示出伺服电机（6）的转动速度；而齿轮轴A（2）和齿轮轴C（4）转动时，速度传感器B（8）和速度传感器A（5）分别测示出齿轮轴A（2）和齿轮轴C（4）的转动速度，并将速度分别显示于控制显示设备（7）；在演示的过程中能够展现出圆柱齿轮的传动，锥齿轮的传动和涡轮蜗杆的传动，实现是三个不同方式的传动，同时所有齿轮的参数是已知的，学生能够通过齿轮的参数计算出传动比，从而再通过电机的转速计算出个轴的转速，同时将计算出的转速与控制显示设备（7）上的速度相对比，看计算是否合理，让所学者更能理解和计算齿轮传动的速度。