CN107293207A - 一种立式曲柄导杆滑块机构实验台 - Google Patents
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Abstract
一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，包括电机以及与电机顺序相连、由小带轮和大带轮组成的减速装置，减速装置与曲柄相连，曲柄再通过曲柄连接装置与伸缩杆相连，伸缩杆另一端与滑块通过扁头轴连接，滑块与滑块支撑架通过小球配合接触，滑块19上装配有位移传感器和测量导杆速度的速度传感器C，导杆一端与铰链连接，另一端装配有笔架，导杆中部通过扁头轴与滑块的另一端连接。本发明可通过改变曲柄偏心距离、伸缩杆长度，滑块支撑架高度，实现曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、曲柄导杆滑块机构的演示，并可在图板上画出实际运动轨迹图，实验台各部分零部件在各机构中可以重复使用，拆装使用方便，结构简单，容易实现所需的运动模型。
Description
技术领域
本发明涉及实验教具领域，特别涉及一种立式曲柄导杆滑块机构实验台。
背景技术
机械原理课是机械类的专业基础课，能够让学生了解有关常用机构和常用零件方面的基础知识。该课程包含几个典型模型，曲柄滑块机构，可以将旋转运动转化成往复直线运动；曲柄导杆滑块机构可以将旋转运动转化成往复直线运动再转化成导杆一定角度内的摆动。曲柄滑块机构是一种经典的机械运动机构，在机械设计和工业生产中大量使用。因此在机械基础理论教学中，曲柄滑块机构的讲授成为了重点章节。为了辅助教师更好的开展教学活动，直观快速的向学生介绍复杂抽象的运动原理。使学生更好的参与教学环节，可以更好的掌握机械设计和机械原理课程中所讲内容，设计一款综合性曲柄滑块机构，成为了当下刻不容缓的任务。
对于课堂所讲授的内容，如果向学生只用解析法介绍运动公式，只用图解法对运动原理和运动轨迹进行阐述和解释，不但内容枯燥，学生兴趣低，学生参与感减弱，教学效果显著下降，而且造成学生在没有彻底掌握运动规律时，单纯的死记硬背公式原理来应付考试。
通过走访调研教学模具生产厂家，分析市场上主流的教学设备，目前高校的实验台设备存在很多突出问题。一方面，实验设备的差异性，造成两个极端现象，要么实验设备高度智能化，学生参与感减弱，没有掌握到基础的机械结构，只是获得传感器回收的实验数据，不加自主分析，拼凑实验报告。要么实验台结构功能过于简单，测试数据过于单一，无法满足教学需求；另一方面，多数实验台是整机装配固定成型的，不利于学生多次拆卸安装，所设计的实验变量，在实验台中也不方便调节机构尺寸，实验台在壳体包裹下，学生无法观察机械结构的连接特性和传动特性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，在传统的实验台上增加实验的综合性和参数变量的多变性，学生可以进行多次拆卸安装，利于学生观察机械机构，连接装配关系。实验台机械结构简单，方便学生调节结构尺寸，改变参数变量。实验台传动单元可视化，利于学生实时观察运动过程，并且对运动轨迹实现同步生成记录。
为了实现上述目的，本发明采用的设计方案如下：
一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，包括安装在实验台面下的电机1，电机1的输出轴与小带轮37通过A型平键38连接，小带轮37 通过皮带6与机架5上的大带轮7连接，电机1输出轴下方安装速度传感器A 33，机架5上安装速度传感器B 36；
大带轮7、曲柄9、机架5孔轴与主传动轴32配合，主传动轴 32通过A型平键38分别与大带轮7和曲柄9装配，机架5上还安装有角接触球轴承，主传动轴32同时和角接触球轴承连接，大带轮7 两端分别有套筒来定位，曲柄9的一端有套筒来定位，机架5和曲柄 9的另一端分别通过安装端盖8来防止主传动轴32轴向窜动，端盖8 通过螺钉分别固定在机架5和曲柄9上；
曲柄9通过曲柄连接装置30与伸缩杆11的一端连接，曲柄连接装置30通过使用开口销13固定伸缩杆11一端的位置，伸缩杆11另一端与滑块19通过扁头轴31连接，扁头轴31通过插入开口销13固定伸缩杆11另一端的位置；
滑块19与滑块支撑架18通过小球配合接触，滑块支撑架18与机架21通过两端的紧定螺钉固定位置，机架21安装在实验台面上，滑块19上装配有位移传感器12和测量导杆20速度的速度传感器C 16；
导杆20一端与铰链22连接，另外一端装配有笔架14，导杆20 中部通过扁头轴31与滑块19的另一端连接。
所述的实验台上还设置有计算机23、鼠标24和键盘25，计算机 23安装有ADAMS软件，机箱26与计算机23连接的采集卡27固定在台面下。
所述的伸缩杆11一端与曲柄9连接，使用螺母垫片配合，增加连接接触面的摩擦，使配合处不易滑动，另一端与扁头轴31使用螺栓螺母相连接。
所述的伸缩杆11不需要拆卸即可改变其长度，旋开螺母，旋转螺杆，同时，螺杆通过套筒方式与滑块19配合的扁头轴31相连接。
与现有技术相比，本发明实验台的优点在于：本发明可通过改变曲柄偏心距离、伸缩杆长度，滑块支撑架高度，实现曲柄滑块机构、偏置曲柄滑块机构、曲柄导杆滑块机构的演示，并可在图板上画出实际运动轨迹图，实验台各部分零部件在各机构中可以重复使用，拆装使用方便，结构简单，容易实现所需的运动模型。
附图说明
图1为本发明的装配主视图；
图2为本发明的装配左视图；
图3为本发明的轴侧图；
图4为设计曲柄结构示意图；
图5为设计滑块的结构示意图；
图6为设计伸缩杆的装配示意图；
图7为设计主传动轴结构示意图；
图8为设计扁头轴的结构示意图。
具体实施方案
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
如图1、2、3所示，一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，包括安装在实验台面下的电机1，电机1的转速通过频率改变来控制，频率由电机控制转速旋钮3改变，频率数值在显示器2上显示，4为电源开关；电机1的输出轴与小带轮37通过A型平键38连接，小带轮 37配合有小带轮护壳35，小带轮37通过皮带6与机架5上的大带轮 7连接，电机1输出轴下方安装速度传感器A 33，测电机1输出轴上的转速，大带轮7配合有大带轮护壳10，机架5上安装速度传感器B 36，测大带轮7的转速；
大带轮7、曲柄9(参见图4)、机架5孔轴与主传动轴32(参见图7)配合，主传动轴32通过A型平键38分别与大带轮7和曲柄9 装配，机架5上还安装有角接触球轴承，主传动轴32同时和角接触球轴承连接，大带轮7两端分别有套筒来定位，曲柄9的一端有套筒来定位，机架5和曲柄9的另一端分别通过安装端盖8来防止主传动轴32轴向窜动，端盖8通过螺钉分别固定在机架5和曲柄9上；
曲柄9通过曲柄连接装置30与伸缩杆11(参见图6)的一端连接，曲柄连接装置30通过使用开口销13固定伸缩杆11一端的位置，伸缩杆11另一端与滑块19(参见图5)通过扁头轴31(参见图8) 连接，扁头轴31通过插入开口销13固定伸缩杆11另一端的位置；
滑块19与滑块支撑架18通过小球配合接触，滑块19内部开有 8个半圆孔，滑块支撑架18开有半圆槽，小球被定位在半圆内在半圆槽内滚动；滑块支撑架18与机架21通过两端的紧定螺钉固定位置，机架21安装在实验台面上，滑块19上装配有位移传感器12和速度传感器C 16，分别用来测量伸缩杆11和导杆20的角位移和速度；
导杆20一端与铰链22连接，另外一端通过紧定螺钉装配有笔架 14，笔架14上安装有铅笔28，试验台的图板29上设置有白纸磁钉 15，用来固定白纸17位置，定位在白纸17的四个角，使白纸17固定在试验台的图板上；导杆20中部通过扁头轴31与滑块19的另一端连接，扁头轴31的扁头端在导杆20的导向槽内移动。
所述的实验台上还设置有计算机23、鼠标24和键盘25，计算机 23安装有ADAMS软件，对实验台模型的原理进行模拟仿真，得到运动解，机箱26与计算机23连接的采集卡27通过沉头螺钉34固定在台面下。
所述的伸缩杆11一端与曲柄9连接，使用螺母垫片配合，增加连接接触面的摩擦，使配合处不易滑动，另一端与扁头轴31使用螺栓螺母相连接。
所述的伸缩杆11不需要拆卸即可改变其长度，旋开螺母，旋转螺杆，同时，螺杆通过套筒方式与滑块19配合的扁头轴31相连接。
本发明的工作原理为：
首先将电机的输出轴通过键槽与小带轮连接，在电机下方安装速度传感器A；然后，向机架的轴承槽中安装角接触球轴承，把主传动轴插入一端的轴承里，接下来依次装配大带轮，套筒，曲柄，端盖，接着将速度传感器B安装在机架上；在曲柄的偏心槽里安装曲柄连接装置，曲柄连接装置与伸缩杆的一端连接，使用开口销定位；伸缩杆的另一端使用扁头轴和滑块连接，使用开口销定位；接着，扁头轴的另一端和导杆连接，使其在导杆的导向槽中滑动，导杆上装配的铅笔，可以在图纸上绘出导杆摆动的路径图。
利用本发明进行曲柄滑块机构实验时，旋开扁头轴一端的螺钉，取下导杆，启动电机，即可进行曲柄滑块机构实验的演示。
利用本发明进行偏置曲柄滑块实验时，旋开扁头轴一端的螺钉，取下导杆，旋开曲柄连接装置的螺母，调节偏心距离，旋开伸缩杆的螺母，调节伸缩杆的长度，滑块支撑架两端的紧定螺钉旋开，调整高度，增加偏心距离，启动电机，即可进行偏置曲柄滑块机构实验的演示。
Claims (4)
1.一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，其特征在于：包括安装在实验台面下的电机(1)，电机(1)的输出轴与小带轮(37)通过A型平键(38)连接，小带轮(37)通过皮带(6)与机架(5)上的大带轮(7)连接，电机(1)输出轴下方安装速度传感器A(33)，机架(5)上安装速度传感器B(36)；
大带轮(7)、曲柄(9)、机架(5)孔轴与主传动轴(32)配合，主传动轴(32)通过A型平键(38)分别与大带轮(7)和曲柄(9)装配，机架(5)上还安装有角接触球轴承，主传动轴(32)同时和角接触球轴承连接，大带轮(7)两端分别有套筒来定位，曲柄(9)的一端有套筒来定位，机架(5)和曲柄(9)的另一端分别通过安装端盖(8)来防止主传动轴(32)轴向窜动，端盖(8)通过螺钉分别固定在机架(5)和曲柄(9)上；
曲柄(9)通过曲柄连接装置(30)与伸缩杆(11)的一端连接，曲柄连接装置(30)通过使用开口销(13)固定伸缩杆(11)一端的位置，伸缩杆(11)另一端与滑块(19)通过扁头轴(31)连接，扁头轴(31)通过插入开口销(13)固定伸缩杆(11)另一端的位置；
滑块(19)与滑块支撑架(18)通过小球配合接触，滑块支撑架(18)与机架(21)通过两端的紧定螺钉固定位置，机架(21)安装在实验台面上，滑块19上装配有位移传感器(12)和测量导杆(20)速度的速度传感器C(16)；
导杆(20)一端与铰链(22)连接，另外一端装配有笔架(14)，导杆(20)中部通过扁头轴(31)与滑块(19)的另一端连接。
2.如权利要求1所述的一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，其特征在于：所述的实验台面上还设置有计算机(23)、鼠标(24)和键盘(25)，计算机(23)安装有ADAMS软件，机箱(26)与计算机(23)连接的采集卡(27)固定在台面下。
3.如权利要求1所述的一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，其特征在于：所述的伸缩杆(11)一端与曲柄(9)连接，使用螺母垫片配合，增加连接接触面的摩擦，使配合处不易滑动，另一端与扁头轴(31)使用螺栓螺母相连接。
4.如权利要求1所述的一种立式曲柄导杆滑块机构实验台，其特征在于：所述的伸缩杆(11)不需要拆卸即可改变其长度，旋开螺母，旋转螺杆，同时，螺杆通过套筒方式与滑块(19)配合的扁头轴(31)相连接。
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