CN204463667U - 趣味机械智能教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种趣味机械智能教学装置，包括基座、其上安装有机构演示单元、动力源、单片机和与单片机连接的L298N驱动模块组成的机械控制单元及语音播放系统；所述机构演示单元包含链传动和带传动机构的演示单元Ⅰ、连杆机构和凸轮推杆机构的演示单元Ⅱ、涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构的演示单元Ⅲ；动力源为220v交流电经过电源适配器变压后，输出12v直流电，为单片机、L298N驱动模块、语音播放系统、机构演示单元提供动力；启动装置，全程展示利用计算机向单片机输入程序，单片机根据输入程序通过L298N驱动模块控制机构演示单元运动，同时语音播放系统同步播放演示的知识点。本实用新型可以直观的观测和对比各种运动机构的运动特征，适用于教学。

Description

趣味机械智能教学装置

技术领域

本发明涉及一种机械类专业趣味机械智能教学装置。

背景技术

《机械原理》、《机械设计》是机械类专业的主干课程，针对课程中所涉及的齿轮机构、凸轮推杆机构、连杆机构、蜗轮蜗杆机构、链传动、带传动特点的教学，目前所采用的都是单独教学模式，分别为任务驱动型方法、多媒体教学法、启发式教学方法、现场教学法。

前三种方法能够很好地讲解各机构各自的特点，但是，每种机构特点的教学都是彼此独立的展开，虽然书本中直接阐述了各机构的相同点与不同点，但是不能在实验中得到验证，不能很好地构建各个机构之间的相互关联，继而不能理解各机构的利弊以及现实中使用各个机构的原因。

发明内容

为了解决上述现有教学不足，本发明提供一种趣味机械智能教学装置，该装置可以直观展示齿轮机构、凸轮推杆机构、连杆机构、蜗轮蜗杆机构、链传动、带传动各个机构之间的相互关联以及各自个机构的特点，特别是有利于课堂教学演示，携带方便，有利于学生理解各机构的利弊以及现实中使用各个机构的原因。

本发明通过以下技术方案实现：

一种趣味机械智能教学装置，包括基座，其上安装有机构演示单元、动力源、机械控制单元和语音播放系统；所述机构演示单元包含链传动和带传 动机构的演示单元Ⅰ、连杆机构和凸轮推杆机构的演示单元Ⅱ、涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构的演示单元Ⅲ；所述演示单元Ⅱ和演示单元Ⅲ平行固定在基座上，所述演示单元Ⅰ垂直于演示单元Ⅱ和演示单元Ⅲ固定在基座上；所述动力源和机械控制单元平行于演示单元Ⅰ固定在基座上。

进一步，所述动力源为电源适配器将交流电转换为12V的直流电；所述机械控制单元包括单片机和与单片机连接的L298N驱动模块；所述语音播放系统包括带USB接口的音箱和通过USB接口连接在音箱上的音频储存设备；所述电源适配器连接单片机，所述L298N驱动模块与所述机构演示单元上的电机连接；所述动力源还连接音箱；通过计算机向单片机内输入控制程序，单片机控制L298N驱动模块从而实现对机械演示单元运动的控制，同时音箱同步播放音频储存设备上储存的知识点。

进一步，所述演示单元Ⅰ，包括设置在基座上的升降台，升降台的上底板上固定设置有透明的有机玻璃罩；有机玻璃罩内壁的一侧上安装有带轮机构，其另一侧上安装有与带轮机构平行设置的链轮机构；有机玻璃罩对应两外壁上固定设置有电机，电机轴穿过玻璃板通过联轴器分别与小带轮轴和小链轮轴连接，实现带动带轮和链轮运转；有机玻璃罩内部盛装油水混合物，带轮和链轮下缘部分浸入液面中。

进一步，所述演示单元Ⅱ，包括设置在基座上的升降台，所述升降台的上底板上垂直设置有机玻璃板；所述有机玻璃板的一侧上固定设置有凸轮推杆机构和连杆机构，其另一侧上固定设置有两台电机，电机轴穿过所述有机玻璃板通过联轴器连接曲柄轴和凸轮轴，实现带动凸轮推杆机构和连杆机构运转；所述连杆机构的中间杆和凸轮推杆机构的推杆的端部设计成挂钩形状 并延伸至有机玻璃板外侧便于观察。

进一步，所述演示单元Ⅲ，包括设置在基座上的升降台，所述升降台的上底板上垂直设置有机玻璃板，所述有机玻璃板上的一侧上依次固定设置有涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构，涡轮蜗杆机构的蜗杆通过联轴器与固定在有机玻璃板上电机的电机轴连接；其另一侧上固定设置有另一电机，电机轴穿过所述玻璃板通过联轴器连接小齿轮轴，实现带动涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构运转；大齿轮和蜗轮端面上设置有一个红色亮点便于观察。

进一步，所述升降台包括上底板和下底板，所述下底板固定安装在基座上；所述上底板和下底板之间固定设置有桁架，所述桁架之间连接有轴，轴上开设有螺纹孔和光孔；所述轴上螺纹孔连接有螺纹轴，所述螺纹轴的另一端通过联轴器与电机轴连接；所述电机还刚性连接有与螺纹轴平行的光轴，所述光轴的另一端伸入所述轴上的光孔内间隙配合。

本发明的有益效果：

本发明的趣味机械智能教学装置将齿轮机构和蜗轮蜗杆机构、凸轮推杆机构和连杆机构、链传动和带传动三个机构演示单元设置在基座上，动力源与机械控制单元连接，机械控制单元的控制模块与机构演示单元上的电机连接，利用计算机向单片机输入程序，演示过程中，启动动力源，单片机根据输入程序控制机构演示单元运动，同时语音播放系统同步播放演示的知识点。六种机构演示均设置在一个基座上进行展示，便于比较；同时语音同步播报演示的知识点，进一步加深对各个运动机构的理解。

附图说明

图1为装置整体结构立体示意图；

图2为装置整体结构俯视图；

图3为链传动和带传动的演示单元Ⅰ示意图；

图4为凸轮机构和连杆机构的演示单元Ⅱ示意图；

图5为齿轮机构和涡轮蜗杆机构Ⅲ示意图；

图6为升降台立体示意图。

附图标记：

1-基座；2-动力源；3-机械控制单元；4-演示单元Ⅰ；5-演示单元Ⅱ；6-演示单元Ⅲ；7-升降台；8-有机玻璃罩；9-带轮机构；10-链轮机构；11-电机；12-有机玻璃板；13-凸轮推杆机构；14-连杆机构；15-推杆；16-中间杆；17-渐开线圆柱齿轮机构；18-涡轮蜗杆机构；19-桁架；20-下底板；21-上底板；22-光轴；23-光孔；24-螺纹轴；25-螺纹孔；26-轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明：

如图1和图2所示，一种趣味机械智能教学装置，包括基座1，其上安装有机构演示单元、动力源2、机械控制单元3和语音播放系统。所述机构演示单元包含链传动和带传动机构的演示单元Ⅰ4、连杆机构和凸轮推杆机构的演示单元Ⅱ5、涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构的演示单元Ⅲ6。所述演示单元Ⅱ5和演示单元Ⅲ6平行固定在基座1上，所述演示单元Ⅰ4垂直于演示单元Ⅱ5和演示单元Ⅲ6固定在基座1上，所述动力源2和机械控制单元3平行于演示单元Ⅰ固定在基座1上。

所述动力源2为电源适配器将交流电转换为12V的直流电。所述机械控 制单元3包括单片机和与单片机连接的L298N驱动模块。所述语音播放系统包括带USB接口的音箱和通过USB接口连接在音箱上的音频储存设备。所述电源适配器连接单片机，所述L298N驱动模块与所述机构演示单元上的电机连接，所述动力源2还连接音箱。通过计算机向单片机内输入控制程序，单片机控制L298N驱动模块从而实现对机械演示单元运动的控制，同时音箱同步播放音频储存设备上储存的知识点语音。

如图1-3所示，所述演示单元Ⅰ4，包括设置在基座1上的升降台7，升降台7的上底板21上固定设置有透明的有机玻璃罩8。有机玻璃罩8内壁的一侧上安装有带轮机构9，其另一侧上安装有与带轮机构平行设置的链轮机构10。有机玻璃罩8对应两外壁上固定设置有电机11，电机轴穿过玻璃板通过联轴器分别与小带轮轴和小链轮轴连接，实现带动带轮和链轮运转。有机玻璃罩8内部盛装油水混合物，带轮和链轮下缘浸入液面下10mm。

如图1、图2和图4所示，所述演示单元Ⅱ5，包括设置在地板上的升降台7，所述升降台7的上底板21上垂直设置有机玻璃板12。所述有机玻璃板12的一侧上固定设置有凸轮推杆机构13和连杆机构14，其另一侧上固定设置有两台电机11，电机轴穿过所述有机玻璃板通过联轴器连接曲柄轴和凸轮轴，实现带动凸轮推杆机构和连杆机构运转。所述连杆机构的中间杆16和凸轮推杆机构的推杆15的端部设计成挂钩形状并延伸至有机玻璃板外侧便于观察。

如图1、图2和图5所示，所述演示单元Ⅲ6，包括设置在基座1上的升降台7，所述升降台7的上底板21上垂直设置有机玻璃板12。所述有机玻璃板12的一侧上依次固定设置有涡轮蜗杆机构18和渐开线圆柱齿轮机构17， 涡轮蜗杆机构的蜗杆通过联轴器与固定在有机玻璃板上电机11的电机轴连接,其另一侧上固定设置有另一电机11，电机轴穿过所述玻璃板通过联轴器连接小齿轮轴，实现带动涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构运转。大齿轮和蜗轮端面上设置有一个红色亮点便于观察。

如图6所示，所述升降台7包括上底板21和下底板20，所述下底板20固定安装在基座1上，所述上底板21和下底板20之间固定设置有桁架19，所述桁架19之间连接有轴26，轴26上开设有螺纹孔25和光孔23。所述螺纹孔25连接有螺纹轴24，所述螺纹轴24的另一端通过联轴器与电机轴连接。所述电机还刚性连接有与螺纹轴24平行的光轴22，所述光轴的另一端伸入所述轴26上的光孔23内间隙配合。

一种趣味机械智能教学装置，整个演示过程均由单片机控制，其演示过程是：

一、启动装置电源，所述链传动和带传动机构的演示单元Ⅰ4的演示，演示单元Ⅰ4上的升降台7升起，链传动先正转后反转，正转则正常运转，反转则卡死，说明链传动不能反转的特性。语音播报：链传动不能反转原因是反转时松边在上，会发生卡齿现象。相同型号和转速的电机带动它们同时同速运转，一段时间后，带传动出现打滑现象，链传动正常运转，说明链传动有适应恶劣环境能力，带传动对恶劣环境适应能力差。语音播报：带传动发生打滑失效，链传动有适应恶劣环境的能力。

演示完毕，演示单元Ⅰ4停止运行，演示单元Ⅰ4上的升降台7降落。

二、连杆机构和凸轮推杆机构的演示单元Ⅱ5上的升降台7升起，连杆机构和凸轮推杆机构开始运动，将连杆机构的中间杆放置一个砝码，连杆机构 带动砝码正常运转，将砝码从连杆上取下放置在凸轮机构的推杆挂钩上，凸轮机构不能正常运转，表现为卡死或者运转显著缓慢。语音播报：连杆机构承载能力比凸轮机构强。

演示完毕，演示单元Ⅱ5停止运行，演示单元Ⅱ5上的升降台7降落。

三、涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构的演示单元Ⅲ6上的升降台7升起，小齿轮和蜗杆同时同速运转，通过观察涡轮和大齿轮上红点的转动，目测转速，可明显的发现，涡轮的转速比大齿轮的转速小得多。语音播报：涡轮蜗杆机构传动比大。

演示完毕，演示单元Ⅲ6停止运行，演示单元Ⅲ6上的升降台7降落，整个装置演示结束。

Claims (6)

1.一种趣味机械智能教学装置，其特征在于：包括基座，其上安装有机构演示单元、动力源、机械控制单元和语音播放系统；所述机构演示单元包含链传动和带传动机构的演示单元Ⅰ、连杆机构和凸轮推杆机构的演示单元Ⅱ、涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构的演示单元Ⅲ；所述演示单元Ⅱ和演示单元Ⅲ平行固定在基座上，所述演示单元Ⅰ垂直于演示单元Ⅱ和演示单元Ⅲ固定在基座上；所述动力源和机械控制单元平行于演示单元Ⅰ固定在基座上。

2.根据权利要求1所述趣味机械智能教学装置，其特征在于：所述动力源为电源适配器将交流电转换为12V的直流电；所述机械控制单元包括单片机和与单片机连接的L298N驱动模块；所述语音播放系统包括带USB接口的音箱和通过USB接口连接在音箱上的音频储存设备；所述电源适配器连接单片机，所述L298N驱动模块与所述机构演示单元上的电机连接；所述动力源还连接音箱；通过计算机向单片机内输入控制程序，单片机控制L298N驱动模块从而实现对机械演示单元运动的控制，同时音箱同步播放音频储存设备上储存的知识点语音。

3.根据权利要求1所述趣味机械智能教学装置，其特征在于：所述演示单元Ⅰ，包括设置在基座上的升降台，升降台的上底板上固定设置有透明的有机玻璃罩；有机玻璃罩内壁的一侧上安装有带轮机构，其另一侧上安装有与带轮机构平行设置的链轮机构；有机玻璃罩对应两外壁上固定设置有电机，电机轴穿过玻璃板通过联轴器分别与小带轮轴和小链轮轴连接，实现带动带轮和链轮运转；有机玻璃罩内部盛装油水混合物，带轮和链轮下缘部分浸入液面中。

4.根据权利要求1所述趣味机械智能教学装置，其特征在于：所述演示单元Ⅱ，包括设置在基座上的升降台，所述升降台的上底板上垂直设置有机玻璃板；所述有机玻璃板的一侧上固定设置有凸轮推杆机构和连杆机构，其另一侧上固定设置有两台电机，电机轴穿过所述有机玻璃板通过联轴器连接曲柄轴和凸轮轴，实现带动凸轮推杆机构和连杆机构运转；所述连杆机构的中间杆和凸轮推杆机构的推杆的端部设计成挂钩形状并延伸至有机玻璃板外侧便于观察。

5.根据权利要求1所述趣味机械智能教学装置，其特征在于：所述演示单元Ⅲ，包括设置在基座上的升降台，所述升降台的上底板上垂直设置有机玻璃板，所述有机玻璃板上的一侧上依次固定设置有涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构，涡轮蜗杆机构的蜗杆通过联轴器与固定在有机玻璃板上电机的电机轴连接；其另一侧上固定设置有另一电机，电机轴穿过所述玻璃板通过联轴器连接小齿轮轴，实现带动涡轮蜗杆机构和渐开线圆柱齿轮机构运转；大齿轮和蜗轮端面上设置有一个红色亮点便于观察。

6.根据权利要求3～5任一所述趣味机械智能教学装置，其特征在于：所述升降台包括上底板和下底板，所述下底板固定安装在基座上；所述上底板和下底板之间固定设置有桁架，所述桁架之间连接有轴，轴上开设有螺纹孔和光孔；所述轴上螺纹孔连接有螺纹轴，所述螺纹轴的另一端通过联轴器与电机轴连接；所述电机还刚性连接有与螺纹轴平行的光轴，所述光轴的另一端伸入所述轴上的光孔内间隙配合。