CN212570162U - 方便拆装的教学用拼装实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了方便拆装的教学用拼装实验装置，包括立体支架及电气盒子，立体支架上可拆卸安装有带传动机构、齿轮机构、摆动导杆机构、蜗轮蜗杆机构及圆锥齿机构，所述带传动机构通过第一连接轴与齿轮机构配合联动，所述齿轮机构通过第二连接轴与圆锥齿机构实现联动，所述圆锥齿机构通过蜗杆与蜗轮蜗杆机构实现联动。本实用新型具有体积小、结构紧凑、功能完善、拆装操作方便、灵活以及经济成本低等特点，可有效开发设计性综合实验，提高现有机构拼装实验设备水平，改进实践教学方法。

Description

方便拆装的教学用拼装实验装置

技术领域

本实用新型属于机械设计实验教学用品技术领域，具体涉及方便拆装的教学用拼装实验装置。

背景技术

当前人才培养质量最突出的问题主要体现在学生实践能力不强、创新精神不足，因此在教学当中通过实践课程培养学生的创新精神和创新能力尤为重要。机构拼装是机械创新设计最基本的途径之一。开设空间机构拼装实验是培养学生机械创新意识与创新能力的有效措施。

机构拼装实验设备落后是学生创新思维和创新能力培养的一大障碍，因此需要有功能完善且拆装操作方便、灵活的实验设备条件。目前，机构拼装实验主要局限于一个自由度、单一动力源等平面机构搭接。另外，传统的机构拼装实验设备通常体积较大、操作繁琐，不利于达到预期的教学目的。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型设计的目的在于提供方便拆装的教学用拼装实验装置，该拼装实验装置尤其适合机械创新设计实验教学，克服传统机构拼装实验设备的不足，不但可以拼装平面机构，而且还可以拼装空间机构，并具有体积小、结构紧凑、功能完善、拆装操作方便、灵活以及经济成本低等特点，可有效开发设计性综合实验，锻炼学生的结构创新能力，提高实践教学质量。

本实用新型通过以下技术方案加以实现：

所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于包括立体支架及设置在立体支架一端的电气盒子，所述立体支架包括底架、顶架及连接底架和顶架的立柱，所述不同立柱之间固定设置有短立柱及短横梁，所述底架和顶架的长度相同，且底架的宽度大于顶架的宽度，所述立体支架上可拆卸安装有带传动机构、齿轮机构、摆动导杆机构、蜗轮蜗杆机构及圆锥齿机构，所述带传动机构通过第一连接轴与齿轮机构配合联动，所述齿轮机构通过第二连接轴与圆锥齿机构实现联动，所述圆锥齿机构通过蜗杆与蜗轮蜗杆机构实现联动。

所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于：

带传动机构包括设置在底架中部位置的驱动电机、与驱动电机输出轴相连的第一带轮、套接设置在第一连接轴上的第二带轮，第一带轮和第二带轮之间通过第一皮带连接；所述驱动电机与电气盒子电连接；

齿轮机构包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述大齿轮安装在立体支架上，小齿轮安装在第一连接轴的端部；

摆动导杆机构包括摇杆，所述摇杆的一端与安装在底架上的轴承支座相连，摇杆的另一端设置有卡槽，所述卡槽内卡接设置有凸柱，所述凸柱的另一端固定设置在大齿轮的边缘位置处；

蜗轮蜗杆机构包括蜗轮和蜗杆，所述蜗杆的两端分别通过轴承支座呈水平状设置在短立柱上，蜗轮安装在短横梁上并与蜗杆相啮合；

圆锥齿机构包括相互啮合的大锥齿轮和小锥齿轮，所述小锥齿轮固定在蜗杆的一端，所述大锥齿轮套接设置在第二连接轴的端部，且第二连接轴上还套接设置有第三带轮，所述第一连接轴上套接设置有第四带轮，所述第三带轮和第四带轮之间通过第二皮带连接。

所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述立体支架上还设置有齿轮齿条机构、平行四边形机构及曲柄摇杆滑块机构：

所述齿轮齿条机构包括支座导轨、齿条、小直齿轮、连杆和第一车轮，所述第一车轮与大齿轮同轴设置，所述支座导轨的两端通过轴承支座安装在立柱上，支座导轨上滑动设置有两滑块，所述滑块的下端固定连接有齿条，所述齿条的一端与连杆相连，连杆的另一端与第一车轮相连；

所述平行四边形机构包括设置在第一连接轴上的第二车轮、分设在第二车轮左右两端的第三车轮和第四车轮，所述第二车轮、第三车轮和第四车轮处于同一水平线上并通过联动杆实现连接；

所述曲柄摇杆滑块机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的一端通过滑块与滑杆相连，第二连杆和第四连杆的一端分别通过轴承支座安装在立体支架上，第三连杆的一端与第一连杆和第二连杆的另外一端同轴设置，第三连杆的另外一端与第四连杆的另外一端同轴设置，所述第四连杆连接到轴承支座的一端上同轴设置有第五带轮，所述第三车轮上同轴设置有第六带轮，所述第五带轮和第六带轮之间通过第三皮带相连。

所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述电气盒子的面板上安装有电机调试按钮及电源开关。

所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述底架由多根横梁拼装而成，所述顶架由四根横梁组成矩形结构。

所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述驱动电机的最大扭矩为16.9 Nm，最大转速为18r/min，电压为AC 220 V 50 Hz，功率为0.9 KW。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1）本实用新型集成了带传动机构、齿轮机构、摆动导杆机构、齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构、圆锥齿机构、平行四边形机构、曲柄摇杆滑块机构，可以根据实际需要拼装平面机构和空间机构，有助于加强学生的机械创新意识，提高机械综合设计能力；

2）本实用新型具有体积小、结构紧凑、功能完善、拆装操作方便、灵活以及经济成本低等特点，可有效开发设计性综合实验，提高现有机构拼装实验设备水平，改进实践教学方法；

3）本实用新型可以让学生应用相关零件在机架上拼装出所构思的机构，并可观察机构的运动特征，不但可以培养学生的动手能力，而且还可以培养学生运用创新思维理解所学知识；

4）本实用新型可以作为实践教学案例，引导学生进行空间机构拼装实验，让学生将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，锻炼学生的结构创新能力，提高实践教学质量。

附图说明

图1为实施例1立体结构示意图；

图2为实施例1平面结构示意图；

图3-图4为实施例2正反面角度的立体结构示意图；

图5为实施例2正面结构示意图；

图6为实施例2反面结构示意图；

图7为电气盒子的结构示意图；

图中，1-立体支架，101-底架，102-顶架，103-立柱，104-短立柱，105-短横梁，2-电气盒子，201-电机调试按钮，202-电源开关，3-第一连接轴，4-第二连接轴，5-蜗杆，6-驱动电机，7-第一带轮，8-第二带轮，9-第一皮带，10-大齿轮，11-小齿轮，12-摇杆，13-轴承支座，14-卡槽，15-凸柱，16-蜗轮，17-大锥齿轮，18-小锥齿轮，19-第三带轮，20-第四带轮，21-第二皮带。22-支座导轨，23-齿条，24-小直齿轮，25-连杆，26-第一车轮，27-滑块，28-第二车轮，29-第三车轮，30-第四车轮，31-联动杆，32-第一连杆，33-第二连杆，34-第三连杆，35-第四连杆，36-滑杆，37-第五带轮，38-第六带轮，39-第三皮带。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型做进一步详细说明，并给出具体实施例。

本实用新型方便拆装的教学用拼装实验装置，包括立体支架、机械结构、驱动电机、电气盒子。利用相关零部件在立体支架上可以拼装出多种机械结构，使用电机驱动所拼装的机械结构，打开电气盒子的开关就可使整个机构运动，不但可以进行拼装训练，同时也可以观察学习机构的运动特征。驱动电机的最大扭矩为16.9Nm，最大转速为18r/min，电压为AC 220V 50Hz，功率为0.9KW，利用带传动机构联接电机，开启电源便可使机构运动，并可检验空间机构创新模型设计的是否合理。为了保证使用安全、操作方便和设备美观，配备了电气盒子，并在电气盒子的面板上设置了电机调试旋钮和电源开关，如图7所示。其中，立体支架由底架、顶架和连接底架和顶架的立柱组成，其最大外形为长×宽×高等于1200mm×350mm×650mm。底架的宽度要更大一些，由10根横梁拼接组成。顶架由4根横梁组成矩形形状，长度与底架相同。立柱对称设置有8根将底架和顶架联接到一起，另外还配备了一些长度相对较短的立柱和横梁用来支撑相应的机械结构。为了能开发出更多种类的拼装方案，可在原有立体支架的基础上随时增加一定数量的立柱和横梁，但只能改变中部支架，底架和顶架是固定不变的。

实施例1

如图1-2所示，带传动机构包括设置在底架中部位置的驱动电机、与驱动电机输出轴相连的第一带轮、套接设置在第一连接轴上的第二带轮，第一带轮和第二带轮之间通过第一皮带连接；驱动电机与电气盒子电连接；齿轮机构包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，大齿轮安装在立体支架上，小齿轮安装在第一连接轴的端部；摆动导杆机构包括摇杆，摇杆的一端与安装在底架上的轴承支座相连，摇杆的另一端设置有卡槽，卡槽内卡接设置有凸柱，凸柱的另一端固定设置在大齿轮的边缘位置处；蜗轮蜗杆机构包括蜗轮和蜗杆，蜗杆的两端分别通过轴承支座呈水平状设置在短立柱上，蜗轮安装在短横梁上并与蜗杆相啮合；圆锥齿机构包括相互啮合的大锥齿轮和小锥齿轮，小锥齿轮固定在蜗杆的一端，大锥齿轮套接设置在第二连接轴的端部，且第二连接轴上还套接设置有第三带轮，第一连接轴上套接设置有第四带轮，第三带轮和第四带轮之间通过第二皮带连接。

该实施例动作过程，驱动电机动作，带动带传动机构动作，从而小齿轮转动，带动大齿轮转动，大齿轮转动带动摇杆摆动，第一连接轴转动还可带动第二皮带动作，从而带动大锥齿轮转动，进而带动小锥齿轮转动，小锥齿轮转动，带动蜗杆动作，最终带动蜗轮动作。

实施例2

如图3-6所示，在立体支架的另一侧面上还设置有齿轮齿条机构、平行四边形机构及曲柄摇杆滑块机构，齿轮齿条机构包括支座导轨、齿条、小直齿轮、连杆和第一车轮，第一车轮与大齿轮同轴设置，支座导轨的两端通过轴承支座安装在立柱上，支座导轨上滑动设置有两滑块，滑块的下端固定连接有齿条，齿条的一端与连杆相连，连杆的另一端与第一车轮相连；平行四边形机构包括设置在第一连接轴上的第二车轮、分设在第二车轮左右两端的第三车轮和第四车轮，第二车轮、第三车轮和第四车轮处于同一水平线上并通过联动杆实现连接；曲柄摇杆滑块机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第一连杆的一端通过滑块与滑杆相连，第二连杆和第四连杆的一端分别通过轴承支座安装在立体支架上，第三连杆的一端与第一连杆和第二连杆的另外一端同轴设置，第三连杆的另外一端与第四连杆的另外一端同轴设置，第四连杆连接到轴承支座的一端上同轴设置有第五带轮，第三车轮上同轴设置有第六带轮，第五带轮和第六带轮之间通过第三皮带相连。

本实施例中，大齿轮动作的同时带动同轴设置的第一车轮动作，第一车轮动作带动连杆运动，从而带动齿条动作，齿条运动带动与之相啮合的小直齿轮动作；小齿轮动作，带动同轴设置的第二齿轮动作，通过设置的联动杆带动第三车轮和第四车轮转动，第三车轮转动带动同轴设置的第六带轮转动，从而皮带动作带动第五带轮转动，进一步带动与第五带轮同轴设置的第四连杆动作，带动整个曲柄摇杆滑块机构运动。

上述实施例拼装方案均可以构成完整的联动系统，将电源开关打开后驱动电机运转便可带动整个三维空间机构运转。上述方法是相对较优的拼装方案，利用本实用新型方便拆装的教学用拼装实验装置，可以拼装出多种不同的三维空间机构。

本实用新型可以进行两种类型的实验：一种是根据已有的方案进行拼装，获得一个完整的机械传动机构，以加深对机构组成的理解；另一种是根据想象力进行拼装，获得一个新的机械传动或机构组合方案并进行实际训练，以达到机械创新设计的目的。

本实用新型中连杆与连杆之间联接部分可以在一定范围内进行调节，同时滑块偏心距也可以进行一定的调节，从而可以在机械拼装的基础上进行机械传动系统的运动分析，分析参数改变对机构运动的影响以及机构上某些点的轨迹、位移、速度、加速度等。

三维空间机构是很多种机械的主体机构，在机械工程中具有广泛的应用。由于单一机构性能的局限性，以及机构运动规律和运动形式的复杂性与多样性，所以只拼装其中任意一种机械结构难以满足机械创新设计的要求，通常需要将两种或者多种机械结构进行变异或组合拼装，以获得新的机械结构和组合机构，从而达到真正意义上的机械创新设计。

本实用新型三维空间机构的各构件不都在同一平面或平行平面内运动，其运动多样、结构紧凑、灵活可靠，一些用平面机构难以实现的运动规律和空间轨迹曲线可以通过空间机构来实现，因而空间机构在各种工作机构中广泛应用，完全可以满足教学的需求。

Claims (6)

1.方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于包括立体支架（1）及设置在立体支架（1）一端的电气盒子（2），所述立体支架（1）包括底架（101）、顶架（102）及连接底架（101）和顶架（102）的立柱（103），不同立柱（103）之间固定设置有短立柱（104）及短横梁（105），所述底架（101）和顶架（102）的长度相同，且底架（101）的宽度大于顶架（102）的宽度，所述立体支架（1）上可拆卸安装有带传动机构、齿轮机构、摆动导杆机构、蜗轮蜗杆机构及圆锥齿机构，所述带传动机构通过第一连接轴（3）与齿轮机构配合联动，所述齿轮机构通过第二连接轴（4）与圆锥齿机构实现联动，所述圆锥齿机构通过蜗杆（5）与蜗轮蜗杆机构实现联动。

2.如权利要求1所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于：

带传动机构包括设置在底架（101）中部位置的驱动电机（6）、与驱动电机（6）输出轴相连的第一带轮（7）、套接设置在第一连接轴（3）上的第二带轮（8），第一带轮（7）和第二带轮（8）之间通过第一皮带（9）连接；所述驱动电机（6）与电气盒子（2）电连接；

齿轮机构包括相互啮合的大齿轮（10）和小齿轮（11），所述大齿轮（10）安装在立体支架（1）上，小齿轮（11）安装在第一连接轴（3）的端部；

摆动导杆机构包括摇杆（12），所述摇杆（12）的一端与安装在底架（101）上的轴承支座（13）相连，摇杆（12）的另一端设置有卡槽（14），所述卡槽（14）内卡接设置有凸柱（15），所述凸柱（15）的另一端固定设置在大齿轮（10）的边缘位置处；

蜗轮蜗杆机构包括蜗轮（16）和蜗杆（5），所述蜗杆（5）的两端分别通过轴承支座（13）呈水平状设置在短立柱（104）上，蜗轮（16）安装在短横梁（105）上并与蜗杆（5）相啮合；

圆锥齿机构包括相互啮合的大锥齿轮（17）和小锥齿轮（18），所述小锥齿轮（18）固定在蜗杆（5）的一端，所述大锥齿轮（17）套接设置在第二连接轴（4）的端部，且第二连接轴（4）上还套接设置有第三带轮（19），所述第一连接轴（3）上套接设置有第四带轮（20），所述第三带轮（19）和第四带轮（20）之间通过第二皮带（21）连接。

3.如权利要求1所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述立体支架上还设置有齿轮齿条机构、平行四边形机构及曲柄摇杆滑块机构：

所述齿轮齿条机构包括支座导轨（22）、齿条（23）、小直齿轮（24）、连杆（25）和第一车轮（26），所述第一车轮（26）与大齿轮（10）同轴设置，所述支座导轨（22）的两端通过轴承支座（13）安装在立柱（103）上，支座导轨（22）上滑动设置有两滑块（27），所述滑块（27）的下端固定连接有齿条（23），所述齿条（23）的一端与连杆（25）相连，连杆（25）的另一端与第一车轮（26）相连；

所述平行四边形机构包括设置在第一连接轴（3）上的第二车轮（28）、分设在第二车轮（28）左右两端的第三车轮（29）和第四车轮（30），所述第二车轮（28）、第三车轮（29）和第四车轮（30）处于同一水平线上并通过联动杆（31）实现连接；

所述曲柄摇杆滑块机构包括第一连杆（32）、第二连杆（33）、第三连杆（34）和第四连杆（35），所述第一连杆（32）的一端通过滑块（27）与滑杆（36）相连，第二连杆（33）和第四连杆（35）的一端分别通过轴承支座（13）安装在立体支架（1）上，第三连杆（34）的一端与第一连杆（32）和第二连杆（33）的另外一端同轴设置，第三连杆（34）的另外一端与第四连杆（35）的另外一端同轴设置，所述第四连杆（35）连接到轴承支座（13）的一端上同轴设置有第五带轮（37），所述第三车轮（29）上同轴设置有第六带轮（38），所述第五带轮（37）和第六带轮（38）之间通过第三皮带（39）相连。

4.如权利要求1所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述电气盒子（2）的面板上安装有电机调试按钮（201）及电源开关（202）。

5.如权利要求1所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述底架（101）由多根横梁拼装而成，所述顶架（102）由四根横梁组成矩形结构。

6.如权利要求2所述的方便拆装的教学用拼装实验装置，其特征在于所述驱动电机（6）的最大扭矩为16.9 Nm，最大转速为18r/min，电压为AC 220 V 50 Hz，功率为0.9 KW。

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