CN216119196U - 一种用作教具的风力小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于教学用小车模型技术领域，解决了现有风力小车的扇叶组件的驱动力是由电机提供的，而不是模拟风源，且内部机械传动不能直接观察的问题。提供了一种用作教具的风力小车，承载台的下方转动连接有两个滚轮，承载台的上端设置有两个支撑架，两个支撑架之间转动连接有第一转轴和第二转轴，第一转轴上固定设置有扇叶和小齿轮，第二转轴上设置有大齿轮，小齿轮与大齿轮啮合传动，行进方向前方的滚轮上缠绕有线绳，承载台上开有走线孔，线绳的两端分别固定在第二转轴和前方的滚轮上。本实用新型扇叶转动由模拟风源提供驱动力、且内部传动机构能够直接观察，通过小带大齿轮传动的杠杆原理，实现风力小车的载重物前行。

Description

一种用作教具的风力小车

技术领域

本实用新型属于教学用小车模型技术领域，具体涉及一种用作教具的风力小车。

背景技术

风能空气流动所产生的动能，太阳能的一种转化形式，由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀，引起大气层中压力分布不平衡，在水平气压梯度的作用下，空气沿水平方向运动形成风，风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，属于可再生清洁能源。

模型是一项传统的科技项目，因为其独有的知识性、趣味性，深受广大青少年的喜爱，在一般的物理教学实验中，经常通过各种小车模型模拟物理运动的过程来探究相应的原理。

在物理课堂教学中，但是由于风能与机械能之间的转换不易观察，学生理解分析比较困难，可以通过小车模型模拟能量的表现形式演示说明，在小车模型上添加一些机械传动装置，如齿轮传动等，也可以探究机械传动的原理和特点，得出诸如啮合传动中，齿轮齿数与转速成反比的结论。

风力小车模型作为教学用消耗品，还需满足成本低廉、易于拆卸和周转，通过拆卸组装部件，能够使学生对部件之间的传动关系有更深层次的理解。

经检索，中国专利CN210543322U公开了一种用于教具和玩具的风力小车，包括车体，车体上设置有电源，车体两端分别设置有第一车轮组和第二车轮组；载物台，载物台设置在所述车体上，载物台上设置有控制电路板和开关电路板，载物台两侧设置的万向座；扇叶组件，扇叶组件包括：设置在所述万向座端部的电机、以及与电机的输出端连接的扇叶构件。

但是该专利中的风力小车的扇叶组件的驱动力是由电机提供的，而不是模拟风源，而且该风力小车结构相对复杂，且内部机械传动不能直接观察。

因此，一种扇叶转动由模拟风源驱动、且内部传动机构能够直接观察的用作教具的风力小车亟待研究。

实用新型内容

针对现有风力小车的扇叶组件的驱动力是由电机提供的，而不是模拟风源，且内部机械传动不能直接观察的不足，本实用新型的目的在于提供一种用作教具的风力小车，该在风力小车的行进路线前方的一侧放置一排模拟风源，通过模拟风源提供的模拟风驱动风力小车运动，且风力小车内部传动机构可视，可一次性展示多种物理运动规律，采用小带大的齿轮传动，通过杠杆原理，用较小的动力克服较大的阻力，使得该风力小车在承载台放置重物的情况下，依旧可以正常行进。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种用作教具的风力小车，包括承载台，承载台的下方转动连接有两个滚轮，承载台的上端设置有两个支撑架，两个支撑架之间转动连接有第一转轴和第二转轴，第一转轴和第二转轴均垂直于行进方向；

第一转轴上固定设置有扇叶和小齿轮，扇叶设置在两个支撑架的外侧，扇叶通过设置在行进方向一侧的一排模拟风源驱动，小齿轮设置在两个支撑架之间，第二转轴位于第一转轴的正下方，第二转轴上设置有大齿轮，小齿轮与大齿轮啮合传动，行进方向前方的滚轮上缠绕有线绳，承载台上开有走线孔，线绳的两端分别固定在第二转轴和前方的滚轮上。

优选地，第二转轴上固定有挡环，挡环设置在大齿轮靠近扇叶的一侧，线绳设置在大齿轮和挡环之间。

优选地，支撑架的底部设置有斜撑块，斜撑块的水平段与承载台螺栓连接，竖直段与支撑架螺栓连接。

优选地，两个支撑架中心点之间的连线垂直于行进方向。

优选地，走线孔为矩形孔，设置在第二转轴的正下方，且位于行进方向前方的滚轮的后方。

优选地，扇叶位于模拟风源的内侧，且扇叶朝向对应的模拟风源的出风方向。

优选地，扇叶包括七个叶片，叶片在模拟风源作用下转动，带动线绳向上缠绕至第二转轴上。

具体操作步骤：

1. 将风力小车置于行进路面上，保持扇叶朝向第一个模拟风源的出风方向，将一排模拟风源打开，扇叶在模拟风源的带动下顺时针转动，扇叶带动第一转轴和小齿轮顺时针转动，小齿轮与大齿轮啮合传动，大齿轮带动第二转轴逆时针转动，带动线绳向上收回至第二转轴上，线绳收回时带动滚轮向行进方向的前方运动。

2. 关闭模拟风源，人工辅助风力小车逆着行进方向运行（部件之间的传动方向与步骤1相反），从而将线绳重新缠绕在行进方向前方的滚轮上，第二转轴上的线绳只保留一小截。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种用作教具的风力小车，具备以下有益效果：

1. 本实用新型通过在风力小车行进路线一侧设置一排模拟风源，驱动扇叶转动，带动小车的运动，直观的演示了风能与机械能之间的转换。

2. 本实用新型的风力小车的内部的机械传动结构无遮挡，可以使学生直观的了解机械传动的过程和原理。

3. 本实用新型的风力小车采用小带大的齿轮传动，通过杠杆原理，用较小的动力克服较大的阻力，使得该风力小车在承载台放置重物的情况下，依旧可以正常行进。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例的立体示意图；

图2为本实施例的主视图；

图3为本实施例的左视图；

图4为本实施例的俯视图；

图5为本实施例运行时的示意图。

图中：1-承载台；1.1-走线孔；2-滚轮；3-支撑架；4.1-第一转轴；4.2-第二转轴；5-扇叶；6.1-小齿轮；6.2-大齿轮；7-线绳；8-挡环；9-斜撑块；10-模拟风源。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提供了一种实施例：

如图1、图2、图3、图4所示，一种用作教具的风力小车，包括承载台1，承载台1的下方转动连接有两个滚轮2，承载台1的上端设置有两个支撑架3，两个支撑架3之间转动连接有第一转轴4.1和第二转轴4.2，第一转轴4.1和第二转轴4.2均垂直于行进方向；

第一转轴4.1上固定设置有扇叶5和小齿轮6.1，扇叶5设置在两个支撑架3的外侧，扇叶5通过设置在行进方向一侧的一排模拟风源10驱动，小齿轮6.1设置在两个支撑架3之间，第二转轴4.2位于第一转轴4.1的正下方，第二转轴4.2上设置有大齿轮6.2，小齿轮6.1与大齿轮6.2啮合传动，行进方向前方的滚轮2上缠绕有线绳7，承载台上开有走线孔1.1，线绳7的两端分别固定在第二转轴4.2和前方的滚轮2上。

在本实施例中，走线孔1.1为矩形孔，设置在第二转轴4.2的正下方，且位于行进方向前方的滚轮2的后方，走线孔1.1设置大开口的孔，在线绳7收回和放出时，不会造成卡线的问题，且设置在两个滚轮2之间，避免滚轮2对线绳7的干扰。

支撑架3上可安装轴承，第一转轴4.1和第二转轴4.2通过支撑架3上的轴承转动，避免在齿轮传动时造成不必要的晃动，小齿轮6.1和大齿轮6.2可根据具体的实验要求选择合适的齿数比，两个支撑架3中心点之间的连线垂直于行进方向，支撑架3的底部设置有斜撑块9，斜撑块9的水平段与承载台1螺栓连接，竖直段与支撑架3螺栓连接，部件之间的拆装便捷且易于周转。

第二转轴4.2上固定有挡环8，挡环8设置在大齿轮6.2靠近扇叶5的一侧，线绳7设置在大齿轮6.2和挡环8之间，限制线绳7回缠的位置。

如图5所示，扇叶5位于模拟风源10的内侧，且扇叶5朝向模拟风源10的出风方向，扇叶5包括七个叶片，叶片在模拟风源10作用下转动，带动线绳7向上收回至第二转轴4.2上，若需要将线绳7送回至前方的滚轮2上，只需关闭模拟风源10,人工辅助风力小车逆向运行即可。

小齿轮6.1带动大齿轮6.2的省力的依据是杠杆原理和齿轮传动的结构及原理：

1.从小齿轮6.1的角度来讲：动力来自于第一转轴4.1，阻力来自于小齿轮6.1，

由杠杆原理可知：F动*R第一转轴=F阻*R小齿轮，进而F动/F 阻=R小齿轮/R第一转轴，当第一转轴4.1半径不变时，减小小齿轮的半径时，阻会增大，即可以通过较小的动力克服较大的阻力，第一转轴4.1带动小齿轮6.1快速转动；

2. 在小齿轮6.1向大齿轮6.2传动时，大小两个齿轮在咬合后，小齿轮6.1的半径小于大齿轮6.2的半径，使得大齿轮6.2转速降低，输出的扭矩增大；

3. 从大齿轮6.2的角度来讲：动力来自于大齿轮6.2，阻力来自于第二转轴4.2，

由杠杆原理可知：F动*R大齿轮=F阻*R第二转轴，进而F动/F阻=R第二转轴/R大齿轮，第二转轴4.2的半径不变时，加大大齿轮6.2的半径时，即可较小的动力即可克服较大的阻力，轻松地带动第二转轴4.2上的线绳7向上缠绕。

齿轮传动的特点是：1、外廓尺寸小；2、传动效率高；3、传动比准确，寿命长；5、传动功率大；6、速比范围大；7、传动精度高；通过小带大的齿轮传动,使得该风力小车在承载台放置重物的情况下，依旧可以正常行进。

具体操作步骤：

1. 将风力小车置于行进路面上，保持扇叶5朝向第一个模拟风源10的出风方向，将一排模拟风源10打开，扇叶5在模拟风源10的带动下顺时针转动，扇叶5带动第一转轴4.1和小齿轮6.1顺时针转动，小齿轮6.1与大齿轮6.2啮合传动，大齿轮6.2带动第二转轴4.2逆时针转动，带动线绳7向上收回至第二转轴4.2上，线绳7收回时带动滚轮2向行进方向的前方运动。

2. 关闭模拟风源10，人工辅助风力小车逆着行进方向运行（部件之间的传动方向与步骤1相反），从而将线绳7重新缠绕在行进方向前方的滚轮2上，第二转轴4.2上的线绳7只保留一小截。

通过在物理课堂教学中演示风力小车的运行过程，使学生们直观的理解了风能与机械能之间的转换，模型上添加的齿轮传动装置等，使学生直接观察到齿轮传动中的杠杆原理和小齿轮6.1与大齿轮6.2啮合中，大齿轮6.2转速降低、扭矩增大的特点，而且风力小车运行中还涉及到部分牛顿定律。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用作教具的风力小车，其特征在于：包括承载台（1），所述承载台（1）的下方转动连接有两个滚轮（2），承载台（1）的上端设置有两个支撑架（3），两个支撑架（3）之间转动连接有第一转轴（4.1）和第二转轴（4.2），第一转轴（4.1）和第二转轴（4.2）均垂直于行进方向；第一转轴（4.1）上固定设置有扇叶（5）和小齿轮（6.1），扇叶（5）设置在两个支撑架（3）的外侧，扇叶（5）通过设置在行进方向一侧的一排模拟风源（10）驱动，小齿轮（6.1）设置在两个支撑架（3）之间，第二转轴（4.2）位于第一转轴（4.1）的正下方，第二转轴（4.2）上设置有大齿轮（6.2），小齿轮（6.1）与大齿轮（6.2）啮合传动，行进方向前方的滚轮（2）上缠绕有线绳（7），承载台上开有走线孔（1.1），线绳（7）的两端分别固定在第二转轴（4.2）和前方的滚轮（2）上。

2.根据权利要求1所述的一种用作教具的风力小车，其特征在于：所述第二转轴（4.2）上固定有挡环（8），挡环（8）设置在大齿轮（6.2）靠近扇叶（5）的一侧，线绳（7）设置在大齿轮（6.2）和挡环（8）之间。

3.根据权利要求1所述的一种用作教具的风力小车，其特征在于：所述支撑架（3）的底部设置有斜撑块（9），斜撑块（9）的水平段与承载台（1）螺栓连接，竖直段与支撑架（3）螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的一种用作教具的风力小车，其特征在于：所述两个支撑架（3）中心点之间的连线垂直于行进方向。

5.根据权利要求1所述的一种用作教具的风力小车，其特征在于：所述走线孔（1.1）为矩形孔，设置在第二转轴（4.2）的正下方，且位于行进方向前方的滚轮（2）的后方。

6.根据权利要求1所述的一种用作教具的风力小车，其特征在于：所述扇叶（5）位于模拟风源（10）的内侧，且扇叶（5）朝向对应的模拟风源（10）的出风方向。

7.根据权利要求1所述的一种用作教具的风力小车，其特征在于：所述扇叶（5）包括七个叶片，叶片在模拟风源（10）作用下转动，带动线绳（7）向上缠绕至第二转轴（4.2）上。

Images