一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具。機(jī)械原理理論性強(qiáng)，很多運(yùn)動(dòng)形式很難想象，實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械原理教具模型不便攜帶到課堂，且價(jià)格昂貴。本發(fā)明包括展示箱體、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和控制模塊；展示箱體的底部設(shè)有支撐腳，頂部設(shè)有把手；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)均設(shè)置在展示箱體的側(cè)面上，且分別通過(guò)設(shè)置在展示箱體內(nèi)的一個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力，每個(gè)伺服電機(jī)設(shè)有電機(jī)開(kāi)關(guān)。本發(fā)明采用機(jī)電一體化的手段，通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，不僅使典型機(jī)構(gòu)真實(shí)地運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而且可以檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)，便于定量分析。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于教學(xué)儀器領(lǐng)域，具體涉及一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械原理是一門(mén)研究機(jī)構(gòu)和機(jī)器的學(xué)科，是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課程，對(duì)于以后機(jī)械學(xué)科的深入學(xué)習(xí)起著重要的鋪墊作用。然而這樣一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程卻讓許多機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生頗為頭痛。經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)主要是機(jī)械原理理論性太強(qiáng)，對(duì)于很多運(yùn)動(dòng)形式很難想象，課本文字的描述顯得枯燥乏味。于是在機(jī)械原理課堂上，教具的演示指導(dǎo)作用就顯得十分重要了，它能讓同學(xué)們更直觀地去了解和認(rèn)識(shí)機(jī)構(gòu)，而實(shí)驗(yàn)室那種大型的機(jī)械原理教具模型，更適合于去參觀，不便攜帶到課堂上與同學(xué)們互動(dòng)，而且價(jià)格昂貴。單個(gè)演示一種機(jī)構(gòu)的教具，功能單一并且不能定量分析。
[0003]近年來(lái)，隨著機(jī)電一體化技術(shù)日益成熟，使產(chǎn)品高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、小巧化方向發(fā)展，不斷滿(mǎn)足人們生活的多樣化需求和生產(chǎn)的省力化、自動(dòng)化需求。因此，亟需一種利用機(jī)電一體化技術(shù)、造型緊湊、質(zhì)量輕、功能全且價(jià)格低廉的機(jī)械原理典型機(jī)構(gòu)教具，以提高機(jī)械原理課程的教學(xué)質(zhì)量與效率，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外各大高校的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具，將機(jī)械原理課程中的典型機(jī)構(gòu)提取出來(lái)，采用機(jī)電一體化的手段，通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，不僅使典型機(jī)構(gòu)真實(shí)地運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而且可以檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)，便于定量分析。
[0005]本發(fā)明包括展示箱體、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和控制模塊。所述展示箱體的底部設(shè)有支撐腳，頂部設(shè)有把手；所述的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)均設(shè)置在展示箱體的側(cè)面上，且分別通過(guò)設(shè)置在展示箱體內(nèi)的一個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力，每個(gè)伺服電機(jī)設(shè)有電機(jī)開(kāi)關(guān)。
[0006]所述的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)包括第一曲柄、搖桿和第一連桿；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)所在的展示箱體側(cè)面設(shè)有白紙；所述第一曲柄和搖桿的一端均與展示箱體鉸接；第一曲柄通過(guò)第一個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；所述第一連桿的兩端分別與第一曲柄和搖桿的另一端鉸接，且鉸接處均固定有鉛筆，鉛筆的筆尖與白紙接觸。
[0007]所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)可以是曲柄搖塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的一種；平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)所在的展示箱體側(cè)面開(kāi)設(shè)有曲柄第一鉸接孔、曲柄第二鉸接孔、曲柄第三鉸接孔、曲柄第四鉸接孔、導(dǎo)桿鉸接孔和搖塊鉸接孔；所述平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0008]所述的凸輪機(jī)構(gòu)包括凸輪第一從動(dòng)件、凸輪、導(dǎo)軌和凸輪第二從動(dòng)件；所述的凸輪與展示箱體鉸接，并通過(guò)第三個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；所述的導(dǎo)軌與展示箱體固定；凸輪第一從動(dòng)件和凸輪第二從動(dòng)件均豎直設(shè)置，所述凸輪第一從動(dòng)件的軸心線與凸輪的鉸接中心之間設(shè)有間距，凸輪第二從動(dòng)件的軸心線與凸輪的鉸接中心對(duì)齊設(shè)置；凸輪第一從動(dòng)件和凸輪第二從動(dòng)件均與導(dǎo)軌通過(guò)滑動(dòng)副連接，且凸輪第一從動(dòng)件和凸輪第二從動(dòng)件均開(kāi)設(shè)有固定孔；凸輪第一從動(dòng)件與凸輪通過(guò)凸輪副連接，凸輪第二從動(dòng)件在其固定孔處與導(dǎo)軌通過(guò)螺釘固定。導(dǎo)軌上安裝有位移傳感器，凸輪上安裝有角度傳感器。
[0009]所述的齒輪機(jī)構(gòu)包括三對(duì)不同變位系數(shù)的齒輪副，分別為無(wú)變位齒輪副、負(fù)變位齒輪副和正變位齒輪副；所述三對(duì)齒輪副的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均與展示箱體鉸接，且三對(duì)齒輪副的主動(dòng)齒輪分別通過(guò)第四個(gè)伺服電機(jī)、第五個(gè)伺服電機(jī)及第六個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0010]所述的輪系機(jī)構(gòu)包括輸入軸、傳動(dòng)軸、輸出軸、輸入齒輪、第一輸入軸齒輪、第二輸入軸齒輪、第三輸入軸齒輪、第四輸入軸齒輪、第五輸入軸齒輪、第一傳動(dòng)軸齒輪、第二傳動(dòng)軸齒輪、第三傳動(dòng)軸齒輪、第四傳動(dòng)軸齒輪、第五傳動(dòng)軸齒輪、第一輸出軸齒輪、第二輸出軸齒輪、第三輸出軸齒輪、第四輸出軸齒輪和第五輸出軸齒輪。所述的輸入齒輪固定在輸入軸上，并通過(guò)第七個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；所述輸入軸、傳動(dòng)軸及輸出軸的兩端均支承在一個(gè)軸承座上，所有軸承座與展示箱體固定；所述的第一輸入軸齒輪、第二輸入軸齒輪、第三輸入軸齒輪、第四輸入軸齒輪和第五輸入軸齒輪均與輸入軸通過(guò)滑鍵連接，所述的第一傳動(dòng)軸齒輪、第二傳動(dòng)軸齒輪、第三傳動(dòng)軸齒輪、第四傳動(dòng)軸齒輪和第五傳動(dòng)軸齒輪均與傳動(dòng)軸通過(guò)滑鍵連接，所述的第一輸出軸齒輪、第二輸出軸齒輪、第三輸出軸齒輪、第四輸出軸齒輪和第五輸出軸齒輪均與輸出軸通過(guò)滑鍵連接；輸入軸和輸出軸上均安裝有轉(zhuǎn)速傳感器。所述的輸出軸與輸入軸可實(shí)現(xiàn)五檔不同的轉(zhuǎn)速比:一檔轉(zhuǎn)速比為第一輸入軸齒輪與第三傳動(dòng)軸齒輪哨合、第一傳動(dòng)軸齒輪與第一輸出軸齒輪哨合；二檔轉(zhuǎn)速比為第二輸入軸齒輪與第三傳動(dòng)軸齒輪嚙合、第二傳動(dòng)軸齒輪與第二輸出軸齒輪嚙合；三檔轉(zhuǎn)速比為第三輸入軸齒輪與第三傳動(dòng)軸齒輪嚙合、第三傳動(dòng)軸齒輪與第三輸出軸齒輪嚙合；四檔轉(zhuǎn)速比為第四輸入軸齒輪與第四傳動(dòng)軸齒輪哨合、第三傳動(dòng)軸齒輪與第四輸出軸齒輪哨合；五檔轉(zhuǎn)速比為第五輸入軸齒輪與第五傳動(dòng)軸齒輪哨合、第三傳動(dòng)軸齒輪與第五輸出軸齒輪哨合。
[0011]所述的棘輪機(jī)構(gòu)包括棘輪和棘爪；所述的棘輪和棘爪均與展示箱體鉸接；棘輪通過(guò)第八個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0012]所述的槽輪機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)盤(pán)和槽輪；所述的主動(dòng)盤(pán)和槽輪均與展示箱體鉸接；主動(dòng)盤(pán)通過(guò)第九個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0013]所述的控制模塊包括伺服電機(jī)控制單元、傳感器輸入單元、無(wú)線輸入單元和無(wú)線輸出單元；每個(gè)伺服電機(jī)分別與一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，所有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端均通過(guò)I/o端口與伺服電機(jī)控制單元連接；凸輪機(jī)構(gòu)的位移傳感器、角度傳感器及輪系機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速傳感器均與傳感器輸入單元連接；無(wú)線輸入單元接收遙控器的信號(hào)，無(wú)線輸出單元發(fā)出信號(hào)至計(jì)算機(jī)的無(wú)線接收單元。
[0014]所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、第二連桿、滑塊和導(dǎo)桿；第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第一鉸接孔處鉸接，另一端與第二連桿的一端鉸接；第二連桿的另一端與滑塊鉸接；滑塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿與展示箱體固定。第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0015]所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、第二連桿、滑塊和導(dǎo)桿；第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第二鉸接孔處鉸接，另一端與第二連桿的一端鉸接；第二連桿的另一端與滑塊鉸接；滑塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿與展示箱體固定。第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0016]所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、滑塊和導(dǎo)桿；第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第三鉸接孔處鉸接，另一端與滑塊鉸接；滑塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿與展示箱體在導(dǎo)桿鉸接孔處鉸接。第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0017]所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、導(dǎo)桿和搖塊。第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第四鉸接孔處鉸接，另一端與導(dǎo)桿鉸接；搖塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接，并與展示箱體在搖塊鉸接孔處鉸接。第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明集成典型機(jī)構(gòu)，不僅可作為機(jī)械原理課堂教具，還可作為機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)平
臺(tái)；
2、本發(fā)明采用機(jī)電一體化的手段，通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，不僅使典型機(jī)構(gòu)真實(shí)地運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而且可以檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)，便于定量分析；
3、本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，使學(xué)生形象、直觀地完成知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握；
4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、小巧精致、質(zhì)量輕、攜帶方便，且易于維護(hù)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖3是本發(fā)明中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的立體圖；
圖4是本發(fā)明中平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)所在的展示箱體側(cè)面示意圖；
圖5-1是本發(fā)明中平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)的示意圖；
圖5-2是本發(fā)明中平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)的示意圖；
圖5-3是本發(fā)明中平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)時(shí)的示意圖；
圖5-4是本發(fā)明中平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)時(shí)的示意圖；
圖6是本發(fā)明中凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和輪系機(jī)構(gòu)的立體圖；
圖7是本發(fā)明中齒輪機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]如圖1、2、3、6和7所示，一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具，包括展示箱體1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)3、凸輪機(jī)構(gòu)4、齒輪機(jī)構(gòu)5、輪系機(jī)構(gòu)6、棘輪機(jī)構(gòu)7、槽輪機(jī)構(gòu)8和控制模塊9。展示箱體的底部設(shè)有支撐腳1-2，頂部設(shè)有把手1-1 ；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
2、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)3、凸輪機(jī)構(gòu)4、齒輪機(jī)構(gòu)5、輪系機(jī)構(gòu)6、棘輪機(jī)構(gòu)7和槽輪機(jī)構(gòu)8均設(shè)置在展示箱體I的側(cè)面上，且分別通過(guò)設(shè)置在展示箱體I內(nèi)的一個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力，每個(gè)伺服電機(jī)設(shè)有電機(jī)開(kāi)關(guān)10。
[0022]如圖3所示，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2包括第一曲柄2-2、搖桿2_3和第一連桿2_1 ；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)所在的展示箱體I側(cè)面設(shè)有白紙；第一曲柄2-2和搖桿2-3的一端均與展示箱體I鉸接；第一曲柄2-2通過(guò)第一個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；第一連桿2-1的兩端分別與第一曲柄
2-2和搖桿2-3的另一端鉸接，且鉸接處均固定有鉛筆，鉛筆的筆尖與白紙接觸。
[0023]如圖3、4、5-1、5-2、5_3和5_4所示，平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)3可以是曲柄搖塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的一種；平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)3所在的展示箱體I側(cè)面開(kāi)設(shè)有曲柄第一鉸接孔3-1、曲柄第二鉸接孔3-2、曲柄第三鉸接孔3-3、曲柄第四鉸接孔3-4、導(dǎo)桿鉸接孔3-5和搖塊鉸接孔3-6 ;平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0024]如圖3和5-1所示的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄3-8、第二連桿3-9、滑塊3-10和導(dǎo)桿3-7 ;第二曲柄3_8的一端與展示箱體I在曲柄第一鉸接孔3-1處鉸接，另一端與第二連桿3-9的一端鉸接；第二連桿3-9的另一端與滑塊
3-10鉸接；滑塊3-10與導(dǎo)桿3-7通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿3-7與展示箱體I固定。第二曲柄
3-8通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0025]如圖3和5-2所示的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄
3-8、第二連桿3-9、滑塊3-10和導(dǎo)桿3-7 ;第二曲柄3_8的一端與展示箱體I在曲柄第二鉸接孔3-2處鉸接，另一端與第二連桿3-9的一端鉸接；第二連桿3-9的另一端與滑塊3-10鉸接；滑塊3-10與導(dǎo)桿3-7通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿3-7與展示箱體I固定。第二曲柄3-8通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0026]如圖3和5-3所示的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄3-8、滑塊3-10和導(dǎo)桿3-7 ;第二曲柄3-8的一端與展示箱體I在曲柄第三鉸接孔3-3處鉸接，另一端與滑塊3-10鉸接；滑塊3-10與導(dǎo)桿3-7通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿3-7與展示箱體I在導(dǎo)桿鉸接孔3-5處鉸接。第二曲柄3-8通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0027]如圖3和5-4所示的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄3-8、導(dǎo)桿3-7和搖塊3-11。第二曲柄3-8的一端與展示箱體I在曲柄第四鉸接孔3-4處鉸接，另一端與導(dǎo)桿3-7鉸接；搖塊3-11與導(dǎo)桿3-7通過(guò)滑動(dòng)副連接，并與展示箱體I在搖塊鉸接孔3-6處鉸接。第二曲柄3-8通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0028]如圖3和6所示，凸輪機(jī)構(gòu)4包括凸輪第一從動(dòng)件4-1、凸輪4_2、導(dǎo)軌4_3和凸輪第二從動(dòng)件4-6 ;凸輪4-2與展示箱體I鉸接，并通過(guò)第三個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；導(dǎo)軌4-3與展示箱體I固定；凸輪第一從動(dòng)件4-1和凸輪第二從動(dòng)件4-6均豎直設(shè)置，凸輪第一從動(dòng)件4-1的軸心線與凸輪4-2的鉸接中心之間設(shè)有間距，凸輪第二從動(dòng)件4-6的軸心線與凸輪4-2的鉸接中心對(duì)齊設(shè)置；凸輪第一從動(dòng)件4-1和凸輪第二從動(dòng)件4-6均與導(dǎo)軌4-3通過(guò)滑動(dòng)副連接，且凸輪第一從動(dòng)件4-1和凸輪第二從動(dòng)件4-6均開(kāi)設(shè)有固定孔；凸輪第一從動(dòng)件4-1與凸輪4-2通過(guò)凸輪副連接，凸輪第二從動(dòng)件4-6在其固定孔處與導(dǎo)軌4-3通過(guò)螺釘固定。導(dǎo)軌4-3上安裝有位移傳感器4-4，凸輪4-2上安裝有角度傳感器4-5。當(dāng)需要演示對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，可旋出凸輪第二從動(dòng)件4-6上的螺釘，此時(shí)凸輪第二從動(dòng)件4-6與凸輪4-2通過(guò)凸輪副連接，并可沿導(dǎo)軌4-3滑動(dòng)。當(dāng)不需要演示偏置直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，可將凸輪第二從動(dòng)件4-6在其固定孔處與導(dǎo)軌4-3通過(guò)螺釘固定。
[0029]齒輪機(jī)構(gòu)5包括三對(duì)不同變位系數(shù)的齒輪副，分別為無(wú)變位齒輪副5-1、負(fù)變位齒輪副5-2和正變位齒輪副5-3 ;三對(duì)齒輪副的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均與展示箱體I鉸接，且三對(duì)齒輪副的主動(dòng)齒輪分別通過(guò)第四個(gè)伺服電機(jī)、第五個(gè)伺服電機(jī)及第六個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0030]如圖7所不,輪系機(jī)構(gòu)6包括輸入軸6-1、傳動(dòng)軸6-2、輸出軸6_3、輸入齒輪6_4、第一輸入軸齒輪6-1-1、第二輸入軸齒輪6-1-2、第三輸入軸齒輪6-1-3、第四輸入軸齒輪6-1-4、第五輸入軸齒輪6-1-5、第一傳動(dòng)軸齒輪6-2-1、第二傳動(dòng)軸齒輪6_2_2、第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3、第四傳動(dòng)軸齒輪6-2-4、第五傳動(dòng)軸齒輪6-2-5、第一輸出軸齒輪6_3_1、第二輸出軸齒輪6-3-2、第二輸出軸齒輪6-3-3、第四輸出軸齒輪6-3-4和第五輸出軸齒輪6_3_5 ；第一傳動(dòng)軸齒輪6-2-1和第五傳動(dòng)軸齒輪6-2-5的齒數(shù)均為15,第一輸入軸齒輪6-1-1、第二輸入軸齒輪6-1-2、第二輸入軸齒輪6-1-3、第二傳動(dòng)軸齒輪6-2-2、第四傳動(dòng)軸齒輪6-2-4、第二輸出軸齒輪6-3-3、第四輸出軸齒輪6-3-4、第五輸出軸齒輪6_3_5和輸入齒輪6-4的齒數(shù)均為20,第四輸入軸齒輪6-1-4、第二傳動(dòng)軸齒輪6-2-3和第二輸出軸齒輪6-3-2的齒數(shù)均為30,第五輸入軸齒輪6-1-5和第一輸出軸齒輪6_3_1的齒數(shù)均為35。輸入齒輪6-4固定在輸入軸6-1上,并通過(guò)第七個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；輸入軸6-1、傳動(dòng)軸6-2及輸出軸6-3的兩端均支承在一個(gè)軸承座6-5上，所有軸承座6-5與展示箱體I固定；第一輸入軸齒輪6-1-1、第二輸入軸齒輪6-1-2、第二輸入軸齒輪6-1-3、第四輸入軸齒輪6_1_4和第五輸入軸齒輪6-1-5均與輸入軸6-1通過(guò)滑鍵連接,第一傳動(dòng)軸齒輪6-2-1、第二傳動(dòng)軸齒輪6-2-2、第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3、第四傳動(dòng)軸齒輪6-2-4和第五傳動(dòng)軸齒輪6_2_5均與傳動(dòng)軸6-2通過(guò)滑鍵連接，第一輸出軸齒輪6-3-1、第二輸出軸齒輪6-3-2、第三輸出軸齒輪6-3-3、第四輸出軸齒輪6-3-4和第五輸出軸齒輪6-3-5均與輸出軸6_3通過(guò)滑鍵連接。輸入軸6-1和輸出軸6-3上均安裝有轉(zhuǎn)速傳感器6-6。當(dāng)?shù)谝惠斎胼S齒輪6-1-1與第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3哨合、第一傳動(dòng)軸齒輪6-2-1與第一輸出軸齒輪6-3-1哨合時(shí),輸出軸6_3與輸入軸6-1的一檔轉(zhuǎn)速比為2:7 ;當(dāng)?shù)诙斎胼S齒輪6-1-2與第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3嚙合、第二傳動(dòng)軸齒輪6-2-2與第二輸出軸齒輪6-3-2哨合時(shí),輸出軸6-3與輸入軸6_1的二檔轉(zhuǎn)速比為4:9 ;當(dāng)?shù)谌斎胼S齒輪6-1-3與第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3嚙合、第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3與第三輸出軸齒輪6-3-3嚙合時(shí)，輸出軸6-3與輸入軸6_1的三檔轉(zhuǎn)速比為1:1 ;當(dāng)?shù)谒妮斎胼S齒輪6-1-4與第四傳動(dòng)軸齒輪6-2-4嚙合、第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3與第四輸出軸齒輪6-3-4嚙合時(shí)，輸出軸6-3與輸入軸6-1的四檔轉(zhuǎn)速比為9:4 ;當(dāng)?shù)谖遢斎胼S齒輪6-1-5與第五傳動(dòng)軸齒輪6-2-5 B齒合、第三傳動(dòng)軸齒輪6-2-3與第五輸出軸齒輪6_3_5 B齒合時(shí)，輸出軸6-3與輸入軸6-1的五檔轉(zhuǎn)速比為7:2。
[0031]如圖7所示，棘輪機(jī)構(gòu)7包括棘輪7-2和棘爪7-1 ;棘輪7_2和棘爪7_1均與展示箱體I鉸接；棘輪7-2通過(guò)第八個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0032]槽輪機(jī)構(gòu)8包括主動(dòng)盤(pán)8-1和槽輪8-2 ;主動(dòng)盤(pán)8_1和槽輪8_2均與展示箱體I鉸接；主動(dòng)盤(pán)8-1通過(guò)第九個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
[0033]如圖3、6和7所示，控制模塊9包括伺服電機(jī)控制單元、傳感器輸入單元、無(wú)線輸入單元和無(wú)線輸出單元；控制模塊9基于51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。每個(gè)伺服電機(jī)分別與一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路12的輸出端連接，所有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路12的輸入端均通過(guò)I/O端口與伺服電機(jī)控制單元連接；凸輪機(jī)構(gòu)的位移傳感器4-4、角度傳感器4-5及輪系機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速傳感器6-6均與傳感器輸入單元連接；無(wú)線輸入單元接收遙控器13的信號(hào)，無(wú)線輸出單元發(fā)出信號(hào)至計(jì)算機(jī)11的無(wú)線接收單元。計(jì)算機(jī)11對(duì)數(shù)據(jù)處理后實(shí)時(shí)顯示凸輪第一從動(dòng)件
4-1或凸輪第二從動(dòng)件4-6的位移線圖、輸出軸6-3轉(zhuǎn)速及輸出軸6-3與輸入軸6-1的傳動(dòng)比。
[0034]該典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具的工作原理:
通過(guò)遙控器13發(fā)出控制信號(hào)到控制模塊9的無(wú)線輸入單元，控制模塊9的伺服電機(jī)控制單元輸出執(zhí)行信息至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路12，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路12控制對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)；也可以按下相應(yīng)的電機(jī)開(kāi)關(guān)10直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2的第一曲柄2-2帶動(dòng)第一連桿2-1和搖桿2-3運(yùn)動(dòng)，第一連桿2-1兩端鉸接處的鉛筆在白紙上描繪出第一曲柄2-2和搖桿2-3的運(yùn)動(dòng)軌跡。平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)3中，通過(guò)第二曲柄3-8、第二連桿
3-9、滑塊3-10、導(dǎo)桿3-7和搖塊3-11的不同組合形式及在展示箱體I側(cè)面的不同位置，可以搭配出曲柄搖塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)4中，通過(guò)旋出凸輪第二從動(dòng)件4-6在其固定孔處的螺釘可展示對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)旋出凸輪第一從動(dòng)件4-1在其固定孔處的螺釘可展示偏置直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)；通過(guò)安裝在導(dǎo)軌4-3上的位移傳感器4-4和安裝在凸輪4-2上的角度傳感器
4-5將運(yùn)動(dòng)參數(shù)實(shí)時(shí)傳遞到控制模塊9，控制模塊9通過(guò)無(wú)線輸出單元將運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳至計(jì)算機(jī)11，計(jì)算機(jī)11對(duì)數(shù)據(jù)處理后實(shí)時(shí)顯示凸輪第一從動(dòng)件4-1或凸輪第二從動(dòng)件4-6的位移線圖，安裝不同的凸輪4-2可以得到凸輪第一從動(dòng)件4-1和凸輪第二從動(dòng)件4-6的不同位移線圖圖形。齒輪機(jī)構(gòu)5用于同時(shí)展示無(wú)變位齒輪副5-1、負(fù)變位齒輪副5-2和正變位齒輪副5-3的運(yùn)動(dòng)，可以顯示在不同的變位系數(shù)條件下齒形、中心距和嚙合情況的變化，且通過(guò)設(shè)置不同模數(shù)、齒數(shù)和壓力角的齒輪，可以展示不同齒輪的嚙合情況。輪系機(jī)構(gòu)6，通過(guò)齒數(shù)不同的齒輪嚙合來(lái)改變輸出軸6-3的轉(zhuǎn)速，共可得到五種轉(zhuǎn)速，也可以改變第七個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖冚敵鲚S6-3轉(zhuǎn)速，并通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器6-6傳遞至控制模塊9，控制模塊
9通過(guò)無(wú)線輸出單元傳至計(jì)算機(jī)11，計(jì)算機(jī)11對(duì)數(shù)據(jù)處理后實(shí)時(shí)顯示輸出軸6-3轉(zhuǎn)速及輸出軸6-3與輸入軸6-1的傳動(dòng)比。
【權(quán)利要求】
1.一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具，包括展示箱體、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和控制模塊，其特征在于:所述展示箱體的底部設(shè)有支撐腳，頂部設(shè)有把手；所述的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)均設(shè)置在展示箱體的側(cè)面上，且分別通過(guò)設(shè)置在展示箱體內(nèi)的一個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力，每個(gè)伺服電機(jī)設(shè)有電機(jī)開(kāi)關(guān); 所述的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)包括第一曲柄、搖桿和第一連桿；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)所在的展示箱體側(cè)面設(shè)有白紙；所述第一曲柄和搖桿的一端均與展示箱體鉸接；第一曲柄通過(guò)第一個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；所述第一連桿的兩端分別與第一曲柄和搖桿的另一端鉸接，且鉸接處均固定有鉛筆，鉛筆的筆尖與白紙接觸； 所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)可以是曲 柄搖塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的一種；平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)所在的展示箱體側(cè)面開(kāi)設(shè)有曲柄第一鉸接孔、曲柄第二鉸接孔、曲柄第三鉸接孔、曲柄第四鉸接孔、導(dǎo)桿鉸接孔和搖塊鉸接孔；所述平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力； 所述的凸輪機(jī)構(gòu)包括凸輪第一從動(dòng)件、凸輪、導(dǎo)軌和凸輪第二從動(dòng)件；所述的凸輪與展示箱體鉸接，并通過(guò)第三個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；所述的導(dǎo)軌與展示箱體固定；凸輪第一從動(dòng)件和凸輪第二從動(dòng)件均豎直設(shè)置，所述凸輪第一從動(dòng)件的軸心線與凸輪的鉸接中心之間設(shè)有間距，凸輪第二從動(dòng)件的軸心線與凸輪的鉸接中心對(duì)齊設(shè)置；凸輪第一從動(dòng)件和凸輪第二從動(dòng)件均與導(dǎo)軌通過(guò)滑動(dòng)副連接，且凸輪第一從動(dòng)件和凸輪第二從動(dòng)件均開(kāi)設(shè)有固定孔；凸輪第一從動(dòng)件與凸輪通過(guò)凸輪副連接，凸輪第二從動(dòng)件在其固定孔處與導(dǎo)軌通過(guò)螺釘固定；導(dǎo)軌上安裝有位移傳感器，凸輪上安裝有角度傳感器； 所述的齒輪機(jī)構(gòu)包括三對(duì)不同變位系數(shù)的齒輪副，分別為無(wú)變位齒輪副、負(fù)變位齒輪副和正變位齒輪副；所述三對(duì)齒輪副的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均與展示箱體鉸接，且三對(duì)齒輪副的主動(dòng)齒輪分別通過(guò)第四個(gè)伺服電機(jī)、第五個(gè)伺服電機(jī)及第六個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；所述的輪系機(jī)構(gòu)包括輸入軸、傳動(dòng)軸、輸出軸、輸入齒輪、第一輸入軸齒輪、第二輸入軸齒輪、第三輸入軸齒輪、第四輸入軸齒輪、第五輸入軸齒輪、第一傳動(dòng)軸齒輪、第二傳動(dòng)軸齒輪、第三傳動(dòng)軸齒輪、第四傳動(dòng)軸齒輪、第五傳動(dòng)軸齒輪、第一輸出軸齒輪、第二輸出軸齒輪、第三輸出軸齒輪、第四輸出軸齒輪和第五輸出軸齒輪；所述的輸入齒輪固定在輸入軸上，并通過(guò)第七個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力；所述輸入軸、傳動(dòng)軸及輸出軸的兩端均支承在一個(gè)軸承座上，所有軸承座與展示箱體固定；所述的第一輸入軸齒輪、第二輸入軸齒輪、第三輸入軸齒輪、第四輸入軸齒輪和第五輸入軸齒輪均與輸入軸通過(guò)滑鍵連接，所述的第一傳動(dòng)軸齒輪、第二傳動(dòng)軸齒輪、第三傳動(dòng)軸齒輪、第四傳動(dòng)軸齒輪和第五傳動(dòng)軸齒輪均與傳動(dòng)軸通過(guò)滑鍵連接，所述的第一輸出軸齒輪、第二輸出軸齒輪、第三輸出軸齒輪、第四輸出軸齒輪和第五輸出軸齒輪均與輸出軸通過(guò)滑鍵連接；輸入軸和輸出軸上均安裝有轉(zhuǎn)速傳感器；所述的輸出軸與輸入軸可實(shí)現(xiàn)五檔不同的轉(zhuǎn)速比:一檔轉(zhuǎn)速比為第一輸入軸齒輪與第三傳動(dòng)軸齒輪哨合、第一傳動(dòng)軸齒輪與第一輸出軸齒輪哨合；二檔轉(zhuǎn)速比為第二輸入軸齒輪與第三傳動(dòng)軸齒輪嚙合、第二傳動(dòng)軸齒輪與第二輸出軸齒輪嚙合；三檔轉(zhuǎn)速比為第三輸入軸齒輪與第三傳動(dòng)軸齒輪嚙合、第三傳動(dòng)軸齒輪與第三輸出軸齒輪嚙合；四檔轉(zhuǎn)速比為第四輸入軸齒輪與第四傳動(dòng)軸齒輪哨合、第三傳動(dòng)軸齒輪與第四輸出軸齒輪哨合；五檔轉(zhuǎn)速比為第五輸入軸齒輪與第五傳動(dòng)軸齒輪哨合、第三傳動(dòng)軸齒輪與第五輸出軸齒輪哨合； 所述的棘輪機(jī)構(gòu)包括棘輪和棘爪；所述的棘輪和棘爪均與展示箱體鉸接；棘輪通過(guò)第八個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力； 所述的槽輪機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)盤(pán)和槽輪；所述的主動(dòng)盤(pán)和槽輪均與展示箱體鉸接；主動(dòng)盤(pán)通過(guò)第九個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力； 所述的控制模塊包括伺服電機(jī)控制單元、傳感器輸入單元、無(wú)線輸入單元和無(wú)線輸出單元；每個(gè)伺服電機(jī)分別與一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，所有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端均通過(guò)I/o端口與伺服電機(jī)控制單元連接；凸輪機(jī)構(gòu)的位移傳感器、角度傳感器及輪系機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速傳感器均與傳感器輸入單元連接；無(wú)線輸入單元接收遙控器的信號(hào)，無(wú)線輸出單元發(fā)出信號(hào)至計(jì)算機(jī)的無(wú)線接收單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具，其特征在于:所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為非偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、第二連桿、滑塊和導(dǎo)桿；第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第一鉸接孔處鉸接，另一端與第二連桿的一端鉸接；第二連桿的另一端與滑塊鉸接；滑塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿與展示箱體固定；第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具，其特征在于:所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、第二連桿、滑塊和導(dǎo)桿；第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第二鉸接孔處鉸接，另一端與第二連桿的一端鉸接；第二連桿的另一端與滑塊鉸接；滑塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿與展示箱體固定；第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具，其特征在于:所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、滑塊和導(dǎo)桿；第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第三鉸接孔處鉸接，另一端與滑塊鉸接；滑塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接；導(dǎo)桿與展示箱體在導(dǎo)桿鉸接孔處鉸接；第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合展示教具，其特征在于:所述的平面四桿機(jī)構(gòu)演化機(jī)構(gòu)為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，包括第二曲柄、導(dǎo)桿和搖塊；第二曲柄的一端與展示箱體在曲柄第四鉸接孔處鉸接，另一端與導(dǎo)桿鉸接；搖塊與導(dǎo)桿通過(guò)滑動(dòng)副連接，并與展示箱體在搖塊鉸接孔處鉸接；第二曲柄通過(guò)第二個(gè)伺服電機(jī)輸入動(dòng)力。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK104036684SQ201410220583
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】吳參, 胡劍, 周波, 徐兵科 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)