專(zhuān)利名稱(chēng)：成套結(jié)構(gòu)式玩具的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
本申請(qǐng)與美國(guó)專(zhuān)利NO.5，199，919(1993年4月6日授權(quán))，NO.5，137，486(1992年8月11日授權(quán))，NO.5，061，219(1991年10月29日授權(quán))有關(guān)。上述各專(zhuān)利所公開(kāi)的內(nèi)容均在本申請(qǐng)中作為參考。
以上提到的各項(xiàng)專(zhuān)利公開(kāi)了一種新式的成套結(jié)構(gòu)式玩具，這種成套玩具由許多棒狀桿件和許多輪轂狀連接件組成。雖然這些在先的專(zhuān)利所公開(kāi)的全部細(xì)節(jié)都應(yīng)該在本申請(qǐng)中作為參考，但是在這些較早的專(zhuān)利文獻(xiàn)中一般只涉及一種新式的桿件和連接件，它們的形狀設(shè)計(jì)成使桿件的端部能從側(cè)面被一對(duì)夾緊臂卡裝在在連接件上形成的插座內(nèi)。桿件的端部和連接件的夾緊臂的形狀是這樣設(shè)計(jì)的，即，當(dāng)各零件卡緊在一起時(shí)，桿件就被牢固地夾住，并且在軸向和側(cè)向都不能與連接件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種已經(jīng)在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)中說(shuō)明了的零件的新穎結(jié)構(gòu)，能建造復(fù)雜的、互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)。
利用我早先的各個(gè)專(zhuān)利中的桿件和連接件所能裝配的許多結(jié)構(gòu)還能裝入運(yùn)動(dòng)部件。只舉幾個(gè)例子，例如，能建造垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)輪、圓盤(pán)傳送機(jī)、提升機(jī)、吊車(chē)等等，其中都設(shè)有一些被驅(qū)動(dòng)的元件。按照本發(fā)明，一種獨(dú)特而廉價(jià)的，并且高度簡(jiǎn)化的電動(dòng)機(jī)裝配結(jié)構(gòu)件可以結(jié)合到由我的在先美國(guó)專(zhuān)利中的桿件和連接件所裝配成的一個(gè)互相連接的結(jié)構(gòu)中，在實(shí)際上形成這種結(jié)構(gòu)中的一部分，并且使這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)元件的電動(dòng)機(jī)控制操作很方便。相關(guān)的電動(dòng)機(jī)安裝件的管狀導(dǎo)向件之間的橫向間距精確地與一對(duì)連接件的中心到中心的間距相應(yīng)，這一對(duì)連接件由一根方向垂直于管狀導(dǎo)向件的軸線的、并與連接件的組合相配合的、標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的桿件連接在一起，而支承電動(dòng)機(jī)安裝件的桿件就嚙合在上述連接件組合中。
和這種新型電動(dòng)機(jī)安裝件協(xié)同工作的是一系列由裝載在電動(dòng)機(jī)安裝件上的電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的齒輪，而且這一系列齒輪適于由在整個(gè)成套結(jié)構(gòu)式玩具中所使用的標(biāo)準(zhǔn)桿件，以及用在整個(gè)成套結(jié)構(gòu)式玩具中所使用的標(biāo)準(zhǔn)連接件來(lái)支承。上述齒輪適于安裝在一根桿件上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以借助于在我的先前的專(zhuān)利中所公開(kāi)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)部件固定在桿件上和桿件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)部件夾住桿件的非圓部分，并設(shè)有橫向凸出的可插入齒輪內(nèi)相應(yīng)位置上的凹槽內(nèi)的耳軸。利用一組標(biāo)準(zhǔn)的小齒輪和大齒輪組，就能在這種結(jié)構(gòu)式玩具的框架內(nèi)建成各種不同速度和機(jī)械效益相組合的齒輪傳動(dòng)裝置，以便為電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的動(dòng)作提供各種不同的組合裝置。
在這種新的成套結(jié)構(gòu)式玩具中，用夾緊嚙合的方式把許多連接件和許多棒狀桿件組裝起來(lái)形成一個(gè)互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)，其中，桿件和連接件可以結(jié)合在一起，形成形狀為等腰直角三角形的基本結(jié)構(gòu)組件。上述桿件具有一系列依次遞進(jìn)的長(zhǎng)度，其中一種長(zhǎng)度的桿件正好是等腰直角三角形的一條斜邊，而它的兩條底邊則由下一個(gè)相鄰較短尺寸的桿件所形成。由一個(gè)或者多個(gè)尺寸相同的小齒輪，和一個(gè)或者多個(gè)適合于與同樣的大齒輪或者與小齒輪嚙合的、尺寸相同的大齒輪(spurgear)組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝入這樣一個(gè)骨架結(jié)構(gòu)中。小齒輪和大齒輪的相應(yīng)的節(jié)徑這樣來(lái)確定，即，互相嚙合的小齒輪和大齒輪之間的中心距離等于由一根具有第一預(yù)定長(zhǎng)度的桿件連接起來(lái)的一對(duì)連接件之間的中心距，而一對(duì)互相嚙合的大齒輪之間的中心距則等于由一根在尺寸系列中下一個(gè)相鄰較長(zhǎng)長(zhǎng)度的桿件連接起來(lái)的一對(duì)連接件之間的中心距。小齒輪和大齒輪裝在桿件上能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，但也可以借助于能與桿件夾緊嚙合又與大齒輪和小齒輪有驅(qū)動(dòng)嚙合關(guān)系的驅(qū)動(dòng)元件把它們鎖緊在桿件上。
本發(fā)明提出這樣一種成套結(jié)構(gòu)式玩具，它有多個(gè)連接件和多個(gè)能與上述連接件在側(cè)向夾緊嚙合的棒狀桿件，以形成互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)，其中，上述桿件和連接件能夠嚙合以形成形狀為等腰直角三角形的基本結(jié)構(gòu)單元，并且，上述桿件具有一系列遞進(jìn)的長(zhǎng)度，其中有一種尺寸的桿件適合于作一個(gè)等腰直角三角形的斜邊，而該三角形的底邊則由下一個(gè)較短尺寸的桿件形成，并且，上述連接件有一個(gè)用于容納一根桿件的中心孔，和多個(gè)從上述中心孔沿徑向延伸出去用于側(cè)向夾緊嚙合桿件的、成對(duì)的夾緊臂;它還有一個(gè)傳動(dòng)裝置，此傳動(dòng)裝置具有下列特征(a)一個(gè)或多個(gè)尺寸相等并具有一種小齒輪節(jié)徑的小齒輪，(b)一個(gè)或多個(gè)尺寸相等并具有一種大齒輪節(jié)徑的大齒輪，(c)上述大齒輪可與一個(gè)小齒輪或另一個(gè)大齒輪嚙合，(d)上述小齒輪和大齒輪的相應(yīng)的節(jié)徑是這樣的(1)一對(duì)嚙合的小齒輪和大齒輪之間的中心距等于一對(duì)由一根第一級(jí)預(yù)定長(zhǎng)度的桿件連接起來(lái)的連接件之間的中心距，(2)一對(duì)嚙合的大齒輪之間的中心距等于一對(duì)由一根長(zhǎng)度比上述第一級(jí)預(yù)定長(zhǎng)度長(zhǎng)一級(jí)的桿件連接起來(lái)的連接件之間的中心距。
而且，在所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，(a)上述小齒輪和大齒輪裝在桿件上，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，(b)上述桿件具有非圓橫斷面部分，(c)驅(qū)動(dòng)元件夾住上述桿件的非圓部分，并且具有與上述齒輪嚙合的驅(qū)動(dòng)耳軸，用于使上述齒輪固定在安裝該齒輪的桿件上不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
而且，在所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，(a)上述小齒輪和大齒輪所具有的節(jié)徑比為14比34。
而且，在所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，(a)一個(gè)安裝在上述互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)上并有一根可旋轉(zhuǎn)的輸出軸的電動(dòng)機(jī)，(b)一個(gè)裝在上述輸出軸上的第一傳動(dòng)齒輪，(c)一個(gè)位于與上述第一傳動(dòng)齒輪嚙合的位置上的第二傳動(dòng)齒輪(d)用一根上述棒狀桿件構(gòu)成的一根上述第二傳動(dòng)齒輪的支承軸，(e)上述第二傳動(dòng)齒輪裝在上述支承軸上并能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，(f)一個(gè)把上述第二傳動(dòng)齒輪與上述支承軸連接起來(lái)使它們一起旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)元件，(g)一個(gè)裝在上述支承軸上能夠旋轉(zhuǎn)的第一小齒輪，(h)一個(gè)把上述第一小齒輪連到上述支承軸上使其可與支承軸和所述的第二驅(qū)動(dòng)齒輪一起旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)元件，(i)一根支承在上述互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)中能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的第二支承軸，(j)一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在上述第二支承軸上，并且與上述第一小齒輪嚙合的第一大齒輪，(k)一個(gè)把上述第一大齒輪與上述第二支承軸(76)連接起來(lái)使它們一起旋轉(zhuǎn)的第三驅(qū)動(dòng)元件，(l)一個(gè)安裝在上述第二支承軸上能夠旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力輸出元件，(m)一個(gè)把上述動(dòng)力輸出元件連接使其可與上述第二支承軸和上述第一大齒輪一起旋轉(zhuǎn)的第四驅(qū)動(dòng)元件。
而且，在所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，(a)上述第一和第二支承軸是兩根上述的桿件，(b)上述桿件具有非圓橫斷面部分，(c)上述各驅(qū)動(dòng)元件都有一個(gè)主體部分和一對(duì)從主體部分延伸出去用于在上述非圓橫斷面部分夾緊上述桿件的夾緊臂，和一個(gè)從主體部分延伸出去能與一個(gè)齒輪，或一個(gè)小齒輪，或一個(gè)動(dòng)力輸出元件嚙合的驅(qū)動(dòng)件。
而且，在所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，(a)上述大齒輪和上述小齒輪所具有的節(jié)徑比大約為1.414/(1-0.707)×2。
為了更全面地了解上述內(nèi)容和本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。


圖1是一個(gè)互相連接的結(jié)構(gòu)的部分剖開(kāi)的側(cè)視圖，此結(jié)構(gòu)用我在先專(zhuān)利所公開(kāi)的桿件和連接件，并結(jié)合了按照本發(fā)明的一個(gè)新型電動(dòng)機(jī)安裝件和齒輪傳動(dòng)裝置組裝而成;
圖2是沿圖1的2-2線的橫斷面圖;
圖3是沿圖1的3-3線的橫斷面圖;
圖4是圖1中結(jié)構(gòu)的端視圖;
圖5是分解后的立體圖，表示新的電動(dòng)機(jī)安裝件結(jié)構(gòu)，和為了組合到圖4的結(jié)構(gòu)中去，它與桿件組合的方式;
圖6是說(shuō)明組合在圖1結(jié)構(gòu)中的一個(gè)連接件細(xì)節(jié)的放大了的局部立體圖;
圖7和圖8是特殊形式連接件的分解后的立體圖，這種連接件能有效地應(yīng)用在圖1的結(jié)構(gòu)中;
圖9是一個(gè)與齒輪或其它與桿件固定在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)件嚙合的驅(qū)動(dòng)塊元件的立體圖;
圖10是圖9中驅(qū)動(dòng)塊的一個(gè)視圖，說(shuō)明它與一根桿件嚙合的方式。
圖11是一個(gè)由桿件和連接件組成的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的視圖，它用了兩個(gè)遞進(jìn)尺寸的桿件，并且表示了容納復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)裝置的大齒輪和小齒輪的有利的尺寸關(guān)系。
現(xiàn)在請(qǐng)參閱附圖，圖1-4表示由以上專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中所描述的類(lèi)型的許多桿件和連接件所裝配成的、互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)。必須指出，附圖中所示的特定的結(jié)構(gòu)只是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理，而實(shí)際上的結(jié)構(gòu)可以在各種各樣的形式和不同的復(fù)雜程度中任取一種。圖示的結(jié)構(gòu)10是一種普通的矩形構(gòu)造，在八個(gè)角的每一個(gè)角上設(shè)有連接裝配件11(或11a)，為了舉例說(shuō)明，這種連接裝配件可以是圖7(或圖8)中所示的形式，其中，每?jī)蓚€(gè)連接件12、13(或12、13a)以嵌套的形式連接在一起，而在各直角方向設(shè)有通常用標(biāo)號(hào)14標(biāo)示的插座，以便接受在兩個(gè)成直角的相關(guān)平面上延伸的結(jié)構(gòu)元件并與其嚙合。
如圖6所示，每一個(gè)連接件上都設(shè)有呈輻射狀布置的成對(duì)的夾緊臂15、16，形成容納桿件的插座17。夾緊臂的外段部分上有軸向布置的槽18。在鄰近而又與插座的內(nèi)端壁19離開(kāi)的地方橫向設(shè)置了棱條20，此棱條凸入凹槽的空間內(nèi)，并在由槽18所確定的軸線的垂直方向上延伸。
成套結(jié)構(gòu)式玩具中使用的許多桿件都具有標(biāo)準(zhǔn)的形狀，但是卻具有按照預(yù)定的長(zhǎng)度系列遞進(jìn)的長(zhǎng)度，以便使每一種相鄰長(zhǎng)度中較長(zhǎng)的桿件適合于成為一等腰直角三角形的斜邊，而該等腰直角三角形的底邊由相鄰長(zhǎng)度中較短的桿件構(gòu)成。所有桿件的各端部都由一段圓筒形部位21(見(jiàn)圖4)、一條環(huán)形槽22和一個(gè)端部法蘭23所形成。一根桿件的端部可以用側(cè)向的嵌入裝配動(dòng)作與一個(gè)連接件連接。連接件希望用結(jié)構(gòu)塑料注塑模壓而成，以使夾緊臂15、16能向外偏斜來(lái)適應(yīng)側(cè)向的嵌入裝配，并且在裝配后夾緊臂緊緊地嚙合和夾緊桿件的端部，用弧形槽18使桿件牢固地保持與插座17同軸線，用橫向的棱條20限制桿件的軸向運(yùn)動(dòng)。
在圖1-4所示的結(jié)構(gòu)中，若干個(gè)位于結(jié)構(gòu)的角上的連接裝配件11由四個(gè)角上的垂直桿件25從上到下連接起來(lái)。相互隔開(kāi)的沿長(zhǎng)度方向延伸的桿件26把結(jié)構(gòu)底部的連接裝配件從前到后連接起來(lái)，而沿橫向延伸的桿件27則把結(jié)構(gòu)頂部的連接裝配件從兩側(cè)連接起來(lái)，同樣，桿件28把結(jié)構(gòu)底部一端的連接裝配件連接起來(lái)。
由于下面將要講述的原因，上部的連接裝配件11在長(zhǎng)度方向不是用一根單根的桿件，而是用一由中心定位連接件29和兩根短桿件30組成的組合件連接起來(lái)的。桿件30和與它們嚙合的中心連接件的組合長(zhǎng)度和下面長(zhǎng)向布置的桿件26的長(zhǎng)度相等。
按照本發(fā)明，提供了一種用于組合在如圖1-4中所示的互相連接的結(jié)構(gòu)中的電動(dòng)機(jī)安裝件，使得能在這種成套結(jié)構(gòu)中組合進(jìn)一臺(tái)小電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件。在圖1、2和5中清楚地表示了這種電動(dòng)機(jī)安裝件結(jié)構(gòu)，它有一個(gè)整體注塑模壓的主外殼部件31，該部件有一對(duì)隔開(kāi)的、最好是管狀的導(dǎo)向元件32。導(dǎo)向元件由一個(gè)連接構(gòu)件33剛性地連接起來(lái)，在所示的實(shí)施例中，該連接構(gòu)件可以是平板狀的腹板。一對(duì)導(dǎo)向元件32之間隔開(kāi)的距離，等于在互相連接的結(jié)構(gòu)的下角部的連接裝配件11之間沿長(zhǎng)度方向延伸的桿件26之間的橫向距離(見(jiàn)圖2)。導(dǎo)向元件上設(shè)有用于緊密地容納桿件26的管狀內(nèi)通道34，其被設(shè)計(jì)成具有基本上包含其全部長(zhǎng)度的均勻的圓形橫斷面的形狀。
最好，管狀導(dǎo)向元件32的長(zhǎng)度和所選規(guī)格的、容納在管狀通道34內(nèi)的桿件26的長(zhǎng)度聯(lián)系起來(lái)，使得桿件26只有預(yù)定的很短一段端部凸出在導(dǎo)向元件的相對(duì)兩端之外。當(dāng)桿件26的端頭夾緊在下部連接裝配件11的適當(dāng)位置上時(shí)，管狀導(dǎo)向件的端面就靠緊或者非常接近于桿件26配合在其中的相應(yīng)夾緊臂的端面(見(jiàn)圖1)。因此，整體的電動(dòng)機(jī)安裝件31就在沿著電動(dòng)機(jī)安裝件31所安裝的桿件26的長(zhǎng)度方向被有效地鎖住，不能移動(dòng)。在有些情況下，當(dāng)必須或者希望把電動(dòng)機(jī)安裝件安裝在長(zhǎng)度比圖4中所示的桿件26更長(zhǎng)的桿件上時(shí)，可以在電動(dòng)機(jī)安裝件的一側(cè)或者兩側(cè)，在桿件上加上夾箝形的鎖緊裝置，最好是如圖3中標(biāo)號(hào)46所示的單插座連接件的形式，以便使電動(dòng)機(jī)安裝件能在較長(zhǎng)的桿件上保持在預(yù)定的軸向位置上。
如圖2和5所示，在本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)安裝裝置中，一個(gè)空心的圓筒形外殼35作為電動(dòng)機(jī)安裝件31的一體的部分剛性地安裝在兩個(gè)導(dǎo)向元件32之間。為此目的，電動(dòng)機(jī)外殼的各部分要和結(jié)構(gòu)腹板33，以及從導(dǎo)向元件32延伸到電動(dòng)機(jī)外殼側(cè)壁的加強(qiáng)凸緣36整體地結(jié)合在一起。
電動(dòng)機(jī)外殼35用于緊湊而整齊地容納具有輸出軸38的小電動(dòng)機(jī)37。電動(dòng)機(jī)安裝外殼35具有一大致封閉的端部39和一開(kāi)口的端部40。電動(dòng)機(jī)37通過(guò)外殼的開(kāi)口端部40插入，而它的軸38則能通過(guò)設(shè)在外殼另一側(cè)的封閉端上的中心開(kāi)口41凸出來(lái)。最好，設(shè)置一個(gè)圓筒形的封蓋42，它可伸縮地插在外殼35的開(kāi)口端部?jī)?nèi)，把電動(dòng)機(jī)37完全封閉住。在外殼的封蓋42中可裝設(shè)一個(gè)電氣插座43(見(jiàn)圖2)，以便為里面的電動(dòng)機(jī)37提供電氣連接。為了把電源連接到電動(dòng)機(jī)37，設(shè)置了一個(gè)帶有連接到合適的電源(例如12伏)去的接線45的可摘下的插頭44。通常，還設(shè)有能夠開(kāi)關(guān)和倒轉(zhuǎn)控制、以及能改變速度的、合適的控制裝置(圖中未示出)。
如圖1-3中所詳細(xì)表示的，電動(dòng)機(jī)的輸出軸38上設(shè)有驅(qū)動(dòng)件47，最好是一根蝸桿。布置成與蝸桿47嚙合的蝸輪48借助于“軸”49安裝在該裝配好的互相連接的結(jié)構(gòu)上，實(shí)際上軸49是該成套結(jié)構(gòu)式玩具的一根標(biāo)準(zhǔn)桿件。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，該結(jié)構(gòu)包括一對(duì)安裝在中央的、相向的八位連接件50，它借助于標(biāo)準(zhǔn)桿件51由四個(gè)角部連接裝配件11支承著。最好，在這種成套結(jié)構(gòu)式玩具的標(biāo)準(zhǔn)桿件的長(zhǎng)度遞進(jìn)系列中，圖4中所示的桿件30是最短的。桿件51具有比它長(zhǎng)的相鄰尺寸，從圖4明顯可見(jiàn)，桿件51的長(zhǎng)度正好適合作以最短桿件30為底邊的等腰直角三角形結(jié)構(gòu)的斜邊。在上下連接裝配件11之間形成垂直連接的桿件25在長(zhǎng)度遞進(jìn)系列中屬于下一個(gè)相鄰較長(zhǎng)的尺寸，并且用作以連接件51為底邊的等腰三角形的斜邊。在圖4中，這些關(guān)系是很明白的。
在結(jié)構(gòu)的每一側(cè)面的連接件50有一個(gè)中心孔52，其尺寸能精密地容納桿件49，而又能讓它自由轉(zhuǎn)動(dòng)。桿件49可以是任何長(zhǎng)度，只要其兩端足以嵌入分離開(kāi)來(lái)的連接件50就可以了，它可以用，例如，在每個(gè)端部加一個(gè)單獨(dú)的插座連接件46來(lái)定位，其方式是使插座的橫向棱條20嚙合并夾住桿件的長(zhǎng)向的槽53。
蝸輪48也精密地套在桿件49上，但通?？上鄬?duì)于此桿件自由轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪上帶有一個(gè)穩(wěn)定和驅(qū)動(dòng)用的輪轂54，還有一對(duì)在離開(kāi)蝸輪軸線預(yù)定的距離上延伸通過(guò)蝸輪和驅(qū)動(dòng)輪轂的長(zhǎng)向孔55。
為了使蝸輪定位，并把它能夠驅(qū)動(dòng)地連接在桿件49上，設(shè)置了驅(qū)動(dòng)塊56，其形狀示于圖9和10。請(qǐng)看圖9和10，該傳動(dòng)塊56包括一主體部分57和一插座部分58，插座部分由具有軸向槽61和橫向棱條62的、分開(kāi)的兩條夾緊臂59、60組成，其方式和成套玩具中的所有連接件，以及圖6中表示的例子完全相同。如圖10中所詳細(xì)表示的，在安裝驅(qū)動(dòng)塊56時(shí)，要使它的夾緊插座軸線的方向與它所連接的桿件的軸線垂直。在裝驅(qū)動(dòng)塊時(shí)，先用力使有彈性的夾緊臂59、60分開(kāi)，于是棱條62就能嵌入桿件的長(zhǎng)向槽53中。這樣不但鎖住了驅(qū)動(dòng)塊56，使它不能與桿件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而且?jiàn)A緊作用的摩擦力還使驅(qū)動(dòng)塊保持住它在桿件上的軸向位置，使它完全不能移動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)耳軸63從驅(qū)動(dòng)塊的主體57橫向延伸出來(lái)，其位置正好能夠插入蝸輪48上所設(shè)的孔55中。因此，在把蝸輪48裝在它的桿件軸上之后，把驅(qū)動(dòng)塊56裝在該桿件上的蝸輪的兩相對(duì)側(cè)，緊緊地壓靠在蝸輪的相對(duì)的側(cè)面上，并且固定它在軸上的位置，使得蝸輪48和它的驅(qū)動(dòng)蝸桿47精確地對(duì)準(zhǔn)，一切如圖3所示。用這種方法就能借助于電動(dòng)機(jī)37使桿軸49能有控制地轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了以與該成套結(jié)構(gòu)式玩具的幾何形狀完全形成一體的方式來(lái)利用電動(dòng)機(jī)37的輸出，設(shè)置了一組傳動(dòng)齒輪。這種新穎的成套玩具包括至少一種尺寸的小齒輪70，和至少一種尺寸的用來(lái)與小齒輪嚙合的大齒輪71。大齒輪和小齒輪齒輪70、71的傳動(dòng)比和尺寸是這樣非常有序地確定的，即，在一種標(biāo)準(zhǔn)的桿件和連接件的結(jié)構(gòu)中，可以裝配成一種小齒輪與大齒輪恰當(dāng)?shù)貒Ш系凝X輪副，以提供機(jī)械效益的各種不同組合，而且在必要或希望達(dá)到一種期望的輸出時(shí)，大齒輪還可以和其他大齒輪嚙合。請(qǐng)?jiān)敿?xì)參閱圖1和3，與驅(qū)動(dòng)輪轂72做成一體的小齒輪70裝在桿軸49上。最好，小齒輪設(shè)計(jì)成能精密地套在桿軸49上，又能自由運(yùn)動(dòng)，在所描述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，此小齒輪位于緊靠在與蝸輪48連在一起的驅(qū)動(dòng)塊56之一的外表面上。輔助驅(qū)動(dòng)塊73的驅(qū)動(dòng)耳軸74與小齒輪的驅(qū)動(dòng)輪轂72嚙合。這樣，小齒輪70就鎖定在桿軸49(因而也就鎖定在蝸輪48)上不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且也固定了它在桿軸49上的軸向位置。
也是和一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪轂75做在一起的大齒輪71裝在桿件76上，而桿件76的兩端則支承在連接件29上形成的中心孔77中并可以轉(zhuǎn)動(dòng)(見(jiàn)圖4)。連接件29位于支承蝸輪48和小齒輪70的八位連接件50的正上方。如圖4所示，相應(yīng)的連接件29、50由一根從一個(gè)連接件垂直地延伸到另一個(gè)連接件的最短尺寸的桿件30連接起來(lái)。圖中所示的上部連接件29是一個(gè)五插座連接件，但是，我們將會(huì)明白，它也可以象連接件50那樣，是一個(gè)八插座連接件。
大齒輪和小齒輪70、71的尺寸比例是這樣確定的，即，這兩個(gè)嚙合著的齒輪之間的中心距正好等于由一根短桿件30連接起來(lái)的連接件29、50之間的中心距。此外，一對(duì)嚙合的大齒輪71之間的中心距要正好等于由下一個(gè)相鄰較長(zhǎng)尺寸的桿件51所連接起來(lái)的兩個(gè)連接件之間的中心距。因此，在用這種成套結(jié)構(gòu)式玩具中的標(biāo)準(zhǔn)桿件和連接件裝配成的互相連接的結(jié)構(gòu)中，為了達(dá)到所需要的結(jié)果，能夠裝配出一套復(fù)雜的、包括許多小齒輪和大齒輪的組合的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個(gè)特定的實(shí)施例中，大齒輪71的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)徑約為5.28厘米(2.08英寸)，而小齒輪70的節(jié)徑約為2.18厘米(0.86英寸)，因此，兩個(gè)嚙合的大齒輪之間的中心距約為5.28厘米(2.08英寸)，而嚙合的大齒輪與小齒輪之間的中心距約為3.76厘米(1.48英寸)。小齒輪與大齒輪之間的傳動(dòng)比大約是14/34，(更準(zhǔn)確一點(diǎn)，約為(1-0.707)×2/1.414)。當(dāng)然，這些特定的尺寸只作為例子。更重要的是，一對(duì)大齒輪和小齒輪沿著由一根某一種尺寸的桿件連接起來(lái)的兩個(gè)連接件之間的軸線能正確嚙合，而兩個(gè)大齒輪沿著由一根較大尺寸的桿件連接起來(lái)的兩個(gè)連接件之間的軸線能正確嚙合，最理想的是，較短尺寸的桿件與下一個(gè)較長(zhǎng)尺寸的桿件具有長(zhǎng)度比Lx/L(x+1)，此式中，Lx＝(1.414)(x-1)×Dmin-(2×d)，其中Lx＝為在一系列從1到“N”的桿件中第n根桿件的長(zhǎng)度，Dmin＝由一系列桿件中的最短結(jié)構(gòu)性桿件(30)所連接起來(lái)的兩個(gè)連接件(例如，50)的輪轂軸線之間的距離，d＝從輪轂孔(77)的軸線到插座狀部分的端壁(19)的距離。
在所描述的例子中，Lx代表一系列桿件中最短的桿件，而L(x+1)代表下一個(gè)相鄰較長(zhǎng)的桿件。
從圖1可見(jiàn)，較大的大齒輪71的驅(qū)動(dòng)輪轂75上有容納驅(qū)動(dòng)塊54的驅(qū)動(dòng)耳軸63的盲孔80。對(duì)于直徑較小的主動(dòng)齒輪70來(lái)說(shuō)，如果把驅(qū)動(dòng)輪轂72徑向向外擴(kuò)大到足以完全包容與驅(qū)動(dòng)耳軸63配合的孔，就會(huì)使驅(qū)動(dòng)輪轂的最外面的部分與小齒輪的齒形重疊。因此，小齒輪的驅(qū)動(dòng)輪轂72做成帶有徑向朝外的表面的圓筒形溝槽81，這條溝槽只容納驅(qū)動(dòng)塊73上驅(qū)動(dòng)耳軸74的徑向朝內(nèi)的部分(見(jiàn)圖1和3)。
在附圖中所示的特定的、具有代表性的機(jī)構(gòu)中，在桿件76上裝有一件槽輪之類(lèi)的形狀的輸出元件90(見(jiàn)圖3)。和傳動(dòng)裝置中的其它元件一樣，槽輪90有一個(gè)中心孔，用于自由而緊密地容納桿件76，并且借助于相對(duì)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)塊91、92在桿件上軸向定位并可與桿件連接起來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。槽輪上有一適當(dāng)?shù)妮S向孔，以容納設(shè)置在驅(qū)動(dòng)塊上的驅(qū)動(dòng)耳軸93。
很容易理解，可以在桿件76上再安裝一個(gè)例如小齒輪70來(lái)代替輸出裝置90，以便和另一個(gè)大齒輪(圖中未示出)嚙合，提供另一級(jí)減速并增加機(jī)械效益。幾乎任何一種齒輪副都可以使用，包括大齒輪與小齒輪的組合和大齒輪與大齒輪的組合，只要保持上面所說(shuō)的中心到中心的關(guān)系。
本發(fā)明提供了一種齒輪傳動(dòng)裝置，這種裝置特別適合于安裝在采用尺寸逐漸增長(zhǎng)的桿件的已有結(jié)構(gòu)式玩具部件的一個(gè)互相連接的結(jié)構(gòu)中，在這種結(jié)構(gòu)中，相鄰的尺寸較長(zhǎng)的桿件用作一個(gè)等腰直角三角形的斜邊，而相鄰的尺寸較短的桿件則作為該三角形的兩條底邊。在這個(gè)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，設(shè)有一組小齒輪和大齒輪，其中，當(dāng)把一個(gè)小齒輪和一個(gè)大齒輪安裝在由一根某一種尺寸的桿件連接起來(lái)的連接件上時(shí)，其能正確地嚙合，而當(dāng)把一對(duì)大齒輪安裝在由一根相鄰的較長(zhǎng)尺寸的桿件連接起來(lái)的連接件上時(shí)，它們也能正確地嚙合。這種裝置非常簡(jiǎn)單，但卻能建造相當(dāng)復(fù)雜的齒輪機(jī)構(gòu)，能提供各種不同的速度和機(jī)械效益，并且能組裝相當(dāng)復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
以上所述機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子示于圖11，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，有四個(gè)連接件50布置成矩形。上、下各一對(duì)連接件用最短尺寸的桿件30在水平方向連接起來(lái)，而垂直方向的成對(duì)連接件則用相鄰的較長(zhǎng)一級(jí)尺寸的桿件51連接起來(lái)。例如，如圖4所示，短桿件30的長(zhǎng)度適合作一個(gè)等腰三角形的底邊的元件，而較長(zhǎng)的桿件51則是形成該三角形的斜邊的元件。在該圖中，在三個(gè)連接件50的輪轂部分94中支承著能旋轉(zhuǎn)的齒輪軸95、96、和97。兩根垂直方向分開(kāi)的軸95、96支承著兩個(gè)大齒輪71，并且，這兩個(gè)齒輪的直徑是這樣的，當(dāng)它們支承在由桿件51來(lái)隔開(kāi)的連接件上時(shí)，正好能正確嚙合。在水平方向分開(kāi)的軸96、97分別支承一個(gè)大齒輪71和一個(gè)小齒輪70，并且這兩個(gè)齒輪的直徑是這樣的，當(dāng)它們支承在由較短的桿件30來(lái)隔開(kāi)的連接件上時(shí)，正好能正確嚙合。
權(quán)利要求
1.一種成套結(jié)構(gòu)式玩具，它有多個(gè)連接件(11)和多個(gè)能與上述連接件在側(cè)向夾緊嚙合的棒狀桿件(25、26、27、28)，以形成互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)，其中，上述桿件和連接件能夠嚙合以形成形狀為等腰直角三角形的基本結(jié)構(gòu)單元，并且，上述桿件具有一系列遞進(jìn)的長(zhǎng)度，其中有一種尺寸的桿件適合于作一個(gè)等腰直角三角形的斜邊，而該三角形的底邊則由下一個(gè)較短尺寸的桿件形成，并且，上述連接件有一個(gè)用于容納一根桿件(49、76)的中心孔(52、77)，和多個(gè)從上述中心孔沿徑向延伸出去用于側(cè)向夾緊嚙合桿件的、成對(duì)的夾緊臂(15、16)；其特征在于，它還有一個(gè)傳動(dòng)裝置，此傳動(dòng)裝置具有下列特征(a)一個(gè)或多個(gè)尺寸相等并具有一種小齒輪節(jié)徑的小齒輪(70)，(b)一個(gè)或多個(gè)尺寸相等并具有一種大齒輪節(jié)徑的大齒輪(71)，(C)上述大齒輪可與一個(gè)小齒輪或另一個(gè)大齒輪嚙合，(d)上述小齒輪和大齒輪的相應(yīng)的節(jié)徑是這樣的(1)一對(duì)嚙合的小齒輪和大齒輪之間的中心距等于一對(duì)由一根第一級(jí)預(yù)定長(zhǎng)度的桿件連接起來(lái)的連接件之間的中心距，(2)一對(duì)嚙合的大齒輪之間的中心距等于一對(duì)由一根長(zhǎng)度比上述第一級(jí)預(yù)定長(zhǎng)度長(zhǎng)一級(jí)的桿件連接起來(lái)的連接件之間的中心距。
2.如權(quán)利要求1所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，其特征在于(a)上述小齒輪和大齒輪裝在桿件(49、76)上，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，(b)上述桿件具有非圓橫斷面部分，(c)驅(qū)動(dòng)元件(56、73、91、92)夾住上述桿件的非圓部分，并且具有與上述齒輪嚙合的驅(qū)動(dòng)耳軸(63)，用于使上述齒輪固定在安裝該齒輪的桿件上不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，其特征在于(a)上述小齒輪和大齒輪所具有的節(jié)徑比為14比34。
4.如權(quán)利要求1所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，其特征在于(a)一個(gè)安裝在上述互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)上并有一根可旋轉(zhuǎn)的輸出軸(38)的電動(dòng)機(jī)(37)，(b)一個(gè)裝在上述輸出軸上的第一傳動(dòng)齒輪(47)，(c)一個(gè)位于與上述第一傳動(dòng)齒輪嚙合的位置上的第二傳動(dòng)齒輪(48)(d)用一根上述棒狀桿件構(gòu)成的一根上述第二傳動(dòng)齒輪的支承軸(49)，(e)上述第二傳動(dòng)齒輪裝在上述支承軸上并能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，(f)一個(gè)把上述第二傳動(dòng)齒輪與上述支承軸連接起來(lái)使它們一起旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)元件(56)，(g)一個(gè)裝在上述支承軸上能夠旋轉(zhuǎn)的第一小齒輪(70)，(h)一個(gè)把上述第一小齒輪連到上述支承軸上使其可與支承軸和所述的第二驅(qū)動(dòng)齒輪(48)一起旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)元件(73)，(i)一根支承在上述互相連接的骨架式結(jié)構(gòu)中能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的第二支承軸(76)，(j)一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在上述第二支承軸上，并且與上述第一小齒輪(70)嚙合的第一大齒輪(71)，(k)一個(gè)把上述第一大齒輪(71)與上述第二支承軸(76)連接起來(lái)使它們一起旋轉(zhuǎn)的第三驅(qū)動(dòng)元件，(l)一個(gè)安裝在上述第二支承軸(76)上能夠旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力輸出元件(90)，(m)一個(gè)把上述動(dòng)力輸出元件(90)連接使其可與上述第二支承軸(76)和上述第一大齒輪(71)一起旋轉(zhuǎn)的第四驅(qū)動(dòng)元件(91、92)。
5.如權(quán)利要求4所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，其特征在于(a)上述第一和第二支承軸(49、76)是兩根上述的桿件，(b)上述桿件具有非圓橫斷面部分(53)，(c)上述各驅(qū)動(dòng)元件都有一個(gè)主體部分(57)和一對(duì)從主體部分延伸出去用于在上述非圓橫斷面部分夾緊上述桿件的夾緊臂(59、60)，和一個(gè)從主體部分延伸出去能與一個(gè)齒輪，或一個(gè)小齒輪，或一個(gè)動(dòng)力輸出元件嚙合的驅(qū)動(dòng)件(63)。
6.如權(quán)利要求4所述的成套結(jié)構(gòu)式玩具，其特征在于(a)上述大齒輪(71)和上述小齒輪(70)所具有的節(jié)徑比大約為1.414/(1-0.707)×2。
全文摘要
一種成套結(jié)構(gòu)式玩具，它可由一系列棒狀桿件和輪轂狀連接件裝配成一個(gè)互相連接的結(jié)構(gòu)，大齒輪和小齒輪可利用桿件和連接件支承在該結(jié)構(gòu)上，形成一對(duì)齒輪副，用于把電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)成套結(jié)構(gòu)式玩具一個(gè)元件的動(dòng)力。大齒輪和小齒輪的節(jié)徑比大約為2.4，以便于在用這些尺寸遞進(jìn)的桿件連接成的結(jié)構(gòu)中裝配成不同速比和機(jī)械效益的、有用的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)A63H33/06GK1096230SQ9410214
公開(kāi)日1994年12月14日 申請(qǐng)日期1994年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月2日
發(fā)明者喬爾·I·格利克曼 申請(qǐng)人:組合件有限合營(yíng)公司