軸類零件受力分析教具的制作方法
【專利摘要】一種軸類零件受力分析教具，包括支撐架、支座機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)、空間合成機(jī)構(gòu)、軸向力傳遞機(jī)構(gòu)、連桿放大機(jī)構(gòu)、彎矩模擬機(jī)構(gòu)；該裝置結(jié)合機(jī)械專業(yè)方面的知識(shí)，可將軸的復(fù)雜受力分解為圓周力、徑向力、軸向力和轉(zhuǎn)矩，分析每個(gè)力產(chǎn)生的效果以及疊加產(chǎn)生的效果，并定性的顯示各種受力情況下的彎扭矩圖，更加形象直觀；同時(shí)該裝置采用力與運(yùn)動(dòng)分流的原理，軸受的力不僅作用在軸上，還能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支反力演示和彎扭矩合成演示功能。
【專利說(shuō)明】軸類零件受力分析教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸類零件受力分析教具，該裝置將軸的復(fù)雜受力分解為徑向力、圓周力和軸向力，分析每個(gè)力產(chǎn)生的效果以及力的疊加產(chǎn)生的效果，并通過(guò)直觀線條顯示出來(lái)，使結(jié)果形象直觀；同時(shí)該裝置將力與運(yùn)動(dòng)分開(kāi)，軸受的力不僅作用在軸上，同時(shí)該力還驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

【背景技術(shù)】
[0002]一直以來(lái)，軸類零件受力分析、強(qiáng)度校核和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等知識(shí)點(diǎn)都是教學(xué)的重點(diǎn)，軸類零件的彎矩、扭矩的計(jì)算及合成、軸的支反力的求解是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，特別是在講授彎扭矩圖時(shí)，學(xué)生難以理解彎扭矩圖的原理和影響因素，但目前沒(méi)有合適的課堂教具，幫助講解這部分知識(shí)。
[0003]國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀:目前國(guó)內(nèi)外有專門用于軸類零件受力分析的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器但其仍舊存在不足，主要表現(xiàn)在:
[0004](I)功能設(shè)計(jì)方面，目前市場(chǎng)上雖然有軸梁的彎矩、扭矩和支反力的測(cè)量?jī)x器但每種儀器只能測(cè)量單一的一種力學(xué)屬性，在多功能方面還有巨大的發(fā)展空間；
[0005](2)現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器笨重，體積龐大，只能在實(shí)驗(yàn)室作實(shí)驗(yàn)設(shè)備；
[0006](3)現(xiàn)有的這些測(cè)量?jī)x器都是采用應(yīng)變片的電測(cè)法測(cè)量軸的彎矩、扭矩、支反力等力學(xué)屬性，其操作復(fù)雜；
[0007](4)現(xiàn)有的設(shè)備用電測(cè)法測(cè)量一般不能直接反映出彎矩、扭矩、支反力的大小及方向，需要通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算才能得出最終數(shù)據(jù)，而且只能是對(duì)固定點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果不夠形象直觀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的提供一種軸類零件受力分析教具，以解決上述問(wèn)題至少一個(gè)方面。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種軸類零件受力分析教具，包括支撐架、支座機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)、空間合成機(jī)構(gòu)、軸向力傳遞機(jī)構(gòu)、連桿放大機(jī)構(gòu)、彎矩模擬機(jī)構(gòu)；支撐架為框架結(jié)構(gòu)；支座機(jī)構(gòu)設(shè)有兩個(gè)，分別固定在支撐架的兩側(cè)，中間連接橫截面為方形的傳動(dòng)主軸?？臻g合成機(jī)構(gòu)設(shè)在支撐架中間的橫向支桿上，其兩側(cè)端分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)的一端連接；連桿放大機(jī)構(gòu)將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的位移放大，其另一端與彎矩模擬機(jī)構(gòu)連接。軸向力傳遞機(jī)構(gòu)的上端與空間合成機(jī)構(gòu)鉸接，下端與主軸連接；彎矩模擬機(jī)構(gòu)設(shè)有左右兩個(gè)，兩個(gè)彎矩模擬機(jī)構(gòu)通過(guò)連接件相接，其兩端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)矩模擬結(jié)構(gòu)連接，連接件與放大機(jī)構(gòu)鉸接。
[0010]兩個(gè)支座機(jī)構(gòu)均包括支座中心塊、支撐支座中心塊的支座外框、六角頭螺栓、壓縮彈簧、預(yù)緊帶孔螺栓，支座中心塊的中間位置固定連接主軸，四面均設(shè)有方形的槽；六角頭螺栓設(shè)有四個(gè)，分別穿過(guò)支座外框四側(cè)面的通孔配合在所述支座中心塊四面的槽中，可在槽內(nèi)滑動(dòng)，并穿過(guò)壓縮彈簧共同支撐支座中心塊。為了平衡主軸本身產(chǎn)生的重力，還在支座外框底部增加了一個(gè)具有預(yù)緊功能的預(yù)緊帶孔螺栓，通過(guò)對(duì)彈簧預(yù)緊使中心塊處于支座外框的中心位置。
[0011]支座外框一側(cè)設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān),微動(dòng)開(kāi)關(guān)的觸碰桿與伸出支座外框外側(cè)的六角頭螺栓連接；支座外框底部位置也設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)與伸出支座外框底部的六角頭螺栓連接。
[0012]當(dāng)外力作用到主軸，主軸將力傳遞給支座，中心塊產(chǎn)生位移,使六角頭螺栓移動(dòng)，觸動(dòng)外面的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，顯示支反力方向的LED顯示箭頭通電變亮,清晰的反映出支反力方向。
[0013]轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)包括搖柄、轉(zhuǎn)動(dòng)套筒、短軸、外部軸套、轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪、提升板、轉(zhuǎn)矩板支撐塊。搖柄與轉(zhuǎn)動(dòng)套筒的一端連接，外部軸套的一端套接在轉(zhuǎn)動(dòng)套筒的另一端，短軸置于轉(zhuǎn)動(dòng)軸套內(nèi)，外部軸套的另一端與主軸套接，且外部軸套的另一端固定轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪上設(shè)有滑槽；提升板通過(guò)活動(dòng)鉸鏈與轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪上的滑槽連接在一起，并且鉸接部分的銷可以在轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪的滑槽中滑動(dòng)；提升板的另一端與轉(zhuǎn)矩板支撐塊鉸接；轉(zhuǎn)矩板支撐塊的一側(cè)與轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)的提升板連接。
[0014]軸向力傳遞機(jī)構(gòu)包括豎直傳力板、水平傳力板、內(nèi)伸縮軸、施力套筒；豎直傳力板和水平傳力板的中間位置通過(guò)銷軸與支撐架固定部分鉸接，可繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)；豎直傳力板上端與空間合成機(jī)構(gòu)鉸接，下端與水平傳力板一端通過(guò)球面副連接在一起；水平傳力板另一端與內(nèi)伸縮軸鉸接，內(nèi)伸縮軸可以在施力套筒內(nèi)滑動(dòng)，內(nèi)置彈簧可實(shí)現(xiàn)力的施加及內(nèi)伸縮軸復(fù)位。當(dāng)空間滑塊受到軸向力沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直傳力板和水平傳力板繞銷軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)伸縮軸在套筒內(nèi)滑動(dòng)，壓縮彈簧將軸向力作用于主軸。
[0015]空間合成機(jī)構(gòu)包括底板、固定在底板上的支桿架、帶槽的空間滑塊、主動(dòng)滑塊、從動(dòng)滑塊、豎直桿、導(dǎo)向塊、斜塊、壓板，所述支桿架包括四根豎直固定在底板上帶彈簧的豎桿，四根豎桿上均配合有一個(gè)活動(dòng)塊，四根豎桿的頂部固定限定塊，支桿架左右側(cè)端的相鄰活動(dòng)塊之間固定有一端帶有彈簧的連桿，前后端的相鄰活動(dòng)塊之間連接支板；所述支桿架兩側(cè)端的連桿上各設(shè)有一個(gè)軸承塊，兩個(gè)軸承塊之間通過(guò)一端帶有彈簧的橫軸連接，所述空間滑塊配合在橫軸上；兩個(gè)軸承塊分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)的一端連接；豎直桿與導(dǎo)向塊固接在一起，豎直桿上端穿過(guò)空間滑塊上的槽，且可在槽中滑動(dòng)，最下端可以在主動(dòng)滑塊上的45°斜槽中滑動(dòng)。壓板與從動(dòng)滑塊固接在一起，導(dǎo)向塊可以在壓板導(dǎo)向下沿Y軸方向滑動(dòng)，帶動(dòng)豎直桿沿槽運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滑塊沿X軸方向運(yùn)動(dòng)。
[0016]連桿放大機(jī)構(gòu)包括斜塊機(jī)構(gòu)和連桿裝置，斜塊機(jī)構(gòu)分為相同構(gòu)造的斜塊機(jī)構(gòu)a和斜塊機(jī)構(gòu)b，斜塊機(jī)構(gòu)a和斜塊機(jī)構(gòu)b分別置于空間合成機(jī)構(gòu)的兩側(cè)端；斜塊機(jī)構(gòu)有三個(gè)傾斜塊相接，其一端的傾斜塊連接空間合成機(jī)構(gòu)上的軸承塊，另一端傾斜塊連接連桿裝置；連桿裝置包括導(dǎo)向壓板、水平板和豎直板，導(dǎo)向板的一端與所述斜塊機(jī)構(gòu)末端的傾斜塊，導(dǎo)向板中間配合有限位塊，另一端與水平板一端鉸接，水平板的另一端與豎直板一端鉸接，豎直板之間設(shè)有限位塊，豎直板的另一端與彎矩模擬機(jī)構(gòu)連接。
[0017]連桿裝置的鉸接處均采用銷釘連接，水平板的連接處均設(shè)有活動(dòng)槽，保證銷釘可在活動(dòng)槽內(nèi)滑動(dòng)。其中限位塊的作用是限定導(dǎo)向壓板和豎直板上下活動(dòng)。
[0018]斜塊機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)位移的換向，斜塊機(jī)構(gòu)a將水平位移轉(zhuǎn)換為豎直位移，斜塊機(jī)構(gòu)b將豎直位移轉(zhuǎn)換為水平位移，通過(guò)連桿放大機(jī)構(gòu)將位移放大并通過(guò)豎直板傳遞給彎矩模擬機(jī)構(gòu)。
[0019]彎矩模擬機(jī)構(gòu)包括外伸縮滑道、套接在外伸縮滑道內(nèi)的內(nèi)伸縮滑道；兩根外伸縮滑道的一端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)矩模擬結(jié)構(gòu)的提升板鉸接，兩根內(nèi)伸縮滑道的自由端分別與兩根連接件的一端鉸接，連接件為抬升板，兩根抬升板的另一端分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)的豎直板鉸接。
[0020]外伸縮滑道和內(nèi)伸縮滑道的內(nèi)部都布置有激光燈，投射出的一排光斑形成直線，內(nèi)側(cè)的抬升板上也布置有激光燈，外側(cè)抬升板是一平板，可以遮住內(nèi)側(cè)抬升板上激光燈射出的光線。當(dāng)兩側(cè)彎矩提升板上升時(shí)，帶動(dòng)內(nèi)伸縮滑道在外伸縮滑道中滑動(dòng)，左右兩側(cè)抬升板隨之向上運(yùn)動(dòng)，布置在內(nèi)外伸縮滑道上的激光燈的投出的直線光斑射到顯示屏上，達(dá)到彎矩模擬顯示的作用。
[0021]還包括顯示裝置，支撐架的前方兩側(cè)布置兩塊顯示板，每個(gè)顯示板上均安裝按箭頭形狀排布的LED燈，支座機(jī)構(gòu)的四個(gè)側(cè)面的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)與對(duì)應(yīng)兩個(gè)箭頭狀LED燈的通電線路連接。當(dāng)主軸受力時(shí)，支座會(huì)產(chǎn)生微小位移，觸發(fā)相應(yīng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合，顯示板上對(duì)應(yīng)形狀的LED燈點(diǎn)亮,定性顯示支反力的方向。
[0022]利用施力裝置對(duì)軸施加軸向力、徑向力和圓周力，利用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩代替圓周力作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。空間滑塊在受到軸向力、徑向力和圓周力時(shí)會(huì)產(chǎn)生合成運(yùn)動(dòng)，通過(guò)杠桿放大機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)傳遞到顯示桿上，形成彎矩與轉(zhuǎn)矩圖形的形狀，在伸縮桿上排布的一系列激光燈，當(dāng)運(yùn)動(dòng)形成后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)顯示板上就會(huì)顯示出彎矩轉(zhuǎn)矩的定性分析圖，清晰直觀。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)施力機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、斜塊機(jī)構(gòu)、連桿放大機(jī)構(gòu)的綜合作用實(shí)現(xiàn)整體裝置的運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)裝有激光燈的變形桿件和裝有LED燈的顯示裝置將模擬的彎、扭矩及支反力圖顯示在顯示板上，從而實(shí)現(xiàn)本裝置的兩大功能:支反力演示功能和彎、扭矩演示功能。
[0024]該教具不僅可以作為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，還可運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計(jì)專用教室進(jìn)行課堂教學(xué)。通過(guò)學(xué)生動(dòng)手操作和老師演示來(lái)幫助學(xué)生更好的理解支反力、彎矩、扭矩等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)能夠促進(jìn)老師與學(xué)生的課堂互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。該裝置將支反力的演示和彎矩扭矩的演示兩大功能相結(jié)合，只需要通過(guò)施力機(jī)構(gòu)進(jìn)行施力和開(kāi)關(guān)的控制，顯示板上就會(huì)顯示出相應(yīng)的支反力和彎扭矩圖，當(dāng)施加的力的大小和方向不同時(shí)，顯示的支反力的方向和彎扭矩圖的變化趨勢(shì)也會(huì)不同，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果形象直觀。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是圖1的右視圖；
[0027]圖3是支座機(jī)構(gòu)的剖視圖；
[0028]圖4是支座機(jī)構(gòu)連接微動(dòng)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖5是轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)的剖視圖；
[0030]圖6是轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪的結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖7是軸向力傳遞機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8是空間合成機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖9是連桿放大機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖10是彎矩模擬機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖11是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；
[0036]圖12是本發(fā)明的力傳遞簡(jiǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]圖1-圖10中，一種軸類零件受力分析教具，包括支撐架7、支座機(jī)構(gòu)1、轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)2、空間合成機(jī)構(gòu)3、軸向力傳遞機(jī)構(gòu)4、連桿放大機(jī)構(gòu)5、彎矩模擬機(jī)構(gòu)6 ;支撐架7為框架結(jié)構(gòu)；支座機(jī)構(gòu)I設(shè)有兩個(gè)，分別固定在支撐架7的兩側(cè)，中間連接傳動(dòng)主軸。
[0038]圖3中，兩個(gè)支座機(jī)構(gòu)I均包括支座中心塊105、支撐支座中心塊105的支座外框101、六角頭螺栓103、壓縮彈簧102、預(yù)緊帶孔螺栓104，支座中心塊105的中間位置固定連接主軸，四面均設(shè)有方形的槽；六角頭螺栓103設(shè)有四個(gè)，分別穿過(guò)支座外框101四側(cè)面的通孔配合在所述支座中心塊105四面的槽中，可在槽內(nèi)滑動(dòng)，并穿過(guò)壓縮彈簧102共同支撐支座中心塊105。為了平衡主軸本身產(chǎn)生的重力，還在支座外框101底部增加了一個(gè)具有預(yù)緊功能的預(yù)緊帶孔螺栓104，通過(guò)對(duì)彈簧預(yù)緊使中心塊105處于支座外框101的中心位置。
[0039]圖4中,支座外框101 —側(cè)設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān)8,微動(dòng)開(kāi)關(guān)8的觸碰桿與伸出支座外框101外側(cè)的六角頭螺栓103連接；支座外框101底部位置也設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān)8，微動(dòng)開(kāi)關(guān)8與伸出支座外框101底部的六角頭螺栓103連接。
[0040]當(dāng)外力作用到主軸，主軸將力傳遞給支座，中心塊105產(chǎn)生位移，使六角頭螺栓103移動(dòng),觸動(dòng)外面的微動(dòng)開(kāi)關(guān)8,顯示支反力方向的LED顯示箭頭通電變亮,清晰的反映出支反力方向。
[0041 ] 圖5、圖6中，轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)2包括搖柄208、轉(zhuǎn)動(dòng)套筒201、短軸202、外部軸套203、轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪205、提升板206、轉(zhuǎn)矩板支撐塊207。搖柄208與轉(zhuǎn)動(dòng)套筒201的一端連接，外部軸套203的一端套接在轉(zhuǎn)動(dòng)套筒201的另一端，短軸202置于轉(zhuǎn)動(dòng)軸套內(nèi)，外部軸套203的另一端與主軸9套接，且外部軸套203的另一端固定轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪205，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪205上設(shè)有滑槽；提升板206通過(guò)活動(dòng)鉸鏈與轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪205上的滑槽連接在一起，并且鉸接部分的銷可以在轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪205的滑槽中滑動(dòng)；提升板206的另一端與轉(zhuǎn)矩板支撐塊207鉸接；轉(zhuǎn)矩板支撐塊207的一側(cè)與轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)2的提升板206連接。
[0042]轉(zhuǎn)矩板支撐塊207包括固定桿210、升降桿211、橫向桿208和顯示桿209，固定桿210的一端固定在支撐架7上，升降桿211設(shè)有兩根，分別豎直固定在固定桿210的左右端，升降桿211的上端固定連接橫向桿208，轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)2的提升板206與橫向桿208鉸接。顯示桿209固定在橫向桿208外側(cè)，顯示桿209上設(shè)有激光燈，用于顯示轉(zhuǎn)矩的受力情況。通過(guò)手柄輸入轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)矩顯示桿209運(yùn)動(dòng)顯示轉(zhuǎn)矩。
[0043]圖7中，軸向力傳遞機(jī)構(gòu)4包括豎直傳力板401、水平傳力板403、內(nèi)伸縮軸402、施力套筒404 ;豎直傳力板401和水平傳力板403的中間位置通過(guò)銷軸與支撐架7固定部分鉸接，可繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)；豎直傳力板401上端與空間合成機(jī)構(gòu)3鉸接，下端與水平傳力板403一端通過(guò)球面副連接在一起；水平傳力板403另一端與內(nèi)伸縮軸402鉸接，內(nèi)伸縮軸402可以在施力套筒404內(nèi)滑動(dòng)，內(nèi)置彈簧可實(shí)現(xiàn)力的施加及內(nèi)伸縮軸402復(fù)位。當(dāng)空間滑塊受到軸向力沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直傳力板401和水平傳力板403繞銷軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)伸縮軸402在套筒內(nèi)滑動(dòng)，壓縮彈簧102將軸向力作用于主軸。
[0044]圖8中，空間合成機(jī)構(gòu)3包括底板308、固定在底板308上的支桿架、帶槽的空間滑塊316、主動(dòng)滑塊301、從動(dòng)滑塊307、豎直桿303、導(dǎo)向塊305、斜塊302、壓板306，所述支桿架包括四根豎直固定在底板308上帶彈簧的豎桿313，四根豎桿313上均配合有一個(gè)活動(dòng)塊309，四根豎桿313的頂部固定限定塊，支桿架左右側(cè)端的相鄰活動(dòng)塊309之間固定有一端帶有彈簧的連桿，前后端的相鄰活動(dòng)塊309之間連接支板；所述支桿架兩側(cè)端的連桿上各設(shè)有一個(gè)軸承塊，兩個(gè)軸承塊之間通過(guò)一端帶有彈簧的橫軸312連接，所述空間滑塊316配合在橫桿上；兩個(gè)軸承塊分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)5的一端連接；豎直桿303與導(dǎo)向塊305固接在一起，豎直桿303上端穿過(guò)空間滑塊316上的槽，且可在槽中滑動(dòng)，最下端可以在主動(dòng)滑塊301上的45°斜槽中滑動(dòng)。壓板306與從動(dòng)滑塊307固接在一起，導(dǎo)向塊305可以在壓板306導(dǎo)向下沿Y軸方向滑動(dòng)，帶動(dòng)豎直桿303沿槽運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滑塊301沿X軸
向 。
[0045]圖1、圖2、圖11、圖12中，空間合成機(jī)構(gòu)3的上方設(shè)有作用于空間滑塊316的徑向力手柄動(dòng)力機(jī)構(gòu)11，包括手柄a、緊固裝置和一端帶有推塊的絲桿，緊固裝置由夾塊通過(guò)螺桿固定在支撐架7的上端位置，手柄a與絲桿的另一端固結(jié)，絲桿豎直配合在緊固裝置的絲孔內(nèi)，絲桿下端的推塊位于空間滑塊316上端面的上方，搖動(dòng)手柄，絲桿向下運(yùn)動(dòng)，推塊與空間滑塊316接觸，推動(dòng)空間模塊向Y軸方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)連桿放大機(jī)構(gòu)5運(yùn)動(dòng)。
[0046]空間合成機(jī)構(gòu)3的X軸方向側(cè)設(shè)有作用于空間滑塊316的軸向力手柄動(dòng)力機(jī)構(gòu)10，包括手柄b、緊固裝置和一端帶有推塊的絲桿，緊固裝置由夾塊通過(guò)螺桿固定在支撐架7的上端側(cè)面位置，手柄b與絲桿的另一端固結(jié)，絲桿豎直配合在緊固裝置的絲孔內(nèi)，絲桿下端的推塊位于空間滑塊316側(cè)端面的正對(duì)位置。
[0047]空間合成機(jī)構(gòu)3的Z軸方向側(cè)設(shè)有作用于空間滑塊316的圓周力手柄動(dòng)力機(jī)構(gòu)12，包括手柄C、緊固裝置和一端帶有推塊的絲桿，緊固裝置由夾塊通過(guò)螺桿固定在支撐架7的上端側(cè)面位置，手柄c與絲桿的另一端固結(jié)，絲桿豎直配合在緊固裝置的絲孔內(nèi)，絲桿下端的推塊位于空間滑塊316側(cè)端面的正對(duì)位置。
[0048]利用手柄動(dòng)力機(jī)構(gòu)對(duì)空間滑塊316施加三個(gè)不同方向力的作用，空間滑塊316產(chǎn)生空間運(yùn)動(dòng)，當(dāng)施加圓周力時(shí)，空間滑塊316產(chǎn)生X軸方向的位移，通過(guò)豎直桿303和導(dǎo)向塊305共同作用帶動(dòng)主動(dòng)滑塊301和從動(dòng)滑塊307同步沿X軸方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)施加徑向力時(shí)，空間滑塊316產(chǎn)生Z軸方向的位移，通過(guò)斜塊302機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滑塊301和從動(dòng)滑塊307同步沿X軸方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)施加軸向力時(shí)，空間滑塊316產(chǎn)生Y軸方向的位移，帶動(dòng)豎直桿303沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滑塊301沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)從動(dòng)滑塊307保持不動(dòng)。三個(gè)方向?qū)驐U上的彈簧可以實(shí)現(xiàn)作用力撤銷后空間滑塊316的復(fù)位，并且主動(dòng)滑塊301和從動(dòng)滑塊307運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的位移可通過(guò)杠桿放大機(jī)構(gòu)傳遞給彎矩模擬機(jī)構(gòu)6。
[0049]圖9中，連桿放大機(jī)構(gòu)5包括斜塊機(jī)構(gòu)501和連桿裝置，斜塊機(jī)構(gòu)501分為相同構(gòu)造的斜塊機(jī)構(gòu)501a和斜塊機(jī)構(gòu)501b，斜塊機(jī)構(gòu)501a和斜塊機(jī)構(gòu)501b分別置于空間合成機(jī)構(gòu)3的兩側(cè)端；斜塊機(jī)構(gòu)501有三個(gè)傾斜塊相接，其一端的傾斜塊連接空間合成機(jī)構(gòu)3上的軸承塊，另一端傾斜塊連接連桿裝置；連桿裝置包括導(dǎo)向壓板505、水平板503和豎直板504,導(dǎo)向板的一端與所述斜塊機(jī)構(gòu)501末端的傾斜塊,導(dǎo)向板中間配合有限位塊502,另一端與水平板503 —端鉸接，水平板503的另一端與豎直板504 —端鉸接，豎直板504之間設(shè)有限位塊502，豎直板504的另一端與彎矩模擬機(jī)構(gòu)6連接。
[0050]連桿裝置的鉸接處均采用銷釘連接，水平板503的連接處均設(shè)有活動(dòng)槽，保證銷釘可在活動(dòng)槽內(nèi)滑動(dòng)。其中限位塊502的作用是限定導(dǎo)向壓板505306和豎直板504上下活動(dòng)。
[0051]斜塊機(jī)構(gòu)501主要是實(shí)現(xiàn)位移的換向，斜塊機(jī)構(gòu)501a將水平位移轉(zhuǎn)換為豎直位移，斜塊機(jī)構(gòu)501b將豎直位移轉(zhuǎn)換為水平位移，通過(guò)連桿放大機(jī)構(gòu)5將位移放大并通過(guò)豎直板504傳遞給彎矩模擬機(jī)構(gòu)6。
[0052]圖10，彎矩模擬機(jī)構(gòu)6設(shè)有兩對(duì)，且左右對(duì)稱，包括外伸縮滑道601、套接在外伸縮滑道601內(nèi)的內(nèi)伸縮滑道603、抬升板602 ;兩根外伸縮滑道601的一端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)矩模擬結(jié)構(gòu)的提升板206鉸接，兩根內(nèi)伸縮滑道603的自由端分別與兩根抬升板602的一端鉸接，兩根抬升板602的另一端分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)5的豎直板504鉸接。
[0053]外伸縮滑道601和內(nèi)伸縮滑道603的內(nèi)部都布置有激光燈604，投射出的一排光斑形成直線，內(nèi)側(cè)的抬升板602上也布置有激光燈604，外側(cè)抬升板602是一平板，可以遮住內(nèi)側(cè)抬升板602上激光燈604射出的光線。當(dāng)兩側(cè)彎矩提升板206上升時(shí)，帶動(dòng)內(nèi)伸縮滑道603在外伸縮滑道601中滑動(dòng)，左右兩側(cè)抬升板602隨之向上運(yùn)動(dòng)，布置在內(nèi)外伸縮滑道601上的激光燈604的投出的直線光斑射到顯示屏上，達(dá)到彎矩模擬顯示的作用。
[0054]還包括顯示裝置，支撐架7的前方兩側(cè)布置兩塊顯示板，每個(gè)顯示板上均安裝按箭頭形狀排布的LED燈，支座機(jī)構(gòu)I的四個(gè)側(cè)面的微動(dòng)開(kāi)關(guān)8，四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)8與對(duì)應(yīng)兩個(gè)箭頭狀LED燈的通電線路連接。當(dāng)主軸受力時(shí),支座會(huì)產(chǎn)生微小位移,觸發(fā)相應(yīng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)8，微動(dòng)開(kāi)關(guān)8閉合，顯示板上對(duì)應(yīng)形狀的LED燈點(diǎn)亮，定性顯示支反力的方向。
[0055]圖11、圖12中,利用施力裝置對(duì)軸施加軸向力、徑向力和圓周力,利用手柄轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩代替圓周力作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。空間滑塊316在受到軸向力、徑向力和圓周力時(shí)會(huì)產(chǎn)生合成運(yùn)動(dòng)，通過(guò)杠桿放大機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)傳遞到顯示桿上，形成彎矩與轉(zhuǎn)矩圖形的形狀，在伸縮桿上排布的一系列激光燈604，當(dāng)運(yùn)動(dòng)形成后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)顯示板上就會(huì)顯示出彎矩轉(zhuǎn)矩的定性分析圖，清晰直觀，幫助學(xué)員理解這一知識(shí)點(diǎn)。
[0056]本發(fā)明將軸的復(fù)雜受力分解為徑向力、圓周力和軸向力，分析每個(gè)力產(chǎn)生的效果以及力的疊加產(chǎn)生的效果，并通過(guò)直觀線條顯示出來(lái)，使結(jié)果形象直觀；同時(shí)該裝置將力與運(yùn)動(dòng)分開(kāi)，軸受的力不僅作用在軸上，同時(shí)該力還驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0057]該裝置具有兩大功能，其功能一是可進(jìn)行支反力演示分析實(shí)驗(yàn)，功能二是可進(jìn)行彎扭矩定性分析實(shí)驗(yàn)。將軸的復(fù)雜受力分解為徑向力、圓周力和軸向力，分析每個(gè)力產(chǎn)生的效果。
[0058]該教具不僅可以作為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，還可運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計(jì)專用教室進(jìn)行課堂教學(xué)。通過(guò)學(xué)生動(dòng)手操作和老師演示來(lái)幫助學(xué)生更好的理解支反力、彎矩、扭矩等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)能夠促進(jìn)老師與學(xué)生的課堂互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。該裝置將支反力的演示和彎矩扭矩的演示兩大功能相結(jié)合，只需要通過(guò)施力機(jī)構(gòu)進(jìn)行施力和開(kāi)關(guān)的控制，顯示板上就會(huì)顯示出相應(yīng)的支反力和彎扭矩圖，當(dāng)施加的力的大小和方向不同時(shí)，顯示的支反力的方向和彎扭矩圖的變化趨勢(shì)也會(huì)不同，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果形象直觀。
[0059]以上的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種軸類零件受力分析教具，其特征在于:包括支撐架、支座機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)、空間合成機(jī)構(gòu)、軸向力傳遞機(jī)構(gòu)、連桿放大機(jī)構(gòu)、彎矩模擬機(jī)構(gòu)；支撐架為框架結(jié)構(gòu)；支座機(jī)構(gòu)設(shè)有兩個(gè)，分別固定在支撐架的兩側(cè)，中間連接橫截面為方形的傳動(dòng)主軸；空間合成機(jī)構(gòu)設(shè)在支撐架中間的橫向支桿上，其兩側(cè)端分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)的一端連接；連桿放大機(jī)構(gòu)將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的位移放大，其另一端與彎矩模擬機(jī)構(gòu)連接；軸向力傳遞機(jī)構(gòu)的上端與空間合成機(jī)構(gòu)鉸接，下端與主軸連接；彎矩模擬機(jī)構(gòu)設(shè)有左右兩個(gè)，兩個(gè)彎矩模擬機(jī)構(gòu)通過(guò)連接件相接，其兩端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)矩模擬結(jié)構(gòu)連接，連接件與放大機(jī)構(gòu)鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:兩個(gè)支座機(jī)構(gòu)均包括支座中心塊、支撐支座中心塊的支座外框、六角頭螺栓、壓縮彈簧、預(yù)緊帶孔螺栓，支座中心塊的中間位置固定連接主軸，四面均設(shè)有方形的槽；六角頭螺栓設(shè)有四個(gè)，分別穿過(guò)支座外框四側(cè)面的通孔配合在所述支座中心塊四面的槽中，可在槽內(nèi)滑動(dòng)，并穿過(guò)壓縮彈簧共同支撐支座中心塊；支座外框底部設(shè)置一個(gè)具有預(yù)緊功能的預(yù)緊帶孔螺栓，通過(guò)對(duì)彈簧預(yù)緊使中心塊處于支座外框的中心位置； 支座外框一側(cè)設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)的觸碰桿與伸出支座外框外側(cè)的六角頭螺栓連接；支座外框底部位置設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)與伸出支座外框底部的六角頭螺栓連接； 當(dāng)外力作用到主軸，主軸將力傳遞給支座，中心塊產(chǎn)生位移，使六角頭螺栓移動(dòng)，觸動(dòng)外面的微動(dòng)開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)包括搖柄、轉(zhuǎn)動(dòng)套筒、短軸、外部軸套、轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪、提升板、轉(zhuǎn)矩板支撐塊。搖柄與轉(zhuǎn)動(dòng)套筒的一端連接，外部軸套的一端套接在轉(zhuǎn)動(dòng)套筒的另一端，短軸置于轉(zhuǎn)動(dòng)軸套內(nèi)，外部軸套的另一端與主軸套接，且外部軸套的另一端固定轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪上設(shè)有滑槽；提升板通過(guò)活動(dòng)鉸鏈與轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪上的滑槽連接在一起，并且鉸接部分的銷可以在轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪的滑槽中滑動(dòng)；提升板的另一端與轉(zhuǎn)矩板支撐塊鉸接；轉(zhuǎn)矩板支撐塊的一側(cè)與轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)的提升板連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:轉(zhuǎn)矩板支撐塊包括固定桿、升降桿、橫向桿和顯示桿，固定桿的一端固定在支撐架上，升降桿設(shè)有兩根，分別豎直固定在固定桿的左右端，升降桿的上端固定連接橫向桿，轉(zhuǎn)矩模擬機(jī)構(gòu)的提升板與橫向桿鉸接；顯示桿固定在橫向桿外側(cè)，顯示桿上設(shè)有激光燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:軸向力傳遞機(jī)構(gòu)包括豎直傳力板、水平傳力板、內(nèi)伸縮軸、施力套筒；豎直傳力板和水平傳力板的中間位置通過(guò)銷軸與支撐架固定部分鉸接，可繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)；豎直傳力板上端與空間合成機(jī)構(gòu)鉸接，下端與水平傳力板一端通過(guò)球面副連接在一起；水平傳力板另一端與內(nèi)伸縮軸鉸接，內(nèi)伸縮軸可以在施力套筒內(nèi)滑動(dòng)，內(nèi)置彈簧可實(shí)現(xiàn)力的施加及內(nèi)伸縮軸復(fù)位； 當(dāng)空間滑塊受到軸向力沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直傳力板和水平傳力板繞銷軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)伸縮軸在套筒內(nèi)滑動(dòng)，壓縮彈簧將軸向力作用于主軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:空間合成機(jī)構(gòu)包括底板、固定在底板上的支桿架、帶槽的空間滑塊、主動(dòng)滑塊、從動(dòng)滑塊、豎直桿、導(dǎo)向塊、斜塊、壓板，所述支桿架包括四根豎直固定在底板上帶彈簧的豎桿，四根豎桿上均配合有一個(gè)活動(dòng)塊，四根豎桿的頂部固定限定塊，支桿架左右側(cè)端的相鄰活動(dòng)塊之間固定有一端帶有彈簧的連桿，前后端的相鄰活動(dòng)塊之間連接支板；所述支桿架兩側(cè)端的連桿上各設(shè)有一個(gè)軸承塊，兩個(gè)軸承塊之間通過(guò)一端帶有彈簧的橫軸連接，所述空間滑塊配合在橫軸上；兩個(gè)軸承塊分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)的一端連接；豎直桿與導(dǎo)向塊固接在一起，豎直桿上端穿過(guò)空間滑塊上的槽，且可在槽中滑動(dòng)，最下端可以在主動(dòng)滑塊上的45°斜槽中滑動(dòng)；壓板與從動(dòng)滑塊固接在一起，導(dǎo)向塊可以在壓板導(dǎo)向下沿Y軸方向滑動(dòng)，帶動(dòng)豎直桿沿槽運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滑塊沿X軸方向運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:空間合成機(jī)構(gòu)的上方設(shè)有作用于空間滑塊的徑向力手柄動(dòng)力機(jī)構(gòu)，包括手柄、緊固裝置和一端帶有推塊的絲桿，緊固裝置由夾塊通過(guò)螺桿固定在支撐架的上端位置，手柄與絲桿的另一端固結(jié)，絲桿豎直配合在緊固裝置的絲孔內(nèi)，絲桿下端的推塊位于空間滑塊上端面的上方，搖動(dòng)手柄，絲桿向下運(yùn)動(dòng)，推塊與空間滑塊接觸，推動(dòng)空間模塊向Y軸方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)連桿放大機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)； 空間合成機(jī)構(gòu)的X軸方向側(cè)設(shè)有作用于空間滑塊的軸向力手柄動(dòng)力機(jī)構(gòu)，包括手柄b、緊固裝置和一端帶有推塊的絲桿，緊固裝置由夾塊通過(guò)螺桿固定在支撐架的上端側(cè)面位置，手柄b與絲桿的另一端固結(jié)，絲桿豎直配合在緊固裝置的絲孔內(nèi)，絲桿下端的推塊位于空間滑塊側(cè)端面的正對(duì)位置； 空間合成機(jī)構(gòu)的Z軸方向側(cè)設(shè)有作用于空間滑塊的圓周力手柄動(dòng)力機(jī)構(gòu)，包括手柄C、緊固裝置和一端帶有推塊的絲桿，緊固裝置由夾塊通過(guò)螺桿固定在支撐架的上端側(cè)面位置，手柄c與絲桿的另一端固結(jié)，絲桿豎直配合在緊固裝置的絲孔內(nèi)，絲桿下端的推塊位于空間滑塊側(cè)端面的正對(duì)位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:連桿放大機(jī)構(gòu)包括斜塊機(jī)構(gòu)和連桿裝置，斜塊機(jī)構(gòu)分為相同構(gòu)造的斜塊機(jī)構(gòu)a和斜塊機(jī)構(gòu)b,斜塊機(jī)構(gòu)a和斜塊機(jī)構(gòu)b分別置于空間合成機(jī)構(gòu)的兩側(cè)端；斜塊機(jī)構(gòu)有三個(gè)傾斜塊相接，其一端的傾斜塊連接空間合成機(jī)構(gòu)上的軸承塊，另一端傾斜塊連接連桿裝置；連桿裝置包括導(dǎo)向壓板、水平板和豎直板，導(dǎo)向板的一端與所述斜塊機(jī)構(gòu)末端的傾斜塊，導(dǎo)向板中間配合有限位塊，另一端與水平板一端鉸接，水平板的另一端與豎直板一端鉸接，豎直板之間設(shè)有限位塊，豎直板的另一端與彎矩模擬機(jī)構(gòu)連接； 連桿裝置的鉸接處均采用銷釘連接，水平板的連接處均設(shè)有活動(dòng)槽，保證銷釘可在活動(dòng)槽內(nèi)滑動(dòng)； 斜塊機(jī)構(gòu)a將水平位移轉(zhuǎn)換為豎直位移,斜塊機(jī)構(gòu)b將豎直位移轉(zhuǎn)換為水平位移,通過(guò)連桿放大機(jī)構(gòu)將位移放大并通過(guò)豎直板傳遞給彎矩模擬機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:彎矩模擬機(jī)構(gòu)包括外伸縮滑道、套接在外伸縮滑道內(nèi)的內(nèi)伸縮滑道；兩根外伸縮滑道的一端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)矩模擬結(jié)構(gòu)的提升板鉸接，兩根內(nèi)伸縮滑道的自由端分別與兩根連接件的一端鉸接，連接件為抬升板，兩根抬升板的另一端分別與兩個(gè)連桿放大機(jī)構(gòu)的豎直板鉸接； 外伸縮滑道和內(nèi)伸縮滑道的內(nèi)部都布置有激光燈，投射出的一排光斑形成直線，內(nèi)側(cè)的抬升板上布置有激光燈，外側(cè)抬升板是一平板，可遮住內(nèi)側(cè)抬升板上激光燈射出的光線.兩側(cè)彎矩提升板上升時(shí)，帶動(dòng)內(nèi)伸縮滑道在外伸縮滑道中滑動(dòng)，左右兩側(cè)抬升板隨之向上運(yùn)動(dòng)，布置在內(nèi)外伸縮滑道上的激光燈的投出的直線光斑射到顯示屏上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸類零件受力分析教具，其特征在于:包括顯示裝置，支撐架的前方兩側(cè)布置兩塊顯示板，每個(gè)顯示板上均安裝按箭頭形狀排布的LED燈，支座機(jī)構(gòu)的四個(gè)側(cè)面的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)與對(duì)應(yīng)兩個(gè)箭頭狀LED燈的通電線路連接； 主軸受力時(shí)，支座會(huì)產(chǎn)生微小位移，觸發(fā)相應(yīng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合，顯示板上對(duì)應(yīng)形狀的LED燈點(diǎn)亮，定性顯示支反力的方向。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK104269087SQ201410377934
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月2日
【發(fā)明者】薛倩, 伍言龍, 周智, 吳坤, 劉念強(qiáng) 申請(qǐng)人:薛倩, 伍言龍, 周智, 吳坤, 劉念強(qiáng)