一種多功能機(jī)械原理展示教具的制作方法
【專利摘要】一種多功能機(jī)械原理展示教具，涉及機(jī)械原理演示教具。設(shè)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、水車、底板、水車傳動軸、豎直錐齒輪、水平錐齒輪、錐齒輪軸、帶輪、磨盤、磨盤底座、從動曲柄、主動曲柄、雙曲柄連桿、雙搖桿機(jī)構(gòu)、擋板、盤形凸輪、凸輪軸、篩盤、變速器、水井、左支撐架、右支撐架、手柄、棘輪、棘爪、彈簧、立板；所述雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有主動搖桿、從動搖桿、雙搖桿連桿；所述變速器設(shè)有上部傳動軸、動力凸輪軸、動力輸入軸和變速手柄；所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有連接桿、從動桿、主動桿、搗碎器、搗罐、支撐架。功能豐富，結(jié)構(gòu)簡單合理，能實現(xiàn)使復(fù)雜的機(jī)械知識簡單化，使抽象理論具體化、形象化，使枯燥內(nèi)容趣味化，有效提高教學(xué)的效果。
【專利說明】-種多功能機(jī)械原理展示教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械原理演示教具，尤其是涉及一種多功能機(jī)械原理展示教具。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國工業(yè)化的迅速發(fā)展，特別是制造業(yè)的發(fā)展，社會對機(jī)械相關(guān)專業(yè)的人才 需求越來越大?！稒C(jī)械原理》是機(jī)械類專業(yè)最重要的主干課程之一，該課程的教學(xué)工作意義 重大，因此需要合適的教具作為輔助。當(dāng)前現(xiàn)有的一些教具功能較單一，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，沒 有擺脫復(fù)雜而枯燥的理論，并不能顯著提高教學(xué)的效率。
[0003] 中國專利CN201984710U介紹了一種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)原理的演示教具，該教具雖然 能夠直觀地展示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種不同類型，但是展示過程僅體現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程， 未實現(xiàn)與實際應(yīng)用場景的結(jié)合，不能改變《機(jī)械原理》這門課程本身的枯燥性質(zhì)，因此難以 取得良好的教學(xué)效果。中國專利CN103514796A介紹了一種用于教學(xué)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演示 教具，該教具模擬游樂場海盜船的場景雖然能夠在一定程度上增加趣味性，但是教具的功 能過于單一，適用范圍較窄，經(jīng)濟(jì)性較差。中國專利CN103632604A和CN103745645A分別介 紹了一種基于連桿機(jī)構(gòu)的多功能教具和一種多功能機(jī)械原理教學(xué)演示儀。這兩個專利所描 述的教具雖然都是多功能教具，能夠展示多種機(jī)械結(jié)構(gòu)及不同的知識點(diǎn)，但是它們的結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜，直觀性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種多功能機(jī)械原理展示教具。
[0005] 本發(fā)明設(shè)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、水車、底板、水車傳動軸、堅直錐齒輪、水平錐齒輪、錐 齒輪軸、帶輪、磨盤、磨盤底座、從動曲柄、主動曲柄、雙曲柄連桿、雙搖桿機(jī)構(gòu)、擋板、盤形凸 輪、凸輪軸、篩盤、變速器、水井、左支撐架、右支撐架、手柄、棘輪、棘爪、彈簧、立板；
[0006] 所述雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有主動搖桿、從動搖桿、雙搖桿連桿；
[0007] 所述變速器設(shè)有上部傳動軸、動力凸輪軸、動力輸入軸和變速手柄；
[0008] 所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有連接桿、從動桿、主動桿、搗碎器、搗罐、支撐架；
[0009] 所述水車位于底板右側(cè)，作為整個教具的動力來源，水車傳動軸一端與水車通過 銷相連接，水車傳動軸另一端與堅直錐齒輪相連，堅直錐齒輪與水平錐齒輪嚙合，從而使轉(zhuǎn) 動方向改為水平轉(zhuǎn)動，并通過錐齒輪軸帶動帶輪轉(zhuǎn)動；
[0010] 所述磨盤位于底板左上角，磨盤安裝在磨盤底座上方，磨盤上方安裝有從動曲柄、 主動曲柄、雙曲柄連桿，主動曲柄與帶輪連接在同一根軸上，帶輪帶動主動曲柄運(yùn)動，并驅(qū) 動雙曲柄機(jī)構(gòu)，從而使磨盤正常工作；
[0011] 所述雙搖桿機(jī)構(gòu)位于底板左下角，主動搖桿上設(shè)有擋板，擋板下方為一盤形凸輪， 盤形凸輪固定在凸輪軸上，通過凸輪軸轉(zhuǎn)動來帶動盤形凸輪旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動主動搖桿運(yùn)動， 帶動篩盤上下運(yùn)動；
[0012] 所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)位于變速器外殼左側(cè)，主動桿件與變速器的上部傳動軸相連 接，使搗碎器作上下往復(fù)運(yùn)動；
[0013] 所述變速器位于底板右下角，上部傳動軸、動力凸輪軸與動力輸入軸設(shè)在變速器 外殼內(nèi)，動力凸輪軸與動力輸入軸上設(shè)有三組齒輪，變速器下方設(shè)有變速手柄，通過變速手 柄改變同步器位置，從而改變齒輪組合，實現(xiàn)變速；
[0014] 所述水井位于底板左側(cè)中部，水井上方設(shè)有左支撐架和右支撐架，手柄通過軸承 固定在左支撐架和右支撐架上，手柄右側(cè)連接棘輪，棘輪與棘爪相接觸，棘爪安裝在立板 上，并由彈簧連接立板和棘爪尾部，從而實現(xiàn)手柄的單向運(yùn)動，起到防掉落作用。
[0015] 所述三組齒輪的齒數(shù)可分別為20、30、40,齒輪模數(shù)可為2. 0。
[0016] 所述變速器上裝有同步器，可以通過同步器簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速之間的變換。
[0017] 所述棘輪的齒數(shù)可為12,壓力角可為20°，可以允許逆時針方向的轉(zhuǎn)動，而阻礙 順時針方向的轉(zhuǎn)動，從而有效地實現(xiàn)防止水桶下落的作用。
[0018] 所述盤形凸輪的基圓半徑可為20mm，用于推動推桿作上下往復(fù)運(yùn)動，從而推動雙 搖桿的主動件的擺動。
[0019] 本發(fā)明的水車安裝在底座的右側(cè)作為動力來源；速度方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)位于底座上半 部右側(cè)，通過傳動軸與水車連接，內(nèi)部安裝有一對錐齒輪，用于將垂直方向轉(zhuǎn)動變換為水平 方向轉(zhuǎn)動；所述磨盤位于底座的上半部左側(cè)，使用雙曲柄機(jī)構(gòu)驅(qū)動；變速箱位于底座下半 部右側(cè)，由定軸輪系組成；搗碎器位于變速箱左側(cè)，使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動；篩子位于底座 下半部左側(cè)，使用雙搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動；凸輪位于雙搖桿主動件下部，用于推動主動件往復(fù)運(yùn) 動；水井位于磨盤和篩子中間；棘輪位于水井提水柄的一端，防止提水過程中水井掉落；上 述各個部分分別作為一個模塊，整個教具進(jìn)行模塊化設(shè)計，可以由各個模塊拼接組成，也可 以根據(jù)需要拆卸。
[0020] 由此可見，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 1、借助古代水磨坊的環(huán)境來展示機(jī)械相關(guān)知識，提高課堂趣味性，激發(fā)學(xué)生興趣， 達(dá)到了寓教于樂的效果。同時，本發(fā)明的功能更豐富，展示方式更具體，結(jié)構(gòu)更簡單合理，教 學(xué)效果更好。
[0022] 2、通過磨盤、搗碎器、篩子三者的工作過程來分別展示雙曲柄機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī) 構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程。并且，三種機(jī)構(gòu)通過控制變量法三種機(jī)構(gòu)的四桿長度分別相 同，但機(jī)架所在的位置不同來展示三種機(jī)構(gòu)的形成條件。
[0023] 3、本發(fā)明的三種機(jī)構(gòu)中，四根桿長度均被分別設(shè)為55mm、80mm、85mm、90mm，且滿足 55+90〈80+85,既存在整轉(zhuǎn)副。三種機(jī)構(gòu)的機(jī)架位置設(shè)置不同，磨盤四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿為機(jī) 架，形成雙曲柄機(jī)構(gòu)；搗碎器四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿的鄰邊為機(jī)架，形成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；篩子 四桿機(jī)構(gòu)中，最長桿為機(jī)架，形成雙搖桿機(jī)構(gòu)。至此，可以展示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種類型及 它們形成的條件。
[0024] 4、由于磨盤的位置處設(shè)有滑軌，可通過移動位置改變機(jī)架的長度，并通過更換其 他桿的長度來形成平行四邊形，進(jìn)而展示雙曲柄機(jī)構(gòu)的特殊情況：平行四邊形機(jī)構(gòu)和逆平 行四邊形機(jī)構(gòu)。
[0025] 5、通過變速箱的功能實現(xiàn)來具體展示定軸輪系，其作用是在水車轉(zhuǎn)速過快或過慢 時進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證磨坊各個功能能夠得到所要求的轉(zhuǎn)速。變速器設(shè)有三組齒輪，齒輪模數(shù)為 2.0,齒數(shù)分別為20、30、40,可以提供1 : 2、1 : 0. 5、1 : 1三種傳動比，分別用于加速、減 速及保持轉(zhuǎn)速不變。變速器上裝有同步器，可以通過同步器簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速之間的變換。
[0026] 6、通過水井防掉落裝置來展示棘輪，其主要的作用是防止提水過程中水桶下落。 該棘輪機(jī)構(gòu)采用的是外接棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪齒數(shù)為12,壓力角為20°，可以允許逆時針方向 的轉(zhuǎn)動，而阻礙順時針方向的轉(zhuǎn)動，從而有效地實現(xiàn)防止水桶下落的作用。
[0027] 7、通過雙搖桿機(jī)構(gòu)主動件的運(yùn)動來展示凸輪，在篩子處傳動軸上安裝有一個盤形 凸輪，基圓半徑為20mm，用于推動推桿作上下往復(fù)運(yùn)動，從而推動雙搖桿的主動件的擺動。 并且，當(dāng)升程達(dá)到最大值和最小值時，正好使雙搖桿的擺動達(dá)到極限位置，從而使雙搖桿能 夠正常地實現(xiàn)往復(fù)擺動。
[0028] 8、本發(fā)明依托古代磨坊的功能結(jié)構(gòu)，提供了一種多功能機(jī)械原理展示教具，可取 名為"夢幻"磨坊。本發(fā)明根據(jù)古代別具特色的水磨坊這一特定的背景環(huán)境，運(yùn)用機(jī)械知識 來實現(xiàn)磨坊的功能，進(jìn)而展示相關(guān)的機(jī)械知識。該教具整體上包含動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、變 速系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)四個部分，展示的機(jī)械原理知識包括鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種類型雙曲柄機(jī)構(gòu)、 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)，定軸輪系，棘輪，凸輪。同已有的教具相比，本發(fā)明趣味性更強(qiáng)， 寓教于樂的效果更好，教學(xué)效果更佳；另外，本發(fā)明功能更豐富，展示方式更具體，結(jié)構(gòu)更簡 單合理。
[0029] 9、本發(fā)明充分考慮了機(jī)械學(xué)科的特點(diǎn)，利用古代水磨坊作為背景環(huán)境，結(jié)合磨坊 的相關(guān)功能來展示機(jī)械相關(guān)知識，真正做到了寓教于樂。另外，本發(fā)明功能豐富，結(jié)構(gòu)簡單 合理，能夠?qū)崿F(xiàn)使復(fù)雜的機(jī)械知識簡單化，使抽象理論具體化、形象化，使枯燥內(nèi)容趣味化， 有效地提高教學(xué)的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0031] 圖2為圖1中A處水井放大示意圖。
[0032] 圖3為圖1中B處雙搖桿機(jī)構(gòu)的放大示意圖。
[0033] 圖4為圖1中D處堅直傳動軸的剖視圖。
[0034] 圖5為圖1中C處同步器的放大示意圖。

【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0036] 如圖1?5,本發(fā)明實施例設(shè)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、水車17、底板10、水車傳動軸18、堅 直錐齒輪38、水平錐齒輪37、錐齒輪軸36、帶輪15、磨盤12、磨盤底座11、從動曲柄13、主動 曲柄16、雙曲柄連桿14、雙搖桿機(jī)構(gòu)、擋板5、盤形凸輪4、凸輪軸2、篩盤6、變速器21、水井 26、左支撐架25、右支撐架28、手柄27、棘輪32、棘爪31、彈簧29、立板30。
[0037] 所述雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有主動搖桿34、從動搖桿33、雙搖桿連桿35 ;所述變速器21設(shè) 有上部傳動軸19、動力凸輪軸22、動力輸入軸23和變速手柄20 ;所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有連 接桿24、從動桿3、主動桿1、搗碎器8、搗罐9、支撐架7。
[0038] 所述水車17位于底板10右側(cè)，作為整個教具的動力來源，水車傳動軸18 -端與 水車17通過銷相連接，水車傳動軸18另一端與堅直錐齒輪38相連，堅直錐齒輪38與水平 錐齒輪37嚙合，從而使轉(zhuǎn)動方向改為水平轉(zhuǎn)動，并通過錐齒輪軸36帶動帶輪15轉(zhuǎn)動。
[0039] 所述磨盤12位于底板10左上角，磨盤12安裝在磨盤底座11上方，磨盤12上方 安裝有從動曲柄13、主動曲柄16、雙曲柄連桿14,主動曲柄16與帶輪15連接在同一根軸 上，帶輪15帶動主動曲柄16運(yùn)動，并驅(qū)動雙曲柄機(jī)構(gòu)，從而使磨盤12正常工作。
[0040] 所述雙搖桿機(jī)構(gòu)位于底板10左下角，主動搖桿34上設(shè)有擋板5,擋板5下方為一 盤形凸輪4,盤形凸輪4固定在凸輪軸2上，通過凸輪軸2轉(zhuǎn)動來帶動盤形凸輪4旋轉(zhuǎn)，從而 驅(qū)動主動搖桿34運(yùn)動，帶動篩盤6上下運(yùn)動。
[0041] 所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)位于變速器21外殼左側(cè)，主動桿件24與變速器21的上部傳動 軸19相連接，使搗碎器8作上下往復(fù)運(yùn)動。
[0042] 所述變速器21位于底板10右下角，上部傳動軸19、動力凸輪軸22與動力輸入軸 23設(shè)在變速器外殼內(nèi)，動力凸輪軸22與動力輸入軸23上設(shè)有三組齒輪，變速器21下方設(shè) 有變速手柄20,通過變速手柄20改變同步器位置，從而改變齒輪組合，實現(xiàn)變速。
[0043] 所述水井26位于底板10左側(cè)中部，水井26上方設(shè)有左支撐架25和右支撐架28， 手柄27通過軸承固定在左支撐架25和右支撐架28上，手柄27右側(cè)連接棘輪32,棘輪32 與棘爪31相接觸，棘爪31安裝在立板30上，并由彈簧29連接立板30和棘爪27尾部，從 而實現(xiàn)手柄的單向運(yùn)動，起到防掉落作用。
[0044] 所述三組齒輪的齒數(shù)可分別為20、30、40,齒輪模數(shù)可為2. 0。
[0045] 所述變速器上裝有同步器，可以通過同步器簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速之間的變換。
[0046] 所述棘輪的齒數(shù)可為12,壓力角可為20°，可以允許逆時針方向的轉(zhuǎn)動，而阻礙 順時針方向的轉(zhuǎn)動，從而有效地實現(xiàn)防止水桶下落的作用。
[0047] 所述盤形凸輪的基圓半徑可為20mm，用于推動推桿作上下往復(fù)運(yùn)動，從而推動雙 搖桿的主動件的擺動。
[0048] 本發(fā)明運(yùn)用古代水磨坊作為背景環(huán)境展示相關(guān)機(jī)械知識。速度方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將垂 直方向轉(zhuǎn)動變換為水平方向轉(zhuǎn)動的功能使用一對錐齒輪實現(xiàn)。雙曲柄機(jī)構(gòu)結(jié)合磨盤功能實 現(xiàn)來展示。所述定軸輪系結(jié)合變速箱功能實現(xiàn)來展示。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)合搗碎器功能實現(xiàn) 來展示。雙搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)合篩子功能實現(xiàn)來展示。凸輪結(jié)合雙搖桿主動件的往復(fù)運(yùn)動來展示。 棘輪結(jié)合水井防掉落的要求來展示。教具拆分為多個部分進(jìn)行模塊化設(shè)計。
[0049] 本發(fā)明的主要特點(diǎn)如下：
[0050] 1、本發(fā)明巧妙地借助古代水磨坊這一背景環(huán)境，將多種機(jī)械結(jié)構(gòu)集成至磨坊之 中，實現(xiàn)相關(guān)機(jī)械原理的展示。其中，雙曲柄機(jī)構(gòu)結(jié)合磨盤功能實現(xiàn)來展示，曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 結(jié)合搗碎器功能實現(xiàn)來展示，雙搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)合篩子功能實現(xiàn)來展示，定軸輪系結(jié)合變速箱 功能實現(xiàn)來展示，凸輪結(jié)合雙搖桿主動件的運(yùn)動來展示，棘輪結(jié)合水井防掉落的要求來展 /_J、1 〇
[0051] 2、采用模塊化設(shè)計的理念，將特點(diǎn)1中各個部分分別作為一個模塊，整個教具進(jìn) 行模塊化設(shè)計，可以由各個模塊拼接組成，也可以根據(jù)需要拆卸，使教具能達(dá)到更好的使用 價值和教學(xué)效果。
[0052] 3、有效提高課堂趣味性，激發(fā)學(xué)生興趣，達(dá)到了寓教于樂的效果。
[0053] 4、適應(yīng)性強(qiáng)，本發(fā)明為多功能展示教具，功能十分豐富，能適應(yīng)多種教學(xué)要求。
[0054] 5、可操作性強(qiáng)，本發(fā)明雖然功能強(qiáng)大但結(jié)構(gòu)簡單合理，易于教師與學(xué)生的實際操 作。
[0055] 6、通過具體的功能的演示，達(dá)到將抽象具體化、將復(fù)雜簡單化的教學(xué)目的。
[0056] 7、本發(fā)明經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，利于推廣使用。
【權(quán)利要求】
1. 一種多功能機(jī)械原理展示教具，其特征在于設(shè)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、水車、底板、水車傳 動軸、堅直錐齒輪、水平錐齒輪、錐齒輪軸、帶輪、磨盤、磨盤底座、從動曲柄、主動曲柄、雙曲 柄連桿、雙搖桿機(jī)構(gòu)、擋板、盤形凸輪、凸輪軸、篩盤、變速器、水井、左支撐架、右支撐架、手 柄、棘輪、棘爪、彈簧、立板； 所述雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有主動搖桿、從動搖桿、雙搖桿連桿； 所述變速器設(shè)有上部傳動軸、動力凸輪軸、動力輸入軸和變速手柄； 所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)有連接桿、從動桿、主動桿、搗碎器、搗罐、支撐架； 所述水車位于底板右側(cè)，作為整個教具的動力來源，水車傳動軸一端與水車通過銷相 連接，水車傳動軸另一端與堅直錐齒輪相連，堅直錐齒輪與水平錐齒輪嚙合，從而使轉(zhuǎn)動方 向改為水平轉(zhuǎn)動，并通過錐齒輪軸帶動帶輪轉(zhuǎn)動； 所述磨盤位于底板左上角，磨盤安裝在磨盤底座上方，磨盤上方安裝有從動曲柄、主動 曲柄、雙曲柄連桿，主動曲柄與帶輪連接在同一根軸上，帶輪帶動主動曲柄運(yùn)動，并驅(qū)動雙 曲柄機(jī)構(gòu)，從而使磨盤正常工作； 所述雙搖桿機(jī)構(gòu)位于底板左下角，主動搖桿上設(shè)有擋板，擋板下方為一盤形凸輪，盤形 凸輪固定在凸輪軸上，通過凸輪軸轉(zhuǎn)動來帶動盤形凸輪旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動主動搖桿運(yùn)動，帶動 篩盤上下運(yùn)動； 所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)位于變速器外殼左側(cè)，主動桿件與變速器的上部傳動軸相連接，使 搗碎器作上下往復(fù)運(yùn)動； 所述變速器位于底板右下角，上部傳動軸、動力凸輪軸與動力輸入軸設(shè)在變速器外殼 內(nèi)，動力凸輪軸與動力輸入軸上設(shè)有三組齒輪，變速器下方設(shè)有變速手柄，通過變速手柄改 變同步器位置，從而改變齒輪組合，實現(xiàn)變速； 所述水井位于底板左側(cè)中部，水井上方設(shè)有左支撐架和右支撐架，手柄通過軸承固定 在左支撐架和右支撐架上，手柄右側(cè)連接棘輪，棘輪與棘爪相接觸，棘爪安裝在立板上，并 由彈簧連接立板和棘爪尾部。
2. 如權(quán)利要求1所述一種多功能機(jī)械原理展示教具，其特征在于所述三組齒輪的齒數(shù) 分別為20、30、40,齒輪模數(shù)為2. 0。
3. 如權(quán)利要求1所述一種多功能機(jī)械原理展示教具，其特征在于所述棘輪的齒數(shù)為 12,壓力角為20°。
4. 如權(quán)利要求1所述一種多功能機(jī)械原理展示教具，其特征在于所述盤形凸輪的基圓 半徑為20mm。
【文檔編號】G09B25/02GK104157204SQ201410414421
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】穆瑞, 呂美輝, 羅元易, 馬武井, 滿藝 申請人:廈門大學(xué)