凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法，其中，教具包括箱體、凸輪機(jī)構(gòu)和演示控制系統(tǒng)，演示控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、控制處理單元和顯示模塊，對(duì)教具的位移、速度、加速度和壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成顯示模塊的特性曲線圖像，使教學(xué)受眾直觀且具體的了解關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)過程和凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的理論知識(shí)，提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)中凸輪機(jī)構(gòu)各知識(shí)點(diǎn)教學(xué)的連貫性；方法包括對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示步驟，通過智能化過程將教具運(yùn)動(dòng)特性的量化結(jié)果直觀的顯示出來，讓教學(xué)受眾通過數(shù)據(jù)對(duì)比與分析深化到理論層面，達(dá)到探索型實(shí)驗(yàn)的目的。
【專利說明】凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及教學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家對(duì)于機(jī)械行業(yè)人才綜合素質(zhì)要求的提高，使得高校機(jī)械類的課程，特別是機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)類課程的要求也在不斷提高。就目前機(jī)械原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式來看，對(duì)于理論基礎(chǔ)知識(shí)的講解幾乎還處在空白狀態(tài)，尤其是實(shí)驗(yàn)課教具還停留在傳統(tǒng)的“一物一模型”階段，這已經(jīng)與當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣與思維習(xí)慣脫節(jié)，也與日益增長(zhǎng)的對(duì)機(jī)械行業(yè)人才需求量的客觀現(xiàn)實(shí)相矛盾。
[0003]就凸輪機(jī)構(gòu)來說，凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)架組成的高副結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛使用，目前，凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下三大問題:
[0004]1、未能妥善解決凸輪機(jī)構(gòu)知識(shí)傳授與學(xué)生能力培養(yǎng)的關(guān)系，片面強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授，忽視了將知識(shí)內(nèi)化為學(xué)生能力與素質(zhì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)中驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)多，而探索型實(shí)驗(yàn)少，實(shí)驗(yàn)課并沒有讓同學(xué)走進(jìn)凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)內(nèi)部，也并沒有激發(fā)起同學(xué)們對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)的探索欲望，沒有發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)有的作用；
[0005]2、凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏系統(tǒng)性，各個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)分塊化現(xiàn)象嚴(yán)重，沒有一款涉獵凸輪機(jī)構(gòu)多個(gè)知識(shí)層面并且將其統(tǒng)一成宏觀知識(shí)體系的復(fù)合教具；與此同時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和其他實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)脫離，忽視了凸輪機(jī)構(gòu)知識(shí)的整合及連貫性，各實(shí)踐環(huán)節(jié)之間相互獨(dú)立，在整個(gè)教學(xué)過程中沒有強(qiáng)調(diào)凸輪機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)理念；
[0006]3、因?yàn)閷W(xué)時(shí)的限制，不能安排較多的時(shí)間讓學(xué)生集中、同步實(shí)驗(yàn)；而傳統(tǒng)凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)因?yàn)槭艿綄?shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)趣味性等多方面的約束而難以展開，加之同學(xué)們獲取知識(shí)途徑與習(xí)慣的變化，傳統(tǒng)單一型凸輪機(jī)構(gòu)教具在凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)課上逐步退出教學(xué)舞臺(tái)。
[0007]因此，需要對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)教具及其演示控制方法進(jìn)行改進(jìn)，使其可涉獵凸輪機(jī)構(gòu)多個(gè)知識(shí)層面并且將各知識(shí)層面在教具上內(nèi)化統(tǒng)一成宏觀知識(shí)體系，提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)中凸輪機(jī)構(gòu)各知識(shí)點(diǎn)教學(xué)的連貫性，并可突出凸輪機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)理念，使學(xué)生可通過教具直接且宏觀具體的了解凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)的探索欲望，并且通過改進(jìn)演示控制方法，使教具可不受教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)趣味性等多方面的約束而任意展開，提高其廣泛適用性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供一種凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法，使教具本身可涉獵凸輪機(jī)構(gòu)多個(gè)知識(shí)層面，并且將各知識(shí)層面在教具上內(nèi)化統(tǒng)一成宏觀知識(shí)體系，提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)中凸輪機(jī)構(gòu)各知識(shí)點(diǎn)教學(xué)的連貫性，并可突出凸輪機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)理念，使學(xué)生可通過教具直接且宏觀具體的了解凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)的探索欲望，并且其演示控制方法智能化程度較高，使教具操作可不受教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)趣味性等多方面的約束而任意展開，提高其廣泛適用性。
[0009]本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，包括箱體和凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)包括實(shí)體凸輪、推桿和機(jī)架導(dǎo)軌，推桿包括并列設(shè)置的推桿I和推桿II，推桿I和推桿II均與機(jī)架導(dǎo)軌縱向滑動(dòng)配合，機(jī)架導(dǎo)軌以可相對(duì)于兩推桿縱向移動(dòng)的方式設(shè)置，機(jī)架導(dǎo)軌為橫向長(zhǎng)度可調(diào)結(jié)構(gòu)，實(shí)體凸輪對(duì)應(yīng)所述推桿I設(shè)置；
[0010]還包括演示控制系統(tǒng)，演示控制系統(tǒng)包括:
[0011]數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集獲取推桿運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)，推桿運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)包括:推桿的位移、速度和加速度，以及機(jī)構(gòu)壓力；
[0012]控制處理單元，用于將數(shù)據(jù)采集模塊傳來的不同特性參數(shù)所對(duì)應(yīng)信號(hào)分別處理成數(shù)字信號(hào)，并對(duì)處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整合后傳輸，同時(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生自鎖進(jìn)行保護(hù)判斷；
[0013]顯示模塊，用于根據(jù)整合后的數(shù)字信號(hào)描點(diǎn)顯示凸輪機(jī)構(gòu)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像。
[0014]進(jìn)一步，數(shù)據(jù)采集模塊包括:位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器，位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器均安裝設(shè)置于箱體外壁；
[0015]位移傳感器，用于監(jiān)測(cè)推桿的位移變化情況；
[0016]速度傳感器，用于監(jiān)測(cè)推桿的速度變化情況；
[0017]加速度傳感器，用于監(jiān)測(cè)推桿的加速度變化情況；
[0018]壓力傳感器，安裝于機(jī)架導(dǎo)軌兩側(cè)，用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)推桿上升過程中推桿對(duì)機(jī)架導(dǎo)軌反作用力的變化情況；
[0019]教具還包括一頂置導(dǎo)軌，推桿I和推桿II均以可橫向移動(dòng)的方式與頂置導(dǎo)軌配合設(shè)置，頂置導(dǎo)軌以可隨兩推桿同步上下往復(fù)移動(dòng)的方式設(shè)置于箱體，頂置導(dǎo)軌上分別設(shè)置有與位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器對(duì)應(yīng)的感應(yīng)兀件。
[0020]進(jìn)一步，控制處理單元包括:主機(jī)和從機(jī)，從機(jī)對(duì)應(yīng)位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器各設(shè)置一個(gè)，主機(jī)和四個(gè)從機(jī)采取串行多機(jī)通信的方式連接；
[0021]控制處理單元還包括一一對(duì)應(yīng)每一從機(jī)設(shè)置的濾波放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，濾波放大電路輸入端與對(duì)應(yīng)傳感器輸出端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端與濾波放大電路輸出端連接，輸出端與對(duì)應(yīng)從機(jī)輸入端連接。
[0022]進(jìn)一步，演示控制系統(tǒng)還包括:外部中斷判斷單元，用于在主機(jī)與顯示模塊之間通過外部中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)進(jìn)行外部判斷。
[0023]進(jìn)一步,還包括凸輪廓線反轉(zhuǎn)繪制組件,凸輪廓線反轉(zhuǎn)繪制組件包括畫板、標(biāo)線尺和用于驅(qū)動(dòng)畫板相對(duì)于實(shí)體凸輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)的反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件，畫板對(duì)應(yīng)推桿II設(shè)置于箱體，推桿II下端設(shè)置有畫筆；
[0024]反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件包括動(dòng)力裝置、主動(dòng)力齒輪、實(shí)體凸輪驅(qū)動(dòng)副和畫板驅(qū)動(dòng)副，主動(dòng)力齒輪與動(dòng)力裝置輸出端傳動(dòng)配合，實(shí)體凸輪驅(qū)動(dòng)副包括分支齒輪I和與分支齒輪I傳動(dòng)配合的槽輪機(jī)構(gòu)I，畫板驅(qū)動(dòng)副包括分支齒輪II和與分支齒輪II傳動(dòng)配合的槽輪機(jī)構(gòu)II，分支齒輪I與主動(dòng)力齒輪直接嚙合傳動(dòng)，分支齒輪II與分支齒輪I直接嚙合傳動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)I的從動(dòng)軸與實(shí)體凸輪固定配合，槽輪機(jī)構(gòu)II的從動(dòng)軸與所述畫板固定配合。
[0025]進(jìn)一步，還包括偏心距調(diào)節(jié)組件，偏心距調(diào)節(jié)組件包括用于驅(qū)動(dòng)推桿沿頂置導(dǎo)軌橫向移動(dòng)的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩推桿分別設(shè)置一個(gè)，每一橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)均包括蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)I和絲桿螺母副I，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)I的蝸桿與絲桿螺母副I的絲桿同軸傳動(dòng)配合，絲桿螺母副I的螺母部分置于對(duì)應(yīng)推桿背側(cè)設(shè)置的縱向滑槽內(nèi)，每一推桿可相對(duì)于對(duì)應(yīng)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)。
[0026]進(jìn)一步，還包括用于驅(qū)動(dòng)機(jī)架導(dǎo)軌相對(duì)于推桿縱向移動(dòng)的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，機(jī)架導(dǎo)軌縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)II和絲桿螺母副II，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)II的蝸桿與絲桿螺母副II的絲桿同軸傳動(dòng)配合，絲桿螺母副II的螺母與機(jī)架導(dǎo)軌配合連接。
[0027]本發(fā)明還公開一種所述凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具的演示控制方法，包括:
[0028]通過不同分機(jī)分別處理數(shù)據(jù)采集模塊所采集的與凸輪機(jī)構(gòu)的推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的不同信號(hào)，并將處理后的數(shù)字信號(hào)通過串行多機(jī)通信方式反饋給主機(jī)；
[0029]主機(jī)對(duì)不同分機(jī)所傳遞數(shù)字信號(hào)整合后傳輸至顯示模塊上描點(diǎn)，同時(shí)主機(jī)還對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行自鎖保護(hù)判斷；
[0030]顯示與推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性曲線。
[0031]進(jìn)一步，主機(jī)與所述顯示模塊之間的數(shù)據(jù)傳送采用外部中斷方式進(jìn)行。
[0032]進(jìn)一步，主機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行自鎖保護(hù)判斷，包括:
[0033]主機(jī)首次讀取推桿位移數(shù)據(jù)SO ；
[0034]主機(jī)在額定時(shí)間Tl內(nèi)讀取位移信號(hào)10-20次，取最后一次位移數(shù)據(jù)SI ；
[0035]判斷比較SO與SI數(shù)值關(guān)系，當(dāng)SO古SI，判斷機(jī)構(gòu)未自鎖，結(jié)束；
[0036]當(dāng)SO = SI，主機(jī)首次讀取壓力數(shù)據(jù)為H)；
[0037]主機(jī)在額定時(shí)間T2內(nèi)讀取壓力數(shù)據(jù)10-20次，取最后一次為Fl ；
[0038]判斷比較H)與Fl數(shù)值關(guān)系，當(dāng)Fl = nR)時(shí)，主機(jī)發(fā)出控制步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)的控制信號(hào)，其中η為倍數(shù)且3彡η彡5 ;
[0039]電機(jī)停轉(zhuǎn)，結(jié)束。
[0040]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，設(shè)置凸輪機(jī)構(gòu)，通過演示控制系統(tǒng)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中推桿的位移、速度和加速度，以及機(jī)構(gòu)的壓力進(jìn)行采集檢測(cè)，并處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到顯示模塊對(duì)推桿的運(yùn)動(dòng)速度規(guī)律圖像、運(yùn)動(dòng)位移規(guī)律圖像和運(yùn)動(dòng)加速度規(guī)律圖像進(jìn)行顯示，該教具不僅本身涉獵凸輪機(jī)構(gòu)多個(gè)知識(shí)層面，并將各知識(shí)層面內(nèi)化成統(tǒng)一的知識(shí)體系，而且定性給出凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程、運(yùn)動(dòng)特性，還將其定量化，使教學(xué)受眾直觀且具體的了解關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)過程和凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的理論知識(shí)，提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)中凸輪機(jī)構(gòu)各知識(shí)點(diǎn)教學(xué)的連貫性，并可突出凸輪機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)理念，使學(xué)生可通過教具直接且宏觀具體的了解凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)理論知識(shí)的探索欲望；而且，本教具使用智能化程度較高，使教具操作可不受教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)趣味性等多方面的約束而任意展開，提高其廣泛適用性。
[0041]本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具演示控制方法，智能化程度高，將教具運(yùn)動(dòng)特性的量化結(jié)果直觀的顯示出來，讓教學(xué)受眾通過數(shù)據(jù)對(duì)比與分析深化到理論層面，達(dá)到探索型實(shí)驗(yàn)的目的；而且由于實(shí)行串行多機(jī)通信方式，保證主機(jī)能夠連續(xù)接收數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)傳遞的一致性，防止中斷的紊亂，可在教具的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，同時(shí)、連續(xù)繪制出推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度圖像、位移圖像和加速度圖像，而且還可對(duì)機(jī)構(gòu)自鎖進(jìn)行保護(hù)判斷，不但了解機(jī)構(gòu)壓力角和自鎖現(xiàn)象的理論知識(shí)，還保護(hù)了整體結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0043]圖1為本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2為本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖3為本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具的槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖4為本發(fā)明凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具演示控制方法的流程示意圖；
[0047]圖5為本發(fā)明凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具的演示控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)信號(hào)通道圖；
[0048]圖6為本發(fā)明凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法中串行多機(jī)通信的流程圖；
[0049]圖7為本發(fā)明凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法中顯示模塊顯示運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像的過程流程圖；
[0050]圖8為本發(fā)明凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法中機(jī)構(gòu)自鎖判斷保護(hù)過程流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0051]如圖1所示:本實(shí)施例的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，包括箱體I和凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)包括實(shí)體凸輪2、推桿和機(jī)架導(dǎo)軌3，推桿包括并列設(shè)置的推桿I 4和推桿II 4a，推桿I 4和推桿II 4a均與機(jī)架導(dǎo)軌3縱向滑動(dòng)配合，機(jī)架導(dǎo)軌3以可相對(duì)于兩推桿縱向移動(dòng)的方式設(shè)置，機(jī)架導(dǎo)軌3為橫向長(zhǎng)度可調(diào)結(jié)構(gòu)，實(shí)體凸輪2對(duì)應(yīng)所述推桿I 4設(shè)置；
[0052]還包括演示控制系統(tǒng)，演示控制系統(tǒng)包括:
[0053]數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集獲取推桿運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)，推桿運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)包括:推桿的位移、速度和加速度，以及機(jī)構(gòu)壓力；
[0054]控制處理單元，用于將數(shù)據(jù)采集模塊傳來的不同特性參數(shù)所對(duì)應(yīng)信號(hào)分別處理成數(shù)字信號(hào)，并對(duì)處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整合后傳輸，同時(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生自鎖進(jìn)行保護(hù)判斷；
[0055]顯示模塊9，用于根據(jù)整合后的數(shù)字信號(hào)描點(diǎn)顯示凸輪機(jī)構(gòu)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像；推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像包括:運(yùn)動(dòng)位移規(guī)律圖像、運(yùn)動(dòng)速度規(guī)律圖像和運(yùn)動(dòng)加速度規(guī)律圖像。
[0056]其中，實(shí)體凸輪2為實(shí)際應(yīng)用中任意形式的凸輪，為了讓各種形式的凸輪更加容易更換，本發(fā)明的實(shí)體凸輪2采用拆卸方便的卡簧定位；機(jī)架導(dǎo)軌3為橫向長(zhǎng)度可調(diào)結(jié)構(gòu)，且機(jī)架導(dǎo)軌3的橫向長(zhǎng)度在調(diào)整到某一所需長(zhǎng)度時(shí)可在推桿運(yùn)動(dòng)時(shí)保持該長(zhǎng)度不動(dòng)，需要其它長(zhǎng)度時(shí)需對(duì)其重新調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)可通過現(xiàn)有機(jī)械伸縮方式實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述；為了增加推桿的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，可采用鎖止彈簧機(jī)構(gòu)對(duì)兩推桿進(jìn)行預(yù)緊，另外，本發(fā)明力圖滿足所有推桿類型的需要，在推桿尾端設(shè)置一個(gè)銷釘，用以連接各種不同形式的推桿；教具可能在機(jī)架導(dǎo)軌3長(zhǎng)度調(diào)節(jié)過程中發(fā)生自鎖，因而必須設(shè)置一個(gè)保護(hù)系統(tǒng)避免自鎖帶來的破壞
[0057]如圖1所示，本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集模塊包括:位移傳感器5、速度傳感器6、加速度傳感器7和壓力傳感器，位移傳感器5、速度傳感器6和加速度傳感器7均安裝設(shè)置于箱體I外壁；
[0058]位移傳感器5，用于監(jiān)測(cè)推桿的位移變化情況；
[0059]速度傳感器6，用于監(jiān)測(cè)推桿的速度變化情況；
[0060]加速度傳感器7，用于監(jiān)測(cè)推桿的加速度變化情況；
[0061]壓力傳感器，安裝于機(jī)架導(dǎo)軌3兩側(cè)，用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)推桿上升過程中推桿對(duì)機(jī)架導(dǎo)軌3反作用力的變化情況；其中，壓力傳感器為壓電式傳感器，位移傳感器5采用電容式傳感器，速度傳感器6采用霍爾式傳感器，加速度傳感器7采用壓阻式傳感器；
[0062]教具還包括一頂置導(dǎo)軌8，推桿I 4和推桿II 4a均以可橫向移動(dòng)的方式與頂置導(dǎo)軌8配合設(shè)置，頂置導(dǎo)軌8以可隨兩推桿同步上下往復(fù)移動(dòng)的方式設(shè)置于箱體1，頂置導(dǎo)軌8上分別設(shè)置有與位移傳感器5、速度傳感器6和加速度傳感器7 對(duì)應(yīng)的感應(yīng)兀件(圖中為感應(yīng)元件5a、感應(yīng)元件6a和感應(yīng)元件7a)。
[0063]本實(shí)施例中，控制處理單元包括:主機(jī)和從機(jī)，從機(jī)對(duì)應(yīng)位移傳感器5、速度傳感器6、加速度傳感器7和壓力傳感器各設(shè)置一個(gè)，主機(jī)和四個(gè)從機(jī)采取串行多機(jī)通信的方式連接；如圖5和圖6所示，控制處理單元的主機(jī)和從機(jī)均為單片機(jī)，通過不同分機(jī)分別處理不同傳感器傳遞過來的信號(hào)，再將處理后的數(shù)字信號(hào)通過串行通訊方式反饋給主機(jī)(主控單片機(jī))，主機(jī)將傳遞過來的信號(hào)整合后送到顯示模塊9，顯示出推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像，也就是說，演示控制系統(tǒng)需要三個(gè)輸入模擬通道，分別對(duì)應(yīng)位移輸入通道、速度輸入通道、力口速度輸入通道，三個(gè)通道分別對(duì)應(yīng)三塊從機(jī)，每塊從機(jī)將各自通道采集到的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)單元里面進(jìn)行存儲(chǔ)，即每一輸入通道的數(shù)據(jù)均通過相應(yīng)的從機(jī)存儲(chǔ)、傳輸，所以從機(jī)要在內(nèi)部開辟一段存儲(chǔ)空間，用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的位移、速度、加速度信息，優(yōu)選地，該存儲(chǔ)空間的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為隊(duì)列結(jié)構(gòu)；由主機(jī)發(fā)出控制命令，與相應(yīng)的從機(jī)進(jìn)行串行通訊，主控單片機(jī)完成與從機(jī)的數(shù)據(jù)交換后，將數(shù)據(jù)送到顯示模塊9上描點(diǎn)，在本教具的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，可以同時(shí)、連續(xù)繪制出推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)位移規(guī)律圖像、運(yùn)動(dòng)速度規(guī)律圖像和運(yùn)動(dòng)加速度規(guī)律圖像。
[0064]控制處理單元還包括一一對(duì)應(yīng)每一從機(jī)設(shè)置的濾波放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，濾波放大電路輸入端與對(duì)應(yīng)傳感器輸出端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端與濾波放大電路輸出端連接，輸出端與對(duì)應(yīng)從機(jī)輸入端連接；移傳感器、速度傳感器6、加速度傳感器7和壓力傳感器采集的量均為模擬量，而單片機(jī)處理的是數(shù)字量，所以需要對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)，還需對(duì)傳感器采集到的模擬量進(jìn)行采樣/保持、放大、濾波等一系列的處理；
[0065]四個(gè)從機(jī)分別存儲(chǔ)一個(gè)通道的數(shù)據(jù)，各自通道的傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過一系列的處理后，再通過A/D轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相應(yīng)從機(jī)的特定存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)。值得注意的是:從機(jī)數(shù)據(jù)應(yīng)采用順序存儲(chǔ)，使得數(shù)據(jù)在時(shí)間上具有連續(xù)性。由圖可以看到，從機(jī)的數(shù)據(jù)要傳給主機(jī)，為了保證數(shù)據(jù)傳遞的一致性，對(duì)于主機(jī)與從機(jī)之間的多機(jī)通信，還應(yīng)做出相關(guān)約定。
[0066]本實(shí)施例中，如圖7所示，演示控制系統(tǒng)還包括:外部中斷判斷單元，用于在主機(jī)與顯示模塊9之間通過外部中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)進(jìn)行外部判斷；另外，主機(jī)的數(shù)據(jù)來自四個(gè)不同的通道，所以主機(jī)需要在數(shù)據(jù)緩存區(qū)開辟四塊獨(dú)立的空間分別存儲(chǔ)這四類數(shù)據(jù)，本發(fā)明在主機(jī)與顯示模塊9之間的數(shù)據(jù)傳送采用外部中斷方式進(jìn)行。
[0067]本實(shí)施例中，如圖2和圖3所示，還包括凸輪廓線反轉(zhuǎn)繪制組件，凸輪廓線反轉(zhuǎn)繪制組件包括畫板10、標(biāo)線尺11和用于驅(qū)動(dòng)畫板10相對(duì)于實(shí)體凸輪2反向轉(zhuǎn)動(dòng)的反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件，畫板10對(duì)應(yīng)推桿II 4a設(shè)置于箱體1，推桿II 4a下端設(shè)置有畫筆；凸輪廓線反轉(zhuǎn)繪制組件主要是將實(shí)體凸輪2通過反轉(zhuǎn)法繪制成虛擬凸輪，即虛擬凸輪為畫筆根據(jù)實(shí)體凸輪2根據(jù)實(shí)體凸輪2運(yùn)用反轉(zhuǎn)法原理連續(xù)畫出，虛擬凸輪不受推桿初始位置和實(shí)體凸輪2類型以及偏距的影響，使實(shí)驗(yàn)者了解通過反轉(zhuǎn)法對(duì)凸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法；另外，標(biāo)線尺11是一個(gè)安裝固定且尺寸線對(duì)稱的直尺，必須注意到的是，真實(shí)凸輪與虛擬凸輪的偏心距必須相等并且互為相反，這樣才能得到正確繪制結(jié)構(gòu)，為了保證調(diào)節(jié)過程中的準(zhǔn)確性，本發(fā)明設(shè)置一個(gè)尺寸線對(duì)稱分布并且零刻線分布與真實(shí)凸輪和虛擬凸輪旋轉(zhuǎn)中心對(duì)齊的水平直尺(即標(biāo)線尺11)，在調(diào)節(jié)各自偏心的過程中用于參照；
[0068]反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件包括動(dòng)力裝置14、主動(dòng)力齒輪15、實(shí)體凸輪驅(qū)動(dòng)副和畫板驅(qū)動(dòng)副，主動(dòng)力齒輪15與動(dòng)力裝置14輸出端傳動(dòng)配合，實(shí)體凸輪驅(qū)動(dòng)副包括分支齒輪I 16和與分支齒輪I 16傳動(dòng)配合的槽輪機(jī)構(gòu)I 17，畫板驅(qū)動(dòng)副包括分支齒輪II 18和與分支齒輪II 18傳動(dòng)配合的槽輪機(jī)構(gòu)II 19，分支齒輪I 16與主動(dòng)力齒輪15直接嚙合傳動(dòng)，分支齒輪II 18與分支齒輪I 16直接嚙合傳動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)I 17的從動(dòng)軸與實(shí)體凸輪2固定配合，槽輪機(jī)構(gòu)II 19的從動(dòng)軸與所述畫板10固定配合；其中，動(dòng)力裝置14采用控制精度高的步進(jìn)電機(jī)，畫板10和實(shí)體凸輪2通過反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，槽輪機(jī)構(gòu)具有制造簡(jiǎn)單、分度精度高的優(yōu)點(diǎn)，槽輪機(jī)構(gòu)I 17和槽輪機(jī)構(gòu)II 19對(duì)稱設(shè)置成對(duì)稱槽輪機(jī)構(gòu)，形成對(duì)稱間隙機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)體凸輪2與畫板10的相對(duì)反轉(zhuǎn)，為了實(shí)現(xiàn)完全同步運(yùn)行槽輪機(jī)構(gòu)I 17和槽輪機(jī)構(gòu)II 19裝配位置關(guān)系一定要嚴(yán)格對(duì)稱，在兩個(gè)槽輪機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的葉子上做好標(biāo)記；另外，要達(dá)到對(duì)稱槽輪機(jī)構(gòu)的相對(duì)反轉(zhuǎn)，而且考慮到其轉(zhuǎn)速同步精度高的要求，用尺寸規(guī)格一致的分支齒輪I 16與分支齒輪II 18外嚙合傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)然本發(fā)明的對(duì)稱間歇機(jī)構(gòu)也可以是其它能夠達(dá)到所述目的的一切機(jī)構(gòu)；
[0069]其中，主動(dòng)力齒輪15為一小齒輪，分支齒輪I 16與主動(dòng)力齒輪15直接嚙合，分支齒輪II 18與分支齒輪I 16嚙合傳動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)I 17的主動(dòng)轉(zhuǎn)盤20與分支齒輪I 16同軸傳動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)I 17的從動(dòng)槽輪21與實(shí)體凸輪同軸傳動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)II 19的主動(dòng)轉(zhuǎn)盤22與分支齒輪II 18同軸設(shè)置，槽輪機(jī)構(gòu)II 19的從動(dòng)槽輪23與實(shí)體凸輪2同軸設(shè)置。
[0070]如圖1所示，本實(shí)施例中，還包括偏心距調(diào)節(jié)組件，偏心距調(diào)節(jié)組件包括用于驅(qū)動(dòng)推桿沿頂置導(dǎo)軌8橫向移動(dòng)的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)(圖中為橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)12和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)12a),橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩推桿分別設(shè)置一個(gè),每一橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)均包括蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)I和絲桿螺母副I，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)I的蝸桿與絲桿螺母副I的絲桿同軸傳動(dòng)配合，絲桿螺母副I的螺母部分置于對(duì)應(yīng)推桿背側(cè)設(shè)置的縱向滑槽內(nèi)，每一推桿可相對(duì)于對(duì)應(yīng)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)；橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采取返程不自鎖的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，通過搖動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)I的蝸輪驅(qū)動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)絲桿螺母副I的絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿帶動(dòng)螺母沿直線運(yùn)動(dòng)，推桿上設(shè)置有縱向滑槽，絲桿螺母副II的螺母位于縱向滑槽內(nèi)且推桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)絲桿螺母副II的螺母不移動(dòng)，螺母沿橫向直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可推動(dòng)推桿橫向移動(dòng)，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)偏心距的目的。
[0071]如圖1所示，本實(shí)施例中，還包括用于驅(qū)動(dòng)機(jī)架導(dǎo)軌3相對(duì)于推桿縱向移動(dòng)的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)13，機(jī)架導(dǎo)軌3縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)13包括蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)II和絲桿螺母副II，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)II的蝸桿與絲桿螺母副II的絲桿同軸傳動(dòng)配合，絲桿螺母副II的螺母與機(jī)架導(dǎo)軌3配合連接；縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)13采用返程不自鎖的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，通過搖動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)II的蝸輪驅(qū)動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)絲桿螺母副II的絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿帶動(dòng)螺母沿直線運(yùn)動(dòng)，機(jī)架導(dǎo)軌3與絲桿螺母副II的螺母固定連接，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)架導(dǎo)軌3縱向移動(dòng)的目的。
[0072]在對(duì)機(jī)架導(dǎo)軌3縱向高度的調(diào)節(jié)和凸輪機(jī)構(gòu)偏心距的調(diào)節(jié)過程中，為使調(diào)節(jié)量可見，在每一蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)端設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)易的游標(biāo)卡尺計(jì)量機(jī)構(gòu)，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0073]如圖4所示，本發(fā)明還公開一種所述凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具的演示控制方法，包括:
[0074]通過不同分機(jī)分別處理數(shù)據(jù)采集模塊所采集的與凸輪機(jī)構(gòu)的推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的不同信號(hào)，并將處理后的數(shù)字信號(hào)通過串行多機(jī)通信方式反饋給主機(jī)；
[0075]主機(jī)對(duì)不同分機(jī)所傳遞數(shù)字信號(hào)整合后傳輸至顯示模塊9上描點(diǎn)，同時(shí)主機(jī)還對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行自鎖保護(hù)判斷；
[0076]顯示與推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性曲線。
[0077]其中，如圖5和圖6所示，主機(jī)與從機(jī)間的串行通訊方式為:事先對(duì)四個(gè)從機(jī)編碼。主機(jī)首先將第九數(shù)據(jù)位置為1，代表主機(jī)發(fā)送的是地址幀。此時(shí)，四個(gè)從機(jī)均置為I。然后，主機(jī)發(fā)送從機(jī)的編碼，從機(jī)接受到地址幀后與自身的編碼比較，若相同，則將置為0，同時(shí)將自身編碼作為應(yīng)答碼反饋給主機(jī)。主機(jī)在接受到應(yīng)答碼后置第九數(shù)據(jù)位為0，于是便開始與所述從機(jī)進(jìn)行通信。本實(shí)施例要求多機(jī)通信要順序進(jìn)行，一是保證主機(jī)能夠連續(xù)接收到數(shù)據(jù)，二是防止中斷的紊亂。
[0078]本實(shí)施例中，主機(jī)與所述顯示模塊9之間的數(shù)據(jù)傳送采用外部中斷方式進(jìn)行；如圖7所示，即顯示模塊9顯示推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過程方式為:主機(jī)將4種類型的數(shù)據(jù)在外部中斷判斷單元下依次傳送給顯示模塊9，中斷判斷單元應(yīng)該具備判斷顯示模塊9發(fā)出的“外部中段請(qǐng)求類型”的功能，即是說能夠判斷出顯示模塊9是想要哪一種類型的數(shù)據(jù)。在主機(jī)響應(yīng)外部中斷后，將該類型的數(shù)據(jù)從對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域取出，然后傳送給顯示模塊9。在顯示模塊9接收完一個(gè)數(shù)據(jù)之后，立即在屏幕對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系上描點(diǎn)。描完一個(gè)點(diǎn)后，將產(chǎn)生下一個(gè)中斷，顯示模塊9將接收第二種類型的數(shù)據(jù)，依次進(jìn)行下去，直到完整繪出運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像為止。
[0079]于是，顯示模塊9的繪圖過程與凸輪的運(yùn)轉(zhuǎn)步調(diào)完全保持一致，且繪圖不受凸輪類型的限制?！疤摂M凸輪”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與“真實(shí)凸輪”完全一致，只是轉(zhuǎn)角互為相反數(shù)。
[0080]如圖8所示，本實(shí)施例中，主機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行自鎖保護(hù)判斷，包括:
[0081]主機(jī)首次讀取推桿位移數(shù)據(jù)SO ；
[0082]主機(jī)在額定時(shí)間Tl內(nèi)讀取位移信號(hào)10-20次，取最后一次位移數(shù)據(jù)SI ；
[0083]判斷比較SO與SI數(shù)值關(guān)系，當(dāng)SO古SI，判斷機(jī)構(gòu)未自鎖，結(jié)束；
[0084]當(dāng)SO = SI，主機(jī)首次讀取壓力數(shù)據(jù)為H)；
[0085]主機(jī)在額定時(shí)間T2內(nèi)讀取壓力數(shù)據(jù)10-20次，取最后一次為Fl ；
[0086]判斷比較H)與Fl數(shù)值關(guān)系，當(dāng)Fl = nR)時(shí)，主機(jī)發(fā)出控制步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)的控制信號(hào)，其中η為倍數(shù)且3彡η彡5 ;
[0087]電機(jī)停轉(zhuǎn)，結(jié)束。
[0088]其中，Τ1、Τ2時(shí)間可取l_3s，最優(yōu)的，Τ1、Τ2均取2s，在Τ1、Τ2內(nèi)讀取數(shù)據(jù)次數(shù)均為20次，另外，因?yàn)榫唧w的壓力差值隨著機(jī)器的型號(hào)以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的改變而有所不同，而且根據(jù)機(jī)械原理的相關(guān)知識(shí)表明，推桿在上升過程中，在導(dǎo)軌中所收到的壓力變化不會(huì)很大，同時(shí)數(shù)據(jù)讀取是在額定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，因此用相對(duì)壓力升高率來判斷，即是說當(dāng)最后一次讀取的壓力數(shù)據(jù)大于了首次讀取數(shù)據(jù)的η倍的時(shí)候即認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生自鎖或者有發(fā)生自鎖的趨勢(shì)。主機(jī)在每一個(gè)額定時(shí)間段都會(huì)對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行一次讀取比較，主機(jī)內(nèi)部會(huì)有一個(gè)算法將每一個(gè)壓力數(shù)據(jù)檢測(cè)循環(huán)中首次讀取的壓力數(shù)據(jù)計(jì)算到η倍值(當(dāng)然在每一個(gè)循環(huán)中初始值會(huì)不一樣)，隨后主機(jī)再將檢測(cè)循環(huán)中讀取的數(shù)據(jù)與η倍值比較即可，本實(shí)施例中，η為倍數(shù)，η優(yōu)選的可為3、4或5均可，本實(shí)施例中，η為4，即Fl等于四倍的H)時(shí)，SP判斷出現(xiàn)自鎖，控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。要注意的是，為了防止發(fā)生誤判，必須讓壓力檢測(cè)過程在機(jī)器運(yùn)行至穩(wěn)定后進(jìn)行，通過一個(gè)延時(shí)程序就可實(shí)現(xiàn)，屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0089]本發(fā)明在調(diào)節(jié)偏心距和調(diào)節(jié)機(jī)架導(dǎo)軌3縱向高度時(shí)可能會(huì)發(fā)生自鎖，考慮到機(jī)械保護(hù)裝置易損壞、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難的不足，本發(fā)明采用電子控制的辦法來實(shí)現(xiàn)自鎖保護(hù)。在本發(fā)明發(fā)生自鎖的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)特征，一是推桿卡死在一個(gè)位置不動(dòng)，即是說位移信號(hào)為一常值，二是機(jī)架導(dǎo)軌3對(duì)推桿的反作用力隨時(shí)間的增加明顯。鑒于著兩個(gè)特征，本發(fā)明在主機(jī)的防自鎖程序設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)判斷結(jié)構(gòu)，分別判斷推桿有無上述的發(fā)生自鎖的兩個(gè)特征，當(dāng)程序判斷兩個(gè)特征均存在，就認(rèn)為所述凸輪發(fā)生自鎖。此時(shí)主機(jī)將調(diào)用電機(jī)停轉(zhuǎn)的子程序，讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保護(hù)了整個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)然，為了保證數(shù)據(jù)采集比較的實(shí)時(shí)性，本程序單元應(yīng)該與多機(jī)通信程序單元交叉進(jìn)行。
[0090]本發(fā)明的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具及其演示控制方法，從本質(zhì)上克服了傳統(tǒng)凸輪機(jī)構(gòu)教具的不足，體現(xiàn)了“一物多用”、“一物巧用”、“一物深用”的現(xiàn)代化教具設(shè)計(jì)思路。“一物多用”表現(xiàn)在一套凸輪教具幾乎囊括了有關(guān)凸輪教學(xué)過程中的所有知識(shí)點(diǎn)，“一物巧用”表現(xiàn)在通過現(xiàn)代控制理論和富有新穎性的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)克服了探索型教具研制過程中的瓶頸問題。“一物深用”體現(xiàn)在所述復(fù)合型教具不僅僅用于機(jī)械原理的教學(xué)場(chǎng)合，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過程與科研領(lǐng)域亦有相當(dāng)?shù)挠梦渲亍?br> [0091]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，其特征在于:包括箱體和凸輪機(jī)構(gòu)，所述凸輪機(jī)構(gòu)包括實(shí)體凸輪、推桿和機(jī)架導(dǎo)軌，所述推桿包括并列設(shè)置的推桿I和推桿II，推桿I和推桿II均與機(jī)架導(dǎo)軌縱向滑動(dòng)配合，所述機(jī)架導(dǎo)軌以可相對(duì)于兩推桿縱向移動(dòng)的方式設(shè)置，所述機(jī)架導(dǎo)軌為橫向長(zhǎng)度可調(diào)結(jié)構(gòu)，所述實(shí)體凸輪對(duì)應(yīng)所述推桿I設(shè)置； 還包括演示控制系統(tǒng)，所述演示控制系統(tǒng)包括: 數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集獲取推桿運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)，所述推桿運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)包括:推桿的位移、速度和加速度，以及機(jī)架導(dǎo)軌側(cè)壓力； 控制處理單元，用于將數(shù)據(jù)采集模塊傳來的不同特性參數(shù)所對(duì)應(yīng)信號(hào)分別處理成數(shù)字信號(hào)，并對(duì)處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整合后傳輸，同時(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生自鎖進(jìn)行保護(hù)判斷； 顯示模塊，用于根據(jù)整合后的數(shù)字信號(hào)描點(diǎn)顯示凸輪機(jī)構(gòu)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊包括:位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器，所述位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器均安裝設(shè)置于所述箱體外壁； 所述位移傳感器，用于監(jiān)測(cè)推桿的位移變化情況； 所述速度傳感器，用于監(jiān)測(cè)推桿的速度變化情況； 所述加速度傳感器，用于監(jiān)測(cè)推桿的加速度變化情況； 所述壓力傳感器，安裝于機(jī)架導(dǎo)軌兩側(cè)，用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)推桿上升過程中推桿對(duì)機(jī)架導(dǎo)軌反作用力的變化情況； 所述教具還包括一頂置導(dǎo)軌，推桿I和推桿II均以可橫向移動(dòng)的方式與所述頂置導(dǎo)軌配合設(shè)置，所述頂置導(dǎo)軌以可隨兩推桿同步上下往復(fù)移動(dòng)的方式設(shè)置于所述箱體，所述頂置導(dǎo)軌上分別設(shè)置有與位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器一一對(duì)應(yīng)的感應(yīng)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，其特征在于:所述控制處理單元包括:主機(jī)和從機(jī)，所述從機(jī)對(duì)應(yīng)位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器各設(shè)置一個(gè)，所述主機(jī)和四個(gè)所述從機(jī)采取串行多機(jī)通信的方式連接； 控制處理單元還包括一一對(duì)應(yīng)每一從機(jī)設(shè)置的濾波放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，濾波放大電路輸入端與對(duì)應(yīng)傳感器輸出端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端與濾波放大電路輸出端連接，輸出端與對(duì)應(yīng)從機(jī)輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，其特征在于:所述演示控制系統(tǒng)還包括:外部中斷判斷單元，用于在所述主機(jī)與所述顯示模塊之間通過外部中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)進(jìn)行外部判斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，其特征在于:還包括凸輪廓線反轉(zhuǎn)繪制組件，所述凸輪廓線反轉(zhuǎn)繪制組件包括畫板、標(biāo)線尺和用于驅(qū)動(dòng)畫板相對(duì)于實(shí)體凸輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)的反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件，所述畫板對(duì)應(yīng)推桿II設(shè)置于箱體，所述推桿II下端設(shè)置有畫筆； 所述反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件包括動(dòng)力裝置、主動(dòng)力齒輪、實(shí)體凸輪驅(qū)動(dòng)副和畫板驅(qū)動(dòng)副，所述主動(dòng)力齒輪與所述動(dòng)力裝置輸出端傳動(dòng)配合，所述實(shí)體凸輪驅(qū)動(dòng)副包括分支齒輪I和與所述分支齒輪I傳動(dòng)配合的槽輪機(jī)構(gòu)I，所述畫板驅(qū)動(dòng)副包括分支齒輪II和與分支齒輪II傳動(dòng)配合的槽輪機(jī)構(gòu)II，所述分支齒輪I與所述主動(dòng)力齒輪直接嚙合傳動(dòng)，所述分支齒輪II與所述分支齒輪I直接嚙合傳動(dòng)，所述槽輪機(jī)構(gòu)I的從動(dòng)軸與所述實(shí)體凸輪固定配合，所述槽輪機(jī)構(gòu)II的從動(dòng)軸與所述畫板固定配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，其特征在于:還包括偏心距調(diào)節(jié)組件，所述偏心距調(diào)節(jié)組件包括用于驅(qū)動(dòng)推桿沿頂置導(dǎo)軌橫向移動(dòng)的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)兩推桿分別設(shè)置一個(gè)，每一橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)均包括蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)I和絲桿螺母副I，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)I的蝸桿與絲桿螺母副I的絲桿同軸傳動(dòng)配合，絲桿螺母副I的螺母部分置于對(duì)應(yīng)推桿背側(cè)設(shè)置的縱向滑槽內(nèi)，每一推桿可相對(duì)于對(duì)應(yīng)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具，其特征在于:還包括用于驅(qū)動(dòng)機(jī)架導(dǎo)軌相對(duì)于推桿縱向移動(dòng)的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，所述機(jī)架導(dǎo)軌縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)II和絲桿螺母副II，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)II的蝸桿與絲桿螺母副II的絲桿同軸傳動(dòng)配合，絲桿螺母副II的螺母與機(jī)架導(dǎo)軌配合連接。
8.一種凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具演示控制方法，其特征在于: 通過不同分機(jī)分別處理數(shù)據(jù)采集模塊所采集的與凸輪機(jī)構(gòu)的推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的不同信號(hào)，并將處理后的數(shù)字信號(hào)通過串行多機(jī)通信方式反饋給主機(jī)； 主機(jī)對(duì)不同分機(jī)所傳遞數(shù)字信號(hào)整合后傳輸至顯示模塊上描點(diǎn)，同時(shí)主機(jī)還對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行自鎖保護(hù)判斷； 顯示與推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具演示控制方法，其特征在于:所述主機(jī)與所述顯示模塊之間的數(shù)據(jù)傳送采用外部中斷方式進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的凸輪機(jī)構(gòu)復(fù)合型教具演示控制方法，其特征在于:所述主機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行自鎖保護(hù)判斷，包括: 主機(jī)首次讀取推桿位移數(shù)據(jù)SO ； 主機(jī)在額定時(shí)間Tl內(nèi)讀取位移信號(hào)10-20次，取最后一次位移數(shù)據(jù)SI ； 判斷比較SO與SI數(shù)值關(guān)系，當(dāng)SO古SI，判斷機(jī)構(gòu)未自鎖，結(jié)束； 當(dāng)SO = SI，主機(jī)首次讀取壓力數(shù)據(jù)為H)； 主機(jī)在額定時(shí)間T2內(nèi)讀取壓力數(shù)據(jù)10-20次，取最后一次為Fl ； 判斷比較H)與Fl數(shù)值關(guān)系，當(dāng)Fl = nR)時(shí)，主機(jī)發(fā)出控制步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)的控制信號(hào)，其中η為倍數(shù)且3彡η彡5; 電機(jī)停轉(zhuǎn)，結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK104200740SQ201410441268
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】胡啟國(guó), 向果, 侯楠, 秦鋒 申請(qǐng)人:重慶交通大學(xué)