一種機械原理反轉法教學演示教具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種機械原理反轉法教學演示教具，包括機架、小中心輪、行星輪、大中心輪、行星架、滑塊、導軌、連桿和曲柄，所述小中心輪與大中心輪為同心輪，且小中心輪與大中心輪的中心以及行星架的一端均安裝在機架上，所述小中心輪的非中心位置通過小中心輪固定銷與機架連接，大中心輪的非中心位置通過大中心輪固定銷與機架連接，行星架另一端通過行星架固定銷與機架連接，所述行星輪與小中心輪外嚙合，行星輪與大中心輪內嚙合，且大中心輪齒數(shù)等于兩倍的小中心輪齒數(shù)，小中心輪齒數(shù)與行星輪齒數(shù)相等。該教具使用方法簡單，技術上易于掌握，優(yōu)勢明顯，產品結構簡單，應用范圍廣闊，易于大范圍推廣。
【專利說明】一種機械原理反轉法教學演示教具
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種教具，具體是一種機械原理反轉法教學演示教具。
【背景技術】
[0002]在機械原理課程的教學過程中，凸輪輪廓曲線設計、周轉輪系傳動比計算及平面四桿機構設計均運用反轉法原理，而現(xiàn)在還沒有一種來顯示反轉法原理的教學演示教具。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種機械原理反轉法教學演示教具，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0005]一種機械原理反轉法教學演示教具，包括機架、小中心輪、行星輪、大中心輪、行星架、滑塊、導軌、連桿和曲柄，所述小中心輪與大中心輪為同心輪，且小中心輪與大中心輪的中心以及行星架的一端均安裝在機架上，所述小中心輪的非中心位置通過小中心輪固定銷與機架連接，大中心輪的非中心位置通過大中心輪固定銷與機架連接，行星架另一端通過行星架固定銷與機架連接，所述行星輪與小中心輪外嚙合，行星輪與大中心輪內嚙合，且大中心輪齒數(shù)等于兩倍的小中心輪齒數(shù)，小中心輪齒數(shù)與行星輪齒數(shù)相等，所述行星輪中心與曲柄的一端固定在一起，所述曲柄與連桿、導軌和滑塊構成曲柄滑塊機構，且所述導軌安裝在行星架上。
[0006]作為本實用新型進一步的方案:所述滑塊上設有畫筆，所述機架上設有畫板。
[0007]該教具使用方法簡單，技術上易于掌握，優(yōu)勢明顯，我們設計的產品結構簡單，應用范圍廣闊，易于大范圍推廣，而當今社會是一個以人為本的社會，而隨著工藝的發(fā)展，以人為本的理念也在越來越多的產品中體現(xiàn)，機械原理課程教具的設計就無意對這個理念做出了詮釋。它的易于制作，易于操作演示，并且能詳細的展示出反轉法設計原理解決了機械原理中一些知識點難懂的缺陷，相信隨著它的價值進一步體現(xiàn)出來，它的以人為本的設計理念也必將成為一種潮流。
[0008]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0009](I)該教具實現(xiàn)了反轉法原理與實際的機械機構的融合，并且用實物詳細的展示出機械的設計原理，將難懂的機械原理中的反轉法通過簡單、通俗易懂的實物展現(xiàn)出來，學生更加容易理解這個原理；
[0010](2)通過齒輪齒數(shù)的巧妙設計，實現(xiàn)了滑塊在往復運動兩次的過程中同時繞固定軸線旋轉360度，從而實現(xiàn)了反轉后直動從動件的復合運動規(guī)律；
[0011](3) 一套組合機構實現(xiàn)了機械原理課程中三個反轉法應用知識點，即凸輪輪廓曲線設計、周轉輪系傳動比計算和平面四桿機構；
[0012](4)該教具中凸輪反轉法畫凸輪輪廓線能夠實現(xiàn)凸輪的靜止，完成輪廓線的描繪；[0013](5)該教具中周轉輪系的傳動比的反應能夠利用“發(fā)轉固定轉臂法”通過控制系桿的轉動角速度，轉化為定軸輪系，從而實現(xiàn)預期的效果；
[0014](6)該教具中平面四桿機構利用反轉法轉化不同的機架，從而達到預期演示的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為機械原理反轉法教學演示教具的結構示意圖。
[0016]圖中:1、小中心輪、11-小中心輪固定銷、2-行星輪、3-大中心輪、31-大中心輪固定銷、4-行星架、41-行星架固定銷、5-滑塊、51-畫筆、6-導軌、7-連桿、8-曲柄。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0018]請參閱圖1，本實用新型實施例中，一種機械原理反轉法教學演示教具，包括機架、小中心輪1、行星輪2、大中心輪3、行星架4、滑塊5、導軌6、連桿7和曲柄8，所述小中心輪I與大中心輪3為同心輪，且小中心輪I與大中心輪3的中心以及行星架4的一端均安裝在機架上,所述小中心輪I的非中心位置通過小中心輪固定銷11與機架連接,大中心輪3的非中心位置通過大中心輪固定銷31與機架連接，行星架4另一端通過行星架固定銷41與機架連接，所述行星輪2與小中心輪I外嚙合，行星輪2與大中心輪3內嚙合，且大中心輪3齒數(shù)等于兩倍的小中心輪I齒數(shù)，小中心輪I齒數(shù)與行星輪2齒數(shù)相等，所述行星輪2中心與曲柄8的一端固定在一起,所述曲柄8與連桿7、導軌6和滑塊5構成曲柄滑塊機構,且所述導軌6安裝在行星架4上；所述滑塊5上設有畫筆51，所述機架上設有畫板。
[0019]本實用新型的使用方法如下:
[0020]1、凸輪輪廓曲線設計反轉法演示
[0021]凸輪輪廓曲線的設計過程中，通常采用反轉法設計，即給整個凸輪機構施以_ω時，不影響各構件之間的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件將一方面將隨著導路一起繞凸輪軸心旋轉，同時又按已知的運動規(guī)律做反復相對移動，從動件復合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。該教具可以實現(xiàn)從動件的復合運動，并且可以通過畫筆繪制出凸輪輪廓曲線。
[0022]首先取下大中心輪3，此時小中心輪1、行星輪2、行星架4及機架組成周轉輪系。且小中心輪1、行星輪2的齒數(shù)相同，小中心輪I空套在軸上且通過小中心輪固定銷11固定在機架上。曲柄8與連桿7、導軌6和滑塊5構成曲柄滑塊機構，行星架4是曲柄滑塊機構中的機架。周轉輪系的運動輸入構件為行星架4，通過旋轉小中心輪I的手柄驅動軸帶動行星架4旋轉；周轉輪系運動輸出構件為行星輪2，也是曲柄滑塊機構的輸出運動。
[0023]通過計算及演示會得知，行星輪2隨行星架4繞小中心輪I軸向公轉一圈的同時自轉一圈。行星輪2公轉一圈，裝在滑塊上的畫筆轉過360度；同時行星輪2自轉一圈，曲柄滑塊機構中的曲柄旋轉360度，此時滑塊往復運動兩次，滑塊的左右極限位置相當于凸輪機構直動從動件的最低點和最高點位置。也就是說，滑塊在轉動360度的同時在在最低點和最高點往返兩次，滑塊的復合運動相當于盤形凸輪直動從動件的復合運動，滑塊上的畫筆所繪制的曲線即為一凸輪曲線，從動件的運動規(guī)律為曲柄滑塊中滑塊的運動規(guī)律。改變曲柄的長度，可得到滑塊不同行程的運動規(guī)律，即可繪制出從動件的不同運動規(guī)律的凸輪曲線。
[0024]2、周轉輪系傳動比計算反轉法演示
[0025]首先拆下曲柄滑塊機構，裝上大中心輪3，大中心輪3齒數(shù)是小中心輪1、行星輪2的2倍，則構成2K-H型周轉輪系。
[0026]反轉前,大中心輪3固定不動,演示輪系的運動。反轉后，固定行星架4不動,演示輪系的運動。通過反轉前后輪系中個齒輪所轉圈數(shù)來演示其周轉輪系傳動比反轉原理。
[0027]反轉法原理:
[0028]周轉輪系與定軸輪系的根本區(qū)別在于:周轉輪系中有Iv轉動著的系桿，由于它的存在使行星輪既自轉又公轉。因此，周轉輪系的傳動比不能像定軸輪系那樣，以簡單的齒數(shù)反比的形式來表達。為了解決周轉輪系傳動比的計算為題，可假想給整個輪系加上一個公共的角速度，使系桿固定不動，這樣，周轉輪系就轉化為一個假想的定軸輪系了。該假想的定軸輪系稱為周轉輪系的轉化機構。通過把周轉輪系傳動軸輪系傳動比計算問題，轉化為人們熟知的定軸輪系傳動比計算問題。
[0029]反轉前(行星輪系):首先通過大中心輪固定銷31固定大中心輪3，轉動手柄，此時小中心輪I轉動，行星輪2既有自轉又有公轉；緩慢轉動小中心輪I 一圈，即行星輪2公轉I圈，數(shù)出小中心輪I和行星輪2自轉的圈數(shù)。可以數(shù)出此時小中心輪I自轉4圈(方向與手柄轉向相同)，行星輪2自轉3圈(方向與手柄轉向(公轉方向)相反)。也就是說小中心輪I和行星架4的傳動比為4，行星輪2和行星架4的傳動比為-2。
[0030]反轉后(定軸輪系):通過行星架固定銷41固定行星架4，將行星輪系轉化為定軸輪系。
[0031]通過驅動手柄帶動小中心輪I轉動,緩慢轉動小中心輪I 一圈，此時行星輪2反向轉I圈，大中心輪3反向轉1/3圈，即在轉化輪系中齒輪I和行星輪2的傳動比為-1，小中心輪I和大中心輪3的傳動比為-3。
[0032]3、四桿機構的倒置:
[0033]將曲柄滑塊機構取下，安裝在機架上，通過選不同的構件作為機架，可演示機構的導致機構的倒置。
[0034]轉動導桿機構:通過固定曲柄，驅動連桿，實現(xiàn)機構的有效運動；機構采用質量輕便的鋁合金材質，質輕，價格低廉。
[0035]曲柄搖塊機構:通過固定連桿，驅動曲柄，實現(xiàn)機構的有效運動；機構采用質量輕便的鋁合金材質，質輕，價格低廉。
[0036]定塊機構:通過固定滑塊，驅動曲柄，實現(xiàn)機構的有效運動；機構采用質量輕便的鋁合金材質，質輕，價格低廉。
[0037]對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0038]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【權利要求】
1.一種機械原理反轉法教學演示教具，包括機架、小中心輪(I)、行星輪(2)、大中心輪(3)、行星架(4)、滑塊(5)、導軌(6)、連桿(7)和曲柄(8)，其特征在于，所述小中心輪(I)與大中心輪(3 )為同心輪，且小中心輪(I)與大中心輪(3 )的中心以及行星架(4)的一端均安裝在機架上，所述小中心輪(I)的非中心位置通過小中心輪固定銷(11)與機架連接，大中心輪(3)的非中心位置通過大中心輪固定銷(31)與機架連接，行星架(4)另一端通過行星架固定銷(41)與機架連接，所述行星輪(2 )與小中心輪(I)外嚙合，行星輪(2 )與大中心輪(3)內嚙合，且大中心輪(3)齒數(shù)等于兩倍的小中心輪(I)齒數(shù)，小中心輪(I)齒數(shù)與行星輪(2)齒數(shù)相等，所述行星輪(2)中心與曲柄(8)的一端固定在一起，所述曲柄(8)與連桿(7)、導軌(6)和滑塊(5)構成曲柄滑塊機構，且所述導軌(6)安裝在行星架(4)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的機械原理反轉法教學演示教具，其特征在于，所述滑塊(5)上設有畫筆(51 )，所述機架上設有畫板。
【文檔編號】G09B25/02GK203812490SQ201420214649
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】湯迎紅, 劉方, 江衛(wèi)國 申請人:湖南工業(yè)大學