凸輪機構復合型教具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種凸輪機構復合型教具，其中，教具包括箱體、凸輪機構和演示控制系統(tǒng)，演示控制系統(tǒng)包括檢測裝置、控制處理單元和顯示裝置，對教具的位移、速度、加速度和壓力等數(shù)據(jù)進行采集，并將采集數(shù)據(jù)轉化成顯示裝置的特性曲線圖像，使教學受眾直觀且具體的了解關于凸輪機構的組成結構、運動過程和凸輪機構運動特性的理論知識，提高教學實驗中凸輪機構各知識點教學的連貫性；方法包括對數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示步驟，通過智能化過程將教具運動特性的量化結果直觀的顯示出來，讓教學受眾通過數(shù)據(jù)對比與分析深化到理論層面，達到探索型實驗的目的。
【專利說明】凸輪機構復合型教具

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及教學領域，特別涉及一種凸輪機構復合型教具。

【背景技術】
[0002]隨著國家對于機械行業(yè)人才綜合素質要求的提高，使得高校機械類的課程，特別是機械原理、機械設計等基礎類課程的要求也在不斷提高。就目前機械原理的實驗教學模式來看，對于理論基礎知識的講解幾乎還處在空白狀態(tài)，尤其是實驗課教具還停留在傳統(tǒng)的“一物一模型”階段，這已經(jīng)與當代大學生的學習習慣與思維習慣脫節(jié)，也與日益增長的對機械行業(yè)人才需求量的客觀現(xiàn)實相矛盾。
[0003]就凸輪機構來說，凸輪機構是由凸輪、從動件和機架三個基本構架組成的高副結構，因其結構簡單、緊湊、設計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛使用，目前，凸輪機構機械原理實驗教學存在以下三大問題:
[0004]1、未能妥善解決凸輪機構知識傳授與學生能力培養(yǎng)的關系，片面強調知識傳授，忽視了將知識內化為學生能力與素質；實驗教學中驗證型的實驗多，而探索型實驗少，實驗課并沒有讓同學走進凸輪機構理論知識內部，也并沒有激發(fā)起同學們對凸輪機構理論知識的探索欲望，沒有發(fā)揮實驗教學的應有的作用；
[0005]2、凸輪機構實驗教學缺乏系統(tǒng)性，各個理論知識點分塊化現(xiàn)象嚴重，沒有一款涉獵凸輪機構多個知識層面并且將其統(tǒng)一成宏觀知識體系的復合教具；與此同時，凸輪機構實驗教學和其他實踐教學活動脫離，忽視了凸輪機構知識的整合及連貫性，各實踐環(huán)節(jié)之間相互獨立，在整個教學過程中沒有強調凸輪機構整體設計理念；
[0006]3、因為學時的限制，不能安排較多的時間讓學生集中、同步實驗；而傳統(tǒng)凸輪機構實驗教學因為受到實驗場地、實驗器材、實驗趣味性等多方面的約束而難以展開，加之同學們獲取知識途徑與習慣的變化，傳統(tǒng)單一型凸輪機構教具在凸輪機構機械原理實驗課上逐步退出教學舞臺。
[0007]因此，需要對凸輪機構教具及其演示控制方法進行改進，使其可涉獵凸輪機構多個知識層面并且將各知識層面在教具上內化統(tǒng)一成宏觀知識體系，提高教學實驗中凸輪機構各知識點教學的連貫性，并可突出凸輪機構整體設計理念，使學生可通過教具直接且宏觀具體的了解凸輪機構理論知識，增強學生對凸輪機構理論知識的探索欲望，并且通過改進演示控制方法，使教具可不受教學實驗場地、實驗器材和實驗趣味性等多方面的約束而任意展開，提高其廣泛適用性。
實用新型內容
[0008]有鑒于此，本實用新型提供一種凸輪機構復合型教具，使教具本身可涉獵凸輪機構多個知識層面，并且將各知識層面在教具上內化統(tǒng)一成宏觀知識體系，提高教學實驗中凸輪機構各知識點教學的連貫性，并可突出凸輪機構整體設計理念，使學生可通過教具直接且宏觀具體的了解凸輪機構理論知識，增強學生對凸輪機構理論知識的探索欲望，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實驗場地、實驗器材和實驗趣味性等多方面的約束而任意展開，提高其廣泛適用性。
[0009]本實用新型的凸輪機構復合型教具，包括箱體和凸輪機構，凸輪機構包括實體凸輪、推桿和機架導軌，推桿包括并列設置的推桿I和推桿II，推桿I和推桿II均與機架導軌縱向滑動配合，機架導軌以可相對于兩推桿縱向移動的方式設置，機架導軌為橫向長度可調結構，實體凸輪對應推桿I設置；
[0010]還包括演示控制系統(tǒng)，演示控制系統(tǒng)包括:用于檢測獲取推桿運動特性參數(shù)的檢測裝置、用于對所檢測參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理并輸出的控制處理單元和用于顯示最終處理結果的顯示裝置，檢測裝置與控制處理單元信號連接，顯示裝置信號輸入端與控制處理單元信號輸出端連接。
[0011]進一步，檢測裝置包括:用于監(jiān)測推桿的位移變化情況的位移傳感器、用于監(jiān)測推桿的速度變化情況的速度傳感器、用于監(jiān)測推桿的加速度變化情況的加速度傳感器和用于動態(tài)監(jiān)測推桿上升過程中推桿對機架導軌反作用力的變化情況的壓力傳感器，位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器均安裝設置于箱體外壁，壓力傳感器安裝于機架導軌兩側；
[0012]教具還包括一頂置導軌，推桿I和推桿II均以可橫向移動的方式與頂置導軌配合設置，頂置導軌以可隨兩推桿同步上下往復移動的方式設置于箱體，頂置導軌上分別設置有與位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器對應的感應兀件。
[0013]進一步，控制處理單元包括:主機和從機，從機對應位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器各設置一個，主機和四個從機采取串行多機通信的方式連接；
[0014]控制處理單元還包括一一對應每一從機設置的濾波放大電路和模數(shù)轉換器，濾波放大電路輸入端與對應傳感器輸出端連接，模數(shù)轉換器輸入端與濾波放大電路輸出端連接，輸出端與對應從機輸入端連接。
[0015]進一步，演示控制系統(tǒng)還包括用于在主機與顯示裝置之間通過外部中斷方式進行數(shù)據(jù)傳輸時進行外部判斷的外部中斷判斷單元，外部中斷判斷單元與主機信號連接。
[0016]進一步,還包括凸輪廓線反轉繪制組件,凸輪廓線反轉繪制組件包括畫板、標線尺和用于驅動畫板相對于實體凸輪反向轉動的反轉驅動組件，畫板對應推桿II設置于箱體，推桿II下端設置有畫筆；
[0017]反轉驅動組件包括動力裝置、主動力齒輪、實體凸輪驅動副和畫板驅動副，主動力齒輪與動力裝置輸出端傳動配合，實體凸輪驅動副包括分支齒輪I和與分支齒輪I傳動配合的槽輪機構I，畫板驅動副包括分支齒輪II和與分支齒輪II傳動配合的槽輪機構II，分支齒輪I與主動力齒輪直接嚙合傳動，分支齒輪II與分支齒輪I直接嚙合傳動，槽輪機構I的從動軸與實體凸輪固定配合，槽輪機構II的從動軸與畫板固定配合。
[0018]進一步，還包括偏心距調節(jié)組件，偏心距調節(jié)組件包括用于驅動推桿沿頂置導軌橫向移動的橫向進給機構，橫向進給機構對應兩推桿分別設置一個，每一橫向進給機構均包括蝸輪蝸桿機構I和絲桿螺母副I，蝸輪蝸桿機構I的蝸桿與絲桿螺母副I的絲桿同軸傳動配合，絲桿螺母副I的螺母部分置于對應推桿背側設置的縱向滑槽內，每一推桿可相對于對應橫向進給機構上下移動。
[0019]進一步，還包括用于驅動機架導軌相對于推桿縱向移動的縱向進給機構，機架導軌縱向進給機構包括蝸輪蝸桿機構II和絲桿螺母副II，蝸輪蝸桿機構II的蝸桿與絲桿螺母副II的絲桿同軸傳動配合，絲桿螺母副II的螺母與機架導軌配合連接。
[0020]本實用新型的有益效果:本實用新型的凸輪機構復合型教具，設置凸輪機構，通過演示控制系統(tǒng)對凸輪機構運動過程中推桿的位移、速度和加速度，以及機構的壓力進行采集檢測，并處理轉換成數(shù)字信號送到顯示裝置對推桿的運動速度規(guī)律圖像、運動位移規(guī)律圖像和運動加速度規(guī)律圖像進行顯示，該教具不僅本身涉獵凸輪機構多個知識層面，并將各知識層面內化成統(tǒng)一的知識體系，而且定性給出凸輪機構的運動過程、運動特性，還將其定量化，使教學受眾直觀且具體的了解關于凸輪機構的組成結構、運動過程和凸輪機構運動特性的理論知識，提高教學實驗中凸輪機構各知識點教學的連貫性，并可突出凸輪機構整體設計理念，使學生可通過教具直接且宏觀具體的了解凸輪機構理論知識，增強學生對凸輪機構理論知識的探索欲望；而且，本教具使用智能化程度較高，使教具操作可不受教學實驗場地、實驗器材和實驗趣味性等多方面的約束而任意展開，提高其廣泛適用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
[0022]圖1為本實用新型的凸輪機構復合型教具的結構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型的凸輪機構復合型教具的傳動結構示意圖；
[0024]圖3為本實用新型的凸輪機構復合型教具的槽輪機構結構示意圖；
[0025]圖4為本實用新型凸輪機構復合型教具的演示控制系統(tǒng)的運動特性參數(shù)信號通道圖；
[0026]圖5為本實用新型凸輪機構復合型教具中串行多機通信連接方式示意圖；
[0027]圖6為本實用新型凸輪機構復合型教具中顯示裝置顯示運動規(guī)律圖像的過程流程圖。

【具體實施方式】
[0028]如圖1所示:本實施例的凸輪機構復合型教具，包括箱體I和凸輪機構，凸輪機構包括實體凸輪2、推桿和機架導軌3，推桿包括并列設置的推桿I 4和推桿II 4a，推桿I 4和推桿II 4a均與機架導軌3縱向滑動配合，機架導軌3以可相對于兩推桿縱向移動的方式設置，機架導軌3為橫向長度可調結構，實體凸輪2對應所述推桿I 4設置；
[0029]還包括演示控制系統(tǒng)，所述演示控制系統(tǒng)包括:用于檢測獲取推桿運動特性參數(shù)的檢測裝置、用于對所檢測參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理并輸出的控制處理單元和用于顯示最終處理結果的顯示裝置，所述檢測裝置與所述控制處理單元信號連接，所述顯示裝置信號輸入端與所述控制處理單元信號輸出端連接；其中，檢測裝置所采集推桿運動特性參數(shù)包括:推桿的位移、速度和加速度，以及機構壓力；控制處理單元用于將檢測裝置傳來的不同特性參數(shù)所對應信號分別處理成數(shù)字信號，并對處理后的數(shù)字信號進行整合后傳輸，同時對機構運動過程中是否發(fā)生自鎖進行保護判斷；顯示裝置9用于根據(jù)整合后的數(shù)字信號描點顯示凸輪機構推桿的運動規(guī)律圖像；推桿的運動規(guī)律圖像包括:運動位移規(guī)律圖像、運動速度規(guī)律圖像和運動加速度規(guī)律圖像。
[0030]其中，實體凸輪2為實際應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，本實用新型的實體凸輪2采用拆卸方便的卡簧定位；機架導軌3為橫向長度可調結構，且機架導軌3的橫向長度在調整到某一所需長度時可在推桿運動時保持該長度不動，需要其它長度時需對其重新調節(jié)，其結構可通過現(xiàn)有機械伸縮方式實現(xiàn)，在此不再贅述；為了增加推桿的運動平穩(wěn)性，可采用鎖止彈簧機構對兩推桿進行預緊，另外，本實用新型力圖滿足所有推桿類型的需要，在推桿尾端設置一個銷釘，用以連接各種不同形式的推桿；教具可能在機架導軌3長度調節(jié)過程中發(fā)生自鎖，因而必須設置一個保護系統(tǒng)避免自鎖帶來的破壞
[0031]如圖1所示，本實施例中，檢測裝置包括:用于監(jiān)測推桿的位移變化情況的位移傳感器5、用于監(jiān)測推桿的速度變化情況的速度傳感器6、用于監(jiān)測推桿的加速度變化情況的加速度傳感器7和用于動態(tài)監(jiān)測推桿上升過程中推桿對機架導軌反作用力的變化情況的壓力傳感器，位移傳感器5、速度傳感器6和加速度傳感器7均安裝設置于箱體I外壁，壓力傳感器安裝于機架導軌兩側；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；
[0032]教具還包括一頂置導軌8，推桿I 4和推桿II 4a均以可橫向移動的方式與頂置導軌8配合設置，頂置導軌8以可隨兩推桿同步上下往復移動的方式設置于箱體1，頂置導軌8上分別設置有與位移傳感器5、速度傳感器6和加速度傳感器7 對應的感應兀件(圖中為感應元件5a、感應元件6a和感應元件7a)。
[0033]本實施例中，控制處理單元包括:主機和從機，從機對應位移傳感器5、速度傳感器6、加速度傳感器7和壓力傳感器各設置一個，主機和四個從機采取串行多機通信的方式連接；如圖5和圖6所示，控制處理單元的主機和從機均為單片機，通過不同分機分別處理不同傳感器傳遞過來的信號，再將處理后的數(shù)字信號通過串行通訊方式反饋給主機(主控單片機)，主機將傳遞過來的信號整合后送到顯示裝置9，顯示出推桿的運動規(guī)律圖像，也就是說，演示控制系統(tǒng)需要三個輸入模擬通道，分別對應位移輸入通道、速度輸入通道、力口速度輸入通道，三個通道分別對應三塊從機，每塊從機將各自通道采集到的數(shù)據(jù)在存儲單元里面進行存儲，即每一輸入通道的數(shù)據(jù)均通過相應的從機存儲、傳輸，所以從機要在內部開辟一段存儲空間，用于存儲對應的位移、速度、加速度信息，優(yōu)選地，該存儲空間的存儲結構為隊列結構；由主機發(fā)出控制命令，與相應的從機進行串行通訊，主控單片機完成與從機的數(shù)據(jù)交換后，將數(shù)據(jù)送到顯示裝置9上描點，在本教具的一個工作循環(huán)內，可以同時、連續(xù)繪制出推桿運動規(guī)律的運動位移規(guī)律圖像、運動速度規(guī)律圖像和運動加速度規(guī)律圖像。
[0034]控制處理單元還包括一一對應每一從機設置的濾波放大電路和模數(shù)轉換器，濾波放大電路輸入端與對應傳感器輸出端連接，模數(shù)轉換器輸入端與濾波放大電路輸出端連接，輸出端與對應從機輸入端連接；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，而單片機處理的是數(shù)字量，所以需要對各個通道進行A/D轉換，同時，還需對傳感器采集到的模擬量進行采樣/保持、放大、濾波等一系列的處理；
[0035]四個從機分別存儲一個通道的數(shù)據(jù)，各自通道的傳感器采集的信號經(jīng)過一系列的處理后，再通過A/D轉換將轉換數(shù)據(jù)存儲在相應從機的特定存儲區(qū)域內。值得注意的是:從機數(shù)據(jù)應采用順序存儲，使得數(shù)據(jù)在時間上具有連續(xù)性。由圖可以看到，從機的數(shù)據(jù)要傳給主機，為了保證數(shù)據(jù)傳遞的一致性，對于主機與從機之間的多機通信，還應做出相關約定。
[0036]本實施例中，如圖6所示，演示控制系統(tǒng)還包括:用于在主機與顯示裝置9之間通過外部中斷方式進行數(shù)據(jù)傳輸時進行外部判斷的外部中斷判斷單元；主機的數(shù)據(jù)來自四個不同的通道，所以主機需要在數(shù)據(jù)緩存區(qū)開辟四塊獨立的空間分別存儲這四類數(shù)據(jù)，本實用新型在主機與顯示裝置9之間的數(shù)據(jù)傳送采用外部中斷方式進行；即顯示裝置9顯示推桿運動規(guī)律的過程方式為:主機將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裝置9，中斷判斷單元應該具備判斷顯示裝置9發(fā)出的“外部中段請求類型”的功能，即是說能夠判斷出顯示裝置9是想要哪一種類型的數(shù)據(jù)。在主機響應外部中斷后，將該類型的數(shù)據(jù)從對應的存儲區(qū)域取出，然后傳送給顯示裝置9。在顯示裝置9接收完一個數(shù)據(jù)之后，立即在屏幕對應的坐標系上描點。描完一個點后，將產(chǎn)生下一個中斷，顯示裝置9將接收第二種類型的數(shù)據(jù)，依次進行下去，直到完整繪出運動規(guī)律圖像為止；于是，顯示裝置9的繪圖過程與凸輪的運轉步調完全保持一致，且繪圖不受凸輪類型的限制?！疤摂M凸輪”的運動規(guī)律與“真實凸輪”完全一致，只是轉角互為相反數(shù)。
[0037]本實施例中，如圖2和圖3所示,還包括凸輪廓線反轉繪制組件,凸輪廓線反轉繪制組件包括畫板10、標線尺11和用于驅動畫板10相對于實體凸輪2反向轉動的反轉驅動組件，畫板10對應推桿II 4a設置于箱體1，推桿II 4a下端設置有畫筆；凸輪廓線反轉繪制組件主要是將實體凸輪2通過反轉法繪制成虛擬凸輪，即虛擬凸輪為畫筆根據(jù)實體凸輪2根據(jù)實體凸輪2運用反轉法原理連續(xù)畫出，虛擬凸輪不受推桿初始位置和實體凸輪2類型以及偏距的影響，使實驗者了解通過反轉法對凸輪進行設計的方法；另外，標線尺11是一個安裝固定且尺寸線對稱的直尺，必須注意到的是，真實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構，為了保證調節(jié)過程中的準確性，本實用新型設置一個尺寸線對稱分布并且零刻線分布與真實凸輪和虛擬凸輪旋轉中心對齊的水平直尺(即標線尺11)，在調節(jié)各自偏心的過程中用于參照；
[0038]反轉驅動組件包括動力裝置14、主動力齒輪15、實體凸輪驅動副和畫板驅動副，主動力齒輪15與動力裝置14輸出端傳動配合，實體凸輪驅動副包括分支齒輪I 16和與分支齒輪I 16傳動配合的槽輪機構I 17，畫板驅動副包括分支齒輪II 18和與分支齒輪II 18傳動配合的槽輪機構II 19，分支齒輪I 16與主動力齒輪15直接嚙合傳動，分支齒輪II 18與分支齒輪I 16直接嚙合傳動，槽輪機構I 17的從動軸與實體凸輪2固定配合，槽輪機構II 19的從動軸與所述畫板10固定配合；其中，動力裝置14采用控制精度高的步進電機，畫板10和實體凸輪2通過反轉驅動組件實現(xiàn)反轉，槽輪機構具有制造簡單、分度精度高的優(yōu)點，槽輪機構I 17和槽輪機構II 19對稱設置成對稱槽輪機構，形成對稱間隙機構，以實現(xiàn)實體凸輪2與畫板10的相對反轉，為了實現(xiàn)完全同步運行槽輪機構I 17和槽輪機構II 19裝配位置關系一定要嚴格對稱，在兩個槽輪機構對應的葉子上做好標記；另外，要達到對稱槽輪機構的相對反轉，而且考慮到其轉速同步精度高的要求，用尺寸規(guī)格一致的分支齒輪
I16與分支齒輪II 18外嚙合傳動來實現(xiàn)；當然本實用新型的對稱間歇機構也可以是其它能夠達到所述目的的一切機構；
[0039]其中，主動力齒輪15為一小齒輪，分支齒輪I 16與主動力齒輪15直接嚙合，分支齒輪II 18與分支齒輪I 16嚙合傳動，槽輪機構I 17的主動轉盤20與分支齒輪I 16同軸傳動，槽輪機構I 17的從動槽輪21與實體凸輪同軸傳動，槽輪機構II 19的主動轉盤22與分支齒輪II 18同軸設置，槽輪機構II 19的從動槽輪23與實體凸輪2同軸設置。
[0040]如圖1所示，本實施例中，還包括偏心距調節(jié)組件，偏心距調節(jié)組件包括用于驅動推桿沿頂置導軌8橫向移動的橫向進給機構(圖中為橫向進給機構12和橫向進給機構12a),橫向進給機構對應兩推桿分別設置一個,每一橫向進給機構均包括蝸輪蝸桿機構I和絲桿螺母副I，蝸輪蝸桿機構I的蝸桿與絲桿螺母副I的絲桿同軸傳動配合，絲桿螺母副I的螺母部分置于對應推桿背側設置的縱向滑槽內，每一推桿可相對于對應橫向進給機構上下移動；橫向進給機構采取返程不自鎖的蝸輪蝸桿機構，通過搖動蝸輪蝸桿機構I的蝸輪驅動蝸桿轉動，蝸桿帶動絲桿螺母副I的絲桿轉動，絲桿帶動螺母沿直線運動，推桿上設置有縱向滑槽，絲桿螺母副II的螺母位于縱向滑槽內且推桿上下運動時絲桿螺母副II的螺母不移動，螺母沿橫向直線運動時可推動推桿橫向移動，從而達到驅動調節(jié)凸輪機構偏心距的目的。
[0041]如圖1所示，本實施例中，還包括用于驅動機架導軌3相對于推桿縱向移動的縱向進給機構13，機架導軌3縱向進給機構13包括蝸輪蝸桿機構II和絲桿螺母副II，蝸輪蝸桿機構II的蝸桿與絲桿螺母副II的絲桿同軸傳動配合，絲桿螺母副II的螺母與機架導軌3配合連接；縱向進給機構13采用返程不自鎖的蝸輪蝸桿機構，通過搖動蝸輪蝸桿機構II的蝸輪驅動蝸桿轉動，蝸桿帶動絲桿螺母副II的絲桿轉動，絲桿帶動螺母沿直線運動，機架導軌3與絲桿螺母副II的螺母固定連接，從而達到驅動調節(jié)機架導軌3縱向移動的目的。
[0042]在對機架導軌3縱向高度的調節(jié)和凸輪機構偏心距的調節(jié)過程中，為使調節(jié)量可見，在每一蝸輪蝸桿機構的調節(jié)端設置一個簡易的游標卡尺計量機構，為現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
[0043]本實用新型在調節(jié)偏心距和調節(jié)機架導軌3縱向高度時可能會發(fā)生自鎖，考慮到機械保護裝置易損壞、結構復雜、加工困難的不足，本實用新型采用電子控制的辦法來實現(xiàn)自鎖保護。在本實用新型發(fā)生自鎖的時候，會出現(xiàn)兩個特征，一是推桿卡死在一個位置不動，即是說位移信號為一常值，二是機架導軌3對推桿的反作用力隨時間的增加明顯。鑒于著兩個特征，本實用新型在主機的防自鎖程序設計中采用了兩個判斷結構，分別判斷推桿有無上述的發(fā)生自鎖的兩個特征，當程序判斷兩個特征均存在，就認為所述凸輪發(fā)生自鎖。此時主機將調用電機停轉的子程序，讓電機停止轉動，從而保護了整個系統(tǒng)。當然，為了保證數(shù)據(jù)采集比較的實時性，本程序單元應該與多機通信程序單元交叉進行。
[0044]本實用新型的凸輪機構復合型教具及其演示控制方法，從本質上克服了傳統(tǒng)凸輪機構教具的不足，體現(xiàn)了“一物多用”、“一物巧用”、“一物深用”的現(xiàn)代化教具設計思路。“一物多用”表現(xiàn)在一套凸輪教具幾乎囊括了有關凸輪教學過程中的所有知識點，“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構設計克服了探索型教具研制過程中的瓶頸問題?！耙晃锷钣谩斌w現(xiàn)在所述復合型教具不僅僅用于機械原理的教學場合，對于實際生產(chǎn)過程與科研領域亦有相當?shù)挠梦渲亍?br> [0045]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種凸輪機構復合型教具，其特征在于:包括箱體和凸輪機構，所述凸輪機構包括實體凸輪、推桿和機架導軌，所述推桿包括并列設置的推桿I和推桿II，推桿I和推桿II均與機架導軌縱向滑動配合，所述機架導軌以可相對于兩推桿縱向移動的方式設置，所述機架導軌為橫向長度可調結構，所述實體凸輪對應所述推桿I設置； 還包括演示控制系統(tǒng)，所述演示控制系統(tǒng)包括:用于檢測獲取推桿運動特性參數(shù)的檢測裝置、用于對所檢測參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理并輸出的控制處理單元和用于顯示最終處理結果的顯示裝置，所述檢測裝置與所述控制處理單元信號連接，所述顯示裝置信號輸入端與所述控制處理單元信號輸出端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的凸輪機構復合型教具，其特征在于:所述檢測裝置包括:用于監(jiān)測推桿的位移變化情況的位移傳感器、用于監(jiān)測推桿的速度變化情況的速度傳感器、用于監(jiān)測推桿的加速度變化情況的加速度傳感器和用于動態(tài)監(jiān)測推桿上升過程中推桿對機架導軌反作用力的變化情況的壓力傳感器，所述位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器均安裝設置于所述箱體外壁，所述壓力傳感器安裝于機架導軌兩側； 所述教具還包括一頂置導軌，推桿I和推桿II均以可橫向移動的方式與所述頂置導軌配合設置，所述頂置導軌以可隨兩推桿同步上下往復移動的方式設置于所述箱體，所述頂置導軌上分別設置有與位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器一一對應的感應元件。
3.根據(jù)權利要求2所述的凸輪機構復合型教具，其特征在于:所述控制處理單元包括:主機和從機，所述從機對應位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器各設置一個，所述主機和四個所述從機采取串行多機通信的方式連接； 控制處理單元還包括一一對應每一從機設置的濾波放大電路和模數(shù)轉換器，濾波放大電路輸入端與對應傳感器輸出端連接，模數(shù)轉換器輸入端與濾波放大電路輸出端連接，輸出端與對應從機輸入端連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的凸輪機構復合型教具，其特征在于:所述演示控制系統(tǒng)還包括用于在所述主機與所述顯示裝置之間通過外部中斷方式進行數(shù)據(jù)傳輸時進行外部判斷的外部中斷判斷單元，所述外部中斷判斷單元與所述主機信號連接。
5.根據(jù)權利要求2所述的凸輪機構復合型教具，其特征在于:還包括凸輪廓線反轉繪制組件，所述凸輪廓線反轉繪制組件包括畫板、標線尺和用于驅動畫板相對于實體凸輪反向轉動的反轉驅動組件，所述畫板對應推桿II設置于箱體，所述推桿II下端設置有畫筆； 所述反轉驅動組件包括動力裝置、主動力齒輪、實體凸輪驅動副和畫板驅動副，所述主動力齒輪與所述動力裝置輸出端傳動配合，所述實體凸輪驅動副包括分支齒輪I和與所述分支齒輪I傳動配合的槽輪機構I，所述畫板驅動副包括分支齒輪II和與分支齒輪II傳動配合的槽輪機構II，所述分支齒輪I與所述主動力齒輪直接嚙合傳動，所述分支齒輪II與所述分支齒輪I直接嚙合傳動，所述槽輪機構I的從動軸與所述實體凸輪固定配合，所述槽輪機構II的從動軸與所述畫板固定配合。
6.根據(jù)權利要求2所述的凸輪機構復合型教具，其特征在于:還包括偏心距調節(jié)組件，所述偏心距調節(jié)組件包括用于驅動推桿沿頂置導軌橫向移動的橫向進給機構，橫向進給機構對應兩推桿分別設置一個，每一橫向進給機構均包括蝸輪蝸桿機構I和絲桿螺母副I，蝸輪蝸桿機構I的蝸桿與絲桿螺母副I的絲桿同軸傳動配合，絲桿螺母副I的螺母部分置于對應推桿背側設置的縱向滑槽內，每一推桿可相對于對應橫向進給機構上下移動。
7.根據(jù)權利要求1-6任一權利要求所述的凸輪機構復合型教具，其特征在于:還包括用于驅動機架導軌相對于推桿縱向移動的縱向進給機構，所述機架導軌縱向進給機構包括蝸輪蝸桿機構II和絲桿螺母副II，蝸輪蝸桿機構II的蝸桿與絲桿螺母副II的絲桿同軸傳動配合，絲桿螺母副II的螺母與機架導軌配合連接。
【文檔編號】G09B25/02GK204215651SQ201420500533
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】胡啟國, 向果, 侯楠, 秦鋒 申請人:重慶交通大學