[实用新型]一种球面四连杆机构演示教具

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械教学仪器设备领域，尤其涉及一种球面四连杆机构演示教具。

背景技术

连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的机构。最简单的连杆机构是由四个构件组成的，简称四杆机构。全部用回转副组成的四杆机构称为铰链四杆机构，它是四杆机构最基本的形式。在四连杆机构中，其为固定件称为机架，与机架用回转副相连接的杆称为连架杆,不与机架直接连接称为连杆。能作整周转动的连架杆称为曲柄,仅能在某一角度摆动的连架杆称为摇杆。对于铰链四杆机构来说，机架和连杆总是存在的，可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

连杆机构分为平面连杆机构和空间连杆机构，我们见过、用过最多的是平面连杆机构，大多机构演示教具仪器是针对平面连杆机构设计的；而针对空间四杆机构的演示教具却很少。

在《机械原理》课程的教学中常常遇到一些学生对平面四杆机构的工作、转换原理认识不清、理解不全的问题，老师会拿出平面四连杆机构演示教具来演示整个运动过程以减小教学负担，同时可提高学生的学习效果，增强学习机械原理的乐趣。而球面四杆机构是空间四杆机构的基本形式，希望能有演示球面四杆机构的教学仪器，这对扩大机械类学生的知识面和对空间连杆机构都有重要的教学意义。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种球面四连杆机构演示教具，可演示空间曲柄摇杆机构、空间双曲柄机构、空间双摇杆机构的运动过程。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种球面四连杆机构演示教具，它主要由底座、转臂、球形机架、主动连杆、中间连杆、从动连杆组成。球面四连杆机构由球形机架、主动连杆、中间连杆、从动连杆组成。

主动连杆两侧上布置有长臂和短臂，其两端开有长臂孔和短臂孔，使用不同的连接时可作为曲柄或摇杆使用。从动连杆设置有一系列的长度，可根据需要搭建的机构类型选用不同长度的从动连杆，从动连杆一端设置有圆柱孔，另一端设置有定位销。球形机架支撑在转臂上可绕自由转动，转臂安插在底座的孔中可转动，球形机架球面上设置有一个电机输出轴与主动连杆中部的主轴孔通过键连接传递动力，机架球面上还设置有一系列的中心孔用于安插从动连杆的定位销，当定位销插入不同的中心孔时，可搭建不同的空间四杆机构类型。中间连杆也设置有一系列的长度，中间连杆两端有定位销，将一端的定位销插入主动连杆的长臂孔（或短臂孔），另一端插入从动连杆的圆柱孔中，从而完成空间铰链四杆机构的搭建。

空间铰链四杆机构需要满足的尺寸要求为：球形机架、主动连杆、中间连杆、从动连杆上的定位销、定位孔、中心孔都要过球形机架的几何中心。构成空间铰链四杆机构的球形机架、主动连杆、中间连杆、从动连杆两铰接点相对于球形机架的几何中心的圆心角分别为θ₁、θ₂、θ₃、θ₄相当于平面铰链四杆机构的四杆的杆长。

1.当θ₂最小，且θ₂与最大的θ角之和小于其余两角之和时，该演示机构为空间曲柄摇杆机构。

2.当θ₁最小，且θ₁与最大的θ角之和小于其余两角之和时，该演示机构为空间双曲柄机构。

3.当θ₃最小，且θ₁与最大的θ角之和小于其余两角之和时，该演示机构为空间双摇杆机构。

4.当最小的θ角与最大的θ角之和大于其余两角之和时，该演示机构为空间双摇杆机构。

在系列长度的中间连杆中选择不同的中间连杆可以得到不同的θ₃，在系列长度的从动连杆中选择不同的从动连杆可以得到不同的θ₄，改变从动连杆定位销在机架球面上安插的中心孔位置可改变θ₁，改变主动连杆长臂和短臂的接入可以得到不同的θ₂；从而可以演示空间曲柄摇杆机构、空间双曲柄机构、空间双摇杆机构的运动过程。

球形机架内部装有电池，由开关可以控制直流电机的转动。当演示空间曲柄摇杆机构时，打开开关通过电机输出轴带动主动连杆的转动，使整个空间曲柄摇杆机构运动起来；当演示空间双摇杆机构和空间双曲柄机构时，断开开关通过手动拨动连杆，演示空间双摇杆机构和空间双曲柄机构的运动过程。