[发明专利]一种卧式平面机构组合式教具

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械类机械原理课程的教学用具，具体涉及一种卧式平面机构组合式教具。

背景技术

机械原理课是机械类专业技术基础课程，任务是让学生了解有关常用机构和常用零件方面的基础知识，再学习机构方面的复杂设计计算。认识零件和机构是一个重要环节，如何让学生通过老师的讲解快速地掌握复杂抽象的机构运动原理，教具是很好的选择，机械类教具的使用大大加快了学生理解和掌握课堂知识的过程，应用前景广泛。

平面机构运动形式多样，如转动、摆动、移动和平面或空间等复杂运动。直观性是主要的教学原则之一，学生需要感性知识或经验为基础来更好地掌握书本知识，尤其是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构及凸轮机构的机械知识，如果单纯利用讲解和画图的方式是不能完全对其进行阐述和理解，这样不仅增加了老师的教学负担，而且影响学生的学习效果。

现在市场上是有类似产品的，但其功能相对较为单一，而且参数都是不可调的，只能进行的单个机构的演示，而且每个教具都需单独配备一个电控箱，成本高效率低。还有一些机械类创新实验的教具，需要学生自己组装，因为设计方面的原因，运动过程中压力角和摩擦力都比较大，无法实现运动，也没有动力源，更没有电控和运动参数输出，由于各零部件非常分散，效率低是其一，在实验时间内能不能搭建成功都是个大问题，更别谈实现运动进行分析。

综上，对平面机构中典型机构进行演示的教具进行新设计的意义是非常大的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服市场上现有平面连杆类和凸轮类教具的功能简单效率低、使用拆装保存不便、稳定性差而寿命又不长等不足，提供一种卧式平面机构组合式教具，在实现曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆、曲柄滑块、凸轮等一些机械原理中典型平面机构演示的同时，也可以自由组合成不同的机构，还可以改变连杆长度参数进行机构的演化和组合实验，变换简单操作灵活效率大大提高，对于连杆类机构，由于连接轴上万向球的支撑作用，有效避免了悬臂梁的存在，降低了杆件和轴类零件的材料要求和加工要求，从而降低了成本、增强了机构稳定性、增长了机构整体使用寿命。多种机构融为一体，使得很多零部件可以共用，基础部分就是最好的一个例子，而且各机构演示的零部件也可共用，这使得生产成本和制造难度大幅降低。除了最小装配尺寸过大的从动轴座组件、尺寸很长的曲柄滑块导轨组件外，其它零部件和可能用到的小工具都可放置在收纳箱中，从动轴座组件的从动轴横梁可下放直接贴于工作面板上并固定，而从动轴座可安放在机架右下角焊于立柱的横梁上，导轨组件中的导轨梁可直接安放在它正常工作时的位置，导轨则可紧挨机架上边界固定。这样整个教具的所有零部件都收缩于机架上，整体为扁平长方体造型，很利于存储和运输。

所述卧式平面机构组合式教具包括基础部分、连杆部分、曲柄滑块部分和凸轮部分。基础部分包括机架、收纳箱、电控与测量系统、动力系统；连杆部分包括连杆组件、连接轴组件、从动轴座组件；曲柄滑块部分包括连杆组件、滑块、导轨组件；凸轮部分包括凸轮、从动件、导向组件。

所述基础部分是所有机构演示的基础，为各演示提供一个演示平台，由机架、收纳箱、电控与测量系统和动力系统四部分组成。机架为一体化构件，采用焊接；以工作面板为基础，在四角焊接立柱作为支撑脚；在工作面板下焊接三横三纵6根面板加强板；面板以下还要焊接主轴、电机轴和角位移传感器轴这三个轴的安装结构，以及三个承托收纳箱的抽屉式横梁；工作面板右侧按焊接四支撑脚的方式，焊接从动轴横梁导轨；在右下角的支撑脚上焊接从动轴座组件存放梁；收纳箱共有三个以抽屉形式布置在机架上工作面板下；电控与测量系统包括电机驱动器、数据处理器（A/D模块、PWM模块、蓝牙模块）、传感器和机架右下角的收纳箱。电机驱动器和数据处理器的各物理结构分散固定在收纳箱Ⅰ内，并在收纳箱Ⅰ右侧壁上开孔装电源接口，最后收纳箱以抽屉结构安放于机架右下角工作面板之下，还有两个收纳箱用于存放零部件和小型维修工具；动力部分则是有电机、同步带组和主轴组成，电机安装在机架左下角的工作面板上，且电机轴伸入到工作面板以下，主轴则贯穿工作面板安装在机架的中部，电机和主轴通过同步带组连接传递扭矩。

所述连杆部分用于平面连杆机构的演示，由连杆组件、连接轴组件和从动轴座组件三个部件组成。根据演示需要选择合适的连杆用带万向球的连接轴连接，组成连杆组件，将从动轴横梁固定在机架对应导轨上，再把从动轴座安装在从动轴横梁上，最后将连杆组件首尾分别连接到机架的主轴和从动轴座组件的从动轴上。