一種盤形凸輪教具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械原理課程教具，具體是一種盤形凸輪教具。
【背景技術(shù)】
[0002]教學(xué)課本所示凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法有兩種:作圖法和解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線。但根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，即使是針對較為易學(xué)的作圖法，學(xué)生也難以做到真正理解和掌握。問題出現(xiàn)的根源在于，學(xué)生不能直觀地感受作圖法所依據(jù)的原理，即相對運(yùn)動原理，通常稱為反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法的書面定義過于理論化:給整個由凸輪、機(jī)架、從動件組成的凸輪機(jī)構(gòu)施以_ω時，不影響各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復(fù)合運(yùn)動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。
[0003]而公開號203773860U的中國專利，一種機(jī)械原理凸輪教具，雖然其通過色標(biāo)傳感器、單片機(jī)、機(jī)械手等實現(xiàn)了展示凸輪輪廓形成規(guī)律的過程，但由于其依賴于傳感裝置和信號處理，而不是機(jī)械裝置，學(xué)生并不能透過此類教具最直觀地感受到其背后的原理性知識，另外，此種教具還存在功能單一的問題，即不能通過已知凸輪輪廓，推出凸輪的從動件運(yùn)動規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種盤形凸輪教具，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種盤形凸輪教具，包括機(jī)架，所述機(jī)架為長方體框形結(jié)構(gòu)，自下而上通過橫梁分為五層，直流電機(jī)設(shè)于機(jī)架第二層左側(cè)，直流電機(jī)輸出軸上的主動帶輪和主動軸上的傳動帶輪構(gòu)成帶輪傳動將動力傳遞至機(jī)架第三層的主動軸，主動軸兩端由深溝球軸承b定位，所述主動軸通過第一傳動系統(tǒng)將動力傳遞至位于機(jī)架前方的從動件機(jī)構(gòu)，所述主動軸通過第二傳動系統(tǒng)將將動力傳遞至位于從動件機(jī)構(gòu)下方的反轉(zhuǎn)法演示機(jī)構(gòu)，所述主動軸通過第三傳動系統(tǒng)將動力傳遞至位于機(jī)架上方的從動件運(yùn)動規(guī)律演示機(jī)構(gòu)，所述主動軸也可通過第四傳動系統(tǒng)將動力從另一方向傳遞至從動件運(yùn)動規(guī)律演示機(jī)構(gòu)。本發(fā)明通過直流電機(jī)一個動力源即可實現(xiàn)多種傳動效果，不同傳動效果的組合即可滿足多種教學(xué)需求，具有節(jié)能環(huán)保，集成化程度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]進(jìn)一步地，所述第一傳動系統(tǒng)包括位于主動軸右側(cè)的空心軸，所述主動軸上的齒輪b，所述空心軸上的齒輪f以及位于齒輪b和齒輪f之間并與齒輪b和齒輪f同時嚙合的齒輪d，所述齒輪d通過齒輪架定位，齒輪架底座固定于縱向架于機(jī)架第二層的支撐底板上，支撐底板位置固定，所述空心軸長于主動軸，空心軸后端通過深溝球軸承支撐，前端通過固定在支撐底板上的空心軸支架支撐，空心軸支架支撐空心軸部分為軸套形狀，空心軸上套有由緊固螺釘固定的后凸輪，后凸輪露出在機(jī)架前方。后凸輪露出在機(jī)架前方有利于機(jī)械設(shè)計教學(xué)過程中讓學(xué)生們直觀感受凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成。
[0008]進(jìn)一步地，所述從動件機(jī)構(gòu)包括位于機(jī)架I頂部前方的滑軌a及相配合的可動滑套，可動滑套露出機(jī)架部分開有方形通孔，通孔中套有傳動桿，傳動桿可在可動滑套的方形通孔中上下移動，所述傳動桿頂端設(shè)有筆尖套，筆尖套通過壓簧和壓簧螺栓與傳動桿連接，筆尖套的圓形插筆口中筆頭方向向后，所述傳動桿的底部結(jié)構(gòu)為U形，通過螺栓固定有滾子或平底或尖底或其他常見類型從動件，且從動件底部可與后凸輪形成高幅連接。傳動桿頂端設(shè)有的筆尖套可以隨著傳動桿底部從動件與后凸輪的高幅連接上下移動，傳動桿的底部結(jié)構(gòu)設(shè)計可使多種常見類型的從動件與后凸輪形成高幅連接，讓學(xué)生更全面地了解凸輪傳動類型。
[0009]進(jìn)一步地，所述第二傳動系統(tǒng)包括位于主動軸后端的齒輪C，位于空心軸內(nèi)部的從動軸，以及從動軸上與齒輪c相嚙合的齒輪e，所述從動軸長于空心軸，有部分露出于空心軸支架，所述第一傳動系統(tǒng)和第二傳動系統(tǒng)上的齒輪均與所連接的軸通過圓柱頭螺釘a固定，所述第二傳動系統(tǒng)中嚙合齒輪的傳動比與第一傳動系統(tǒng)中嚙合齒輪的傳動比大小相等。因為第二傳動系統(tǒng)中嚙合齒輪的傳動比與第一傳動系統(tǒng)中嚙合齒輪的傳動比大小相等，又已知第一傳動系統(tǒng)中的齒輪數(shù)目為二，第二傳動系統(tǒng)中齒輪數(shù)目為三，因此兩個傳動系統(tǒng)的輸出軸轉(zhuǎn)速大小相等，方向相反，形象地還原了反轉(zhuǎn)法原理的物理情景。
[0010]進(jìn)一步地，所述反轉(zhuǎn)法演示機(jī)構(gòu)包括后端與空心軸支架套筒形部分套合，前端與透明的圖形繪圖板相貼的前凸輪，前凸輪與從動軸通過緊定螺釘連接，前凸輪的形狀大小與后凸輪一致，所述從動軸伸出圖形繪圖板部分套有從動件滑套，從動件滑套通過圓柱頭螺釘C與從動軸固定，從動件滑套與從動軸配合的孔上方開有U形槽，槽內(nèi)縱向插有U形滑桿，U形滑桿外側(cè)設(shè)有固定的偏心筆裝置，所述偏心筆裝置為一 L形塊，偏心筆裝置的橫臂通過螺紋連接與U形滑桿連為一體，縱臂下方開有一孔，內(nèi)插有可通過螺栓調(diào)節(jié)伸出量的畫筆，畫筆頭方向朝向圖形繪圖板，所述U形滑桿頂端還設(shè)有偏心裝置支架，所述偏心裝置支架為L形結(jié)構(gòu)，偏心裝置支架的橫臂通過緊定螺釘a連接U形滑桿，縱臂底部為U形結(jié)構(gòu)，通過螺栓固定有滾子或平底或尖底或其他常見類型從動件，所述偏心筆裝置上的畫筆筆尖、反轉(zhuǎn)法演示機(jī)構(gòu)中的從動件和前凸輪接觸點(diǎn)、從動件機(jī)構(gòu)中的從動件與后凸輪的接觸點(diǎn)在同一直線上。前凸輪和后凸輪大小一致，所述偏心筆裝置上的畫筆筆尖、反轉(zhuǎn)法演示機(jī)構(gòu)中的從動件和前凸輪接觸點(diǎn)、從動件機(jī)構(gòu)中的從動件與后凸輪的接觸點(diǎn)在同一直線上的設(shè)計更高程度地還原了反轉(zhuǎn)法原理的物理情景，假設(shè)從動件機(jī)構(gòu)中的后凸輪的轉(zhuǎn)速為ω，則隨著反轉(zhuǎn)法演示機(jī)構(gòu)中的從動件貼著前凸輪一起以_ω轉(zhuǎn)動時，偏心筆裝置上的畫筆筆尖在圖形繪圖板上所刻畫的形狀即為前凸輪也是后凸輪的輪廓形狀。
[0011]進(jìn)一步地，所述第三傳動系統(tǒng)包括位于機(jī)架I第五層由深溝球軸承a定位的左軸與右軸，同步帶傳動機(jī)構(gòu)，齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，所述同步帶傳動機(jī)構(gòu)中的兩個同步帶輪分別位于空心軸上和左軸上，所述齒形帶傳動機(jī)構(gòu)中齒形帶與左軸及右軸上的齒形帶輪嚙合，所述齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)中包括兩個傳動齒輪，所述兩個傳動齒輪分別與左軸、右軸花鍵聯(lián)接，兩個傳動齒輪上設(shè)有與它們同時嚙合的水平方向齒條a。通過已知后凸輪轉(zhuǎn)動一周所需要的時間，只要控制第三傳動系統(tǒng)中各傳動機(jī)構(gòu)的傳動比，即可容易保證從動件規(guī)律畫板在滑軌b上運(yùn)動一行程的時間與后凸輪轉(zhuǎn)動一周的時間相等。
[0012]進(jìn)一步地，所述的從動件運(yùn)動規(guī)律演示機(jī)構(gòu)包括連接在齒條a外側(cè)的從動件規(guī)律畫板，所述從動件規(guī)律畫板內(nèi)表面連有兩個以上滾珠滑塊，所述滾珠滑塊的配套滑軌b設(shè)置在機(jī)架頂端靠前方第二根橫梁前側(cè)面，所述從動件規(guī)律畫板在滑軌b上運(yùn)動一行程的時間與后凸輪轉(zhuǎn)動一周的時間相等。通過控制直流電機(jī)在一定時間范圍內(nèi)的正反轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)從動件規(guī)律畫板向左右兩個方向的行程運(yùn)動，又由于從動件規(guī)律畫板與隨著凸輪機(jī)構(gòu)上下移動的畫筆摩擦，畫筆在從動件規(guī)律畫板上留下的曲線即為從動件運(yùn)動規(guī)律曲線。
[0013]進(jìn)一步地，所述第四傳動系統(tǒng)包括位于機(jī)架第三層空心軸右側(cè)的擺桿主動軸，擺桿主動軸上設(shè)有齒輪g，所述齒輪g與擺桿從動軸上的齒輪h嗤合，擺桿主動軸與擺桿從動軸均通過深溝球軸承定位，擺桿主動軸外側(cè)端面中心通過緊定螺釘b固定擺桿一端，擺桿的另一端與后凸輪接觸，形成高幅連接，擺桿從動軸露出機(jī)架部分上連接有齒輪a，與齒輪a嗤合的齒條b固定在擺桿傳動桿上，擺桿傳動桿與機(jī)架連接方式同傳動桿與機(jī)架的連接方式，其中，滑軌a與機(jī)架間通過圓柱頭螺釘a連接，所述擺桿傳動桿頂端結(jié)構(gòu)同所述筆尖套。凸輪的擺桿從動件運(yùn)動規(guī)律展示原理與凸輪的常見類型從動件運(yùn)動規(guī)律展示原理類似，通過齒輪齒條轉(zhuǎn)化的方式，將擺桿的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成常見類型從動件的豎直運(yùn)動，從而得到擺桿從動件的運(yùn)動規(guī)律曲線。
[0014]進(jìn)一步地，所述機(jī)架由鋁型材相互連接而成，連接處通過T形螺母、圓柱頭螺釘b、固定角形連接件連接，機(jī)架底部四周設(shè)有腳輪。本發(fā)明作為機(jī)械原理課程教具，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，便于攜帶的特點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:作為一種機(jī)械設(shè)計教具，將凸輪教學(xué)中關(guān)于凸輪輪廓設(shè)計的反轉(zhuǎn)法原理、從動件運(yùn)動規(guī)律的形成過程形象化，它功能多樣，使用方便，具有教學(xué)推廣價值。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種盤形凸輪教具的主視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明一種盤形凸輪教具的左視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一種盤形凸輪教具主視圖上B-B方向上的剖視圖；
[0019]圖中，1-機(jī)架，2-齒條a，3-偏心裝置支架，4_U形滑桿，5_緊定螺釘a，6_可動滑套，7-滑軌a，8-齒形帶，9-傳動齒輪，10-圓柱頭螺釘a，11-擺桿傳動桿，12-T型螺母，13-圓柱頭螺釘b，14-角形連接件，15-齒條b，16-齒輪a，17-緊定螺釘b，18-擺桿，19-圖形繪圖板，20-從動件滑套，21—圓柱頭螺釘C，22-偏心筆