專利名稱：機械自動加法裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于涉及一種數學計算工具，涉及一種機械自動加法裝置。
背景技術：
人們采用計算工具輔助數學計算的歷史較為悠久，如早期的機械式算盤、機械式計算機等。現代人們可以使用更加便捷快速的電子類計算器進行數學計算。但這些已有的計算工具，在數學運算的過程中，不能直觀地展現數學計算的原理與機制。這對于已掌握數學運算原理的人來講，不存在著使用難題，但對于數學計算的初學者兒童來講，這些計算工具就難以達到啟發他們對數學計算原理和機制的理解與掌握。從兒童數學學習的過程知道，加法是他們學習數學入門的第一步，而加法中的進位機制和相加順序是孩子們學習數學所面臨的一個門坎。 發明內容本實用新型針對數學計算的初學者兒童，提供一種自動進行加法運算的機械裝置，實現加法進位和順序相加的自動直觀過程，幫助數學初學者理解進位機制和加法相加的順序原理。本實用新型解決技術問題所采取的技術方案為本實用新型包括機架、上通道、間歇傳遞機構、順序控制機構、進位機構、存放容器及圓球體。所述的機架由下平臺、立柱、背架桿及回收槽組成；立柱是一個L形的型材，通過螺栓直立安裝在下平臺的兩側；背架桿是一組扁平型材，通過螺栓安裝在兩側的立柱上；回收槽位于進位機構中圓柱開關的下方，通過螺栓固定在下平臺上。所述的上通道是一中空的圓柱形管，通過U形夾傾斜固定安裝在背架桿的上部前方；上通道的數量由所需實現加法的位數決定，每位數對應一個上通道。所述的間歇傳遞機構由傳遞轉輪和傳遞滑道組成；傳遞轉輪和傳遞滑道的數量與上通道的數量相同；傳遞轉輪圓柱面上設有一個傳遞球槽，球槽的直徑大于圓球體的直徑；每個傳遞轉輪均通過轉軸安裝在上通道出口對應的下方，通過配重，傳遞轉輪在靜止狀態時，傳遞球槽正好位于上通道出口的正下方；傳遞滑道在下部通過螺栓固定在存放容器的上端，側靠背架桿前方，位于傳遞轉輪的左側。所述的順序控制機構由旋轉擺桿和平移桿組成；旋轉擺桿通過轉軸傾斜固定在背架桿上的后方，旋轉擺桿和平移桿通過鉸鏈連接，構建一個平行運動的平面桿件機構；旋轉擺桿的數量與上通道的數量相同；平移桿的推或拉，控制旋轉擺桿的未端是否位于上通道和傳遞轉輪之間，旋轉擺桿的未端相當于上通道下部出口的開關；這個開關效應由旋轉擺桿未端形狀的不同，由平移桿推或拉的位移控制進行分級。所述的進位機構由滑道、雙搖臂四桿機構、驅動撥桿和圓柱開關組成；進位機構的構件數量與上通道的數量相同；滑道是一個U槽道，通過螺栓固定安裝在存放容器的上部，將相鄰的存放容器的上部傾斜相連；雙搖臂四桿機構的上搖臂桿通過軸與驅動撥桿相連，且該軸固定安裝在滑道的U形槽道的后側臂上，驅動撥桿位于U槽道內；雙搖臂四桿機構的下搖臂桿通過鉸鏈安裝在圓柱開關的側平面上；圓柱開關是一個圓柱形體，貫穿圓柱面開有一個通孔，通孔的直徑大于圓球體的直徑，圓柱開關通過軸與背架桿固定安裝在存放容器的正下方；驅動撥桿未動作時，圓柱開關的通孔不在存放容器的正下方，驅動撥桿動作時，通過雙搖臂四桿機構的傳動，使圓柱開關的通孔正好處于存放容器的正下方，使圓球體通過圓柱開關的通孔下落。所述的存放容器，其存放圓球體部分的高度等于所選圓球體直徑的九倍，存放容器的數量比上通道的數量多一個；存放容器通過螺栓直立安裝在機架的下平臺上，其上部位于傳遞滑道的正下方，下部位于圓柱開關的正上方。所述的圓球體，可以是兒童玩耍的彈珠，也可以是其它的小圓球體。與現有計算工具相比，本實用新型對加法自動運算具有直觀的進位和順序相加的過程，非常有助于啟發數學計算入門的學習與應用。

圖I為本實用新型主視圖；圖2為本實用新型后視圖；圖3為本實用新型順序控制機構平面示意圖；圖4本實用新型算例結果示意圖。
具體實施方式
下面以百位內加法自動計算的裝置為例，進行附圖說明，其它位內加法自動計算的裝置與此類似。如圖I和圖2所示，本實施例包括機架I、上通道2、間歇傳遞機構3、順序控制機構4、進位機構5、存放容器6及圓球體7。如圖I和圖2所示，機架由下平臺1-1、立柱1-2、背架桿1-3及回收槽1-4組成。立柱1-2是一個L形的型材，通過螺栓直立安裝在下平臺1-1的兩側；背架桿1-3是一組扁平型材，通過螺栓安裝在兩側的立柱1-2上；回收槽1-4位于圓柱開關5-4的下方，通過螺栓固定在下平臺1-1上。如圖I所示，上通道2是一中空的圓柱形管，通過U形夾傾斜固定安裝在背架桿1-3的上部前方；上通道2的數量有兩個，從右至左，分別為個位數和十位數的通道。如圖I和圖2所示，間歇傳遞機構3由傳遞轉輪3-1和傳遞滑道3-2組成。傳遞轉輪3-1和傳遞滑道3-2的數量與上通道2的數量相同；傳遞轉輪3-1的圓柱面上設有一個傳遞球槽3-1-1，球槽3-1-1的直徑大于圓球體7的直徑；每個傳遞轉輪3-1均通過轉軸安裝在背架桿1-3前方的上通道2出口對應的下方，通過配重，傳遞轉輪3-1在靜止狀態時，傳遞球槽3-1-1正好位于上通道2出口的正下方；傳遞滑道3-2在下部通過螺栓固定在存放容器6的上端，側靠背架桿1-3的前方，位于傳遞轉輪3-1的左側。如圖I、圖2和圖3所示，順序控制機構4由旋轉擺桿4-1、平移桿4_2組成。旋轉擺桿4-1通過轉軸傾斜固定在背架桿1-3上的后方，旋轉擺桿4-1和平移桿4-2通過鉸鏈連接，構建一個平行運動的平面桿件機構。旋轉擺桿4-1的數量與上通道的數量相同；平移桿4-2的推或拉，控制旋轉擺桿4-1的未端是否位于上通道2和傳遞轉輪3-1之間，旋轉擺桿4-1的未端相當于上通道2下部出口的開關；這個開關效應由旋轉擺桿4-1未端形狀的不同，由平移桿4-2推或拉的位移控制分為兩級，即右邊旋轉擺桿4-1的未端使圓球體進入傳遞機構3時，左邊的旋轉擺桿4-1的未端還不能使圓球體進入傳遞機構3。如圖I和圖2所示，進位機構5由滑道5-1、雙搖臂四桿機構5-2、驅動撥桿5_3和圓柱開關5-4組成。進位機構5的數量與上通道2的數量相同；滑道5-1是一個U槽道，通過螺栓固定安裝在存放容器6的上部，將相鄰的存放容器6的上部傾斜相連；雙搖臂四桿機構5-2的上搖臂桿5-2-1通過軸與驅動撥桿5-3相連，且該軸固定安裝在滑道5-1的U形槽道的后側臂上，驅動撥桿5-3位于U槽道內；雙搖臂四桿機構5-2的下搖臂5-2-2桿通過鉸鏈安裝在圓柱開關5-4的側平面上；圓柱開關5-4是一個圓柱形體，貫穿圓柱面開有一個 通孔，通孔的直徑略大于圓球體7的直徑，圓柱開關5-4通過軸與背架桿1-3固定安裝在存放容器6的正下方。驅動撥桿5-3未動作時，圓柱開關5-4的通孔5-4-1不在存放容器6的正下方，驅動撥桿5-3動作時，通過雙搖臂四桿機構5-2的傳動，使圓柱開關5-4的通孔5-4-1正好處于存放容器6的正下方,使圓球體7通過圓柱開關5-4的通孔5-4-1下落。如圖I和圖2所示，存放容器6，其存放圓球體部分的高度等于所選圓球體7直徑的九倍；存放容器6的數量比上通道2的數量多一個，從右至左，分別為個位、十位和百位；存放容器6通過螺栓直立安裝在機架I的下平臺1-1上，其上部位于傳遞滑道3-2的正下方，下部位于圓柱開關5-4的正上方。如圖I所示，圓球體7，可以是兒童玩耍的彈珠，也可以是其它的小圓球體。以99+12為例,該裝置的具體操作過程為如圖I所示，先以圓球體7作為數的載體，將被加數99的個位和十位數載體分別為9個的圓球體7，通過上通道2和間歇傳遞機構3進入存放容器6。將加數12的個位和十位數載體分別為2個和I個圓球體放入相應位上的上通道2內。拉動順序控制機構4的平移桿4-2的第一級，使個位旋轉擺桿4-1的未端偏出個位上通道2的下端，使個位數載體的圓球體7能進入個位間歇傳遞機構3內。個位數載體的第I個圓球體7在重力勢能的作用下，落入個位數傳遞轉輪3-1的球槽3-1-1內，在數載體的圓球體7的重力作用下，推動傳遞轉輪3-1旋轉，并使圓球體7在傳遞滑道3-2內，隨著傳遞轉輪3-1旋轉，旋轉到傳遞滑道3-2的下端，圓球體7在重力作用下，落入存入容器6 ;此時，傳遞轉輪3-1在慣性作用下繼續旋轉，當球槽3-1-1旋轉到上通道2出口的正下方時，先前由于傳遞轉輪3-1和傳遞滑道3-2的阻隔作用滯留在上通道2出口的第2個圓球體7，在此時可以落入傳遞轉輪3-1的球槽3-1-1內，與第I個圓球體7 —樣被間歇傳遞機構3進行傳遞。加數第I個圓球體7落入個位存放容器6內時，由于個位存放容器6內已有被加數的9個圓球體7，此時，已容不下這個新進入的加數第I個圓球體7，這個圓球體7在重力作用下沿著個位的進位機構5的滑道5-1，滑入十位存放容器6 ;當這個加數第I個圓球體7在個位進位機構5的滑道5-1內滑動時，碰觸個位進位機構5的驅動撥桿5-3，使驅動撥桿5-3轉動一個角度，在個位進位機構5的雙搖臂四桿機構5-2的傳動下，個位進位機構5的圓柱開關5-4也轉動一個角度，使圓柱開關5-4內的通孔5-4-1正好位于個位存放容器6的正下方，使個位存放容器6內先前的被加數載體的9個圓球體7，在重力作用下落出存放容器6，實現個位的“逢十進一”；當所有的9個圓球體7落出后，圓柱開關5-4在進位機構自身重力作用下自動復位，個位存放容器6又可以存放新進入數載體的圓球體7 ;在進位的過程中，由于間歇傳遞機構3的間歇傳遞作用，個位加數的第2個圓球體7還沒有進入個位存放容器6 ;當個位加數的第2個圓球體7進入個位存放容器6時，個位存放容器6已復位，可以存放這個個位加數的第2個圓球體7，使得本例加法中的個位結果為I。個位進位的圓球體7進入十位存放容器6時，與個位存放容器6內的情況類似，進一步實現進位，向百位存放容器6進一位，并清空十位存放容器6，此時該裝置自動完成了加數的個位數的相加過程。再拉動順序控制機構4的平移桿4-2的第二級，使十位旋轉擺桿4-1的未端偏出十位上通道2的下端，使十位數載體的圓球體7能進入十位間歇傳遞機構3內。加數的十位數載體圓球體7與個位數載體圓球體7 —樣，在十位間歇傳遞機構3 的作用下，將圓球體7傳遞進入十位存放容器6 ;本例中，由于加數個位相加后,十位存放容器6內已沒有圓球體7，加數的十位數載體的I個圓球體7存放于十位存放容器6內，使得本例加法中的十位結果為I。由于加數十位相加過程中沒有進位，百位中只是在加數個位相加中使十位向百位有一個進位，使得本例加法中的百位結果為I。本例中，如圖4所示，99+12使本裝置自動計算的結果是百位存放容器6上有I個圓球體7、十位存放容器6上有I個圓球體7，個位存放容器6上有I個圓球體7，即自動計算的最終結果為111。與本例類似，該裝置可以自動地進行加數為百位內的加法運算，且計算過程的進位機制和加法順序直觀明了。
權利要求1.機械自動加法裝置，包括機架、上通道、間歇傳遞機構、順序控制機構、進位機構、存放容器及圓球體，其特征在于 所述的機架由下平臺、立柱、背架桿及回收槽組成；立柱是一個L形的型材，通過螺栓直立安裝在下平臺的兩側；背架桿是一組扁平型材，通過螺栓安裝在兩側的立柱上；回收槽位于進位機構中圓柱開關的下方，通過螺栓固定在下平臺上； 所述的上通道是一中空的圓柱形管，通過U形夾傾斜固定安裝在背架桿的上部前方；上通道的數量由所需實現加法的位數決定，每位數對應一個上通道； 所述的間歇傳遞機構由傳遞轉輪和傳遞滑道組成；傳遞轉輪和傳遞滑道的數量與上通道的數量相同；傳遞轉輪圓柱面上設有一個傳遞球槽，球槽的直徑大于圓球體的直徑；每個傳遞轉輪均通過轉軸安裝在上通道出口對應的下方，通過配重，傳遞轉輪在靜止狀態時，傳遞球槽正好位于上通道出口的正下方；傳遞滑道在下部通過螺栓固定在存放容器的上 端，側靠背架桿前方，位于傳遞轉輪的左側； 所述的順序控制機構由旋轉擺桿和平移桿組成；旋轉擺桿通過轉軸傾斜固定在背架桿上的后方，旋轉擺桿和平移桿通過鉸鏈連接，構建一個平行運動的平面桿件機構；旋轉擺桿的數量與上通道的數量相同；平移桿的推或拉，控制旋轉擺桿的未端是否位于上通道和傳遞轉輪之間，旋轉擺桿的未端相當于上通道下部出口的開關；這個開關效應由旋轉擺桿未端形狀的不同，由平移桿推或拉的位移控制進行分級； 所述的進位機構由滑道、雙搖臂四桿機構、驅動撥桿和圓柱開關組成；進位機構的構件數量與上通道的數量相同；滑道是一個U槽道，通過螺栓固定安裝在存放容器的上部，將相鄰的存放容器的上部傾斜相連；雙搖臂四桿機構的上搖臂桿通過軸與驅動撥桿相連，且該軸固定安裝在滑道的U形槽道的后側臂上，驅動撥桿位于U槽道內；雙搖臂四桿機構的下搖臂桿通過鉸鏈安裝在圓柱開關的側平面上；圓柱開關是一個圓柱形體，貫穿圓柱面開有一個通孔，通孔的直徑大于圓球體的直徑，圓柱開關通過軸與背架桿固定安裝在存放容器的正下方；驅動撥桿未動作時，圓柱開關的通孔不在存放容器的正下方，驅動撥桿動作時，通過雙搖臂四桿機構的傳動，使圓柱開關的通孔正好處于存放容器的正下方，使圓球體通過圓柱開關的通孔下落； 所述的存放容器，其存放圓球體部分的高度等于所選圓球體直徑的九倍，存放容器的數量比上通道的數量多一個；存放容器通過螺栓直立安裝在機架的下平臺上，其上部位于傳遞滑道的正下方，下部位于圓柱開關的正上方； 所述的圓球體，可以是兒童玩耍的彈珠，也可以是其它的小圓球體。
專利摘要本實用新型公開了一種機械自動加法裝置。本實用新型包括機架、上通道、間歇傳遞機構、順序控制機構、進位機構、存放容器及圓球體。本實用新型中的機架由下平臺、立柱、背架桿及回收槽組成。上通道是一中空的圓柱形管。間歇傳遞機構由傳遞轉輪和傳遞滑道組成。順序控制機構由旋轉擺桿和平移桿組成。進位機構由滑道、雙搖臂四桿機構、驅動撥桿和圓柱開關組成。本實用新型對加法自動運算具有直觀的進位和順序相加的過程，非常有助于啟發數學計算入門的學習與應用。
文檔編號G09B19/02GK202563374SQ201220227329
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者張巨勇, 陳志平, 羅大森, 陳一舉, 王瑤煒 申請人:杭州電子科技大學