一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置及實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種機(jī)械設(shè)計的實驗裝置及實驗方法，本裝置利用飛輪的單向驅(qū)動特性，配合相應(yīng)的鎖緊裝置，實現(xiàn)了同一軸上不同零件的順時針和逆時針轉(zhuǎn)動；通過在大轉(zhuǎn)盤上更換安裝不同的零部件如中心輪，行星架、凸輪等，可構(gòu)成三種實驗裝置；本實驗方法把大轉(zhuǎn)盤作為參照系，通過配置不同零部件如中心輪，行星架、凸輪等，旋轉(zhuǎn)參照系中的構(gòu)件和反向旋轉(zhuǎn)參照系，使構(gòu)件形成相對運動和相對靜止，可實現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算、凸輪廓線“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計和連桿機(jī)構(gòu)鋼化“反轉(zhuǎn)法”3種“反轉(zhuǎn)法”實驗。本發(fā)明系機(jī)構(gòu)學(xué)中首創(chuàng)用于實現(xiàn)反轉(zhuǎn)法的實驗裝置，將繪圖和抽象分析通過實驗裝置和方法直觀的實現(xiàn)。
【專利說明】一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置及實驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械設(shè)計的實驗裝置及實驗方法，更具體的涉及一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置及實驗方法，可實現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算、凸輪廓線“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計和連桿機(jī)構(gòu)鋼化“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計3種“反轉(zhuǎn)法”的實驗裝置及實驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一種“機(jī)構(gòu)學(xué)”中用于實現(xiàn)“反轉(zhuǎn)法”實驗的裝置及實驗方法，屬于教學(xué)實驗設(shè)備和實驗方法。高等學(xué)?！皺C(jī)構(gòu)學(xué)”(機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)等)課程中，涉及到“反轉(zhuǎn)法”的內(nèi)容有周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算、凸輪廓線“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計和連桿機(jī)構(gòu)鋼化“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計等內(nèi)容，“反轉(zhuǎn)法”是采用相對運動原理，當(dāng)機(jī)構(gòu)中取不同的對象為參照系，構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系保持不變。現(xiàn)行教學(xué)中均通過繪圖和抽象分析進(jìn)行講解，缺乏直觀的實驗裝置。因此有必要設(shè)計一種可實現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算、凸輪廓線“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計和連桿機(jī)構(gòu)鋼化“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計3種“反轉(zhuǎn)法”的實驗裝置及實驗方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出了一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置及實驗方法，可實現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算、凸輪廓線“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計和連桿機(jī)構(gòu)鋼化“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計3種“反轉(zhuǎn)法”的實驗裝置及實驗方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置，包括站架，腳墊，軸承，主動軸，搖把，橫梁，大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪，從動軸傳動鏈輪，從動軸，從動軸固定桿，從動軸固定銷，大轉(zhuǎn)盤，軸端螺釘，刻度盤，軸頸，平鍵，大轉(zhuǎn)盤傳動鏈條，從動軸傳動鏈條，大轉(zhuǎn)盤固定銷，正轉(zhuǎn)傳動飛輪，反轉(zhuǎn)傳動飛輪，其特征在于:
[0006]站架、腳墊、橫梁三者連接形成一個門形框架結(jié)構(gòu)，主動軸和從動軸通過軸承安裝在框架兩側(cè)上方，
[0007]主動軸上安裝有正轉(zhuǎn)傳動飛輪，正轉(zhuǎn)傳動飛輪采用自行車飛輪，其內(nèi)部為一個由內(nèi)棘輪機(jī)構(gòu)組成的超越離合器，
[0008]主動軸上還安裝有反轉(zhuǎn)傳動飛輪,反轉(zhuǎn)傳動飛輪與正轉(zhuǎn)傳動飛輪結(jié)構(gòu)完全相同，但反向安裝在主動軸上，
[0009]主動軸后端固定安裝搖把，
[0010]主動軸前端設(shè)有中心孔，用于將大轉(zhuǎn)盤固定銷插入其中，當(dāng)大轉(zhuǎn)盤固定銷插入其中可固定大轉(zhuǎn)盤，防止大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，
[0011]從動軸上固定安裝有從動軸傳動鏈輪，
[0012]大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪與大轉(zhuǎn)盤固連在一起，整體空套在從動軸上，大轉(zhuǎn)盤上標(biāo)有刻度，用于反映大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動角度，
[0013]從動軸后端固定安裝有從動軸固定桿，從動軸固定桿端部有開孔，橫梁上與從動軸固定桿開孔位置對應(yīng)出也有開孔，從動軸固定銷穿過從動軸固定桿開孔插入橫梁上對應(yīng)孔，用于固定從動軸，防止從動軸轉(zhuǎn)動，
[0014]從動軸前部鍵槽內(nèi)安放有平鍵，從動軸前端開有中心螺紋孔，用軸端螺釘通過螺紋連接將刻度盤固定在從動軸上，刻度盤用于反映從動軸的轉(zhuǎn)動角度，
[0015]反轉(zhuǎn)傳動飛輪通過從動軸傳動鏈條與從動軸傳動鏈輪相連,搖把順時針轉(zhuǎn)動主動軸時，通過從動軸傳動鏈條帶動8從動軸傳動鏈輪和從動軸順時針轉(zhuǎn)動；
[0016]正轉(zhuǎn)傳動飛輪通過大轉(zhuǎn)盤傳動鏈條與大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪相連，搖把逆時針轉(zhuǎn)動主動軸時，通過大轉(zhuǎn)盤傳動鏈條帶動大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪和大轉(zhuǎn)盤逆時針轉(zhuǎn)動，
[0017]軸頸是用于安裝不隨從動軸旋轉(zhuǎn)的零件的，如中心輪，平鍵是用于連接與從動軸一起旋轉(zhuǎn)的零件的，如行星架、凸輪等。
[0018]本發(fā)明實現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算的實驗裝置是這樣配置的:
[0019]大轉(zhuǎn)盤上用內(nèi)齒輪固定螺釘將內(nèi)齒輪固定其上，從動軸上通過平鍵固連有行星架，行星架的軸上安裝行星齒輪，行星架隨從動軸一起順時針旋轉(zhuǎn)，從動軸的軸頸部位空套有中心輪，中心輪轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度不受從動軸的影響。
[0020]本發(fā)明實現(xiàn)凸輪廓線“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計的實驗裝置是這樣配置的:
[0021]大轉(zhuǎn)盤上用導(dǎo)軌固定螺釘將從動件導(dǎo)軌固定其上，凸輪從動件穿過從動件導(dǎo)軌，凸輪從動件末端安裝輥子，用于減小摩擦，輥子中心孔上有一個鉛筆固定套筒，可將鉛筆插入套筒內(nèi)，用于繪制凸輪廓線，從動軸上通過平鍵固連有凸輪，凸輪隨從動軸一起順時針旋轉(zhuǎn)。
[0022]本發(fā) 明實現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)鋼化“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計的實驗裝置是這樣配置的:
[0023]大轉(zhuǎn)盤上用機(jī)架固定螺釘穿過導(dǎo)槽固定有四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架，四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架的另一段空套在在從動軸的軸頸部位，四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架通過鉸鏈與搖桿連接起來，搖桿通過鉸鏈與連桿連接起來，連桿通過鉸鏈與曲柄連接起來，曲柄通過平鍵固連在從動軸上，
[0024]另一種配置是:
[0025]從動軸上通過平鍵固連曲柄，曲柄通過鉸鏈與連桿連接起來，連桿通過鉸鏈與搖桿連接起來，搖桿通過鉸鏈與四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架連接起來，在連桿和搖桿的導(dǎo)槽上用構(gòu)型鋼化連接螺釘固定有構(gòu)型鋼化連接桿，使四連桿機(jī)構(gòu)鋼化，保持整個四連桿的構(gòu)型不變。
[0026]一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗方法:
[0027]本發(fā)明實現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算的實驗方法是:
[0028]①用內(nèi)齒輪固定螺釘將內(nèi)齒輪固定其上大轉(zhuǎn)盤上，從動軸上通過平鍵固連有行星架，行星架的軸上安裝行星齒輪，行星架隨從動軸一起順時針旋轉(zhuǎn)，從動軸的軸頸部位空套有中心輪，中心輪轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度不受從動軸的影響。
[0029]②用大轉(zhuǎn)盤固定銷插入主動軸的中心孔內(nèi)，將大轉(zhuǎn)盤固定住；
[0030]③從橫梁上拔出從動軸固定銷，
[0031]④順時針轉(zhuǎn)動搖把一周，按照周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算公式:
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置，包括站架(1)，腳墊(2)，軸承(3)，主動軸(4)，搖把(5)，橫梁(6 )，大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪(7 )，從動軸傳動鏈輪(8 )，從動軸(9 )，從動軸固定桿(10 )，從動軸固定銷(11)，大轉(zhuǎn)盤(12)，軸端螺釘(13)，刻度盤(14)，軸頸(15)，平鍵(16)，大轉(zhuǎn)盤傳動鏈條(17a)，從動軸傳動鏈條(17b)，大轉(zhuǎn)盤固定銷(18)，正轉(zhuǎn)傳動飛輪(19)，反轉(zhuǎn)傳動飛輪(20)，其特征在于: 站架(1)、腳墊(2)、橫梁(6)三者連接形成一個門形框架結(jié)構(gòu)，主動軸(4)和從動軸(9)通過軸承(3)安裝在框架兩側(cè)上方， 主動軸(4)上安裝有正轉(zhuǎn)傳動飛輪(19)，正轉(zhuǎn)傳動飛輪(19)采用自行車飛輪，其內(nèi)部為一個由內(nèi)棘輪機(jī)構(gòu)組成的超越離合器， 主動軸(4 )上還安裝有反轉(zhuǎn)傳動飛輪(20 )，反轉(zhuǎn)傳動飛輪(20 )與正轉(zhuǎn)傳動飛輪(19 )結(jié)構(gòu)完全相同，但反向安裝在主動軸(4)上， 主動軸(4)后端固定安裝搖把(5), 主動軸(4)前端設(shè)有中心孔，用于將大轉(zhuǎn)盤固定銷(18)插入其中，當(dāng)大轉(zhuǎn)盤固定銷(18)插入其中可固定大轉(zhuǎn)盤(12),防止大轉(zhuǎn)盤(12)轉(zhuǎn)動， 從動軸(9)上固定安裝有從動軸傳動鏈輪(8)， 大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪(7 )與大轉(zhuǎn)盤(12 )固連在一起，整體空套在從動軸(9 )上，大轉(zhuǎn)盤(12 )上標(biāo)有刻度，用于 反映大轉(zhuǎn)盤(7)的轉(zhuǎn)動角度， 從動軸(9)后端固定安裝有從動軸固定桿(10),從動軸固定桿(10)端部有開孔,橫梁(6)上與從動軸固定桿(10)開孔位置對應(yīng)出也有開孔，從動軸固定銷(11)穿過從動軸固定桿(10)開孔插入橫梁(6)上對應(yīng)孔，用于固定從動軸(9)，防止從動軸(9)轉(zhuǎn)動， 從動軸(9)前部鍵槽內(nèi)安放有平鍵(16)，從動軸(9)前端開有中心螺紋孔，用軸端螺釘(13 )通過螺紋連接將刻度盤(14)固定在從動軸(9 )上，刻度盤(14)用于反映從動軸(9 )的轉(zhuǎn)動角度， 反轉(zhuǎn)傳動飛輪(20 )通過從動軸傳動鏈條(17b )與從動軸傳動鏈輪(8 )相連，搖把(5 )順時針轉(zhuǎn)動主動軸(4)時，通過從動軸傳動鏈條(17b)帶動從動軸傳動鏈輪(8)和從動軸(9)順時針轉(zhuǎn)動； 正轉(zhuǎn)傳動飛輪(19)通過大轉(zhuǎn)盤傳動鏈條(17a)與大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪(7)相連，搖把(5)逆時針轉(zhuǎn)動主動軸時(4)，通過大轉(zhuǎn)盤傳動鏈條(17a)帶動大轉(zhuǎn)盤傳動鏈輪(7)和大轉(zhuǎn)盤(12)逆時針轉(zhuǎn)動， 軸頸(15 )是用于安裝不隨從動軸(9 )旋轉(zhuǎn)的零件的，如中心輪(25 )，平鍵(16 )是用于連接與從動軸(9 ) 一起旋轉(zhuǎn)的零件的，如行星架(24 )、凸輪(31)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置，其特征在于: 所述的大轉(zhuǎn)盤(12)上用內(nèi)齒輪固定螺釘(21)將內(nèi)齒輪(22)固定其上，從動軸(9)上通過平鍵(16)固連有行星架(24)，行星架(24)的軸上安裝行星齒輪(23)，行星架(24)隨從動軸(9 ) 一起順時針旋轉(zhuǎn)，從動軸(9 )的軸頸(15 )部位空套有中心輪(25 )，中心輪(25 )轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度不受從動軸的影響。
3.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置，其特征在于: 所述的大轉(zhuǎn)盤(12)上用導(dǎo)軌固定螺釘(28)將從動件導(dǎo)軌(27)固定其上，凸輪(26)從動件穿過從動件導(dǎo)軌(27)，凸輪從動件(26)末端安裝輥子(29)，用于減小摩擦，輥子(29)中心孔上有一個鉛筆固定套筒(30)，可將鉛筆插入套筒內(nèi)，用于繪制凸輪廓線，從動軸(9)上通過平鍵(16)固連有凸輪(31)，凸輪(31)隨從動軸(9) 一起順時針旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置，其特征在于: 所述的大轉(zhuǎn)盤(12)上用機(jī)架固定螺釘(38)穿過導(dǎo)槽(36)固定有四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)，四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)的另一段空套在在從動軸(9)的軸頸(15)部位，四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)通過鉸鏈(34)與搖桿(35)連接起來，搖桿(35)通過鉸鏈(34)與連桿(33)連接起來，連桿(33 )通過鉸鏈(34)與曲柄(32 )連接起來，曲柄(32 )通過平鍵(16 )固連在從動軸(9 )上。
5.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗裝置，其特征在于: 從動軸(9 )上通過平鍵(16 )固連曲柄(32 )，曲柄(32 )通過鉸鏈(34)與連桿(33 )連接起來，連桿(33 )通過鉸鏈(34)與搖桿(35 )連接起來，搖桿(35 )通過鉸鏈(34)與四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)連接起來，在連桿(33)和搖桿(35)的導(dǎo)槽(36)上用構(gòu)型鋼化連接螺釘(40)固定有構(gòu)型鋼化連接桿(39)，使四連桿機(jī)構(gòu)鋼化，保持整個四連桿的構(gòu)型不變。
6.一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗方法，實現(xiàn)周轉(zhuǎn)輪系傳動比“反轉(zhuǎn)法”計算，其步驟為: A、用內(nèi)齒輪固定螺釘(21)將內(nèi)齒輪(22)固定其上大轉(zhuǎn)盤(12 )上，從動軸(9 )上通過平鍵(16)固連有行星架(24)，行星架(24)的軸上安裝行星齒輪(23)，行星架(24)隨從動軸(9) 一起順時針旋轉(zhuǎn)，從動軸(9)的軸頸(15)部位空套有中心輪(25)，中心輪(25)轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度不受從動軸的影響， B、用大轉(zhuǎn)盤固定銷(18)插入主動軸(4)的中心孔內(nèi)，將大轉(zhuǎn)盤(12)固定??； C、從橫梁(6)上拔出從動軸固定銷(11)， D、順時針轉(zhuǎn)動搖把(5)—周，按照周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算公式:
7.一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗方法，實現(xiàn)凸輪廓線“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計，其步驟為: A、大轉(zhuǎn)盤(12)上用導(dǎo)軌固定螺釘(28)將從動件導(dǎo)軌(27)固定其上，凸輪從動件(26)穿過從動件導(dǎo)軌(27)，凸輪從動件(26)末端安裝輥子(29)，用于減小摩擦，輥子(29)中心孔上有一個鉛筆固定套筒(30)，可將鉛筆插入套筒內(nèi)，用于繪制凸輪廓線，從動軸(9)上通過平鍵(16)固連有凸輪(31)，凸輪(31)隨從動軸(9) 一起順時針旋轉(zhuǎn)，B、用大轉(zhuǎn)盤固定銷(18)插入主動軸(4)的中心孔內(nèi)，將大轉(zhuǎn)盤(12)固定??； C、從橫梁(6)上拔出從動軸固定銷(11)， D、順時針轉(zhuǎn)動搖把(5)—周,可以觀察到凸輪順時針旋轉(zhuǎn)一周,從動件上下移動一次，在凸輪的推程段，從動件向上運動，在凸輪的遠(yuǎn)休止段，從動件在最高點停止不動，在凸輪的回程段，從動件向下運動，在凸輪的近休止段，從動件在最低點停止不動； E、將大轉(zhuǎn)盤固定銷(18)從主動軸4的中心孔內(nèi)拔出， F、將從動軸固定銷(11)出入橫梁(6)內(nèi)， G、在凸輪上覆蓋一硬紙板， H、逆時針轉(zhuǎn)動搖把(5) —周，凸輪從動件(26 )，從動件導(dǎo)軌(27 )，鉛筆固定套筒(30 )都將隨大轉(zhuǎn)盤(12 )逆時針轉(zhuǎn)動，同時凸輪從動件(26 )，鉛筆固定套筒(30 )還沿著從動件導(dǎo)軌(27)移動，鉛筆將在硬紙板上畫下一條封閉曲線，其形狀為凸輪廓線的等距線，距離為輥子的半徑，該曲線即為凸輪的理論廓線。
8.一種機(jī)構(gòu)學(xué)的實驗方法，實現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)鋼化“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計，其步驟為: A、大轉(zhuǎn)盤(12)上用機(jī)架固定螺釘(38)穿過導(dǎo)槽(36)固定有四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)，四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)的另一段空套在在從動軸(9)的軸頸(15)部位，四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)通過鉸鏈(34 )與搖桿(35 )連接起來，搖桿(35 )通過鉸鏈(34 )與連桿(33 )連接起來，連桿(33 )通過鉸鏈(34)與曲柄(32 )連接起來，曲柄(32 )通過平鍵(16 )固連在從動軸(9 )上； B、用大轉(zhuǎn)盤固定銷(18) 插入主動軸(4)的中心孔內(nèi)，將大轉(zhuǎn)盤(12)固定住，從橫梁(6)上拔出從動軸固定銷(11); C、在大轉(zhuǎn)盤(12)上覆蓋一塊硬紙板，在硬紙板上畫下曲柄和搖桿的初始方位角； D、順時針轉(zhuǎn)動搖把(5)—個角度，再在硬紙板上畫下曲柄和搖桿的方位角； E、從動軸(9)上通過平鍵(16 )固連曲柄(32 )，曲柄(32 )通過鉸鏈(34)與連桿(33 )連接起來，連桿(33 )通過鉸鏈(34 )與搖桿(35 )連接起來，搖桿(35 )通過鉸鏈(34 )與四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37 )連接起來，在連桿(33 )和搖桿(35 )的導(dǎo)槽(36 )上用構(gòu)型鋼化連接螺釘(40 )固定有構(gòu)型鋼化連接桿(39)，使四連桿機(jī)構(gòu)鋼化，保持整個四連桿的構(gòu)型不變； F、從大轉(zhuǎn)盤(12)上取下機(jī)架固定螺釘(38)， G、逆時針撥動已被“鋼化”的四桿機(jī)構(gòu)，使曲柄(32)回到初始位置，在硬紙板上畫下?lián)u桿(35)的位置； H、拆下構(gòu)型鋼化連接螺釘(40)，將四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)撥回到初始位置，用機(jī)架固定螺釘(38)將四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)固定在大轉(zhuǎn)盤(12)上； ，1、再次順時針轉(zhuǎn)動搖把(5)—個新的角度，重復(fù)步驟D至G，直到畫出3個搖桿(35)的位置；取下硬紙板，過搖桿(35)的兩端鉸鏈(34)中心的3個位置點分別畫兩個圓，這兩個圓的圓心分別是曲柄轉(zhuǎn)動中心和曲柄與連桿間轉(zhuǎn)動副的中心，兩個圓的圓心距即為曲柄(32)長度，兩個圓的圓心分別與搖桿(35)兩端鉸鏈中心的距離分別為四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架(37)長度和連桿(33)長度，這樣，實現(xiàn)了已知兩連架桿對應(yīng)角度，求連桿長度和一個連架桿長度的問題。
【文檔編號】G09B25/02GK103824503SQ201410085232
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】王樹才, 張融, 梅志敏, 趙應(yīng), 夏凡 申請人:武昌工學(xué)院