一種桿機構教學模型的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種桿機構教學模型，包括盒體、手動桿傳動機構、魔軌變形機構和導軌移動機構。本實用新型工作可靠、操作方便、能演示任意軌跡包括演示典型桿機構在現實生活中運用的實例，同時還能演示對心與任意偏置曲柄滑塊機構；降低了桿機構教學模型的生產成本；將擺在實驗室的陳列柜變成了能讓學生拿在手里，自己動手探索的便攜式模型；一套模型經過簡單變換可以演示任意軌跡，趣味性強；能激發學生的探索和創新能力。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種教具模型，尤其是涉及一種能讓學生正確認識桿機構和展示 任意軌跡的桿機構的教學模型。 一種桿機構教學模型

【背景技術】
[0002] 教育學心理學的研究成果表明，學生在形成概念的最初階段，都必須借助于感覺， 先把具體事物的觀察和接觸轉化成與具體事物無關的感性認識，再把感性認識轉化成為抽 象、概括的理性認識。學生在學習過程中，要在較短的時間內，接受人類的認識成果，為進一 步認識和改造世界打好基礎。人類的認識成果是由許許多多的概念表述的。在以形象思維 為主要思維方式的學生中，建立概念光靠老師講述是不行的，很多看不見摸不著的東西都 要靠一些具體直觀的教具把它們演示出來。所以在現代教學中，用具體模型和直觀教具進 行說明與進行演示操作仍然是十分重要的。
[0003] 現有桿機構教學模型在使用上有著諸多弊端：1.運動軌跡表現不直觀；2.桿只能 是定長直桿；3. -套裝置只能演示單一的機構；4.陳列柜，只能擺在實驗室；5.價格昂貴。 綜上所述，現有的笨重的、昂貴的桿機構教學模型陳列柜在買回來后只能擺在實驗室，不能 帶到教室讓學生自己動手擺弄。現有技術方案的解決方式是采用伸縮桿形式將兩根桿合成 一根來改變桿長，但這樣的技術方案操作繁瑣、教學效果不顯著，依然不能解決動力輸入、 軌跡演示、曲柄滑塊偏置等問題。更重要的是，這些呆板的直桿形式不能讓學生全面而深刻 地認識桿和桿機構甚至養成桿只能是直的思維定勢。 實用新型內容
[0004] 本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能讓學生正確認識桿機構 和展示任意軌跡的桿機構的教學模型。
[0005] -種桿機構教學模型，包括盒體、手動桿傳動機構、魔軌變形機構和導軌移動機 構。所述盒體為一個長方體狀，其前端設置有橫向內的凹槽，其左端設置有通孔。所述手動 桿傳動機構為Z字形手柄，所述Z字形手柄一端從盒體后端穿過所述盒體的通孔。所述導 軌移動機構包括滑塊和平行導軌；所述滑塊活動安裝在平行導軌上，所述平行導軌水平安 裝在盒體的凹槽內。所述魔軌變形機構設置在盒體前方，其為三條柔性桿，包括原動桿、連 桿和連架桿。所述原動桿一端與穿過盒體通孔的Z字形手柄尾部固定連接，另一端與連桿 鉸接，所述連桿另一端與連架桿鉸接，所述連架桿另一端與滑塊鉸接。
[0006] 進一步，所述三條柔性桿：原動桿、連桿和連架桿分別為純銅原動桿、純銅連桿和 純銅連架桿其截面形狀為矩形，矩形長寬比范圍為3 :1?10 :3,這樣可以保證柔性桿能在 同一平面內任意彎曲來調節兩端鉸制孔間距離，且具有足夠剛度。所述原動桿一端方形 孔，另一端為為鉸制孔，所述連桿及連架桿兩端為鉸制孔，所述Z字形手柄尾部與原動桿連 接處為方形轉軸，所述方形轉軸與原動桿一端的方孔通過螺釘固定連接，所述另一端的鉸 制孔與連桿一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈鉸接，所述連桿另一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈與連 架桿一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈鉸接，所述連架桿另一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈與滑塊鉸 接。
[0007] 進一步,還包括軌跡展示機構，所述軌跡展示機構與連桿連接,其包括指示桿、第 一強磁鐵和軌跡燈。所述指示桿中段為純銅桿體，其一端設置有鐵磁固定塊，另一端設置有 階梯孔。所述軌跡燈設置在階梯孔內，所述鐵磁固定塊與第一強磁鐵分別設置在連桿兩側， 通過第一強磁鐵對鐵磁固定塊的磁力將指示桿吸附固定在連桿上。軌跡展示機構作用是找 到特殊點并由軌跡燈演示該點的運動軌跡。
[0008] 進一步，所述盒體凹槽兩側內嵌入設置有第二強磁鐵。所述導軌移動機構還包括 設置在平行導軌兩側的鐵磁定位塊和設置在滑塊兩側的第三強磁鐵。所述平行導軌為鐵磁 導軌，其表面鍍有耐磨鍍層。所述第三強磁鐵吸附在平行導軌上。所述平行導軌通過第二 強磁鐵對鐵磁定位塊的磁力將平行導軌吸附安裝在盒體凹槽內。
[0009] 進一步，還包括定長桿組件，所述定長桿組件為若干長度不一的透明扁狀塑料桿， 其兩端設有卡槽。
[0010] 進一步，所述盒體凹槽底部和兩側設置有刻度條。
[0011] 進一步，還包括桿長調節機構，還包括桿長調節機構，所述桿長調節機構包括抓手 和卡件，所述抓手設置有一平面，所述卡件為兩圓柱體，所述卡件垂直安裝在抓手的平面 上。
[0012] 進一步，所述所述盒體橫向設置有開口向上的容腔。
[0013] 本實用新型主要的新方法包括1、使用柔性桿改變桿長；2、使用指示桿和軌跡燈 顯示運動軌跡；3、科學地利用強磁鐵的吸附能力確定平行導軌位置，實現曲柄滑塊的對心 與偏置；4、產品化設計，便攜易拆裝。本實用新型工作可靠、操作方便、能演示任意軌跡包括 演示典型桿機構在現實生活中運用的實例；降低了桿機構教學模型的生產成本；將擺在實 驗室的陳列柜變成了能讓學生拿在手里，自己動手探索的便攜式模型；一套模型經過簡單 變換可以演示任意軌跡，趣味性強；能激發學生的探索和創新能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型結構示意圖
[0015] 圖2為本實用新型軌跡展示機構示意圖
[0016] 圖3為本實用新型桿長調節機構示意圖
[0017] 圖4為本實用新型任意軌跡示意圖
[0018] 圖5為本實用新型典型四桿機構示意圖 [0019] 圖6為本實用新型曲柄滑塊機構示意圖
[0020] 下面參見附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步說明。

【具體實施方式】
[0021] 如圖1所示，一種桿機構教學模型，包括盒體1、手動桿傳動機構、魔軌變形機構、 導軌移動機構、定長桿組件5、桿長調節輔助機構、軌跡展示機構。盒體1為一個長方體狀， 其前端設置有橫向內的凹槽11，其左端設置有通孔，其內部橫向設置有開口向上的容腔 12。凹槽11兩側分別鑲嵌有第二強磁鐵13。凹槽底部和兩側設置有刻度條。
[0022] 手動桿傳動機構為Z字形手柄2,所述Z字形手柄2 -端從盒體1后端穿過所述盒 體1的通孔。導軌移動機構4包括滑塊41、平行導軌42、鐵磁定位塊43和第三強磁鐵44。 平行導軌42為兩條平行的圓柱鐵磁導軌，其材料為鐵磁材料，可被磁鐵吸附，其表面鍍有 耐磨層。滑塊41為非鐵磁材料，平行導軌42穿過滑塊41將滑塊41活動安裝在平行導軌 42上。鐵磁定位塊43也是由鐵磁材料制成，其設置在平行導軌42兩側，平行導軌42通過 第二強磁鐵13對鐵磁定位塊43的磁力將平行導軌42水平吸附安裝在盒體1凹槽內。第 三強磁鐵44有兩塊，吸附在平行導軌42上，并設置在滑塊41兩側，兩塊第三強磁鐵44吸 附在平行導軌42上并夾緊在滑塊41兩側時，可以鎖死滑塊41 ;取走兩塊第三強磁鐵44即 可解開滑塊41。依靠調整第三強磁鐵44位置將滑塊41鎖定在滿足機架長度調節要求位置 或解開滑塊41實現曲柄滑塊機構的演示，通過鐵磁定位塊43在盒體1凹槽內作上下移動 即能實現曲柄滑塊機構的對心和正負偏置。
[0023] 魔軌變形機構設置在盒體1前方，其為三條柔性桿，包括原動桿31、連桿32和連架 桿33,三條柔性桿：原動桿31、連桿32和連架桿33分別為純銅原動桿31、純銅連桿32和 純銅連架桿33,其截面形狀為矩形，矩形長寬比范圍為3 :1?10 :3。具體地，矩形長度范 圍為3mm到10mm,寬度范圍為1mm到3mm。這樣可以保證柔性桿能在同一平面內任意彎曲 來調節兩端鉸制孔間距離，且具有足夠剛度。原動桿31-端方形孔，另一端為為鉸制孔，連 桿32及連架桿33兩端為鉸制孔，Z字形手柄2尾部與原動桿31連接處為方形轉軸21，方 形轉軸21與原動桿31 -端的方孔通過螺釘22固定連接，另一端的鉸制孔與連桿32 -端 的鉸制孔通過可拆鉸鏈鉸接，連桿32另一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈與連架桿33 -端的鉸 制孔通過可拆鉸鏈鉸接，連架桿33另一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈與滑塊41鉸接。
[0024] 還包括軌跡展示機構，用于展示魔軌桿機構的運動軌跡。如圖2所示，軌跡展示機 構與連桿32連接，其包括指示桿71、第一強磁鐵72和軌跡燈73。指示桿71中段為純銅桿 體，純銅具有優良的塑形，可以方便地彎曲成任意形狀，且能保持一定剛性。指示桿71-端 設置有鐵磁固定塊711，另一端設置有階梯孔712。軌跡燈73設置在階梯孔712內，鐵磁固 定塊711與第一強磁鐵72分別設置在連桿32兩側，將連桿32夾在中間，通過第一強磁鐵 72對鐵磁固定塊711的磁力將指示桿71吸附固定在連桿32上。軌跡展示機構作用是找到 特殊點并由軌跡燈73演示該點的運動軌跡。
[0025] 進一步，還包括定長桿組件5,定長桿組件5為若干長度不一的透明扁狀塑料桿， 其兩端設有卡槽。定長桿組件5可以卡在可拆鉸鏈上，以確定各柔性桿的桿長和桿位，使得 魔軌桿機構能夠展示出典型四桿機構在現實生活中的應用實例。三條不同長度的定長桿為 一套，每一套定長桿對應一種四桿機構模型。
[0026] 進一步，還包括桿長調節機構8,如圖3所示，桿長調節機構8包括抓手81和卡件 82,抓手81設置有一平面，卡件82為兩圓柱體，卡件82垂直安裝在抓手81的平面上。手 拿桿長調節機構8,用平面貼平柔性桿側面，兩根圓柱體卡件82卡住柔性桿，用手扳動柔性 桿就能簡便地改變柔性桿長。
[0027] 本實用新型桿機構教學模型結構采用磁鐵、可拆鉸鏈及螺釘設計，可方便地快速 拆裝，拆下來的定長桿和柔性桿等零部件放入容腔12中，攜帶方便。
[0028] 下面結合實例來說明本實用新型的使用方法：
[0029] 任意軌跡的實現：如圖4使用桿長調節輔助機構調節原動桿31、連桿32、連架桿 33、指示桿71的桿長、桿位至不同長度、位置，然后將一套定長桿組件5設置在轉軸和可拆 鉸鏈處，將第三強磁鐵44吸附在滑塊41兩側的平行導軌42上，將滑塊41鎖定，通過轉動 Z字形手柄2手動動力輸入到轉軸后，帶動各條柔性桿和指示桿71運動，軌跡燈73能演示 出任意運動軌跡。
[0030] 典型四桿機構在現實生活中的實例的演示：同上，如圖5只需使用桿長調節輔助 機構調節原動桿31、連桿32、連架桿33、指示桿71的桿長、桿位至特定長度、位置，將第三 強磁鐵44吸附在滑塊41兩側的平行導軌42上，將滑塊41鎖定，即能演示典型的四桿機構 運動，如圖7是同步切斷機構的運動。魔軌桿機構還能演示攝影升降平臺、鶴式起重機、雙 搖桿、曲柄搖桿、曲柄滑塊、雙曲柄、平行四邊形機構、等腰梯形機構等典型四桿機構運動實 例。
[0031] 曲柄滑塊機構的演示：如圖6在滑塊41和原動桿31鉸制孔之間連接一根柔性桿， 解開滑塊41，調節合適的桿長即可變成曲柄滑塊機構。上下移動平行導軌42兩側的鐵磁定 位塊43即能演示曲柄滑塊的對心與正負偏置。圖8所示為曲柄滑塊的負偏置演示，偏置距 離可直接從盒體1左右兩邊的刻度上面讀出。
[0032] 本實用新型并不局限于上述實施方式，如果對本實用新型的各種改動或變型不脫 離本實用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本實用新型的權利要求和等同技術 范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型。
【權利要求】
1. 一種桿機構教學模型，其特征在于：包括盒體、手動桿傳動機構、魔軌變形機構和導 軌移動機構，所述盒體為一個長方體狀，其前端設置有橫向內的凹槽，其左端設置有通孔； 所述手動桿傳動機構為Z字形手柄，所述Z字形手柄一端從盒體后端穿過所述盒體的通孔； 所述導軌移動機構包括滑塊和平行導軌；所述滑塊活動安裝在平行導軌上，所述平行導軌 水平安裝在盒體的凹槽內；所述魔軌變形機構設置在盒體前方，其為三條柔性桿，包括原動 桿、連桿和連架桿，所述原動桿一端與穿過盒體通孔的Z字形手柄一端固定連接，另一端與 連桿鉸接，所述連桿另一端與連架桿鉸接，所述連架桿另一端與滑塊鉸接。
2. 根據權利要求1所述的一種桿機構教學模型，其特征在于：所述三條柔性桿：原動 桿、連桿和連架桿分別為純銅原動桿、純銅連桿和純銅連架桿，其截面形狀為矩形，矩形長 寬比范圍為3 :1?10 :3,所述原動桿一端方形孔，另一端為為鉸制孔，所述連桿及連架桿 兩端為鉸制孔，所述Z字形手柄尾部與原動桿連接處為方形轉軸，所述方形轉軸與原動桿 一端的方孔通過螺釘固定連接，所述另一端的鉸制孔與連桿一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈鉸 接，所述連桿另一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈與連架桿一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈鉸接，所 述連架桿另一端的鉸制孔通過可拆鉸鏈與滑塊鉸接。
3. 根據權利要求1所述的一種桿機構教學模型，其特征在于：還包括軌跡展示機構，所 述軌跡展示機構與連桿連接，其包括指示桿、第一強磁鐵和軌跡燈，所述指示桿中段為純銅 桿體，其一端設置有鐵磁固定塊，另一端設置有階梯孔，所述軌跡燈設置在階梯孔內，所述 鐵磁固定塊與第一強磁鐵分別設置在連桿兩側，通過第一強磁鐵對鐵磁固定塊的磁力將指 示桿吸附固定在連桿上。
4. 根據權利要求1所述的一種桿機構教學模型，其特征在于：所述盒體凹槽兩側內嵌 入設置有第二強磁鐵，所述導軌移動機構還包括設置在平行導軌兩側的鐵磁定位塊和設置 在滑塊兩側的第三強磁鐵，所述平行導軌為鐵磁導軌，其表面鍍有耐磨鍍層，所述第三強磁 鐵吸附在平行導軌上，所述平行導軌通過第二強磁鐵對鐵磁定位塊的磁力將平行導軌安裝 在盒體凹槽內。
5. 根據權利要求1所述的一種桿機構教學模型，其特征在于：還包括定長桿組件，所述 定長桿組件為若干長度不一的透明扁狀塑料桿，其兩端設有卡槽。
6. 根據權利要求1所述的一種桿機構教學模型，其特征在于：所述盒體凹槽底部和兩 側設置有刻度條。
7. 根據權利要求1所述的一種桿機構教學模型，其特征在于：還包括桿長調節機構，所 述桿長調節機構包括抓手和卡件，所述抓手設置有一平面，所述卡件為兩圓柱體，所述卡件 垂直安裝在抓手的平面上。
8. 根據權利要求1所述的一種桿機構教學模型，其特征在于：所述盒體橫向設置有開 口向上的容腔。
【文檔編號】G09B25/02GK203882532SQ201420234464
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】肖耘亞, 李小平, 黃仁庚, 彭浩宇, 林曉強, 葉曉文, 潘啟成 申請人:韶關學院