本發明所述的反轉法演示教具，涉及一種教學用具，具體為具有三種計算和設計功能的“反轉法”演示教學設備。

背景技術：

反轉法是利用相對運動原理，當機構中選取不同的參考對象作為參考系，構件之間的相對運動關系保持不變。在高等學校《機械原理》課程的教學中，涉及到的“反轉法”的內容有周轉輪系傳動比“反轉法”計算、凸輪輪廓線“反轉法”設計和連桿機構剛化“反轉法”設計等內容。現在教學中均是通過繪圖和抽象分析進行此方面知識的講解，缺乏直觀的實驗演示裝置，需要一種能夠直觀演示三種“反轉法”計算和設計的教學用具。

針對上述現有技術中所存在的問題，研究設計一種新型的反轉法演示教具，從而克服現有技術中所存在的問題是十分必要的。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術中所存在的問題，本發明的目的是研究設計一種新型的反轉法演示教具。用以實現采用一種教具演示三種“反轉法”計算和設計的功能，使教學更加生動、直觀。

本發明的技術解決方案是這樣實現的：

本發明所述的反轉法演示教具，其特征在于所述的反轉法演示教具包括：底座演示盤、主動齒輪、軸承、轉動軸、電機底座、軸上零件固定螺母、電機底座固定螺釘、轉動軸驅動電機、電機固定片、演示盤驅動電機、轉動軸齒輪及可更換演示模塊；

本發明所述的底座為L型結構，轉動軸的后端通過軸承裝于底座上，前端通過軸承裝于演示盤的中心孔上；轉動軸齒輪裝于轉動軸上；轉動軸驅動電機通過電機底座和電機底座固定螺釘裝于演示盤的后部；主動齒輪裝于轉動軸驅動電機的輸出軸上，并與轉動軸齒輪相嚙合；演示盤驅動電機通過電機底座和電機底座固定螺釘裝于底座上，演示盤驅動電機的輸出軸上裝有驅動盤，驅動盤與演示盤周齒相嚙合；可更換演示模塊通過軸上零件固定螺母固定裝于位于演示盤前部的轉動軸上。

本發明所述的演示盤和底座上設置有定位孔，固定銷插入到定位孔中對演示盤進行定位。

本發明所述的可更換演示模塊包括：凸輪反轉法模塊、周轉輪系反轉法模塊和連桿機構剛化反轉法模塊；

1、本發明所述的凸輪反轉法模塊包括：凸輪、推桿壓板螺釘、橡皮筋、推桿和推桿壓板；凸輪通過軸上零件固定螺母裝于轉動軸位于演示盤前部的軸頸上，并隨轉動軸的轉動而轉動；橡皮筋穿過推桿后部的孔后兩端固定在推桿壓板上，推桿壓板通過推桿壓板螺釘固定于凸輪上方的演示盤上；

凸輪輪廓線“反轉法”演示模塊的使用方法：

將演示盤手動轉動到初始位置，插入固定銷將演示盤固定住，防止其轉動，并打開轉動軸驅動電機；此時轉動軸和固定其上的凸輪一起順時針轉動，角速度為ω；可以觀察到，凸輪每順時針轉動一周推桿上下移動一次，在凸輪的推程段，推桿向上運動，在凸輪的遠休止段，推桿在最高點靜止不動，在凸輪的回程段，推桿向下運動，在凸輪的近休止段，推桿在最低點靜止不動；

將演示盤固定銷拔出，并打開演示盤驅動電機；此時，演示盤和其上的零件一起逆時針轉動，角速度同樣為ω；可以觀察到，凸輪此時是靜止不動的，而推桿在隨演示盤一起逆時針轉動的同時也在沿推桿壓板的導向槽滑動；如果此時我們描繪出推桿尖部的運動軌跡并畫下一條封閉曲線，其形狀即為凸輪的理輪輪廓線。

2、本發明所述的周轉輪系反轉法模塊：內齒輪、中心輪、行星輪、行星架和內齒輪固定螺釘；內齒輪通過內齒輪固定螺釘裝于演示盤的前部；中心輪和行星輪的外齒相嚙合，并通過行星架進行連接，中心輪通過軸上零件固定螺母裝于轉動軸位于演示盤前部的軸頸上，并隨轉動軸的轉動而轉動；行星輪的外齒與內齒輪的內齒相嚙合；

周轉輪系傳動比“反轉法”計算演示模塊的使用方法為：

將演示盤手動轉動到初始位置，插入固定銷將演示盤固定住，防止其轉動，并打開轉動軸驅動電機；此時轉動軸和固定其上的行星架一起順時針轉動，角速度為ω；可以觀察到，行星輪在自轉的同時也在圍繞轉動軸(中心輪)公轉；此時該周轉輪系的傳動比無法直接計算；

將演示盤固定銷拔出，并打開演示盤驅動電機；此時，演示盤和其上的零件一起逆時針轉動，角速度同樣為ω；可以觀察到，行星架此時是靜止不動的，而內齒輪隨演示盤一同繞轉動軸逆時針旋轉；此時，該周轉輪系已經轉化為定軸輪系，可使用定軸輪系傳動比的計算方法(公式)計算該周轉輪系的傳動比。

3、本發明所述的連桿機構剛化反轉法模塊：機架、曲柄、連桿、剛化連接板、剛化固定螺母、搖桿、手柄、手柄連接螺釘和搖把；所述的機架、搖桿、連桿和曲柄首尾鉸鏈，組成四邊形框架結構；機架和曲柄的鉸鏈處通過軸上零件固定螺母裝于轉動軸位于演示盤前部的軸頸上，并隨轉動軸的轉動而轉動；剛化連接板一端的軸頸插裝于搖桿中部的軸孔上，并可自由轉動；剛化連接板的長孔套裝于連桿中部的螺紋柱上；剛化固定螺母通過螺紋裝于螺紋柱上，并將剛化連接板封裝于螺紋柱上；手柄、手柄連接螺釘和搖把組裝成搖柄套件；搖柄組件的搖把裝于轉動軸后端的軸頸上；

連桿機構剛化“反轉法”設計演示模塊的演示步驟：

1)將演示盤手動轉動到初始位置，插入固定銷將演示盤固定住，防止其轉動；

2)擰松剛化固定螺母并將曲柄轉動到初始位置，并在白紙上描出曲柄和搖桿的位置(初始方位角)；

3)順時針轉動手柄一個角度，再在白紙上畫出曲柄和搖桿的方位角；

4)擰緊剛化固定螺母，使整個四連桿的構型不變；

5)取下演示盤上的機架固定銷，逆時針轉動手柄使剛化后的四桿機構逆時針轉動，使曲柄回到初始位置，并在白紙上畫出搖桿的位置(位置一)；

6)擰松剛化固定螺母取消剛化固定，將四桿機構的各桿回到初始位置并用固定銷固定機架；

7)再次順時針轉動手柄29一個新的角度，重復前述步驟3至步驟6，直到畫出搖桿的3個位置；

取下白紙，過搖桿28的兩端鉸鏈中心的三個位置分別畫出兩個圓，這兩個圓的圓心分別是所求曲柄轉動中心和曲柄與連桿間轉動副的中心，圓心距即為所求曲柄的長度，兩個圓心分別于搖桿28兩端鉸鏈中心的距離分別為所求四桿機構的機架長度和連桿長度。這樣，實現了已知兩連架桿對應角度，求兩連架桿長度和一個連桿長度的問題。

本發明的優點是顯而易見的，主要表現在：

1、本發明利用直流電機和齒輪的驅動，配合相應的固定裝置可實現同一軸上不同零件的順時針和逆時針轉動；

2、本發明可通過更換不同的演示模塊構成不同的演示裝置，可實現三種“反轉法”的演示；

3、本發明把演示盤作為參考系，通過旋轉參考系中的零部件和反向旋轉參考系，使構件形成相對運動或是相對靜止，從而使觀察者更深刻地理解三種“反轉法”。

本發明具有結構新穎、加工簡便、使用方便、直觀演示和效果明顯等優點，其大批量投入市場必將產生積極的社會效益和顯著的經濟效益。

附圖說明

本發明共有5幅附圖,其中：

附圖1為本發明采用凸輪反轉法模塊演示凸輪反轉法的主視圖；

附圖2為附圖1側視圖；

附圖3為本發明采用周轉輪系反轉法模塊演示周轉輪系傳動比反轉法的主視圖；

附圖4為本發明采用剛化反轉法模塊演示連桿機構剛化反轉法的主視圖；

附圖5為附圖4的側視圖。

在圖中：1-底座，2-演示盤，3-凸輪，4-推桿壓板螺釘，5-橡皮筋，6-推桿，7-推桿壓板，8-主動齒輪，9-軸承，10-轉動軸，11-電機底座，12-軸上零件固定螺母，13-電機底座固定螺釘，14-轉動軸驅動電機，15-電機固定片，16-演示盤驅動電機，17-固定銷，18-內齒輪，19-中心輪，20-行星輪，21-行星架，22-內齒輪固定螺釘，23-機架，24-曲柄，25-連桿，26-剛化連接板，27-剛化固定螺母，28-搖桿，29-手柄，30-手柄連接螺釘，31-搖把，32-轉動軸齒輪，33-驅動盤。

具體實施方式

具體實施方式1

本發明的具體實施例如附圖1、2所示，反轉法演示教具，其特征在于所述的反轉法演示教具包括：底座1、演示盤2、主動齒輪8、軸承9、轉動軸10、電機底座11、軸上零件固定螺母12、電機底座固定螺釘13、轉動軸驅動電機14、電機固定片15、演示盤驅動電機16、轉動軸齒輪32及可更換演示模塊；

底座1為L型結構，轉動軸10的后端通過軸承9裝于底座1上，前端通過軸承9裝于演示盤2的中心孔上；轉動軸齒輪32裝于轉動軸10上；轉動軸驅動電機14通過電機底座11和電機底座固定螺釘13裝于演示盤2的后部；主動齒輪8裝于轉動軸驅動電機14的輸出軸上，并與轉動軸齒輪32相嚙合；演示盤驅動電機16通過電機底座11和電機底座固定螺釘13裝于底座1上，演示盤驅動電機16的輸出軸上裝有驅動盤33，驅動盤33與演示盤2周齒相嚙合；可更換演示模塊通過軸上零件固定螺母12固定裝于位于演示盤2前部的轉動軸10上。

演示盤2和底座1上設置有定位孔，固定銷17插入到定位孔中對演示盤2進行定位。

可更換演示模塊為凸輪反轉法模塊；凸輪反轉法模塊包括：凸輪3、推桿壓板螺釘4、橡皮筋5、推桿6和推桿壓板7；凸輪3通過軸上零件固定螺母12裝于轉動軸10位于演示盤2前部的軸頸上，并隨轉動軸10的轉動而轉動；橡皮筋5穿過推桿6后部的孔后兩端固定在推桿壓板7上，推桿壓板7通過推桿壓板螺釘4固定于凸輪3上方的演示盤2上。

具體實施方式2

本發明的具體實施例如附圖3所示，反轉法演示教具，其特征在于所述的反轉法演示教具包括：底座1、演示盤2、主動齒輪8、軸承9、轉動軸10、電機底座11、軸上零件固定螺母12、電機底座固定螺釘13、轉動軸驅動電機14、電機固定片15、演示盤驅動電機16、轉動軸齒輪32及可更換演示模塊；

底座1為L型結構，轉動軸10的后端通過軸承9裝于底座1上，前端通過軸承9裝于演示盤2的中心孔上；轉動軸齒輪32裝于轉動軸10上；轉動軸驅動電機14通過電機底座11和電機底座固定螺釘13裝于演示盤2的后部；主動齒輪8裝于轉動軸驅動電機14的輸出軸上，并與轉動軸齒輪32相嚙合；演示盤驅動電機16通過電機底座11和電機底座固定螺釘13裝于底座1上，演示盤驅動電機16的輸出軸上裝有驅動盤33，驅動盤33與演示盤2周齒相嚙合；可更換演示模塊通過軸上零件固定螺母12固定裝于位于演示盤2前部的轉動軸10上。

演示盤2和底座1上設置有定位孔，固定銷17插入到定位孔中對演示盤2進行定位。

可更換演示模塊為周轉輪系反轉法模塊；周轉輪系反轉法模塊：內齒輪18、中心輪19、行星輪20、行星架21和內齒輪固定螺釘22；內齒輪18通過內齒輪固定螺釘22裝于演示盤2的前部；中心輪19和行星輪20的外齒相嚙合，并通過行星架21進行連接，中心輪19通過軸上零件固定螺母12裝于轉動軸10位于演示盤2前部的軸頸上，并隨轉動軸10的轉動而轉動；行星輪20的外齒與內齒輪18的內齒相嚙合。

具體實施方式3

本發明的具體實施例如附圖4、5所示，反轉法演示教具，其特征在于所述的反轉法演示教具包括：底座1、演示盤2、主動齒輪8、軸承9、轉動軸10、電機底座11、軸上零件固定螺母12、電機底座固定螺釘13、轉動軸驅動電機14、電機固定片15、演示盤驅動電機16、轉動軸齒輪32及可更換演示模塊；

底座1為L型結構，轉動軸10的后端通過軸承9裝于底座1上，前端通過軸承9裝于演示盤2的中心孔上；轉動軸齒輪32裝于轉動軸10上；轉動軸驅動電機14通過電機底座11和電機底座固定螺釘13裝于演示盤2的后部；主動齒輪8裝于轉動軸驅動電機14的輸出軸上，并與轉動軸齒輪32相嚙合；演示盤驅動電機16通過電機底座11和電機底座固定螺釘13裝于底座1上，演示盤驅動電機16的輸出軸上裝有驅動盤33，驅動盤33與演示盤2周齒相嚙合；可更換演示模塊通過軸上零件固定螺母12固定裝于位于演示盤2前部的轉動軸10上。

演示盤2和底座1上設置有定位孔，固定銷17插入到定位孔中對演示盤2進行定位。

可更換演示模塊為連桿機構剛化反轉法模塊；連桿機構剛化反轉法模塊：機架23、曲柄24、連桿25、剛化連接板26、剛化固定螺母27、搖桿28、手柄29、手柄連接螺釘30和搖把31；所述的機架23、搖桿28、連桿25和曲柄24首尾鉸鏈，組成四邊形框架結構；機架23和曲柄24的鉸鏈處通過軸上零件固定螺母12裝于轉動軸10位于演示盤2前部的軸頸上，并隨轉動軸10的轉動而轉動；剛化連接板26一端的軸頸插裝于搖桿28中部的軸孔上，并可自由轉動；剛化連接板26的長孔套裝于連桿24中部的螺紋柱上；剛化固定螺母27通過螺紋裝于螺紋柱上，并將剛化連接板26封裝于螺紋柱上；手柄29、手柄連接螺釘30和搖把31組裝成搖柄套件；搖柄組件的搖把31裝于轉動軸10后端的軸頸上。

以上所述，僅為本發明的較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，所有熟悉本技術領域的技術人員在本發明公開的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其本發明的構思加以等同替換或改變均應涵蓋在本發明的保護范圍之內。