一种同轴往复运动机构教具及其演示方法技术

本发明专利技术公开了一种同轴往复运动机构教具及其演示方法，包括执行部分、为执行部分提供驱动力的驱动部分和对执行部分检测并显示运动特性规律的演示控制系统；执行部分包括旋转盘、曲柄滑块机构和将旋转盘的旋转运动等速转换为曲柄滑块机构的直线往复运动的转换机构，旋转盘由所述驱动部分驱动旋转；演示控制系统包括：参数采集单元、控制处理单元和显示模块；将传统的常见机械结构演示教具的演示范围从对工作原理、基板结构、基本功能的演示进一步拓展到对基本运动特点和规律的演示，不仅可定性给出往复运动机构的设计方法以及运动、动力特性，也能将其定量化的进行直观显示。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴往复运动机构教具及其演示方法
本专利技术涉及教学教具领域，特别涉及一种同轴往复运动机构教具及其演示方法。
技术介绍
随着国家对于机械行业人才综合素质要求的提高，对高校机械类的课程，特别是机械原理、机械设计等基础类课程的要求也在不断提高。就目前机械原理的实验教学模式来看，对于理论基础知识的讲解几乎还存在空白状态，尤其是实验课教具还停留在传统的一物一模型阶段，这已经与当代大学生的学习习惯与思维习惯脱节，也与日益增长的对机械行业人才需求量的客观现实相矛盾。往复运动使一种常见的机械结构，往复运动的特点是位移等于零，因为是一个正行程和一个负行程，或者称为一个推程和一个回程，常见的往复运动有直线往复运动，如曲柄滑块机构，现有传统的机械机构演示教具多为简单的曲柄滑块机构的结构设计，其演示范围仅是对往复运动的工作原理、基本功能和基本结构的演示，对其基本特点和运动规律没有客观真实的认识。在实际教学中，传统的往复运动机械机构教具未能妥善解决知识传授与学生能力培养的关系，且教具多为对知识点分别阐释，没有一款涉猎多个知识层面并且将往复运动机构的形成和运动过程形成整合的实验教具，在整个教学过程中没有强调整体设计理念，即不能定性给出往复运动机构的设计方法以及运动、动力特性，也不能将其定量化的进行直观显示。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种同轴往复运动机构教具及其演示方法，其将传统的常见机械结构演示教具的演示范围从对工作原理、基板结构、基本功能的演示进一步拓展到对基本运动特点和规律的演示，不仅可定性给出往复运动机构的设计方法以及运动、动力特性，也能将其定量化的进行直观显示。本专利技术的同轴往复运动机构教具，包括执行部分、为执行部分提供驱动力的驱动部分和对执行部分检测并显示运动特性规律的演示控制系统；执行部分包括旋转盘、曲柄滑块机构和将旋转盘的旋转运动等速转换为曲柄滑块机构的直线往复运动的转换机构，旋转盘由驱动部分驱动旋转；演示控制系统包括：参数采集单元，用于采集执行部分的运动特性参数；控制处理单元，用于将参数采集单元传来的特性参数所对应信号进行处理，并对处理后的数字信号进行整合传输；显示模块，用于根据整合后的数字信号描点显示执行部分的运动规律图像。进一步，转换机构包括相互间形成球头连接的第一推杆和第二推杆，旋转盘的动力输出端端面上设置有过其自身圆心并以圆心为对称中心的S形曲线槽，S形曲线槽的两端点到中心点沿旋转盘轴向的高度均为逐渐降低，第一推杆通过端部设置的嵌入S形曲线槽内滑动配合的球体与旋转盘配合，第二推杆与曲柄滑块机构的曲柄枢接。进一步，参数采集单元至少包括速度传感器，速度传感器设置于曲柄滑块机构的滑块上并用于检测滑块的速度信号。进一步，控制处理单元包括主机、从机、用于得到速度信号的运放匹配电路、用于得到位移信号的积分电路和用于得到加速度信号的微分电路，从机对应运放匹配电路、积分电路和微分电路各设置一个，主机和从机采取串行多机通信的方式连接；控制处理单元还包括滤波放大装置和模数转换器，滤波放大装置与速度传感器的输出端连接并对信号进行放大和整流滤波处理，模数转换器对应放匹配电路、积分电路和微分电路各设置一个并输入端与对应电路的输出端连接，输出端与对应从机输入端连接。进一步，演示控制系统还包括用于在主机和显示模块之间通过外部中断方式进行数据传输进行外部判断的外部中断判断单元。进一步，旋转盘的动力输出端端面为凹球面，S形曲线槽自两端点到中心点为平滑过渡结构。进一步，驱动部分包括驱动电机、减速器和设置于减速器动力输入端的联轴器，驱动电机与联轴器直连式配合，或驱动电机通过皮带传动副与联轴器传动配合。本专利技术还公开了一种利用同轴往复运动机构教具的演示控制方法，演示控制方法包括：将参数采集单元所采集的执行部分的速度信号进行分路得到速度信号、位移信号和加速度信号；通过不同的分机分别处理上述速度信号、位移信号和加速度信号，并将处理后的数字信号通过串行多机通信方式反馈给主机；主机对不同分机所传递数字信号整合后传输至显示模块上描点；显示与执行部分的位移、速度和加速度参数相对应的运动特性曲线。进一步，主机与显示模块之间的数据传输采用外部中断方式进行。本专利技术的有益效果：本专利技术的同轴往复运动教具及其演示方法，通过转换机构将空间内旋转盘的旋转运动等速的转换为平面内曲柄滑块机构的直线往复运动，并与演示控制系统相结合，在该夹具教学中可对直线往复运动的速度、位移和加速度等运动特性的规律进行直观的阐述，其将传统的常见机械结构演示教具的演示范围从对工作原理、基板结构、基本功能的演示进一步拓展到对基本运动特点和规律的演示，不仅可定性给出往复运动机构的设计方法以及运动、动力特性，也能将其定量化的进行直观显示。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术教具的平面结构示意图；图2为本专利技术教具中的旋转盘结构示意图；图3为本专利技术教具中的旋转盘的S形曲线槽结构示意图；图4为本专利技术教具中的驱动部分传动方式一种实施例示意图；图5为本专利技术教具中的驱动部分传动方式另一种实施例示意图；图6为本专利技术教具中的演示控制系统的运动特性参数信号通道图；图7为本专利技术教具及其演示控制方法中串行多机通信的流程图；图8为本专利技术教具及其演示控制方法中显示模块显示运动规律图像的过程流程图；图9为本专利技术教具的立体结构示意图。具体实施方式图1为本专利技术教具的整体结构示意图，图2为本专利技术教具中的旋转盘结构示意图，图3为本专利技术教具中的旋转盘的S形曲线槽结构示意图，图4为本专利技术教具中的驱动部分传动方式一种实施例示意图，图5为本专利技术教具中的驱动部分传动方式另一种实施例示意图，图6为本专利技术教具中的演示控制系统的运动特性参数信号通道图，图7为本专利技术教具及其演示控制方法中串行多机通信的流程图，图8为本专利技术教具及其演示控制方法中显示模块显示运动规律图像的过程流程图，图9为本专利技术教具的立体结构示意图，如图所示：本实施例的同轴往复运动机构教具，包括执行部分、为执行部分提供驱动力的驱动部分和对执行部分检测并显示运动特性规律的演示控制系统；执行部分包括旋转盘1、曲柄滑块机构和将旋转盘1的旋转运动等速转换为曲柄滑块机构的直线往复运动的转换机构，旋转盘1由驱动部分驱动旋转；演示控制系统包括：参数采集单元，用于采集执行部分的运动特性参数；控制处理单元，用于将参数采集单元传来的特性参数所对应信号进行处理，并对处理后的数字信号进行整合传输；显示模块，用于根据整合后的数字信号描点显示执行部分的运动规律图像；显示模块为显示屏装置，对应不同的数字信号的运动规律图形各设置一个显示模块，也可将所有数字信号相对应的运动规律图形在一个显示模块上显示。其中，曲柄滑块机构包括曲柄2、连杆3、滑块4和导轨5，教具还包括底板7和曲柄支座6，曲柄2通过转轴设置在在曲柄支座6上，连杆3一端与曲柄2通过铰接轴铰接，另一端通过铰接轴与滑块4铰接，滑块4套设在导轨5上并可沿导轨5直线往复运动，驱动部分驱动旋转盘1旋转，旋转盘1的旋转由转换机构转换，转动机构的动力输出端带动曲柄2摆动，即旋转盘1和转换机构的一部分是一个三维空间的旋转运动，曲柄滑块4机构是一个平面的往复运动，并且输入轴与输出轴在同一轴线上，从而形成同轴往复直线运动；参数采集单元对执行部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同轴往复运动机构教具，其特征在于：包括执行部分、为执行部分提供驱动力的驱动部分和对执行部分检测并显示运动特性规律的演示控制系统；所述执行部分包括旋转盘、曲柄滑块机构和将旋转盘的旋转运动等速转换为曲柄滑块机构的直线往复运动的转换机构，旋转盘由所述驱动部分驱动旋转；所述演示控制系统包括：参数采集单元，用于采集执行部分的运动特性参数；控制处理单元，用于将参数采集单元传来的特性参数所对应信号进行处理，并对处理后的数字信号进行整合传输；显示模块，用于根据整合后的数字信号描点显示执行部分的运动规律图像。

【技术特征摘要】
1.一种同轴往复运动机构教具，其特征在于：包括执行部分、为执行部分提供驱动力的驱动部分和对执行部分检测并显示运动特性规律的演示控制系统；所述执行部分包括旋转盘、曲柄滑块机构和将旋转盘的旋转运动等速转换为曲柄滑块机构的直线往复运动的转换机构，旋转盘由所述驱动部分驱动旋转；所述演示控制系统包括：参数采集单元，用于采集执行部分的运动特性参数；控制处理单元，用于将参数采集单元传来的特性参数所对应信号进行处理，并对处理后的数字信号进行整合传输；显示模块，用于根据整合后的数字信号描点显示执行部分的运动规律图像。2.根据权利要求1所述的同轴往复运动机构教具，其特征在于：所述转换机构包括相互间形成球头连接的第一推杆和第二推杆，所述旋转盘的动力输出端端面上设置有过其自身圆心并以圆心为对称中心的S形曲线槽，S形曲线槽的两端点到中心点沿旋转盘轴向的高度均为逐渐降低，所述第一推杆通过端部设置的嵌入S形曲线槽内滑动配合的球体与旋转盘配合，所述第二推杆与所述曲柄滑块机构的曲柄枢接。3.根据权利要求2所述的同轴往复运动机构教具，其特征在于：所述参数采集单元至少包括速度传感器，所述速度传感器设置于曲柄滑块机构的滑块上并用于检测滑块的速度信号。4.根据权利要求3所述的同轴往复运动机构教具，其特征在于：所述控制处理单元包括主机、从机、用于得到速度信号的运放匹配电路、用于得到位移信号的积分电路和用于得到加速度信号的微分电路，所述从机对应运放匹配电路、积分电路和微分电路各设置一个，所述主机和从机采取串...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡启国，周松，董绍江，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50