一种平面连杆机构教学工具制造技术

本发明专利技术为一种平面连杆机构教学工具，所设计平面连杆机构中连杆的长度、运动副(滑动副、转动副)和固定形式均具有可调节性，且所有联接单元通用性强，不但能够完成关于连杆机构的所有教学任务，使学生通过实操学习体验感受连杆机构因改变连杆长度、固定连杆及运动副尺寸而造成运动形式的转变，将把晦涩难懂的机械传动知识立体化，增强教学直观感与沉浸感；而且可以通过连杆的不同组合形成多种传动机构，激发学生创新实践能力。发学生创新实践能力。发学生创新实践能力。

【技术实现步骤摘要】
一种平面连杆机构教学工具


[0001]本专利技术涉及平面连杆教学工具，尤其适用于在机械原理课程教学中增强学生对连杆机构传动特性的体验感并激发创新实践能力。

技术介绍

[0002]平面连杆机构作为一种重要的传动机构，在很多机械设备中得到应用。平面连杆机构将若干构件通过低副联接可实现多种传动形式的转换，仅平面四连杆机构通过改变连杆长度、固定连杆及运动副尺寸等方法就可以形成曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆、曲柄滑块、曲柄摇块、移动导杆、转动导杆、摆动导杆等多种传动机构。由于平面连杆机构的多变性和复杂性，对学生的空间运动想象能力要求较高，连杆机构中任何一个元素的改变将会对机构运动规律产生重要影响。为增强学生对连杆机构运动特性的认知能力，目前主要采用运动学仿真软件进行教学，尽管在一定程度上降低了学习难度，但无法使学生亲身体会感知到连杆机构的运动特性，对连杆机构运动特性缺乏深度认知，进而影响学生对传动机构创新与应用能力。尽管目前也有一些平面连杆机构教学工具，但是基本上以实现连杆运动为目的，无法通过改变连杆元素(长度、运动副、固定件)实现运动形式的改变，对启发学生学习能力较差，而且连杆种类繁多、通用性差，一旦一个连杆丢失，将无法实现一类传动形式。因此，针对教学工具使用对象，设计出一种通用性好、组合性强、传动元素改变简单且具有创新启发能力的平面连杆机构教学工具，既能够方便快捷的完成教学任务增强学生对连杆机构的认知体验能力，又能激发学生创新实践能力。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种平面连杆机构教学工具，所设计平面连杆机构中连杆的长度、运动副(滑动副、转动副)和固定形式均具有可调节性，且所有运动副联接单元通用性强，不但能够使学生通过实操学习体验感受连杆机构因改变连杆长度、固定连杆及运动副尺寸而造成运动形式的转变，而且可以通过连杆的不同组合形成多种传动机构，激发学生创新实践能力。
[0004]为实现上述目的，本专利技术为一种平面连杆机构教学工具，包括：固定板、手摇轮、圆形孔连杆、U型槽连杆、Ⅰ型联接单元和Ⅱ型联接单元组成。手摇轮通过固定板与圆形孔连杆或U型槽连杆联接，能过带动圆形孔连杆或U型槽连杆实现转动或摆动。若干个圆形孔连杆或U型槽连杆通过Ⅰ型联接单元进行联接，形成的连杆机构两端分别通过Ⅰ型联接单元和Ⅱ型联接单元与手摇轮和固定板联接，从而形成一种平面连杆传动机构。
[0005]Ⅰ型联接单元是由圆柱销、挡板和沉头螺钉组成，能够将不同的圆形孔连杆或U型槽连杆进行联接形成运动副，每个运动副中至少包含圆形孔连杆或U型槽连杆中的一个孔，当另一个联接单元为U型槽连杆中的U型槽时，通过调节Ⅰ型联接单元在U型槽中的位置可以调节U型槽连杆的实际工作长度。Ⅰ型联接单元中圆柱销在U型槽连杆中的安装长度小于U型槽连杆厚度，当沉头螺钉拧紧时U型槽连杆与另一个连杆形成转动副；当沉头螺钉不拧紧
时，圆柱销可在U型槽中直线滑动形成滑动副，实现转动副与滑动副的转变。
[0006]Ⅱ型联接单元是由阶梯圆柱销、挡板和沉头螺钉组成，其中挡板和沉头螺钉与Ⅰ型联接单元中的挡板和沉头螺钉相同。Ⅱ型联接单元主要应用于连杆与固定板上的U型槽联接形成运动副。Ⅱ型联接单元一端联接圆形孔连杆或U型槽连杆中的一个圆形孔，另一端联接固定板上的U型槽，通过调节Ⅱ型联接单元在U型槽中的位置可以调节固定连杆的实际工作长度。Ⅱ型联接单元中阶梯圆柱销在U型槽中的工作长度小于U型槽厚度，当沉头螺钉拧紧时连杆与固定板形成转动副；当沉头螺钉不拧紧时，阶梯圆柱销可在U型槽中直线滑动形成滑动副，实现转动副与滑动副的转变。为了使各个连杆在转动过程中不发生相互干涉，阶梯圆柱销选用不同的高度，确保每一个连杆的运动空间不发生干涉。
[0007]U型槽连杆的两端加工圆形孔可与其它连杆联接形成转动副，中间开有U型槽，在U型槽连杆表面标注上刻度，当Ⅰ型联接单元与U型槽联接时，能够根据刻度迅速定位工作点调节U型槽连杆的实际工作长度，从而实现不同连杆长度平面连杆机构运动特性研究，完成平面四杆机构存在曲柄条件教学任务；也可以将Ⅰ型联接单元在U型槽中滑动形成滑动副，实现不同运动副形式平面连杆机构运动特性研究，完成平面连杆机构演化教学任务。
[0008]圆形孔连杆上加工若干圆形孔，圆形孔之间的距离为定值，通过将Ⅰ型联接单元或Ⅱ型联接单元安装在不同的圆形孔中形成转动副，能够根据两个圆形孔之间的位置确定圆形孔连杆的实际工作长度，从而实现不同连杆长度平面连杆机构运动特性研究，完成平面四杆机构存在曲柄条件教学任务。
[0009]固定板上加工圆形孔和多个U型槽，圆形孔用来安装手摇轮，在U型槽上标注刻度，当Ⅱ型联接单元与U型槽联接时，能够根据刻度迅速定位工作点调节固定连杆的实际工作长度，从而实现不同连杆长度平面连杆机构运动特性研究；也可以将Ⅱ型联接单元在U型槽中滑动形成滑动副，实现不同运动副平面连杆机构运动特性研究；选用固定板上不同的U型槽进行安装，可以实现同心或偏心连杆机构运动特性研究。
[0010]平面连杆机构的组合与运动过程：手摇轮与圆形孔连杆联接带动连杆旋转或摆动；通过Ⅰ型联接单元将圆形孔连杆中的圆形孔与U型槽连杆的U型槽联接；通过Ⅰ型联接单元将U型槽连杆中的圆形孔与U型槽连杆的U型槽联接；通过Ⅱ型联接单元将U型槽连杆中的圆形孔与固定板中的U型槽联接，这样形成平面四连杆机构，通过改变U型槽连杆的长度可实现曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆运动机构的转换，让学生学习体验到连杆不同长度时实现不同运动机构形式之间的转换。通过将Ⅰ型联接单元或Ⅱ型联接单元中的沉头螺钉拧松，使其能够在U型槽中滑动形成滑动副，并通过固定不同的连杆形成曲柄摇块、移动导杆、转动导杆、摆动导杆等多种传动机构，让学生学习体验到连杆改变运动副与固定件时实现不同运动机构形式之间的转换。通过Ⅰ型联接单元或Ⅱ型联接单元将多个圆形孔连杆或U型槽连杆联接，形成多连杆机构，作为开放性课题指导学生搭建不同的连杆机构，进一步激发学生创新实践能力。
[0011]优选地，固定板中加工多个U型槽和多个圆形孔，并标注刻度，能够迅速确定固定连杆的长度，不但能够为平面连杆机构教学工具提供固定支撑，而且通过U型槽可形成滑动副；
[0012]优选地，U型槽连杆中可加工多个U型槽和圆形孔并标注刻度，不但能够迅速确定连杆的实际工作长度，而且通过U型槽可形成滑动副；
[0013]优选地，圆形孔连杆上加工若干圆形孔并标注刻度，能够实现不同连杆长度调整；
[0014]优选地，Ⅰ型联接单元中的圆柱销采用阶梯型设计，通过改变沉头螺钉的拧紧力，可以实现转动副和滑动副之间的转换；
[0015]优选地，Ⅱ型联接单元中的阶梯圆柱销采用阶梯型设计，通过改变沉头螺钉的拧紧力，可以实现转动副和移动副之间的转换，同时通过改变阶梯圆柱销的长度使得所有连杆之间不会发生运动干涉；
[0016]本专利技术为一种平面连杆机构教学工具，通过设计出长度可调整的连杆和移动副、转动副可转换的联接单元，能够组合出不同连杆长度、固定连杆及运动副尺寸的运动机构，帮助学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面连杆机构教学工具，其特征在于包括固定板(1)、手摇轮(2)、圆形孔连杆(3)、U型槽连杆(4)、Ⅰ型联接单元(5)和Ⅱ型联接单元(6)；手摇轮(2)与圆形孔连杆(3)或U型槽连杆(4)联接在一起并安装在固定板(1)的圆形孔(11)中，通过摇动手摇轮(2)可带动连杆实现转动或摆动；圆形孔连杆(3)和U型槽连杆(4)或U型槽连杆(4)和U型槽连杆(4)通过Ⅰ型联接单元(5)联接形成连杆机构，U型槽连杆(4)通过Ⅱ型联接单元(6)与固定板(1)联接；Ⅰ型联接单元(5)包括圆柱销(7)、挡板(8)和沉头螺钉(9)，圆柱销(7)采用阶梯轴的设计方法，将圆形孔连杆(3)或U型槽连杆(4)与U型槽连杆(4)中的U型槽(12)联接，通过调节沉头螺钉(9)的拧...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓辉，刘永光，仝晓萌，赵龙飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：