一種多功能凸輪演示教具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種凸輪演示裝置,可以快速畫(huà)出凸輪裝置中移動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線，并且可以根據(jù)已有的運(yùn)動(dòng)曲線來(lái)反向畫(huà)出凸輪理論輪廓線。本發(fā)明將凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞分解成水平方向和豎直方向來(lái)生成運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線，并且通過(guò)跟蹤從動(dòng)件位移曲線，反向傳遞運(yùn)動(dòng)來(lái)畫(huà)出凸輪理論輪廓線。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，可解決教師在凸輪機(jī)構(gòu)教學(xué)中不方便演示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及學(xué)生不易理解課程內(nèi)容的問(wèn)題，教師可方便快速的繪制從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線以及凸輪輪廓線，便于學(xué)生的觀看和對(duì)凸輪知識(shí)的理解，具有較高的推廣價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 一種多功能凸輪演示教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種課堂教學(xué)裝置，尤其涉及一種凸輪演示裝置，一種可以快速畫(huà)出凸輪裝置中移動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線的裝置，并且可以根據(jù)已畫(huà)好的運(yùn)動(dòng)曲線來(lái)反向快速畫(huà)出凸輪理論輪廓線。

【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械課程教學(xué)中，關(guān)于凸輪的教學(xué)方式比較單一，往往是通過(guò)教科書(shū)例題和平面圖形來(lái)演示，靜態(tài)的平面圖形演示比較抽象，學(xué)生難以理解凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及凸輪輪廓曲線生成過(guò)程。在教師講解的過(guò)程中很難通過(guò)純手工方式精確的畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線和凸輪的輪廓曲線，而且演示過(guò)程較費(fèi)時(shí)。有時(shí)教師會(huì)通過(guò)CAD來(lái)演示運(yùn)動(dòng)曲線和輪廓線的生成過(guò)程，這也就需要一定的畫(huà)圖技巧，并且需要配備裝有CAD類(lèi)軟件的電腦。有時(shí)教師會(huì)通過(guò)一些動(dòng)畫(huà)來(lái)演示凸輪機(jī)構(gòu)，但動(dòng)畫(huà)模型和實(shí)物存在一定的差異，不利于建立相關(guān)的機(jī)械概念。而實(shí)驗(yàn)室的凸輪儀器往往比較笨重，功能單一，不方便攜帶且達(dá)不到教學(xué)效果。這些都給凸輪教學(xué)帶來(lái)了不便，因此發(fā)明一種簡(jiǎn)單、便于攜帶的可以展示凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線和凸輪輪廓曲線的教學(xué)用具勢(shì)在必行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單輕便的多功能凸輪演示裝置，讓教師方便且快速的繪制從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線以及凸輪輪廓線，也便于學(xué)生的觀看和對(duì)凸輪輪廓行程原理的理解。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種多功能凸輪演示教具，包括一個(gè)演示凸輪(2)，帶豎直長(zhǎng)桿的齒條(1)，附有圓柱齒輪的轉(zhuǎn)盤(pán)(3)，帶水平長(zhǎng)桿的移動(dòng)從動(dòng)件(4)，可移動(dòng)筆套(5)，縱向滑道(6)，水平滑道
(7);所述齒條(I)在水平滑道(7)內(nèi)滑動(dòng)，所述演示凸輪(2)安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)(3)上，所述轉(zhuǎn)盤(pán)
(3)上設(shè)置鍵槽(12)，使得演示凸輪(2)隨著轉(zhuǎn)盤(pán)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)盤(pán)(3)背后設(shè)置齒輪(9)，所述齒輪(9)與齒條(I)形成齒輪齒條副，兩者配合關(guān)系將角度變量與直線距離變化量相互轉(zhuǎn)化；所述移動(dòng)從動(dòng)件(4)的下端面與演示凸輪(2)的輪廓面接觸，形成凸輪副，隨著演示凸輪(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)從動(dòng)件(4)在縱向滑道(6)里上下滑動(dòng)，所述移動(dòng)從動(dòng)件(4)的長(zhǎng)桿與齒條(I)的長(zhǎng)桿相互垂直，所述可移動(dòng)筆套(5)設(shè)置在兩根長(zhǎng)桿的交界處，可移動(dòng)筆套
[5]上設(shè)置粉筆孔(16)，所述粉筆孔(16)內(nèi)安裝有粉筆(8)；
功能一:演示凸輪(2)裝在轉(zhuǎn)盤(pán)(3)上，隨著轉(zhuǎn)盤(pán)(3) 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，帶長(zhǎng)桿的齒條(I)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)演示凸輪(2)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)移動(dòng)從動(dòng)件(4)垂直運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)筆套(5)的平面運(yùn)動(dòng)；
功能二:取下演示凸輪(2)，在移動(dòng)從動(dòng)件(4)的與轉(zhuǎn)盤(pán)(3)接觸處設(shè)置鉛筆(20)，驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)筆套(5)做沿軌跡運(yùn)動(dòng)，從而使鉛筆(20)在轉(zhuǎn)盤(pán)(3)上留下凸輪理論輪廓線。
[0005]上述可移動(dòng)筆套(5)上有一個(gè)豎直孔(14)和一個(gè)水平孔(15)，移動(dòng)從動(dòng)件(4)上的水平桿插入水平孔(15),齒條(1)上的豎直桿插入豎直孔(14),可移動(dòng)筆套(5)的運(yùn)動(dòng)就分解成垂直方向和水平方向，在兩長(zhǎng)桿的驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)動(dòng)軌跡為一條曲線。
[0006]上述可移動(dòng)筆套(5)上還設(shè)置一個(gè)抓柄(13),方便在功能二中用手來(lái)跟蹤黑板上曲線。
[0007]上述水平滑道(7)和縱向滑道(6)背后都附有吸鐵石，可將裝置吸附在黑板上，齒條(1)和移動(dòng)從動(dòng)件(4)被約束在其中運(yùn)動(dòng)，水平滑道(7)上的孔用于配合轉(zhuǎn)盤(pán)(3)背后的轉(zhuǎn)軸面(10),則轉(zhuǎn)盤(pán)(3)約束在黑板上轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]上述轉(zhuǎn)盤(pán)(3)的表面，刻有坐標(biāo)線(11),有表示角度的坐標(biāo)和數(shù)字。
[0009]本發(fā)明包括一個(gè)演不凸輪，一個(gè)帶豎直長(zhǎng)桿的齒條，與齒條配合的是一個(gè)附有圓柱齒輪的轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)正面有安放凸輪軸的鍵槽，盤(pán)面上刻有坐標(biāo)軸和角度，目的是在反向畫(huà)凸輪輪廓線時(shí)方便確定凸輪輪廓線初始基圓和偏距圓大小以及確定轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度。轉(zhuǎn)盤(pán)面背后的圓柱齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)類(lèi)似純滾動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，齒條也相應(yīng)的前進(jìn)或者后退一定距離，反之當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒條前進(jìn)或退后一定距離，轉(zhuǎn)盤(pán)也就相應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，因此齒輪齒條運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和平移的相互轉(zhuǎn)化。帶水平長(zhǎng)桿的移動(dòng)從動(dòng)件下端面和凸輪配合形成凸輪副?？梢苿?dòng)粉筆套有兩個(gè)矩形孔分別插入齒條上的長(zhǎng)桿和從動(dòng)件上的長(zhǎng)桿，由于兩長(zhǎng)桿相互垂直，所以便可以驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)粉筆套在水平和豎直兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，從而轉(zhuǎn)化成曲線。轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪也就轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)從動(dòng)件上下移動(dòng)，同時(shí)齒條也移動(dòng)相應(yīng)的距離，可移動(dòng)粉筆套插上粉筆便可以快速而準(zhǔn)確的畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線。當(dāng)把凸輪摘下，從動(dòng)件底部孔內(nèi)塞入鉛筆，將可移動(dòng)粉筆套跟著黑板上已有的曲線移動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)從粉筆套傳遞給了從動(dòng)件和齒條，然后從齒條傳遞給轉(zhuǎn)盤(pán)。轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)從動(dòng)件上下運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件底部的鉛筆便可以快速在轉(zhuǎn)盤(pán)上畫(huà)出凸輪理論輪廓線。水平滑道背面開(kāi)有孔，用于固定轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)軸。水平滑道和縱向滑道背面都附有強(qiáng)力吸鐵石，用于將整個(gè)裝置固定在黑板上方便教師操作和學(xué)生觀看。其中改變縱向滑道相對(duì)于水平滑道的位置，可以在功能二中調(diào)節(jié)凸輪的初始偏距圓和基圓大小。
[0010]由以上所述的技術(shù)方案，教具的功能一就是通過(guò)已有凸輪在黑板上方便且快速準(zhǔn)確地畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線，教具功能二就是通過(guò)黑板上已有的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線，再給定凸輪的初始基圓和偏距圓，便可方便且快速準(zhǔn)確的在轉(zhuǎn)盤(pán)上生成凸輪理論輪廓線。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明正面外觀示意圖；
圖2為本發(fā)明背面外觀示意圖；
圖3為轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖4為轉(zhuǎn)盤(pán)表面坐標(biāo)線與鍵槽的示意圖；
圖5為可移動(dòng)筆套結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為可移動(dòng)筆套上粉筆孔的示意圖；
圖7為本發(fā)明功能一效果圖；
圖8為本發(fā)明功能二效果圖；
圖9為圖8放大后觀察從動(dòng)件下端圓孔的不意圖； 附圖標(biāo)記
1、齒條，2、演示凸輪，3、轉(zhuǎn)盤(pán)，4、移動(dòng)從動(dòng)件，5、可移動(dòng)筆套，6、縱向滑道，7、水平滑道，8、粉筆，9、齒輪，10、轉(zhuǎn)軸面，11、坐標(biāo)線，12、鍵槽，13、抓柄，14、豎直孔，15、水平孔，16、粉筆孔，17、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線，18、凸輪理論輪廓線曲線，19、跟蹤路徑曲線，20、鉛筆。
[0012]

【具體實(shí)施方式】
為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0013]如圖1所示，在使用凸輪教具功能一時(shí)，將演示凸輪2安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)3上，如圖4所示，轉(zhuǎn)盤(pán)3上有鍵槽12，這樣演示凸輪2就可以隨著轉(zhuǎn)盤(pán)3 —起轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3所示，轉(zhuǎn)盤(pán)3背后有齒輪9，可與齒條I形成齒輪齒條副，兩者配合關(guān)系可將角度變量與直線距離變化量相互轉(zhuǎn)化。移動(dòng)從動(dòng)件4下端面和凸輪輪廓面接觸，形成凸輪副，隨著凸輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)從動(dòng)件4將在縱向滑道6里上下滑動(dòng)。移動(dòng)從動(dòng)件4和齒條I都帶有長(zhǎng)桿，兩者相互垂直，可移動(dòng)筆套5就套在這兩根桿的交界處，如圖5所示，可移動(dòng)筆套5上有一個(gè)豎直孔14和一個(gè)水平孔15，移動(dòng)從動(dòng)件4上的水平桿插入水平孔15，齒條I上的豎直桿插入豎直孔14，因此可移動(dòng)筆套5的運(yùn)動(dòng)就分解成垂直方向和水平方向，在兩長(zhǎng)桿的驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)動(dòng)軌跡為一條曲線；另外可移動(dòng)筆套5上有抓柄13，方便在功能二中用手來(lái)跟蹤黑板上曲線。如圖2所示，水平滑道7和縱向滑道6背后都附有強(qiáng)力吸鐵石，可將裝置吸附在黑板上，齒條I和從移動(dòng)從動(dòng)件4被約束在其中運(yùn)動(dòng)，水平滑道7上的孔用于配合轉(zhuǎn)盤(pán)3背后的轉(zhuǎn)軸面10，則轉(zhuǎn)盤(pán)3約束在黑板上轉(zhuǎn)動(dòng)。粉筆8插在可移動(dòng)筆套5的粉筆孔16上，可在在黑板上留下痕跡。
[0014]如圖3所示，在轉(zhuǎn)盤(pán)3的表面，刻有坐標(biāo)線11，有表示角度的坐標(biāo)和數(shù)字，還有表示距離的刻度，其上角度坐標(biāo)和數(shù)字的作用是確定轉(zhuǎn)盤(pán)3轉(zhuǎn)過(guò)的角度，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)一周，如果使用功能一，黑板上就生成了從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線，如果是使用功能二，轉(zhuǎn)盤(pán)3面上將生成凸輪輪廓線。另外在O到90度范圍內(nèi)還刻有表示距離的坐標(biāo)刻度，用于在功能二中確定要生成凸輪的初始條件(基圓和偏距圓大小)，偏距圓半徑就是橫坐標(biāo)值，基圓半徑就是縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)平方和的根。用手抓住抓柄13跟蹤黑板上已經(jīng)確定好的從動(dòng)件位移曲線，可在轉(zhuǎn)盤(pán)3上生成唯一的凸輪理論輪廓線。如圖9所示，移動(dòng)從動(dòng)件4下端塞入鉛筆20，可在轉(zhuǎn)盤(pán)3上留下軌跡。
[0015]在使用本發(fā)明功能一畫(huà)運(yùn)動(dòng)規(guī)律線時(shí)，教師可以先將縱向滑道6和水平滑道7吸附在黑板上，接著安裝演示凸輪2，移動(dòng)從動(dòng)件4和齒條I，然后套上可移動(dòng)筆套5。接下來(lái)轉(zhuǎn)盤(pán)角度調(diào)零，讓齒條I盡量往左伸出，如圖4所示。最后將粉筆8塞入粉筆孔16開(kāi)始演示?？梢詮淖笸彝苿?dòng)齒條I左端面，也可以逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)3，兩種方式均可以驅(qū)動(dòng)齒條I向右移動(dòng)，兩相互垂直的長(zhǎng)桿將運(yùn)動(dòng)傳遞給了可移動(dòng)筆套5，最終在黑板上劃出移動(dòng)從動(dòng)件4的運(yùn)動(dòng)曲線，如圖7所示，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線17是生成的運(yùn)動(dòng)曲線。
[0016]在使用本發(fā)明功能二畫(huà)凸輪輪廓線時(shí)，只需將演示凸輪2取下，移動(dòng)從動(dòng)件4下端塞入鉛筆20，調(diào)整縱向滑道6相對(duì)于水平滑道7的位置，使鉛筆20初始位置如圖4所示，確定要生成凸輪的基圓和偏距圓大小，然后調(diào)整可移動(dòng)筆套5的初始位置，使之處在已畫(huà)好的運(yùn)動(dòng)曲線的開(kāi)始端點(diǎn)，然后進(jìn)行演示。教師抓住抓柄13使粉可移動(dòng)筆套5慢慢沿著已有的曲線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)從可移動(dòng)筆套5傳遞給了齒條I和移動(dòng)從動(dòng)件4，齒條I又將運(yùn)動(dòng)傳遞給轉(zhuǎn)盤(pán)3，鉛筆20便在轉(zhuǎn)盤(pán)3上留下了凸輪輪廓線。如圖8所示，跟蹤路徑曲線19為已有的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線，凸輪理論輪廓線曲線18是生成的凸輪理論輪廓線。
[0017]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能凸輪演示教具，其特征在于:包括一個(gè)演示凸輪(2)，帶豎直長(zhǎng)桿的齒條(1)，附有圓柱齒輪的轉(zhuǎn)盤(pán)(3)，帶水平長(zhǎng)桿的移動(dòng)從動(dòng)件(4)，可移動(dòng)筆套(5)，縱向滑道(6 )，水平滑道(7 );所述齒條(I)在水平滑道(7 )內(nèi)滑動(dòng)，所述演示凸輪(2 )安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)(3 )上，所述轉(zhuǎn)盤(pán)(3)上設(shè)置鍵槽(12)，使得演示凸輪(2)隨著轉(zhuǎn)盤(pán)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)盤(pán)(3)背后設(shè)置齒輪(9)，所述齒輪(9)與齒條(I)形成齒輪齒條副，兩者配合關(guān)系將角度變量與直線距離變化量相互轉(zhuǎn)化；所述移動(dòng)從動(dòng)件(4)的下端面與演示凸輪(2)的輪廓面接觸，形成凸輪副，隨著演示凸輪(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)從動(dòng)件(4)在縱向滑道(6)里上下滑動(dòng)，所述移動(dòng)從動(dòng)件(4)的長(zhǎng)桿與齒條(I)的長(zhǎng)桿相互垂直，所述可移動(dòng)筆套(5)設(shè)置在兩根長(zhǎng)桿的交界處，可移動(dòng)筆套(5)上設(shè)置粉筆孔(16)，所述粉筆孔(16)內(nèi)安裝有粉筆(8)； 功能一:演示凸輪(2)裝在轉(zhuǎn)盤(pán)(3)上，隨著轉(zhuǎn)盤(pán)(3) 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，帶長(zhǎng)桿的齒條(I)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)演示凸輪(2)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)移動(dòng)從動(dòng)件(4)垂直運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)筆套(5)的平面運(yùn)動(dòng)； 功能二:取下演示凸輪(2)，在移動(dòng)從動(dòng)件(4)的與轉(zhuǎn)盤(pán)(3)接觸處設(shè)置鉛筆(20)，驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)筆套(5)做沿軌跡運(yùn)動(dòng)，從而使鉛筆(20)在轉(zhuǎn)盤(pán)(3)上留下凸輪理論輪廓線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能凸輪演示教具，其特征在于，所述可移動(dòng)筆套(5)上有一個(gè)豎直孔(14)和一個(gè)水平孔(15)，移動(dòng)從動(dòng)件(4)上的水平桿插入水平孔(15)，齒條(I)上的豎直桿插入豎直孔(14)，可移動(dòng)筆套(5)的運(yùn)動(dòng)就分解成垂直方向和水平方向，在兩長(zhǎng)桿的驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)動(dòng)軌跡為一條曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多功能凸輪演示教具，其特征在于，所述可移動(dòng)筆套(5)上還設(shè)置一個(gè)抓柄(13)，方便在功能二中用手來(lái)跟蹤黑板上曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能凸輪演示教具，其特征在于，所述水平滑道(7)和縱向滑道(6)背后都附有吸鐵石，可將裝置吸附在黑板上，齒條(I)和移動(dòng)從動(dòng)件(4)被約束在其中運(yùn)動(dòng)，水平滑道(7)上的孔用于配合轉(zhuǎn)盤(pán)(3)背后的轉(zhuǎn)軸面(10)，則轉(zhuǎn)盤(pán)(3)約束在黑板上轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能凸輪演示教具，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤(pán)(3)的表面，刻有坐標(biāo)線(11 )，有表示角度的坐標(biāo)和數(shù)字。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK104361822SQ201410720823
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】張洪雙, 李元良, 丁杰 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)