一種自鎖原理與機械效率演示教具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于教學儀器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自鎖原理與機械效率演示教具。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機械學科中，自鎖原理與機械效率是學生學習的重點之一，在《機械設(shè)計》以及 《機械原理》等課程的相關(guān)章節(jié)中均有所表現(xiàn)，如蝸輪蝸桿傳動等，學生單純的通過課本上 的簡單圖形以及老師的口頭講述很難直觀形象的了解自鎖原理以及機構(gòu)在自鎖與不自鎖 情況下其機械效率之間的關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種自鎖原理與機械效率演示教具，該教具能夠 演示自鎖和不自鎖的現(xiàn)象，并能夠演示自鎖與不自鎖情況下正行程的機械效率以及不自鎖 情況下正行程和反行程機械效率，加深學生對自鎖原理與機械效率的理解。
[0004] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] 一種自鎖原理與機械效率演示教具包括：底板、斜板、直線推桿、電動滑臺、方形滑 塊、滑塊固定塊、彈簧秤、上擋板、下?lián)醢?、螺旋壓縮彈簧、固定鉸支座、斜板支桿、鋸齒條、角 度傳感器、位移傳感器和單片機；
[0006] 斜板為一塊中間有長方形凹槽的長方形板；
[0007] 斜板的固定端通過固定鉸支座固定在底板一端，固定端處通過螺栓固定下?lián)醢澹?螺旋壓縮彈簧一端與下?lián)醢骞踢B，另一端與上擋板固連，上擋板的凸出塊嵌入斜板的凹槽 中，使得上擋板與斜板滑動配合，底板的中部固定有鋸齒條，斜板的一個側(cè)面固定有角度傳 感器，所述側(cè)面的中部通過銷與斜板支桿的一端連接，斜板支桿的另一端嵌入鋸齒條的齒 間，方形滑塊與滑塊固定塊固連，滑塊固定塊嵌入斜板的凹槽中，帶動方形滑塊沿凹槽自由 滑動，位移傳感器放置于斜板的凹槽下，位移傳感器的電子尺穿過滑塊固定塊側(cè)面的通孔， 且其中心軸線與斜板平行。
[0008] 電動滑臺豎直固定于底板的另一端，直線推桿水平固定于電動滑臺的滑塊上，直 線推桿的中心線位于斜板的長度方向的對稱面內(nèi)，直線推桿的推桿通過彈簧秤與滑塊固定 塊相連；單片機連接角度傳感器、電動滑臺和直線推桿，單片機采集角度傳感器的角度信號 后，計算出能夠合成該角度的電動滑臺和直線推桿的運動，從而控制電動滑臺和直線推桿 的運動。
[0009] 進一步地，所述直線推桿由永磁直流電機、底殼、導(dǎo)管、推桿組成；底殼內(nèi)部有減速 齒輪和絲桿螺母；電機和導(dǎo)管并列固連在底殼上，導(dǎo)管內(nèi)部與推桿間隙配合，永磁直流電機 通過驅(qū)動底殼中的減速齒輪減速后帶動一對絲杠螺母把電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橥茥U的直線 運動，使得推桿在導(dǎo)管中做直線運動，利用電動機正反轉(zhuǎn)完成推桿的推拉動作。
[0010] 進一步地，所述電動滑臺由導(dǎo)軌、步進電機、滾珠絲杠、滑塊、方板a和方板b組成； 導(dǎo)軌一端與方板b固連；導(dǎo)軌另一端與方板a固連，方板a另一側(cè)固連步進電機；滾珠絲杠 的一端通過軸承固定于方板b上，滾珠絲杠的另一端通過方板a與步進電機的轉(zhuǎn)子固連，可 以在電機的帶動下轉(zhuǎn)動；滑塊與滾珠絲杠的螺母固連，當滾珠絲杠轉(zhuǎn)動時，滑塊會沿著滾珠 絲杠中心線在導(dǎo)軌表面做平移運動。
【附圖說明】
[0011] 圖1為自鎖原理與機械效率演示教具整體的立體圖。
[0012] 圖2為自鎖原理與機械效率演示教具整體的后視圖。
[0013] 圖3為直線推桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖4為電動滑臺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖5為本發(fā)明裝置演示自鎖現(xiàn)象的示意圖。
[0016] 其中，1-底板，2-下?lián)醢澹?-螺旋壓縮彈簧，4-上擋板，5-方形滑塊，6-斜板，7-直 線推桿，8-電動滑臺，9-鋸齒條，10-斜板支桿，11-彈簧秤，12-滑塊固定塊，13-角度傳感 器，14-位移傳感器，15-固定鉸支座。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0018] 如圖1和圖2所示，一種自鎖原理與機械效率演示教具包括：底板1、斜板6、直線 推桿7、電動滑臺8、方形滑塊5、滑塊固定塊12、彈簧秤11、上擋板4、下?lián)醢?、螺旋壓縮彈 簧3、固定鉸支座15、斜板支桿10、鋸齒條9、角度傳感器13、位移傳感器14和單片機；
[0019] 底板1為一塊長方形板；
[0020] 斜板6為一塊中間有長方形凹槽的長方形板；
[0021] 直線推桿7由永磁直流電機16、底殼18、導(dǎo)管17、推桿19組成。底殼18內(nèi)部有減 速齒輪和絲桿螺母；如圖3,電機16和導(dǎo)管17并列固連在底殼18上，導(dǎo)管17內(nèi)部與推桿 19間隙配合，永磁直流電機16通過驅(qū)動底殼18中的減速齒輪減速后帶動一對絲杠螺母把 電機16的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橥茥U19的直線運動，使得推桿19在導(dǎo)管17中做直線運動，利用電 動機正反轉(zhuǎn)完成推拉動作。
[0022] 電動滑臺由導(dǎo)軌25、步進電機20、滾珠絲杠23、滑塊22、方板a21和方板b24組 成。如圖4,導(dǎo)軌25 -端與方板b24固連，方板b24用螺栓固定于底板1 ;導(dǎo)軌25另一端與 方板a21固連，方板a21另一側(cè)固連步進電機20 ;滾珠絲杠23的一端通過軸承固定于方板 b24上，滾珠絲杠23的另一端通過方板a21與步進電機20的轉(zhuǎn)子固連，可以在電機的帶動 下轉(zhuǎn)動；滑塊22與滾珠絲杠23的螺母固連，當滾珠絲杠23轉(zhuǎn)動時，滑塊22會沿著滾珠絲 杠23中心線在導(dǎo)軌25表面做平移運動。
[0023] 整體連接關(guān)系：斜板6的固定端通過固定鉸支座15固定在底板1 一端，固定端通 過螺栓固定下?lián)醢?,螺旋壓縮彈簧3 -端與下?lián)醢?固連，另一端與上擋板4固連，上擋 板4的凸出塊嵌入斜板6的凹槽中，可沿凹槽滑動，使得上擋板4與斜板6滑動配合，底板1 的中部固定有鋸齒條9,斜板6的一個側(cè)面通過膠帶固定有角度傳感器13,所述側(cè)面的中部 通過銷與斜板支桿10的一端連接，斜板支桿10的另一端嵌入鋸齒條9的齒間，方形滑塊5 與滑塊固定塊12固連，滑塊固定塊12嵌入斜板6的凹槽中，帶動方形滑塊5沿凹槽自由滑 動，位移傳感器14放置于斜板6的凹槽下，位移傳感器14的電子尺穿過滑塊固定塊12側(cè) 面的通孔，且其中心軸線與斜板6平行。
[0024] 電動滑臺8通過方板b24豎直固定于底板1的另一端，直線推桿7水平固定于電 動滑臺8,直線推桿7的中心線位于斜板6的長度方向的對稱面內(nèi)，直線推桿7的推桿19通 過彈簧秤11與滑塊固定塊12相連；單片機連接角度傳感器13、電動滑