運動學(xué)演示基礎(chǔ)平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種教學(xué)演示平臺，特別涉及一種典型機構(gòu)運動演示的基礎(chǔ)平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在機械類專業(yè)的教學(xué)活動中，為便于學(xué)生直觀地了解某種典型機械的結(jié)構(gòu)及工作原理，通常需要制作三維模型進行教學(xué)演示。例如曲柄滑塊機構(gòu)、搖桿機構(gòu)、曲柄連桿機構(gòu)、4R揉面機構(gòu)、間歇性凸輪傳動機構(gòu)、萬向節(jié)傳動機構(gòu)、RSSR空間四桿機構(gòu)等。現(xiàn)有演示模型包括基礎(chǔ)平臺和設(shè)在基礎(chǔ)平臺上的典型機構(gòu)。由于傳統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺僅僅為典型機構(gòu)提供安裝基礎(chǔ)。因此，典型機構(gòu)不僅包括提供旋轉(zhuǎn)運動輸入的電動機，還包括反映典型運動傳動要求的典型機械結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有演示模型中演示以旋轉(zhuǎn)為輸入的典型機構(gòu)，如曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄連桿機構(gòu)等，其結(jié)構(gòu)通常比較簡單。但若以直線運動為輸入的運動模型，如搖桿機構(gòu)，需要設(shè)置輸入運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，再將直線輸入運動作為典型機構(gòu)的輸入，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。因此，現(xiàn)有演示模型雖然針對性強，但其往往只能實現(xiàn)較少類型甚至是單一類型的運動演示，通用性差。為此，需要改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種運動學(xué)演示基礎(chǔ)平臺，該基礎(chǔ)平臺除為典型機構(gòu)提供安裝基礎(chǔ)外，還可提供直線和旋轉(zhuǎn)運動輸入。該演示基礎(chǔ)平臺可與多種典型機構(gòu)組合形成多種典型機構(gòu)的運動教學(xué)演示模型，適用范圍廣，教具制作成本低。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0005]一種運動學(xué)演示基礎(chǔ)平臺，包括數(shù)控系統(tǒng)，所述數(shù)控系統(tǒng)連接兩個三軸移動平臺系統(tǒng)和一 L形的直角角鐵架；第一三軸移動平臺系統(tǒng)包括可在X-Y平面內(nèi)移動的水平十字工作臺，水平十字工作臺固定連接在直角角鐵架的水平安裝面上，水平十字工作臺上設(shè)有沿Z軸方向運行的豎直工作臺；第二三軸移動平臺系統(tǒng)包括可在Y-Z平面內(nèi)移動的豎直十字工作臺，豎直十字工作臺固定連接在直角角鐵架的水平安裝面上，豎直十字工作臺上設(shè)有沿X軸方向運行的水平工作臺，水平工作臺位于水平十字工作臺運行區(qū)域內(nèi)的上方，以形成兩個三軸移動平臺系統(tǒng)具有相互重疊的三軸運行區(qū)域。
[0006]采用前述技術(shù)方案的本發(fā)明，通過兩個三軸移動平臺系統(tǒng)分別形成豎直工作臺和水平工作臺，兩個工作平臺均具有Χ、γ和Z三個軸向的綜合運動軌跡，兩個工作平臺可分別用于典型機構(gòu)的輸入端和輸出端運動副結(jié)構(gòu)件的安裝，任一工作平臺均可提供三個方向的直線運動輸入，以用于輸入為直線運動的典型機構(gòu)的布設(shè)；不需另外設(shè)置復(fù)雜的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)即可方便地完成運動演示；通過在任一安裝平臺上設(shè)置輸入電機即可實現(xiàn)輸入為旋轉(zhuǎn)運動的運動學(xué)演示；在兩個工作平臺均設(shè)置輸入電機可實現(xiàn)雙動力輸入的典型機構(gòu)試驗，如搖篩機構(gòu)。另外，兩個安裝平臺可分別通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)X、Y、Z軸任意位置調(diào)整，可方便地實現(xiàn)各種典型機構(gòu)輸入端和輸出端安裝位置不同的需求，其通用性強，適用范圍廣。輸入電機采用永磁直流減速電機時，可方便的實現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)速度的控制，如通過較低的輸入轉(zhuǎn)速便于學(xué)生仔細(xì)觀察。另外，還可利用轉(zhuǎn)速與移動速度的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)車輪的運動學(xué)演示等。
[0007]優(yōu)選的，所述水平十字工作臺和豎直十字工作臺的X軸和Z軸方向的運動均由步進電機與滾珠絲杠傳動相結(jié)合的方式驅(qū)動；γ軸方向的運動由步進電機與同步帶傳動相結(jié)合的方式驅(qū)動。以使控制系統(tǒng)簡單，降低制造和試驗成本。
[0008]優(yōu)選的，所述水平十字工作臺的X軸方向的運動由兩個平行布置且同步運行的第一步進電機與第一滾珠絲杠傳動相結(jié)合的方式驅(qū)動，該兩個第一滾珠絲杠均通過兩端可轉(zhuǎn)動的設(shè)在第一絲杠座上，第一絲杠座固定連接在直角角鐵架水平面上；該兩個第一滾珠絲杠上均配合有水平螺母，兩個水平螺母通過兩個平行的第一連接桿固定連接成整體結(jié)構(gòu)；Υ軸方向驅(qū)動的第二步進電機固定連接在一水平螺母上，該第二步進電機的電機軸上固定連接有第一同步齒形帶驅(qū)動輪，另一水平螺母上設(shè)有第一同步齒形帶換向輪，第一同步驅(qū)動輪與第一同步換向輪通過第一同步齒形帶連接；Ζ軸方向的第三步進電機由第一電機座固定連接在第一同步齒形帶平行段的一側(cè)帶體上，第三步進電機的輸出軸上同軸固定連接有第二滾珠絲杠，第一電機座滑動在第一連接桿上；所述豎直工作臺形成有與第二滾珠絲杠配合的螺母結(jié)構(gòu)。以使水平十字工作臺運行平穩(wěn)，且可進一步確保結(jié)構(gòu)簡單，降低制造難度。
[0009]進一步優(yōu)選的，所述兩個水平螺母均設(shè)有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔內(nèi)配合有第一導(dǎo)向桿，第一導(dǎo)向桿與第一滾珠絲杠平行，第一導(dǎo)向桿和第一滾珠絲杠兩端均通過固定連接在直角角鐵架上安裝座連接；所述豎直工作臺設(shè)有豎直導(dǎo)向孔，該豎直導(dǎo)向孔內(nèi)配合有第二導(dǎo)向桿，該第二導(dǎo)向桿由一端與第一電機座固定連接，第二導(dǎo)向桿另一端固定連接有第一軸端擋塊，該第一軸端擋塊還用于轉(zhuǎn)動支撐所述第二滾珠絲杠的自由端。確保試驗平臺運行的穩(wěn)定性和使用壽命長。
[0010]更進一步優(yōu)選的，所述第一軸端擋塊呈U形管夾式結(jié)構(gòu)，第一軸端擋塊通過連接螺釘夾持固定在第二導(dǎo)向桿上，第一軸端擋塊由其U槽底部與所述第二滾珠絲杠的自由端連接。進一步簡化結(jié)構(gòu)，降低制造難度和制造成本。
[0011]優(yōu)選的，所述豎直十字工作臺的Z軸方向的運動由兩個平行布置且同步運行的第四步進電機與第三滾珠絲杠傳動相結(jié)合的方式驅(qū)動，該兩個第三滾珠絲杠均通過兩端可轉(zhuǎn)動的設(shè)在絲杠座上，絲杠座固定連接在角鐵架豎直面上；該兩個第三滾珠絲杠上均配合有豎直螺母，兩個豎直螺母通過兩個平行的第二連接桿固定連接成整體結(jié)構(gòu)；Υ軸方向驅(qū)動的第五步進電機固定連接在一豎直螺母上，該第五步進電機的電機軸上固定連接有第二同步齒形帶驅(qū)動輪，另一豎直螺母上設(shè)有第二同步齒形帶換向輪，第二同步驅(qū)動輪與第二同步換向輪通過第二同步齒形帶連接；X軸方向的第六步進電機由第二電機座固定連接在第二同步齒形帶平行段的一側(cè)帶體上，第六步進電機的輸出軸上同軸固定連接有第四滾珠絲杠，第二電機座滑動在第二連接桿上；所述水平工作臺形成有與第四滾珠絲杠配合的螺母結(jié)構(gòu)。以使豎直十字工作臺運行平穩(wěn)，且可進一步確保結(jié)構(gòu)簡單，降低制造難度。
[0012]進一步優(yōu)選的，所述兩個豎直螺母均設(shè)有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔內(nèi)配合有第三導(dǎo)向桿，第三導(dǎo)向桿與第三滾珠絲杠平行，第三導(dǎo)向桿和第三滾珠絲杠兩端均通過固定連接在角鐵架上安裝座連接；所述水平工作臺設(shè)有水平導(dǎo)向孔，該水平導(dǎo)向孔內(nèi)配合有第四導(dǎo)向桿，該第四導(dǎo)向桿由一端與第二電機座固定連接，另一端固定連接有第二軸端擋塊，該第二軸端擋塊還用于轉(zhuǎn)動支撐所述第四滾珠絲杠的自由端。確保試驗平臺運行的穩(wěn)定性和使用壽命長。
[0013]更進一步優(yōu)選的，所述第二軸端擋塊呈U形管夾式結(jié)構(gòu)，第二軸端擋塊通過連接螺釘夾持固定在第四導(dǎo)向桿上，第二軸端擋塊由其U槽底部與所述第四滾珠絲杠的自由端連接。進一步簡化結(jié)構(gòu)，降低制造難度和制造成本。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是，可方便的與多種典型機構(gòu)組合形成多種典型機構(gòu)的運動教學(xué)演示模型，適用范圍廣，教具制作成本低。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意軸測圖。
[0016]圖2是本發(fā)明應(yīng)用于4R揉面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意軸測圖。
[0017]圖3是本發(fā)明圖2中的主視圖。
[0018]圖4是本發(fā)明圖3的左視圖。
[0019]圖5是本發(fā)明應(yīng)用于搖篩機構(gòu)的軸測示意圖。
[0020]圖6是本發(fā)明應(yīng)用于搖篩機構(gòu)的左視圖。
[0021]圖7是本發(fā)明應(yīng)用于間歇性凸輪機構(gòu)的軸測示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0023]實施例1參見圖1，一種運動學(xué)演示基礎(chǔ)平臺，包括數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)連接兩個三軸移動平臺系統(tǒng)和一 L形的直角角鐵架I ;第一三軸移動平臺系統(tǒng)包括可在X-Y平面內(nèi)移動的水平十字工作臺，水平十字工作臺固定連接在直角角鐵架I的水平安裝面上，水平十字工作臺上設(shè)有沿Z軸方向運行的豎直工作臺2 ;第二三軸移動平臺系統(tǒng)包括可在Y-Z平面內(nèi)移動的豎直十字工作臺，豎直十字工作臺固定連接在直角角鐵架I的水平安裝面上，豎直十字工作臺上設(shè)有沿X軸方向運行的水平工作臺3，水平工作臺3位于水平十字工作臺運行區(qū)域內(nèi)的上方，以形成兩個三軸移動平臺系統(tǒng)具有相互重疊的三軸運行區(qū)域。水平十字工作臺和豎直十字工作臺的X軸和Z軸方向的運動均由步進電機與滾珠絲杠傳動相結(jié)合的方式驅(qū)動；Y軸方向的運動由步進電機與同步帶傳動相結(jié)合的方式驅(qū)動。
[0024]具體是，水平十字工作臺的X軸方向的運動由兩個平行布置且同步運行的第一步進電機5a與第一滾珠絲杠6a傳動相結(jié)合的方式驅(qū)動，該兩個第一滾珠絲杠6a均通過兩端可轉(zhuǎn)動的設(shè)在第一絲杠座上，第一絲杠座固定連接在直角角鐵架I水平面上；該兩個第一滾珠絲杠6a上均配合有水平螺母7，兩個水平螺母7通過兩個平行的第一連接桿8固定連接成整體結(jié)構(gòu)；Y軸方向驅(qū)動的第二步進電機5b固定連接在一水平螺母7上，該第二步進電機5b的電機軸上固定連接有第一同步齒形帶驅(qū)動輪，另一水平螺母7上設(shè)有第一同步齒形帶換向輪，第一同步驅(qū)動輪與第一同步換向輪通過第一同步齒形帶連接；Z軸方向的第三步進電機5c由第一電機座9固定連接在第一同步齒形帶平行段的一側(cè)帶體上，第三步進電機5c的輸出軸上同軸固定連接有第二滾珠絲杠6b，第一電機座9滑動在第一連接桿8上；所述豎直工作臺2形成有與第二滾珠絲杠6b配合的螺母結(jié)構(gòu)。其中，兩個水平螺母7均設(shè)有導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔內(nèi)配合有第一導(dǎo)向桿10，第一導(dǎo)向桿10與第一滾珠絲杠6a平行，第一導(dǎo)向桿10和第一滾珠絲杠6a兩端均通過固定連接在直角角鐵架I上安裝座連接；所述豎直工作臺2設(shè)有豎直導(dǎo)向孔，該豎直導(dǎo)向孔內(nèi)配合有第二導(dǎo)向桿11，該第二導(dǎo)向桿11由一端與第一電機座9固定連接，第二導(dǎo)向桿11另一端固定連接有第一軸端擋塊12，該第一軸端擋塊12還用于轉(zhuǎn)動支撐所述第二滾珠絲杠6b的自由端。其中的第一軸端擋塊12呈U形管夾式結(jié)構(gòu)，第一軸端擋塊12通過連接螺釘夾持固定在第二導(dǎo)向桿11上，第一軸端擋塊12由其U槽底部與所述第二滾珠絲杠6b的自由端連接。
[0025]所述豎直十字工作臺的Z軸