便攜組裝式理論力學(xué)教具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及教學(xué)演示領(lǐng)域，具體而言，是一種便攜組裝式理論力學(xué)教具。
【背景技術(shù)】
[0002]在理論力學(xué)教學(xué)過程中要用到各種工程結(jié)構(gòu)尤其是機(jī)械中的機(jī)構(gòu)，必需弄清楚機(jī)構(gòu)中各剛體的運(yùn)動(dòng)形式及運(yùn)動(dòng)間相互關(guān)系，才能進(jìn)行約束力的分析、速度合成分解，加速度合成分解，及動(dòng)力學(xué)計(jì)算，然而機(jī)構(gòu)是同學(xué)們首次遇到的對(duì)象，機(jī)構(gòu)中各剛體的運(yùn)動(dòng)形式及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系難以想象，目前廣泛應(yīng)用多媒體動(dòng)畫展示各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但是一幅幅平面動(dòng)畫沒有實(shí)際機(jī)構(gòu)縮圖模型逼真直觀，能隨意給同學(xué)們觸摸和操作，同學(xué)們對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)常常感覺迷惑。早期使用的實(shí)物教具，是純鋼鐵式力學(xué)教具，體積大，質(zhì)量重，結(jié)構(gòu)固定單一，或是木制教具體積大，壽命短，費(fèi)用高，功能單一，并且都不能與多媒體系統(tǒng)連接等等的缺點(diǎn)。已經(jīng)不能實(shí)應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中上述缺陷，提出了一種便攜組裝式理論力學(xué)教具，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單新穎，功能集全，通用件組裝式力學(xué)教具材質(zhì)好，重量輕，整個(gè)裝置安裝在手提箱內(nèi)，教師可方便攜帶于課堂；在課后，學(xué)生可以自己動(dòng)手進(jìn)行機(jī)構(gòu)的拼裝，控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以激發(fā)學(xué)生深入思考，進(jìn)一步理解力學(xué)理論。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種便攜組裝式理論力學(xué)教具，包括質(zhì)輕翻蓋直角六面體手提式的箱體，所述箱體的箱蓋內(nèi)安裝有背景主板，所述箱體的底部用PPT塑料充填分割成控制臺(tái)，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，教具通用件收藏室和拼圖簡(jiǎn)介塊放置室四個(gè)部分；所述的教具通用件收藏室內(nèi)放置有教具通用件；所述的拼圖簡(jiǎn)介塊放置室內(nèi)放置有教具拼接圖，可以看到各教具機(jī)構(gòu)的布局和組裝方法；所述的背景主板上部均布開設(shè)有能插銷釘?shù)男A孔；所述的背景主板下部開設(shè)有水平滑道，所述的水平滑道上安裝有行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置，所述的行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置與傳動(dòng)裝置相連；所述的行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置通過線路與控制臺(tái)相連；所述的箱體內(nèi)還安裝有攝像頭；所述的攝像頭通過USB接口與講臺(tái)電腦相連，把教具通用件的運(yùn)動(dòng)過程在教室的大屏幕中播放。
[0005]所述的背景主板為白色PE背景主板，所述的白色PE背景主板上部均布開設(shè)有能插銷釘?shù)狞c(diǎn)陣式小圓孔；小圓孔供傳動(dòng)裝置和教具通用件在上面插入連接；所述的白色PE背景主板下部開設(shè)有3道水平滑道。
[0006]所述的行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置由渦輪蝸桿減速電機(jī)，聯(lián)軸器，絲桿，撥叉，法蘭螺母，步進(jìn)電機(jī)組成；所述的減速電機(jī)通過聯(lián)軸器與絲桿相連，所述的絲桿上套裝有2個(gè)撥叉，所述的2個(gè)撥叉之間固定安裝有步進(jìn)電機(jī)，且所述的2個(gè)撥叉分別通過1個(gè)法蘭螺母固定在絲桿上；所述的2個(gè)撥叉放置在水平滑道上，可使安裝在它上面的步進(jìn)電機(jī)固定在水平滑道的任意位置；所述的步進(jìn)電機(jī)通過線路與控制臺(tái)相連。利用渦輪蝸桿減速電機(jī)，將高回轉(zhuǎn)速減速到所要的低回轉(zhuǎn)速，同時(shí)可得到較大的扭矩，聯(lián)軸器將絲桿與渦輪蝸桿減速電機(jī)相連，將渦輪蝸桿減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞給絲桿；兩個(gè)撥叉套在絲桿上，并用其固定步進(jìn)電機(jī)；絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)撥叉在水平滑道方向上的左右行進(jìn)運(yùn)動(dòng)，從而使步進(jìn)電機(jī)沿著水平滑道左右行進(jìn)，將渦輪蝸桿減速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)在背景主板下部水平滑道上的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了將步進(jìn)電機(jī)置于背景主板下部水平滑道任意位子，以適應(yīng)不同力學(xué)教具機(jī)構(gòu)安裝位置的需要。
[0007]所述的傳動(dòng)裝置由主動(dòng)輪，從動(dòng)輪和同步帶組成；所述的主動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間安裝有同步帶，通過同步帶把運(yùn)動(dòng)傳遞給從動(dòng)輪3;且所述的同步帶分別與主動(dòng)輪、從動(dòng)輪上的齒嚙合相連；所述的主動(dòng)輪與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置上的步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸固連；所述的從動(dòng)輪與教具通用件相連。教具通用件固定在從動(dòng)輪上，將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為教具通用件的旋運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。
[0008]所述的自動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置由變壓器，電位器，電壓脈沖放送器，驅(qū)動(dòng)芯片，手搖脈沖器，控制開關(guān)組成；所述的控制開關(guān)與變壓器相連，所述的變壓器與電位器相連，所述的電位器與電壓脈沖放送器相連；所述的電壓脈沖放送器與驅(qū)動(dòng)芯片相連；所述的驅(qū)動(dòng)芯片與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置上的步進(jìn)電機(jī)相連；所述的驅(qū)動(dòng)芯片還與手搖脈沖器相連。其中所述的變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為直流低電壓后，通過電位器中一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上的移動(dòng)，獲得電壓幅值控制在0~5V之間電壓部分輸出，再由電壓脈沖發(fā)生器將0~5V的直流電壓轉(zhuǎn)換為寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖，由驅(qū)動(dòng)芯片接受脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]所述的底部控制臺(tái)上安裝有手動(dòng)控制旋鈕(能順和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))，自動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換旋鈕，自動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向旋鈕，自動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速高低控制旋鈕；所述的手動(dòng)控制旋鈕，自動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換旋鈕，自動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向旋鈕，自動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速高低控制旋鈕分別通過線路與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置上的步進(jìn)電機(jī)相連；實(shí)現(xiàn)各種教具機(jī)構(gòu)按照教學(xué)要求進(jìn)有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。
[0010]所述的教具通用件收藏室內(nèi)放置有涂有各種顏色的通用教具通用件；所述的教具通用件包括連桿、齒輪、凸輪、滑塊、彈簧、T型推桿、塑料墊片、底板吸鐵石、帶帽小桿和鐵質(zhì)小桿；教具通用件收藏室內(nèi)放有通用化的教具通用件，教師可方便地按照拼裝方法示意圖在背景主板上拼裝各種教具通用件。
[0011]其中所述的連桿為寬2mm,長(zhǎng)度分別為 60mm，80mm，100mm，120mm，140mm，180mm，200mm, 300mm 的連桿；
所述的齒輪為模數(shù)2，壓力角20°，齒頂圓直徑35mm，齒數(shù)22的齒輪；
所述的凸輪為基圓直徑40 mm，T型推桿的推程10 mm的凸輪；凸輪與T型推桿的高副形成是依靠彈簧力的鎖合；
所述的滑塊為長(zhǎng)寬為30*40 mm的滑塊；滑塊與連桿連接形成移動(dòng)副；
所述的彈簧，彈簧運(yùn)于T型推桿和連桿之間的鎖緊；
所述的T型推桿與凸輪形成高副；
所述的塑料墊片為外圓直徑12_，厚2_的塑料墊片，用于兩個(gè)教具通用件之間的機(jī)械密封；
所述的底板吸鐵石為直徑10mm，尚2mm的圓柱形底板吸鐵石；
所述的帶帽小桿為直徑2mm，高3mm的帶帽小桿。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:能克服現(xiàn)有教具體積大，重量重，結(jié)構(gòu)固定，功能單一，不便于拆裝，不能融入多媒體教學(xué)等問題，本發(fā)明在材料上，選用材質(zhì)干凈安全的PE板為毛坯，由精雕機(jī)雕制出各種教具通用件和有點(diǎn)陣式圓孔的背景主板，教具通用件和主板表面光滑、重量輕，質(zhì)量好；在功能上，該教具的教具通用件采用通用化，主板上有分布均勻的小圓孔，可根據(jù)教師授課需要快速拼裝好自己所需要的力學(xué)教具，如:輪系的傳動(dòng)、行星齒輪機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、礦石扎碎機(jī)構(gòu)，以及各種復(fù)雜的平面機(jī)構(gòu)。理論力學(xué)教學(xué)中涉及到的各個(gè)機(jī)構(gòu)基本上都能拼裝出來；在控制上，具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種選擇，若選擇自動(dòng)，開關(guān)打開后，電流通過變壓器，電位器和電壓脈沖放松器轉(zhuǎn)換為脈沖，由驅(qū)動(dòng)芯片接受，并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，再通過同步帶傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換為力學(xué)教具通用件中主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力，使教具機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。若選擇手動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)搖輪脈沖器，即可產(chǎn)生脈沖，由驅(qū)動(dòng)芯片接收該脈沖。便可用手直接轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。若轉(zhuǎn)動(dòng)方向開關(guān)，可變換機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的轉(zhuǎn)向。若選擇自動(dòng)，再選擇速度調(diào)節(jié)和正反轉(zhuǎn)開關(guān)，可調(diào)節(jié)教具通用件中主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向。步進(jìn)電機(jī)安裝在主板底部，由于裝有絲桿及其上的撥片將渦輪蝸桿電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)在導(dǎo)軌上的直線運(yùn)動(dòng)，于是可將電機(jī)置于背景主板底部任意位子，以適應(yīng)不同力學(xué)教具機(jī)構(gòu)安裝位置的需要。在形式上，所有教具通用件和背板都安裝或放在一個(gè)輕質(zhì)便捷的箱體內(nèi)，只要打開箱體，接通電源，拼裝好所用機(jī)構(gòu)，即可在箱體蓋背景主板上演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。教具箱內(nèi)還安裝了攝像機(jī)，通過USB接口與講臺(tái)電腦聯(lián)接，把機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程與多媒體教學(xué)融為一體。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的行進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置示意圖；
圖3為本發(fā)明的傳動(dòng)裝置示意圖；
圖4為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)副的拼接示意圖；
圖5為本發(fā)明的凸輪高副的拼接示意圖；
圖6為本發(fā)明的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)示