專利名稱：示教環保機械智能小車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種學校課堂授課演示模型，尤其涉及一種示教環保機械智能小 車。
背景技術：
在中學物理課的教學當中，有一種普遍的現象困擾著很多同學物理課上，每當老 師講到有關能量轉換等相對抽象的問題，尤其是重力勢能與動能之間的轉換時，同學們大 多不能很好地理解領悟。這嚴重影響到近些年來千軍萬馬過獨木橋的高考升學。在大學的 “機械原理”、“機械設計”等課堂中，又涉及到諸如齒輪傳動機構、曲柄連桿傳動機構、鏈傳 動機構、帶傳動機構等新的問題，依然有很多同學模棱兩可。這些問題不僅容易使同學們產 生厭學情緒，而且使教師的授課效果、教學質量大大降低，學生家長也是一籌莫展。
實用新型內容本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種在課堂上演示重力勢能通 過相關機械傳動機構轉換為動能的示教環保機械智能小車。為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案示教環保機械智能小車，包 括下部設有車輪的車架，車架上設有支撐架，支撐架頂部設有定滑輪，定滑輪的溝槽內設有 牽引繩，牽引繩的兩端分別連接有重物塊和動能傳動機構，動能傳動機構的能量輸出端與 車輪傳動連接。所述車輪設有三個，其中一個車輪設在車架前端中部，另兩個車輪之間通過一根 輪軸設在車架后部兩側，動能傳動機構包括設在車架上的支座，支座上設有一根與輪軸平 行的齒輪軸，牽引繩的一端纏繞到齒輪軸上，齒輪軸上設有主動大齒輪，輪軸上設有與主動 大齒輪嚙合傳動的從動小齒輪。所述齒輪軸上設有一截錐形軸，牽引繩纏繞到錐形軸上。所述齒輪軸與車架前端的車輪之間設有曲柄連桿機構。所述曲柄連桿機構包括與齒輪軸垂直固定連接的曲柄、與曲柄鉸接的連桿、與連 桿鉸接的水平擺桿、與水平擺桿垂直固定連接的轉向立桿，所述轉向立桿與車架轉動連接， 轉向立桿下端與車架前端的車輪連接。所述支撐架包括垂直設在車架上呈三角形布置的三根立柱，重物塊設在三根立柱 之間，三根立柱上部設有頂板，頂板上設有滑輪軸，定滑輪設在滑輪軸上。采用上述技術方案，重物塊由支撐架上端向下自由下落，重力通過牽引繩帶動能 傳動機構，動能傳動機構帶動車輪轉動，從而實現重物塊的重力勢能轉換為整個小車的動 能；后面兩個車輪為驅動輪，動能傳動機構采用齒輪傳動機構，牽引繩纏繞到錐形軸上，錐 形軸的作用是為了增大小車初始啟動時軸的轉矩，便于小車的順利啟動，并且隨著小車的 加速，繞繩直徑逐漸減小，轉矩也相應的減小，相當于間接給小車添加了一個減速系統，更 加有利于小車平穩的前進；錐形軸半徑的變小，以及變速齒輪的應用，既可以使重物緩慢下落防止與車架劇烈碰撞，又可以提高兩驅動輪的轉動圈數使小車平穩地行駛更遠的距離； 車架前端的車輪為轉向輪，曲柄連桿機構起到控制轉向輪轉彎的作用，齒輪軸轉動帶動曲 柄轉動；曲柄帶動連桿，在曲柄的驅動和水平擺桿的限制下，連桿實現水平方向的推拉運 動，水平擺桿帶動轉向立桿完成預定角度的轉動，從而實現轉向輪的轉向，兩個驅動輪之間 具有差速行駛的功能，可以使小車行走路線呈“近似正弦曲線”形；三根立柱呈三角形形狀 布置，結構穩固，且作為重物塊下滑軌道，具有引導其下滑、限制其擺動的功能。本實用新型設計巧妙、結構簡單，不僅適用于中學物理課堂演示重力勢能與動能 之間的轉換，而且適用于大學的“機械原理”、“機械設計”課堂中，理論聯系實際，啟發學生 們理解能量轉化的具體應用，可以增強學生們的學習興趣，并使教師的授課效果、教學質量 大大提高。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1當中的P向視圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，本實用新型的示教環保機械智能小車，包括下部設有三個車輪 的車架1，車架1上設有支撐架，支撐架包括垂直設在車架1上呈三角形布置的三根立柱2， 三根立柱2上部設有頂板3，頂板3上設有滑輪軸4，滑輪軸4上設有定滑輪5，定滑輪5的 溝槽內設有牽引繩6，牽引繩6的兩端分別連接有重物塊7和動能傳動機構，重物塊7設在 三根立柱2之間，動能傳動機構的能量輸出端與后部兩個車輪傳動連接。其中一個車輪8為轉向輪設在車架1前端中部，另兩個車輪9為驅動輪并具有差 速行駛的功能，兩車輪9之間通過一根輪軸10設在車架1后部兩側，動能傳動機構包括設 在車架1上的支座11，支座11上設有一根與輪軸10平行的齒輪軸12，齒輪軸12上設有一 截錐形軸13，牽引繩6纏繞到錐形軸13上，齒輪軸12上設有主動大齒輪14，輪軸10上設 有與主動大齒輪14嚙合傳動的從動小齒輪15。齒輪軸12與車架1前端的車輪8之間設有曲柄連桿機構。曲柄連桿機構包括與齒 輪軸12垂直固定連接的曲柄16、與曲柄16鉸接的連桿17、與連桿17鉸接的水平擺桿18、 與水平擺桿18垂直固定連接的轉向立桿19，轉向立桿19與車架1轉動連接，轉向立桿19 下端設有位于車架1下部的轉向支架20，車架1前端的車輪8設在轉向支架20內。本實用新型當中涉及軸轉動連接的部件，均設有軸承，這樣有效的減小轉動部分 的摩擦力。主動大齒輪14和從動小齒輪15之間傳動比的選擇要合適(選擇合適的傳動比 才能滿足小車順利前進并且能夠實現預定轉向的目的)。曲柄連桿機構中各桿的桿長都設 計成可調的，目的是為了方便認識和觀察機構有急回以及存在“死點”的一些情況；并且此 四桿機構為空間四桿機構。本實用新型由重物塊7的重力勢能向整個小車的動能轉換過程為重物塊7做下 落運動時拉動牽引繩6，牽引繩6通過定滑輪5帶動錐形軸13轉動，與錐形軸13同軸的齒 輪軸12也隨之轉動，進而實現主動大齒輪14的轉動。主動大齒輪14帶動從動小齒輪15 的轉動，與從動小齒輪15同軸的輪軸10轉動來實現兩車輪9的轉動。小車的轉向主要是通過曲柄連桿機構實現的，隨著齒輪軸12的轉動，曲柄16做圓周運動，曲柄16帶動連桿17 實現鉛垂面內的推拉運動，連桿17帶動水平擺桿18能繞轉向立桿19在水平面內轉動，轉 向立桿19也同時轉動，轉向立桿19的下端的車輪8也隨之擺動實現轉向的目的。 當然，本實用新型當中的動能傳動機構也可以采用帶傳動機構、鏈傳動機構；曲柄 連桿機構也可以采用其他機構如凸輪機構、錐齒輪機構等，實現車輪8的轉向功能即可。 上述變換也在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.示教環保機械智能小車，其特征在于包括下部設有車輪的車架，車架上設有支撐 架，支撐架頂部設有定滑輪，定滑輪的溝槽內設有牽引繩，牽引繩的兩端分別連接有重物塊 和動能傳動機構，動能傳動機構的能量輸出端與車輪傳動連接。
2.根據權利要求1所述的示教環保機械智能小車，其特征在于所述車輪設有三個，其 中一個車輪設在車架前端中部，另兩個車輪之間通過一根輪軸設在車架后部兩側，動能傳 動機構包括設在車架上的支座，支座上設有一根與輪軸平行的齒輪軸，牽引繩的一端纏繞 到齒輪軸上，齒輪軸上設有主動大齒輪，輪軸上設有與主動大齒輪嚙合傳動的從動小齒輪。
3.根據權利要求2所述的示教環保機械智能小車，其特征在于所述齒輪軸上設有一 截錐形軸，牽引繩纏繞到錐形軸上。
4.根據權利要求2或3所述的示教環保機械智能小車，其特征在于所述齒輪軸與車 架前端的車輪之間設有曲柄連桿機構。
5.根據權利要求4所述的示教環保機械智能小車，其特征在于所述曲柄連桿機構包 括與齒輪軸垂直固定連接的曲柄、與曲柄鉸接的連桿、與連桿鉸接的水平擺桿、與水平擺桿 垂直固定連接的轉向立桿，所述轉向立桿與車架轉動連接，轉向立桿下端與車架前端的車 輪連接。
6.根據權利要求1或2或3所述的示教環保機械智能小車，其特征在于所述支撐架 包括垂直設在車架上呈三角形布置的三根立柱，重物塊設在三根立柱之間，三根立柱上部 設有頂板，頂板上設有滑輪軸，定滑輪設在滑輪軸上。
專利摘要本實用新型公開了一種示教環保機械智能小車，包括下部設有車輪的車架，車架上設有支撐架，支撐架頂部設有定滑輪，定滑輪的溝槽內設有牽引繩，牽引繩的兩端分別連接有重物塊和動能傳動機構，動能傳動機構的能量輸出端與車輪傳動連接。本實用新型設計巧妙、結構簡單，不僅適用于中學物理課堂演示重力勢能與動能之間的轉換，而且適用于大學的“機械原理”、“機械設計”課堂中，理論聯系實際，啟發學生們理解能量轉化的具體應用，可以增強學生們的學習興趣，并使教師的授課效果、教學質量大大提高。
文檔編號G09B23/10GK201927243SQ201120009940
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者尚慧慧, 張振亞, 李 根, 趙浩偉 申請人:李 根