便攜組裝式理論力學教具的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及教學演示領域，具體而言，是一種便攜組裝式理論力學教具。
【背景技術】
[0002]在理論力學教學過程中要用到各種工程結構尤其是機械中的機構，必需弄清楚機構中各剛體的運動形式及運動間相互關系，才能進行約束力的分析、速度合成分解，加速度合成分解，及動力學計算，然而機構是同學們首次遇到的對象，機構中各剛體的運動形式及相對運動的關系難以想象，目前廣泛應用多媒體動畫展示各種機構的運動，但是一幅幅平面動畫沒有實際機構縮圖模型逼真直觀，能隨意給同學們觸摸和操作，同學們對機構的結構及運動常常感覺迷惑。早期使用的實物教具，是純鋼鐵式力學教具，體積大，質量重，結構固定單一，或是木制教具體積大，壽命短，費用高，功能單一，并且都不能與多媒體系統連接等等的缺點。已經不能實應現代化教學的需求。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型克服了現有技術中上述缺陷，提出了一種便攜組裝式理論力學教具，本實用新型具有結構簡單新穎，功能集全，通用件組裝式力學教具材質好，重量輕，整個裝置安裝在手提箱內，教師可方便攜帶于課堂;在課后，學生可以自己動手進行機構的拼裝，控制機構運動，以激發學生深入思考，進一步理解力學理論。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是:
[0005]—種便攜組裝式理論力學教具，包括質輕翻蓋直角六面體手提式的箱體，所述箱體的箱蓋內安裝有背景主板，所述箱體的底部用PPT塑料充填分割成控制臺，自動驅動裝置，教具通用件收藏室和拼圖簡介塊放置室四個部分;所述的教具通用件收藏室內放置有教具通用件;所述的拼圖簡介塊放置室內放置有教具拼接圖，可以看到各教具機構的布局和組裝方法;所述的背景主板上部均布開設有能插銷釘的小圓孔;所述的背景主板下部開設有水平滑道，所述的水平滑道上安裝有行進驅動裝置，所述的行進驅動裝置與傳動裝置相連;所述的行進驅動裝置通過線路與控制臺相連;所述的箱體內還安裝有攝像頭;所述的攝像頭通過USB接口與講臺電腦相連，把教具通用件的運動過程在教室的大屏幕中播放。
[0006]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有能插銷釘的點陣式小圓孔;小圓孔供傳動裝置和教具通用件在上面插入連接;所述的白色PE背景主板下部開設有3道水平滑道。
[0007]所述的行進驅動裝置由渦輪蝸桿減速電機，聯軸器，絲桿，撥叉，法蘭螺母，步進電機組成;所述的減速電機通過聯軸器與絲桿相連，所述的絲桿上套裝有2個撥叉，所述的2個撥叉之間固定安裝有步進電機，且所述的2個撥叉分別通過I個法蘭螺母固定在絲桿上;所述的2個撥叉放置在水平滑道上，可使安裝在它上面的步進電機固定在水平滑道的任意位置;所述的步進電機通過線路與控制臺相連。利用渦輪蝸桿減速電機，將高回轉速減速到所要的低回轉速，同時可得到較大的扭矩，聯軸器將絲桿與渦輪蝸桿減速電機相連，將渦輪蝸桿減速電機的轉速和扭矩傳遞給絲桿;兩個撥叉套在絲桿上，并用其固定步進電機;絲桿轉動帶動撥叉在水平滑道方向上的左右行進運動，從而使步進電機沿著水平滑道左右行進，將渦輪蝸桿減速電機的旋轉運動轉換為步進電機在背景主板下部水平滑道上的直線運動，實現了將步進電機置于背景主板下部水平滑道任意位子，以適應不同力學教具機構安裝位置的需要。
[0008]所述的傳動裝置由主動輪，從動輪和同步帶組成;所述的主動輪與從動輪之間安裝有同步帶，通過同步帶把運動傳遞給從動輪3;且所述的同步帶分別與主動輪、從動輪上的齒嚙合相連;所述的主動輪與行進驅動裝置上的步進電機的電機軸固連;所述的從動輪與教具通用件相連。教具通用件固定在從動輪上，將步進電機的轉動轉換為教具通用件的旋運動，實現動力傳遞。
[0009]所述的自動驅動裝置由變壓器，電位器，電壓脈沖放送器，驅動芯片，手搖脈沖器，控制開關組成;所述的控制開關與變壓器相連，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動芯片相連;所述的驅動芯片與行進驅動裝置上的步進電機相連;所述的驅動芯片還與手搖脈沖器相連。其中所述的變壓器將220V交流電壓轉換為直流低電壓后，通過電位器中一個動觸點在電阻體上的移動，獲得電壓幅值控制在O?5V之間電壓部分輸出，再由電壓脈沖發生器將O?5V的直流電壓轉換為寬度、幅度和重復頻率可調的矩形脈沖，由驅動芯片接受脈沖，驅動步進電機轉動。
[0010]所述的底部控制臺上安裝有手動控制旋鈕(能順和逆時針轉動)，自動手動轉換旋鈕，自動時轉向旋鈕，自動時轉速高低控制旋鈕;所述的手動控制旋鈕，自動手動轉換旋鈕，自動時轉向旋鈕，自動時轉速高低控制旋鈕分別通過線路與行進驅動裝置上的步進電機相連;實現各種教具機構按照教學要求進有規律的運動。
[0011]所述的教具通用件收藏室內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、帶帽小桿和鐵質小桿;教具通用件收藏室內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。
[0012]其中所述的連桿為寬2mm,長度分別為60mm，80mm，100mm,120mm, 140mm，180mm，200mm，300mm 的連桿；
[0013]所述的齒輪為模數2，壓力角20°，齒頂圓直徑35_，齒數22的齒輪；
[00M]所述的凸輪為基圓直徑40mm，T型推桿的推程1mm的凸輪；凸輪與T型推桿的高副形成是依靠彈簧力的鎖合；
[0015]所述的滑塊為長寬為30*40mm的滑塊;滑塊與連桿連接形成移動副；
[0016]所述的彈簧，彈簧運于T型推桿和連桿之間的鎖緊；
[0017]所述的T型推桿與凸輪形成高副；
[0018]所述的塑料墊片為外圓直徑12mm，厚2mm的塑料墊片，用于兩個教具通用件之間的機械密封；
[0019]所述的底板吸鐵石為直徑10_，高2mm的圓柱形底板吸鐵石；
[0020]所述的帶帽小桿為直徑2mm，高3mm的帶帽小桿。
[0021 ]本實用新型的有益效果為:能克服現有教具體積大，重量重，結構固定，功能單一，不便于拆裝，不能融入多媒體教學等問題，本實用新型在材料上，選用材質干凈安全的PE板為毛坯，由精雕機雕制出各種教具通用件和有點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，可根據教師授課需要快速拼裝好自己所需要的力學教具，如:輪系的傳動、行星齒輪機構、四桿機構、曲柄滑塊機構、凸輪導桿機構、曲柄搖桿機構、礦石扎碎機構，以及各種復雜的平面機構。理論力學教學中涉及到的各個機構基本上都能拼裝出來;在控制上，具有手動和自動兩種選擇，若選擇自動，開關打開后，電流通過變壓器，電位器和電壓脈沖放松器轉換為脈沖，由驅動芯片接受，并驅動步進電機旋轉，再通過同步帶傳動裝置轉換為力學教具通用件中主動件的驅動力，使教具機構運動。若選擇手動，轉動手動搖輪脈沖器，即可產生脈沖，由驅動芯片接收該脈沖。便可用手直接轉動使機構運動。若轉動方向開關，可變換機構主動件的轉向。若選擇自動，再選擇速度調節和正反轉開關，可調節教具通用件中主動件的運動速度的大小和方向。步進電機安裝在主板底部，由于裝有絲桿及其上的撥片將渦輪蝸桿電機的旋轉運動轉換為步進電機在導軌上的直線運動，于是可將電機置于背景主板底部任意位子，以適應不同力學教具機構安裝位置的需要。在形式上，所有教具通用件和背板都安裝或放在一個輕質便捷的箱體內，只要打開箱體，接通電源，拼裝好所用機構，即可在箱體蓋背景主板上演示機構的運動。教具箱內還安裝了攝像機，通過USB接口與講臺電腦聯接，把機構運動過程與多媒體教學融為一體。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0023]圖2為本實用新型的行進驅動裝置示意圖；
[0024]圖3為本實用新型的傳動裝置示意圖；
[0025]圖4為本實用新型的轉動副的拼接示意圖；
[0026]圖5為本實用新型的凸輪高副的拼接示意圖；
[0027]圖6為