[發(fā)明專利]平面連桿機構復合型教具及其演示控制方法

有效

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• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104200739A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 胡啟國;侯楠;向果;秦鋒
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發(fā)明涉及教學教具領域，特別涉及一種平面連桿機構復合型教具及其演示控制方法。

背景技術

隨著國家對于機械行業(yè)人才綜合素質要求的提高，對高校機械類的課程，特別是機械原理、機械設計等基礎類課程的要求也在不斷提高。就目前機械原理的實驗教學模式來看，對于理論基礎知識的講解幾乎還處在空白狀態(tài)，尤其是實驗課教具還停留在傳統(tǒng)的“一物一模型”階段，這已經與當代大學生的學習習慣與思維習慣脫節(jié)，也與日益增長的對機械行業(yè)人才需求量的客觀現(xiàn)實相矛盾。

平面連桿機構是許多構建用低副連接組成的平面機構，最簡單的平面連桿機構是平面四桿機構，它是應用最廣泛的平面連桿機構，而且是組成多桿機構的基礎。平面四桿機構一般包括機架桿，機架桿一般固定不動，與機架桿直接連接的稱為第一連架桿和第二連架桿，兩連架桿通過不與機架桿直接相連的中間連桿連接。平面四桿機構根據曲柄的存在條件，可分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。以曲柄搖桿機構為例，其在運動過程中存在著極限位置、急回特性和死點位置等運動特性，并伴隨著產生極位夾角、壓力角、傳動角和行程速比系數等參數概念，而在實際教學中，未能妥善解決知識傳授與學生能力培養(yǎng)的關系，片面強調知識傳授，忽視了將知識內化為學生能力與素質。實驗教學中驗證型的實驗多，而探索型實驗少，實驗課并沒有讓同學走進理論知識內部，也并沒有激發(fā)起同學們對理論知識的探索欲望，沒有發(fā)揮實驗教學的應有的作用；同時實驗教學缺乏系統(tǒng)性，以上所述曲柄搖桿機構各個理論知識點分塊化現(xiàn)象嚴重，現(xiàn)有教具多為對知識點分別闡釋，如通過改變桿件長度對四桿機構曲柄存在條件的闡釋較常見，沒有一款涉獵多個知識層面并且將其統(tǒng)一成宏觀知識體系的復合教具，與此同時，實驗教學和其他實踐教學活動脫離，忽視了知識的整合及連貫性，各實踐環(huán)節(jié)之間相互獨立，在整個教學過程中沒有強調整體設計理念；而且，因為學時的限制，不能安排較多的時間讓學生集中、同步實驗。而傳統(tǒng)實驗因為組織方式因為受到實驗場地、實驗器材、實驗趣味性等多方面的約束而難以展開，加之同學們獲取知識途徑與習慣的變化，傳統(tǒng)單一型教具在機械原理實驗課上逐步退出教學舞臺。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種平面連桿機構復合型教具及其演示控制方法，使其至少可對平面連桿機構(以曲柄搖桿機構為例)的急回特性、極位夾角、極限位置和曲柄存在條件下四桿變化類型，以及急回特性與極位夾角的關系等理論知識點進行清晰的闡述，使學生對平面連桿機構知識點的整體連貫性有清楚的認識。

本發(fā)明的平面連桿機構復合型教具，包括箱體、平面連桿機構、驅動部分和演示控制系統(tǒng)；

平面連桿機構至少包括第一連架桿、第二連架桿和連桿，第一連架桿、第二連架桿和連桿均為長度可調結構；

驅動部分包括驅動電機和與驅動電機輸出軸傳動配合并用于驅動第一連架桿在平面內轉動的齒輪驅動副Ⅰ；

演示控制系統(tǒng)包括：

參數采集模塊，至少用于采集第一連架桿為主動曲柄、第二連架桿為從動搖桿時平面連桿機構的極位參數，極位參數包括：第一連架桿去程時間、第一連架桿回程時間、第二連架桿去程速度和第二連架桿回程速度，以及機構運動到極限位置時第一連架桿的位置信息；

中央處理單元，用于根據參數采集模塊所得第一連架桿位置信息，得出機構極位夾角，并分別利用極位夾角和第二連架桿的去程速度與回程速度之比得出行程速比系數；

顯示模塊，用于顯示所得極位夾角值，以及分別通過極位夾角和第二連架桿去程速度與回程速度之比得出行程速比系數K的計算過程和結果。

進一步，參數采集模塊包括：位置傳感器、測速傳感器和數碼管；

位置傳感器安裝在所述第一連架桿上，用于采集與第一連架桿的位置信息相關的轉動角度信號；

測速傳感器安裝于第二連架桿，用于采集第二連架桿去程速度和回程速度；

數碼管安裝于所述箱體外壁，用于采集第一連架桿去程時間和第一連架桿回程時間，數碼管包括：去程時間數碼管和回程時間數碼管。

進一步，警示模塊，用于提示機構已運動到極限位置，警示模塊包括指示燈組和蜂鳴器，指示燈組包括用于警示去程極限位置的第一指示燈組和用于警示回程極限位置的第二指示燈組。

進一步，演示控制系統(tǒng)還包括：

輸入模塊，用于在第一連架桿為主動搖桿、第二連架桿為從動曲柄時輸入對應桿件實際長度；

位置傳感器，還用于在第一連架桿為主動搖桿、第二連架桿為從動曲柄時采集與第一連架桿位置信息相關的轉動角度信號；