[发明专利]定轴轮系和周转轮系功能展示及对比分析平台

说明书

技术领域

本发明主要应用于高校理工科类机械原理教学，属于轮系组合综合分析、教学仪器技术等领域。

背景技术

在当前的实验教学方面，尤其是轮系在实验教学过程中，主要有两种教学方法，一种是利用动画仿真演示各机构的运动关系，学生无法身临其境去感受其中的运动关系；另一种是利用实物模型静态演示，学生不能了解其中各部件的传动关系。

当前大学机械设计课程中描述了各种齿轮的特性，传动比计算方法，齿轮轮系组合功用；在实验教学环节中也仅仅是通过动态仿真、实物的静态展示让学生感受其中的知识点。但是这仅仅是书本上的抽象描述，实验环节学生也无法自己动手组装设计轮系组合，无法探究各种轮系间的不同点。总体来说，目前各高校设置的机械类课程内容抽象，学生缺乏学习兴趣，实验演示设备可操作性不强，而且大多都放在实验室中，结构笨重不易拿到课堂上展示；其演示课件也比较死板，没有真实感，无法引起学生的学习兴趣。所以目前缺少一种集实物展示、运动分析、实验探究、多知识点讲解、学生自主设计组装的新型教具。

因此，我们设计了一种定轴轮系和周转轮系功能展示及对比分析平台，包括两大模块：1、定轴轮系和周转轮系的变速比较；2、差速器运动的合成与分解。在模块一中，我们给定轴轮系和周转轮系相同的输入，然后通过轮系减速，使它们的传动比大致相同，来比较他们的传动特性；模块二中，我们使用差速器，利用差速器的特性，来讲解运动的合成与分解。我们设计的装置知识点涵盖全面，包括：轮系的分类，定轴轮系、周转轮系及混合轮系传动比的计算方法，轮系的功能等；体现形式多样，我们运用了液晶屏显示差速器的转速，来验证公式的正确性，传感器的正确使用，使得同学们对知识点的消化吸收变得更容易；多种对比方式的结合，行星轮系和行星轮系的对比、定轴轮系和行星轮系的对比等，使知识点表现得更加具体。能很好的用于课堂上进行实物演示，将轮系的组成、组合方式、运动形式直观的表现出来，使学生在学习轮系课程时能直观的了解机构的运动规律，能快速理解机构中的各构件的运动关系，加深对机械的理解。

发明内容

本发明的目的在于设计一种定轴轮系和周转轮系功能展示及对比分析平台，主要解决课堂教学平面化，实验教学单一化，学生在现有实验设备上无法实现自主探究。本发明重点讲述定轴轮系传动比计算、定轴轮系首、末轮转向关系的确定、周转轮系齿数变动对传动比的影响、轮系的变速、差速器运动的合成与分解。并且本发明知识点集成度高、体积小、易携带、可拆卸进行自主探究。

为实现上述目的，本发明包括以下几个部分：一个定轴轮系单元、一个行星轮系单元、一个差动轮系单元、一个周转轮系、一个动力分流单元。以上所述五个单元均用船型螺母固定在铝型材上，以达到可移动可拆卸的要求。

所述的定轴轮系单元包括肋板、联轴节、轴承座、电机、输出转速显示盘及系列齿轮；所述系列齿轮装配在光轴上，除两端的光轴外，每个光轴上配有2个直齿轮，共有14个齿轮啮合构成7级减速；光轴通过圆柱滚子轴承装配在肋板上，肋板通过船型螺母固定在所述底板上；固定在轴承座上的电机通过联轴节与轮系输入端的光轴相连；输出转速显示盘是个刻有分度的圆盘，通过顶丝固定在轮系输出端的光轴上；启动电机，可以通过输出转速显示盘转动快慢，来直观感受7级减速的减速效果。

所述的差动轮系单元包括一对大锥齿轮、一对小锥齿轮、光轴Ⅰ、轴承座Ⅰ、直齿轮、小锥齿轮支架、参数显示模块、手摇盘、光轴Ⅱ、轴承座Ⅱ；所述小锥齿轮与大锥齿轮两两啮合；所述直齿轮通过螺钉与其中一个大锥齿轮固连，实现两者同步运动；所述直齿轮与动力输出齿轮啮合，为此差动轮系单元提供动力；光轴一端依靠轴承座Ⅰ支承，另一端插入大锥齿轮的齿轮中心孔，实现与大锥齿轮的过盈配合，并通过顶丝将两者牢牢固定；光轴穿过大锥齿轮的中心孔，但两者是间隙配合关系；光轴与小锥齿轮支架固连，光轴依靠轴承座支承，其另一端与手摇盘用顶丝固连，作为运动干扰端，通过手摇盘的转动，改变小锥齿轮的转速；所述参数显示模块插入轴承座预先打好的孔中，显示差动轮系个齿轮的转速。

所述的行星轮系单元包括行星架、太阳轮、光轴、三个行星轮、轴承座、齿圈座、齿圈构成；所述行星架作为动力输入端与动力源相结合，实现行星轮与太阳轮、齿圈的啮合传动；所述太阳轮通过与光轴固连，将动力输出；所述光轴通过轴承座支承；所述齿圈固定在齿圈座上；所述齿圈座固定在底板1上。