本发明公开了一种凸轮轮廓曲线绘制演示仪，包括机架、外轴、内轴和画板，画板设置在机架前侧，画板与机架之间设有十字支架，机架下部安装有底轴，底轴上安装有底轴齿轮，外轴穿过机架前侧和十字支架且与机架连接，外轴上安装有外轴齿轮，外轴齿轮与底轴齿轮啮合，内轴与外轴转动连接，内轴后端与机架连接，画板安装在内轴前端，位于画板与十字支架之间的内轴上安装有中心齿轮，十字支架前侧上部设有从动件，从动件下部前侧设有画笔，从动件下部固定有销子，从动件与十字支架之间设有齿条板，齿条板上开有曲线槽，销子穿过曲线槽，齿条板与中心齿轮啮合。本发明不仅可演示反转法绘制凸轮轮廓曲线，且可演示反转前原机构的运动。
1.一种凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：包括机架(20)、外轴(14)、内轴(13)和画板(1)，所述画板(1)设置在机架(20)的前侧，所述画板(1)为透明板，所述画板(1)与机架(20)之间设置有十字支架(3)，所述机架(20)的下部转动安装有底轴(19)，所述底轴(19)上固定安装有底轴齿轮(9)，所述外轴(14)为空心轴，所述外轴(14)穿过机架(20)的前侧和十字支架(3)且与机架(20)转动连接，所述外轴(14)与十字支架(3)固定连接，所述外轴(14)上固定安装有外轴齿轮(10)，所述外轴齿轮(10)和底轴齿轮(9)均设置在机架(20)内，所述外轴齿轮(10)位于底轴齿轮(9)上方且与底轴齿轮(9)相啮合，所述内轴(13)的两端分别穿出外轴(14)的两端，所述内轴(13)与外轴(14)转动连接，所述内轴(13)的后端穿过机架(20)且与机架(20)转动连接，所述画板(1)固定安装在内轴(13)的前端，位于画板(1)与十字支架(3)之间的内轴(13)上固定安装有中心齿轮(4)，所述十字支架(3)的前侧上部设置有能够沿着十字支架(3)竖直滑动的从动件(2)，所述从动件(2)的下部前侧设置有画笔(21)，所述从动件(2)的下部固定有销子(8)，所述从动件(2)与十字支架(3)之间设置有齿条板(6)且齿条板(6)能够沿着十字支架(3)水平滑动，所述齿条板(6)上开有曲线槽(7)，所述销子(8)穿过曲线槽(7)，所述齿条板(6)位于中心齿轮(4)上方且与中心齿轮(4)相啮合。
2.按照权利要求1所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述机架(20)的上部通过滑轴(15)安装有锁齿板(5)，所述滑轴(15)固定在机架(20)上，所述滑轴(15)的数量为两根且两根滑轴(15)相平行，所述滑轴(15)设置在内轴(13)上方，所述锁齿板(5)位于机架(20)内，所述滑轴(15)穿过锁齿板(5)且锁齿板(5)能够沿着滑轴(15)前后滑动，所述锁齿板(5)与外轴齿轮(10)相配合。
3.按照权利要求2所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：还包括侧轴(16)，所述侧轴(16)的前端穿过机架(20)的上部且与机架(20)转动连接，所述侧轴(16)与内轴(13)相平行，所述侧轴(16)上固定安装有侧轴齿轮(11)，所述内轴(13)上固定安装有内轴齿轮(12)，所述内轴齿轮(12)和侧轴齿轮(11)均位于机架(20)内，所述内轴齿轮(12)与侧轴齿轮(11)相啮合，所述内轴齿轮(12)位于锁齿板(5)下方且与锁齿板(5)相配合。
4.按照权利要求3所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述底轴(19)的后端固定连接有第一手柄(18)，所述侧轴(16)的后端固定连接有第二手柄(17)。
5.按照权利要求1-4任一权利要求所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述从动件(2)为滑轨，所述十字支架(3)的前侧上端固定有第一滑块(2-1)，所述第一滑块(2-
1)与从动件(2)相配合，所述第一滑块(2-1)的数量为两个，两个第一滑块(2-1)上下对称设置。
6.按照权利要求1-4任一权利要求所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述齿条板(6)的后侧固定有第二滑块(6-1)，所述十字支架(3)的前侧固定有滑轨(6-2)，所述滑轨(6-2)与第二滑块(6-1)相配合。
7.按照权利要求1-4任一权利要求所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述齿条板(6)的下边沿设置有轮齿，所述齿条板(6)下边沿上的轮齿数量大于中心齿轮(4)轮缘一周的轮齿数量。
8.按照权利要求1-4任一权利要求所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述外轴(14)穿过十字支架(3)的中心。
9.按照权利要求1-4任一权利要求所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述外轴(14)和内轴(13)的中心线相重合。
10.按照权利要求1-4任一权利要求所述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述画板(1)的形状为圆形，所述画板(1)的外周设置有角度刻度(1-1)。
凸轮轮廓曲线绘制演示仪
技术领域
[0001] 本发明涉及一种教学演示仪，尤其是涉及一种凸轮轮廓曲线绘制演示仪。
背景技术
[0002] 在《机械原理》课程中，反转法设计凸轮轮廓曲线这部分内容比较抽象。教师在讲解时，仅通过在黑板上绘图和语言描述两种手段，不容易讲清楚，很多学生不容易深刻理解。要想准确快速的理解反转法设计凸轮轮廓曲线的原理，必须对变换机架后凸轮机构各构件的运动有一个形象、具体、直观的认识。然而，黑板上绘制的机构运动示意图是静止的，教师往往要花费很多时间和很大精力从各个角度上讲解，学生则必须通过想象，将静止的机构运动示意图动起来。这样的想象不甚清晰，学生很难对各构件的运动关系有形象、具体、直观的认识，也就不能清晰准确的理解反转法设计凸轮轮廓曲线的原理。
[0003] 要想直观地演示反转法原理，必须使凸轮固定不动，原机架和从动件绕凸轮转动，同时从动件按给定的运动规律运动。并且，教具应具有能够直观表示从动件运动线图(s位移-转角δ曲线)的组成部分。目前有关凸轮机构的教具中，有的虽然能演示凸轮机构的运动，但是不能演示反转法绘制凸轮轮廓曲线，学生还是不能很好的理解反转法绘制凸轮轮廓曲线。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其不仅可演示反转法绘制凸轮轮廓曲线，且还可演示反转前原机构的运动，结构紧凑，设计合理，使用操作方便。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：包括机架、外轴、内轴和画板，所述画板设置在机架的前侧，所述画板为透明板，所述画板与机架之间设置有十字支架，所述机架的下部转动安装有底轴，所述底轴上固定安装有底轴齿轮，所述外轴为空心轴，所述外轴穿过机架的前侧和十字支架且与机架转动连接，所述外轴与十字支架固定连接，所述外轴上固定安装有外轴齿轮，所述外轴齿轮和底轴齿轮均设置在机架内，所述外轴齿轮位于底轴齿轮上方且与底轴齿轮相啮合，所述内轴的两端分别穿出外轴的两端，所述内轴与外轴转动连接，所述内轴的后端穿过机架且与机架转动连接，所述画板固定安装在内轴的前端，位于画板与十字支架之间的内轴上固定安装有中心齿轮，所述十字支架的前侧上部设置有能够沿着十字支架竖直滑动的从动件，所述从动件的下部前侧设置有画笔，所述从动件的下部固定有销子，所述从动件与十字支架之间设置有齿条板且齿条板能够沿着十字支架水平滑动，所述齿条板上开有曲线槽，所述销子穿过曲线槽，所述齿条板位于中心齿轮上方且与中心齿轮相啮合。
[0006] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述机架的上部通过滑轴安装有锁齿板，所述滑轴固定在机架上，所述滑轴的数量为两根且两根滑轴相平行，所述滑轴设置在内轴上方，所述锁齿板位于机架内，所述滑轴穿过锁齿板且锁齿板能够沿着滑轴前后滑动，所述锁齿板与外轴齿轮相配合。
[0007] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：还包括侧轴，所述侧轴的前端穿过机架的上部且与机架转动连接，所述侧轴与内轴相平行，所述侧轴上固定安装有侧轴齿轮，所述内轴上固定安装有内轴齿轮，所述内轴齿轮和侧轴齿轮均位于机架内，所述内轴齿轮与侧轴齿轮相啮合，所述内轴齿轮位于锁齿板下方且与锁齿板相配合。
[0008] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述底轴的后端固定连接有第一手柄，所述侧轴的后端固定连接有第二手柄。
[0009] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述从动件为滑轨，所述十字支架的前侧上端固定有第一滑块，所述第一滑块与从动件相配合，所述第一滑块的数量为两个，两个第一滑块上下对称设置。
[0010] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述齿条板的后侧固定有第二滑块，所述十字支架的前侧固定有滑轨，所述滑轨与第二滑块相配合。
[0011] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述齿条板的下边沿设置有轮齿，所述齿条板下边沿上的轮齿数量大于中心齿轮轮缘一周的轮齿数量。
[0012] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述外轴穿过十字支架的中心。
[0013] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述外轴和内轴的中心线相重合。
[0014] 上述的凸轮轮廓曲线绘制演示仪，其特征在于：所述画板的形状为圆形，所述画板的外周设置有角度刻度。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0016] 1、本发明在辅助教学时，教师可以一边讲解一边演示，在较短的时间内多次演示“反转法”原理，学生也可以更加直观的观察到机构中各构件的相对运动关系，使抽象的教学内容变的形象、直观，既便于教师讲解，也有助于学生理解，从而大大激发学生的学习兴趣，增强教学效果，提高教学质量。
[0017] 2、本发明利用齿轮齿条机构，将凸轮转角展开成直线坐标，利用直动凸轮机构，使从动件按给定的S-δ曲线运动，从而将凸轮从动件的运动规律直观的体现在实际机构中，该演示仪结构紧凑，造型简单。
[0018] 3、本发明内轴和外轴采用套筒轴设计，便于机架切换，机架切换部分，利用锁齿板与外轴齿轮或内轴齿轮的配合，实现了对外轴或内轴的周向固定，操作十分简便，一步即可完成机架切换。
[0019] 4、本发明具有多重演示功能，在演示过程中，能直观观察到机架变换后各构件的运动关系，并能直观观察到从动件的运动按给定的S-δ曲线运动。另外，为了便于对比理解，教具还应能演示反转前原凸轮机构的运动。
[0020] 5、本发明造型美观，制造成本低，可作为专用教具推广到各高校。
[0021] 下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
[0022] 图1为本发明的结构示意图。
[0023] 图2为图1旋转一定角度后的结构示意图。
[0024] 图3为本发明去除机架和画板后的结构示意图。
[0025] 图4为图3旋转一定角度后的结构示意图。
[0026] 图5为本发明的侧视图。
[0027] 附图标记说明:
[0028] 1—画板； 1-1—角度刻度； 2—从动件；
[0029] 2-1—第一滑块； 3—十字支架； 4—中心齿轮；
[0030] 5—锁齿板； 6—齿条板； 6-1—第二滑块；
[0031] 6-2—滑轨； 7—曲线槽； 8—销子；
[0032] 9—底轴齿轮； 10—外轴齿轮； 11—侧轴齿轮；
[0033] 12—内轴齿轮； 13—内轴； 14—外轴；
[0034] 15—滑轴； 16—侧轴； 17—第二手柄；
[0035] 18—第一手柄； 19—底轴； 20—机架；
[0036] 21—画笔。
具体实施方式
[0037] 如图1至图5所示，本发明包括机架20、外轴14、内轴13和画板1，所述画板1设置在机架20的前侧，所述画板1为透明板，所述画板1与机架20之间设置有十字支架3，所述机架20的下部转动安装有底轴19，所述底轴19上固定安装有底轴齿轮9，所述外轴14为空心轴，所述外轴14穿过机架20的前侧和十字支架3且与机架20转动连接，所述外轴14与十字支架3固定连接，所述外轴14上固定安装有外轴齿轮10，所述外轴齿轮10和底轴齿轮9均设置在机架20内，所述外轴齿轮10位于底轴齿轮9上方且与底轴齿轮9相啮合，所述内轴13的两端分别穿出外轴14的两端，所述内轴13与外轴14转动连接，所述内轴13的后端穿过机架20且与机架20转动连接，所述画板1固定安装在内轴13的前端，位于画板1与十字支架3之间的内轴
13上固定安装有中心齿轮4，所述十字支架3的前侧上部设置有能够沿着十字支架3竖直滑动的从动件2，所述从动件2的下部前侧设置有画笔21，所述从动件2的下部固定有销子8，所述从动件2与十字支架3之间设置有齿条板6且齿条板6能够沿着十字支架3水平滑动，所述齿条板6上开有曲线槽7，所述销子8穿过曲线槽7，所述齿条板6位于中心齿轮4上方且与中心齿轮4相啮合。本实施例中，内轴13通过内置轴承与外轴14转动连接，内轴13和外轴14均可转动，十字支架3可随外轴14一起转动，中心齿轮4可随内轴13一起转动；曲线槽7的形状为给定从动件的S-δ曲线，δ轴方向为齿条分度线方向，S轴方向垂直于δ轴方向，齿条板6的滑动方向与δ轴方向相同，从动件2通过销子8和曲线槽7带动上下滑动，从动件2的滑动方向与S轴方向相同。
[0038] 如图1、图3、图4和图5所示，所述机架20的上部通过滑轴15安装有锁齿板5，所述滑轴15固定在机架20上，所述滑轴15的数量为两根且两根滑轴15相平行，所述滑轴15设置在内轴13上方，所述锁齿板5位于机架20内，所述滑轴15穿过锁齿板5且锁齿板5能够沿着滑轴15前后滑动，所述锁齿板5与外轴齿轮10相配合。
[0039] 如图2至图5所示，本发明还包括侧轴16，所述侧轴16的前端穿过机架20的上部且与机架20转动连接，所述侧轴16与内轴13相平行，所述侧轴16上固定安装有侧轴齿轮11，所述内轴13上固定安装有内轴齿轮12，所述内轴齿轮12和侧轴齿轮11均位于机架20内，所述内轴齿轮12与侧轴齿轮11相啮合，所述内轴齿轮12位于锁齿板5下方且与锁齿板5相配合。
[0040] 如图2至图5所示，所述底轴19的后端固定连接有第一手柄18，所述侧轴16的后端固定连接有第二手柄17，方便转动。
[0041] 如图1至图5所示，所述从动件2为滑轨，所述十字支架3的前侧上端固定有第一滑块2-1，所述第一滑块2-1与从动件2相配合，所述第一滑块2-1的数量为两个，两个第一滑块2-1上下对称设置。
[0042] 如图2、图4和图5所示，所述齿条板6的后侧固定有第二滑块6-1，所述十字支架3的前侧固定有滑轨6-2，所述滑轨6-2与第二滑块6-1相配合。
[0043] 如图1至图5所示，所述齿条板6的下边沿设置有轮齿，所述齿条板6下边沿上的轮齿数量大于中心齿轮4轮缘一周的轮齿数量。
[0044] 本实施例中，所述外轴14穿过十字支架3的中心。
[0045] 本实施例中，所述外轴14和内轴13的中心线相重合。
[0046] 如图1所示，所述画板1的形状为圆形，所述画板1的外周设置有角度刻度1-1，便于观察旋转角度。
[0047] 本发明的工作原理为：本发明可用于演示反转法绘制凸轮轮廓曲线和反转前原机构运动的演示。当用于演示反转法绘制凸轮轮廓曲线时，将锁齿板5滑动到与内轴齿轮12相啮合，则中心齿轮4被固定，且与机架20相对固定。转动第一手柄18，带动底轴19转动，底轴19带动底轴齿轮9转动，因外轴齿轮10与底轴齿轮9啮合，所以外轴齿轮10转动，带动外轴14和十字支架3一起转动；由于十字支架3与齿条板6滑动连接，因此可以带动齿条板6以相同的转速绕中心齿轮4转动。同时，由于齿条板6与中心齿轮4相啮合，而齿条板6与十字支架3滑动连接，所以齿条板6跟随十字支架3转动的同时，还相对于十字支架3作直线运动，这样就形成了S-δ曲线δ轴方向的运动，并且位移与十字支架3的转角为线性关系。根据齿条板6与中心齿轮4相啮合的特点，齿条板6转过一周时，齿条板6的位移等于中心齿轮4的分度圆周长。由于曲线槽7沿齿条板分度线方向的跨度等于中心齿轮4的分度圆周长，因此，齿条板转过一周时，从动件从曲线槽的一端运动到另一端。另一方面，齿条板6相对十字支架3直线运动的同时，通过曲线槽7带动从动件2相对齿条板6作直线运动，这样就形成了S-δ曲线S轴方向的运动，其相对于齿条板6的运动规律由曲线槽7的曲线形状决定，也就是由给定的S-δ曲线决定。当十字支架3转动一周时，齿条板6绕中心齿轮4转动一周，从动件2从曲线槽7的一端运动到另一端，它相对于齿条板6也就完成了沿δ轴方向的直线运动和沿S轴方向的直线运动，其中沿δ轴方向的运动与十字支架3的转角是线性关系，而沿S轴方向的运动按给定的S-δ曲线进行，因此，画板1走过的轨迹即为凸轮轮廓曲线。实际演示时，可以在画板1上观察到绘制凸轮轮廓曲线的过程和所绘制的凸轮轮廓曲线。
[0048] 当用于反转前原机构运动的演示时，将锁齿板5滑动到与外轴齿轮10相啮合，转动第二手柄17，带动侧轴16转动，侧轴16带动侧轴齿轮11转动，因内轴齿轮12与侧轴齿轮11啮合，所以内轴齿轮12转动，带动中心齿轮4和画板1转动。中心齿轮4带动齿条板6沿δ轴方向作直线运动，通过曲线槽7和销子8，带动从动件2沿S轴作直线运动。中心齿轮4转动一周，画板1上的凸轮轮廓曲线形成，从动件2运动一个行程后回到最初位置。实际演示时，可以观察到从动件2的运动按给定的S-δ曲线进行，而从动件2上的画笔21在画板1上走过的轨迹为凸轮轮廓曲线。
[0049] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
