专利名称：三维机构系统创新综合实验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维机构系统创新综合实验台，主要用于机械类专业的《机械原理》、《机械设计》和非机类的《机械设计基础》课程教学及实验教学，也可作为机械设计师对复杂机械系统方案进行模拟实验。
背景技术：
三维机构系统能实现任意方向的传动、任意形式的运动、任意位置的变换，在现代复杂机械系统中越来越广泛地应用到二维和三维机构组合系统。因此，工科类大专院校要实现创新教育，在机类的《机械原理》、《机械设计》和非机类的《机械设计基础》课程教学将要结束时，让学生进行二维和三维机构组合系统创新综合实验是必不可少的。
目前，用于机械系统方案模拟实验的搭接实验台只适用平面机构和轴线相互垂直的简单空间机构(如圆锥齿轮及蜗轮蜗杆机构等)的搭接实验及简单的运动分析，难以满足能实现任意传动方向、任意运动形式、任意位置变换的三维机构系统的搭接实验及复杂运动规律的分析。
发明内容
根据现有技术的不足，本实用新型提供一种三维机构系统创新综合实验台，该实验台为实验者提供了手动拼装复杂机构系统(包括二维及三维)的实训平台，让实验者设计并拼装可实现不同运动要求的复杂机构传动系统。同时实验台在主要构件上设计了安装传感器的位置，并配备了检测系统和数据处理软件，实验者可通过运动参数变化曲线，了解不同复杂机构运动构件的运动规律和运动学、动力学特点。是机械类专业学生及设计人员进行复杂机械系统创新设计时，可借助的一种好的综合实验台。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是由底座1(见图1)、与底座1垂直固定的两边立柱2、与立柱2垂直固定的上下横梁4、与横梁4垂直固定的平面支架3、与立柱2垂直固定的横杆6、与横杆6垂直固定的空间支柱8组成的实验台架，安装在实验台架上的二维及三维机构和驱动机构运动的马达组成。其中，平面支架3可沿上下横梁4进行左右调节，而平面支承座10可沿平面支架3上下移动；空间支柱8通过关节7可沿横杆6左右移动或绕横杆6作360°的调节，而横杆6通过托架5可沿两边立柱2上下调节；空间安装座9可沿空间支柱8左右移动或可绕空间支柱8作360°的调节。因此，该实验台能实现任意传动方向、任意运动形式、任意位置变换的二维和三维机构组合系统的拼装、演示和实验，并且具有结构简单、装拆快速、方便等优点。另外，所有杆构件长度及滑块偏心距均可进行无级调节，分析该参数改变，对机构运动特性的影响。
本实用新型有益效果是可以在一个实验台架上方便、快捷、准确地实现任意传动方向、任意运动形式、任意位置变换的二维和三维机构组合系统的拼装、演示和实验，并通过改变机构的尺寸参数，观测运动变化的规律，使实验者掌握利用运动学、动力学测试结果，重新调整、设计复杂机构的原理和方法，从而培养实验者综合设计和创新能力。
图1是本实用新型的实验台架图中，1、底座 2、立柱3、平面支架 4、横梁 5、托架 6、横杆7、关节 8、空间支柱 9、空间安装座 10、平面支承座图2是本实用新型的V型发动机图3是图2的侧视图图中，代号为1～10指示的构件与图1相同，其他代号表示11、电动机，12、带传动，13、小齿轮，14、齿轮曲柄盘，15、角位移传感器，21、滑杆(2个)，22、连杆I，23、滑块(2个)，24、位移传感器(2个)，25、连杆II。
图4是本实用新型的汽车后桥驱动系统图5是图4的侧视图图中，代号为1～10指示的构件与图1相同，其他代号表示11、电动机，12、带传动，13、小齿轮，14、大齿轮，15、角位移传感器(2个)，16、调节螺钉(2个)，17、差动轮系组合，18、摩擦轮(2个)，19、双万向节。
具体实施方式
本实用新型对实验台架及构件进行标准化和系统化设计，可方便、快捷、准确地拼装二维和三维机构组合系统多达20种以上，实验者还可自行设计制造标准构件，在本实用新型的实验台架上拼装出自己设计的新型机构，并进行运动测试与分析。下面仅以本实用新型中的V型发动机和汽车后桥驱动系统为例加以说明。
图2中所示的机构是本实用新型中的V型发动机，具体拼装方式如下根据V型发动机的机构尺寸，通过使平面支架3(4根)沿上下横梁4进行左右调节，而平面支承座10(6个)沿平面支架3上下移动，从而使6个平面支承座处于设计要求的位置。其中，一个平面支承座安装小齿轮13，一个安装齿轮曲柄盘14，二个安装垂直的滑杆21，二个安装斜置的滑杆。垂直滑杆21与斜置滑杆呈60°布置。尔后将连杆I(22)两端分别与齿轮曲柄盘及斜置滑杆上的滑块铰接，将连杆II(25)两端分别与齿轮曲柄盘及垂直滑杆上的滑块铰接。电动机11通过带传动12驱动小齿轮13和齿轮曲柄盘14，最后，齿轮曲柄盘14通过连杆I和连杆II分别带动垂直滑杆上及斜置滑杆上的滑块进行交错往复运动。此外，在小齿轮13的轴上装有角位移传感器15，检测小齿轮13的角位移及转速，在垂直滑杆上和斜置滑杆上各装有一个位移传感器24，分别检测垂直滑杆上和斜置滑杆上的滑块的位移及速度。从而，实现V型发动机的运动模拟及实验。
图3中所示的机构是本实用新型中的汽车后桥驱动系统，具体拼装方式如下根据汽车后桥驱动系统的机构尺寸，通过使平面支架3(2根)沿上下横梁4进行左右调节，而平面支承座10(2个)沿平面支架3上下移动，从而使2个平面支承座处于设计要求的位置；其中，一个平面支承座安装小齿轮13，一个安装大齿轮14。通过关节7沿横杆6的左右移动或绕横杆的摆动来调节两根空间支柱8的空间位置，而两个空间安装座9分别沿两根空间支柱8上下移动或绕空间支柱8作适当的摆动，从而使2个空间安装座9处于设计要求的位置。尔后将差动轮系组合17固定在2个空间安装座9上，将双万向节19两端分别与大齿轮14的轴和差动轮系组合17的输入轴连接。电动机11通过带传动12驱动小齿轮13和大齿轮14，最后，大齿轮14通过双万向节19带动差动轮系组合17上的两个摩擦轮18(模拟车轮)转动。两个摩擦轮18上的摩擦力可通过2个调节螺钉16进行调节，使两个摩擦轮18实现差速转动，模拟汽车的转弯运动。此外，在两个摩擦轮18的轴上装有角位移传感器15，检测两个摩擦轮的角位移及转速的不同。从而，实现汽车后桥驱动系统的运动模拟及实验。
权利要求1.一种三维机构系统创新综合实验台，包括底座(1)、与底座(1)垂直固定的两边立柱(2)、与立柱(2)垂直固定的上下横梁(4)、与横梁(4)垂直固定的平面支架(3)、与立柱(2)垂直固定的横杆(6)、与横杆(6)垂直固定的空间支柱(8)组成的实验台架，安装在实验台架上的二维及三维机构和驱动机构运动的马达；其特征在于平面支架(3)可沿上下横梁(4)进行左右调节，而平面机构支承座(10)可沿平面支架(3)上下移动；空间支柱(8)通过左右移动关节(7)，沿横杆(6)左右移动或绕横杆(6)作360°的调节，而横杆(6)通过托架(5)可沿两边立柱(2)上下调节；空间安装座(9)沿空间支柱(8)左右移动或绕空间支柱(8)作360°的调节。
2.根据权利要求1所述的实验台，其特征在于在安装平台上可组装汽车后桥驱动系统电动机(11)通过带传动(12)驱动小齿轮(13)和大齿轮(14)，大齿轮(14)通过双万向节(19)带动差动轮系组合(17)上模拟车轮的两个摩擦轮(18)转动；两个摩擦轮(18)上的摩擦力通过两个调节螺钉(16)进行调节，使两个摩擦轮(18)实现差速转动，模拟汽车的转弯运动，在两个摩擦轮(18)的轴上装有角位移传感器(15)，检测两个摩擦轮的角位移及转速。
3.根据权利要求1所述的实验台，其特征在于在安装平台上组装V型发动机电动机(11)通过带传动(12)驱动小齿轮(13)和齿轮曲柄盘(14)，齿轮曲柄盘(14)通过连杆I和连杆II分别带动垂直滑杆上及斜置滑杆上的滑块进行交错往复运动；在小齿轮(13)的轴上装有角位移传感器(15)，检测小齿轮(13)的角位移及转速，在垂直滑杆上和斜置滑杆上各装有一个位移传感器(24)，分别检测垂直滑杆上和斜置滑杆上的滑块的位移及速度。
专利摘要一种三维机构系统创新综合实验台，由底座、各类实验台架、安装在实验台架上的二维及三维机构和驱动马达组成。其中，平面支架3可沿上下横梁4进行左右调节，而平面支承座10可沿平面支架3上下移动；空间支柱8通过左右移动关节7，可沿横杆6左右移动或绕横杆6作360°的调节，而横杆6通过托架5可沿两边立柱2上下调节；空间安装座9可沿空间支柱8左右移动或可绕空间支柱8作360°的调节。因此，能实现任意传动方向、任意运动形式、任意位置变换的二维和三维机构系统拼装及实验。是机械类专业学生及设计人员进行复杂机械系统创新设计时，可借助的一种好的综合实验台。
文档编号G09B25/00GK2927222SQ20062005154
公开日2007年7月25日 申请日期2006年7月3日 优先权日2006年7月3日
发明者陈观南, 何竞飞, 张斌 申请人:长沙嘉锐科技发展有限公司, 中南大学