一种空间机构教学实验台

本发明涉及机械教具技术领域，具体涉及一种空间机构教学实验台。

背景技术：

人们将能实现预期的机械运动的各种构件（包括机架）的基本组合体称为机构。在机械专业相关课程学习中会接触到多种多样的机构，分析机构的结构是为了研究机构运动的可能性与准确性，并进一步讨论机构的组成原理。教学实验台可以将机械机构的运动呈现出来，方便学生理解和学习，锻炼学生动手能力，触发学生创新思维，在机械教学中发挥着重要作用。然而现今应用的教学实验台，其型式和具体结构大都是是基于平面运动的，对于空间机构的研究不够充分与深入，且机构组合比较单一。为了满足相应的教学需求以及学生的实践要求，需要研究一种适于教学和实践的具有多种组合的空间机构教学实验台。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种空间机构教学实验台，机架具有可拆分性，具有多种组合和变换，搭建方便，能够呈现多种空间机构。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种空间机构教学实验台，包括机架及设在机架上的机械机构，所述机架包括多个立体框架，每个立体框架包括顶板、底板和立杆，所述顶板和底板均为扇形，两者上下平行设置并通过立杆垂直连接扇形中心，所述顶板的弧形边缘设置有一系列三角形孔，使用时根据需要选择所需数量的立体框架组成机架，所述机械机构为空间机械结构，通过连接件设置在机架上，所述连接件下部设置与三角形孔匹配的连接柱，上部设有通孔方便与机械机构的部件进行连接，所述机架上通过电机支撑座设置有电机，用于为机械机构提供动力。

进一步地，所述机械机构包括由球面连杆、曲柄、摇杆、球关节、万向节、滑杆、连接杆中的多种进行不同组合而构成的空间球面连杆机构、空间球关节机构、空间万向节机构或空间滑杆与万向节机构。

进一步地，所述立体框架的顶板和底板为120°扇形板，所述立杆是圆柱杆以中心线为准三等分形成的三分之一扇形长杆，当三个立体框架拼接在一起时，所述立杆组成一个完整的圆柱杆，所述顶板和底板分别组成完整的圆形框架。

进一步地，所述空间球面连杆机构包括内球连杆一、内球连杆二和外球连杆，此时，机架为三个立体框架拼接成的圆形立体框架，电机通过电机支撑座安装于其中一个立体框架上，内球连杆一的一端通过连接件与电机的输出轴连接，另一端通过螺栓螺母连接外球连杆的一端，外球连杆的另一端通过螺栓螺母连接内球连杆二的一端，内球连杆二的另一端通过连接件转动设置在机架上，三根连杆均为球面连杆，所在的球心重合，三根连杆上所有点的运动轨迹在一个同心球面上。

进一步地，所述空间球关节机构由曲柄、摇杆、两个球关节以及球关节连接杆组成，此时机架为任意摆放的两个立体框架组成，曲柄和摇杆上均设有多个连接孔，曲柄的一端通过连接件连接设在其中一个立体框架上的电机，曲柄上安装球关节一，球关节一和球关节二之间通过球关节连接杆连接，球关节二安装在摇杆上，摇杆的另一端通过连接件设在另一个立体框架上，由曲柄输入的旋转运动通过该空间球关节机构传递给摇杆。

进一步地，所述空间万向节机构由曲柄、摇杆、万向节关节组成，此时机架为任意摆放的两个立体框架组成，曲柄和摇杆上均设有多个连接孔，曲柄的一端通过连接件连接设在其中一个立体框架上的电机，摇杆的一端通过连接件设置在另一个立体框架上，万向节的两端分别安装于曲柄和摇杆上，由曲柄输入的旋转运动通过该空间万向节机构传递给摇杆。

进一步地，所述空间滑杆与万向节机构包括滑杆一、滑杆二、万向节和曲柄，此时机架为任意摆放的两个立体框架组成，曲柄上设有多个连接孔，滑杆一和滑杆二均为圆柱形杆，所述滑杆一的一端通过连接件安装在其中一个立体框架上，另一端转动连接在万向节的一端，滑杆二的一端通过套筒连接在万向节另一端，滑杆二的另一端固定安装在曲柄上，曲柄通过连接件安装在另一个立体框架上，电机将动力传递给曲柄，由曲柄输入的旋转运动通过该空间滑杆与万向节机构传递转换为滑杆一沿自身轴线的往复动作。

进一步地，所述套筒的外壁上设有垂直的连接柱，通过所述连接柱将套筒固定在万向节的另一端，所述滑杆二穿设在套筒内。

进一步地，所述立体框架的顶板或底板上均设有多个从扇形中心向边缘辐射的肋条，以增加强度。

有益效果：

本发明提出的空间机构教学实验台，机架由立体框架组合而成，具有可拆分性，便于搭建不同的空间机构；尤其是搭建空间球形连杆机构时，本发明可以通过三个相同的立体框架组合成具有圆形结构的机架，便于安装球形连杆，实现空间球形连杆机构的运动；本发明的空间机构具有多种组合和变换，通过基本机械组件和机架的配合，可组合搭建不同结构的空间机构，克服现有教学实验台功能单一、不能实现空间机构运动的缺点，可以提高教学实验效率，激发学生创新思维。

附图说明

图1为本发明机架的立体框架的结构图；

图2为本发明空间球形连杆机构的结构图；

图3为图2空间球形连杆机构另一角度的结构图；

图4为本发明空间球关节机构的结构图；

图5为本发明空间万向节机构的结构图；

图6为本发明空间滑杆与万向节机构的结构图；

图7为图6的局部结构图；

图8为本发明连接件的结构图；

图9为本发明电机连接件的结构图。

附图标记：1、立体框架，1-1、顶板，1-2、立杆，1-3、底板，2、电机，2-1、电机连接件，3、电机支撑座，4连接件，5内球连杆一，6内球连杆二，7外球连杆，8曲柄，9摇杆，10球关节一，11球关节连接杆，12球关节二，13万向节，14滑杆一，15滑杆二，16套筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

一种空间机构教学实验台，包括机架及设在机架上的机械机构，所述机架包括多个立体框架1，如图1所示，每个立体框架1包括顶板1-1、底板1-3和立杆1-2，所述顶板1-1和底板1-3均为扇形，两者上下平行设置并通过立杆1-2垂直连接扇形中心，所述顶板1-1的弧形边缘设置有一系列三角形孔，由立体框架1组成的机架具有可拆分性，使用时根据需要搭建的机构选择所需数量的立体框架1组成机架，机械机构通过连接件4设置在机架上，连接件4的结构如图8所示，所述连接件4下部设置与三角形孔匹配的连接柱，上部设有通孔方便与机械机构的部件进行连接，所述机架的其中一个立体框架1上通过电机支撑座3设置有电机2，用于为机械机构提供动力，所述电机2可以选择小型步进电机，电机2通过电机连接件2-1以及连接件4与机械部件连接，为机械部件输入动力，电机连接件2-1的结构如图9所示。

本发明所述机械机构主要是指空间机械结构，包括但不限于由球面连杆、曲柄、摇杆、球关节、万向节、滑杆、连接杆中的多种进行不同组合而构成的空间球面连杆机构、空间球关节机构、空间万向节机构或空间滑杆与万向节机构，使用时还可以根据需要通过部件搭建其他所需的空间机构。

具体地，所述立体框架1的顶板1-1和底板1-3为120°扇形板，所述立杆1-2是圆柱杆以中心线为准三等分形成的三分之一扇形长杆，当三个立体框架1拼接在一起时，所述立杆1-2组成一个完整的圆柱杆，所述顶板1-1和底板1-3分别组成完整的圆形框架，此种结构的框架，尤其适用于搭建空间球面连杆机构。

本发明通过不同的机架形式和不同的机械机构的组合，能够搭建出不同的空间机构，并在电机的带动下实现空间运动。

如图2和3所示的一种空间机构教学实验台，机架为三个立体框架1拼接成的圆形立体框架，机械机构为空间球面连杆机构，包括内球连杆一5、内球连杆二6和外球连杆7，此时，电机2通过电机支撑座3安装于其中一个立体框架1上，内球连杆一5的一端通过连接件4及电机连接件2-1与电机2的输出轴连接，另一端通过螺栓螺母连接外球连杆7的一端，外球连杆7的另一端通过螺栓螺母连接内球连杆二6的一端，内球连杆二6的另一端通过连接件4转动设置在机架的另一个立体框架1上，组成空间球面连杆机构的三根连杆均为球面连杆，所在的球心重合，三根连杆上所有点的运动轨迹在一个同心球面上，由内球连杆一5输入的运动带动外球连杆7和内球连杆二6实现机构的空间运动。

如图4所示的一种空间机构教学实验台，机架由任意摆放的两个立体框架1组成，机械机构为空间球关节机构，由曲柄8、摇杆9、两个球关节以及球关节连接杆11组成，曲柄8和摇杆9上均设有多个连接孔，便于调节连接长度，曲柄8的一端通过连接件4及电机连接件2-1连接设在其中一个立体框架1上的电机2（图中未示出），曲柄8上安装球关节一10，球关节一10和球关节二12之间通过球关节连接杆11连接，球关节二12安装在摇杆9上，摇杆9的另一端通过连接件4设在另一个立体框架1上，由曲柄8输入的旋转运动通过该空间球关节机构传递给摇杆9。

如图5所示的一种空间机构教学实验台，机架为任意摆放的两个立体框架1组成，机械机构为空间万向节机构，由曲柄8、摇杆9、万向节关节组成，曲柄8和摇杆9上均设有多个连接孔，曲柄8的一端通过连接件4及电机连接件2-1连接设在其中一个立体框架1上的电机2（图中未示出），摇杆9的一端通过连接件4设置在另一个立体框架1上，万向节13的两端分别安装于曲柄8和摇杆9上，由曲柄8输入的旋转运动通过该空间万向节机构传递给摇杆9。

如图6和7所示的一种空间机构教学实验台，机架为任意摆放的两个立体框架1组成，机械机构为空间滑杆与万向节机构，包括滑杆一14、滑杆二15、万向节13和曲柄8，曲柄8上设有多个连接孔，滑杆一14和滑杆二15均为圆柱形杆，所述滑杆一14的一端通过连接件4安装在其中一个立体框架1上，另一端转动连接在万向节13的一端，滑杆二15的一端通过套筒16连接在万向节13另一端，滑杆二15的另一端固定安装在曲柄8上，曲柄8通过连接件4安装在另一个立体框架1上，电机2通过电机连接件2-1将动力传递给曲柄8，由曲柄8输入的旋转运动通过该空间滑杆与万向节机构传递转换为滑杆一14沿自身轴线的往复动作。

其中，所述套筒16的外壁上设有垂直的连接柱，通过所述连接柱将套筒固定在万向节13的另一端，所述滑杆二15穿设在套筒内。

进一步地，所述立体框架1的顶板1-1或底板1-3上均设有多个从扇形中心向边缘辐射的肋条，以增加强度，顶板1-1的两个边缘分别设有凸出的连接块和连接槽，当多个立体框架1拼接组成圆形框架时，相邻的连接块和连接槽配合以增加连接的稳定性。

本发明所述的空间机构教学实验台，通过特殊设计的立体框架，可构建不同形式的机架，适用于搭建不同的空间机构，拓宽了机械领域教学实验台的功能，能够克服现有教学实验台功能单一、不能实现空间机构运动的缺点，可以提高教学实验效率，激发学生创新思维，具有很好的应用价值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。