机械方案创意组装实验仪的制作方法
专利名称：机械方案创意组装实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用多功能零件，进行积木式组合调整，将使用者构思创意的机械方案组装成实物机构模型，然后演示观察其运动是否符合设计要求，再进行调整改进的组合可调式实验仪器。
专利号为ZL 92 2 20340.7的“组合式可调平面连杆机构模型”是同类用途的实验仪器，存在以下不足之处只能组装低副机构，而没有高副元件；其转动副的销轴与销孔之间，移动副的滑块与导杆之间相互滑动接触，机构运动的摩擦阻力较大；用圆钢作导轨自重较大；没有便于显示和调整机构参数的专用坐标板；没有便于收存、取用零件的专用箱盒；只能用手驱动，没有动力驱动方面的实验功能。
本实用新型的目的是提供一种组合可调式实验仪器，它能够组装低副多杆机构，也能够组装凸轮机构、齿轮齿条机构和蜗杆蜗轮机构这三类高副机构；还能够组装高、低副组合机构；转动副的铰链和移动副的滑块内部采用了滚动轴承，使机构运动的摩擦阻力明显减小；采用薄板型导轨和夹板定位减轻了自重；采用了具有误差补偿功能的软轴联轴器，即使电机的安装误差很大，仍可正常传动；采用了便于显示和调整机构参数的二维坐标板；采用了便于收存、取用零件的三层联动启闭式零件箱；它可以用手动，电动和气动三种方式来驱动，因而可以组装、演示和调整多自由度转动型和移动型原动件的组合机构。
本实用新型的目的是这样实现的在机架框上安装有二自由度导轨滑板组件；滑板上安装主动铰链或蜗杆组件或支承体；机架框上安装电机托组件或支承体或二维坐标板；构件杆与从动铰链组件或带铰滑块组装实现转动副联接或移动副联接或复合低副联接；带铰滑块上安装齿条组件；电机安装在电机托组件上；电机的扭矩通过软轴联轴器传递给主动铰链或蜗杆组件；支承体与从动铰链或构件杆组装成固定从动铰链或固定连架导路；杆接头组件与构件杆组装成多铰杆件；用气缸安装的两种组件将气缸安装在固定杆件和活动杆件上并调整气缸上两铰链之间的初始距离。
本实用新型的具体形状结构和联接关系由以下的实施例及其附图给出。
图1为本实用新型机械方案创意组装实验仪在实施时的总体结构图。
图2为本实用新型的机架和零件箱、坐标板在待用状态时的总体结构图。
图3为二自由度导轨滑板组件一端的主视图。
图4为图3所示导轨滑板组件的D-D剖视图。
图5为图3所示导轨滑板组件的A-A剖视图。
图6为图3所示导轨滑板组件的B-B剖视图。
图7为图3所示导轨滑板组件的C-C剖视图。
图8为主动铰链的外形结构图。
图9为转动型的主动构件齿轮和曲柄杆组装的主视图。
图10为图9中沿E-E剖面的剖视图。
图11为几件构件杆的结构图。
图12为从动铰链的外形结构图。
图13为二杆普通铰链的外形结构图。
图14为
图13的E向剖视图，即轴面剖视图。
图15为
图14的沿H-H剖面的剖视图。
图16为三杆复合铰链组装的主视图。
图17为
图16的G向剖视图，即轴面剖视图。
图18为带铰滑块的外形结构图。
图19为带铰滑块与两根构件杆和一个铰链螺母组装的主视图，也为图20沿B-B剖面的局部剖视图。
图20为
图19的左视剖视图。
图21为齿条组件的外形结构图。
图22为齿条组件与带铰滑块和构件杆组装的主视和局部剖视图。
图23为蜗杆组件与滑板和软轴联轴器组装的剖视图。
图24为用电机托组件安装电机的主视图。
图25为图24的D向俯视图。
图26为L形电机架的外形结构图。
图27为联轴头的外形结构图。
图28为套杆的外形结构图。
图29为绳杆的外形结构图。
图30为软轴联轴器的自身及安装结构剖视图，也为电机的另一种安装方式的结构图。
图31为支承体的外形结构图。
图32为n个支承体迭加与滑板和构件杆组装的剖视图，即图34的J向剖视图。
图33为n+1个支承体迭加与机架框和构件杆组装的剖视图，即图34的K向剖视图。
图34为用支承体和螺栓将构件杆支承固定成为连架导路或机架的主视图。
图35为一种杆接头的外形结构图。
图36为另一种杆接头的外形结构图。
图37为垫块的外形结构图。
图38为含有位置不共线的三个铰链的杆件的组装结构主视图。
图39为图38的沿Q-Q剖面的剖视图。
图40为直角顶点有铰链的L形杆件的组装结构主视图。
图41为图40的沿SS剖面的剖视图。
图42为图40的沿T-T剖面的剖视图。
图43为活塞杆接头的外形结构图。
图44为L形气缸座的外形结构图。
图45为第一种气缸安装组件与气缸和其它零部件组装的剖视图。
图46为图45的沿F-F剖面的剖视图。
图47为法兰的外形结构图。
图48为气缸铰链的外形结构图。
图49为第二种气缸安装组件与气缸和其它零部件组装的外形及局部剖视图。
图50为图49的俯视局部剖视图。
图51为用二维坐标板辅助观测机构尺寸的示意图。
图1描述了本实用新型机械方案创意组装实验仪在实施时的总体结构(为了清楚未画出坐标板)。机架框(1)上安装有二自由度导轨滑板组件(I)；滑板(4)上安装主动铰链(B)或蜗杆组件(L)或支承体(83)；机架框(1)上安装电机托组件(C)或支承体(83)或二维坐标板(118)；构件杆(30)与从动铰链组件(E)或带铰滑块(N)组装实现转动副联接或移动副联接或复合低副联接；带铰滑块(N)上安装齿条组件(P)；电机(68)安装在电机托组件(C)上；电机(68)的扭矩通过软轴联轴器(D)传递给主动铰链(B)或蜗杆组件(L)；支承体(83)与从动铰链(E)或构件杆(30)组装成固定从动铰链(J)或固定连架导路(M)；杆接头组件(G)与构件杆(30)组装成多铰杆件(H)；用气缸安装的两种组件(F)和(K)将气缸(105)安装在固定杆件和活动杆件上并调整气缸上两铰链之间的初始距离。
图2描述了本实用新型的机架和零件箱、坐标板在待用时的总体结构。
图3、图4、图5、图6和图7描述了机架中的二自由度导轨滑板组件的结构，它由横向导轨(13)、纵向导轨(5)、滚轮(14)、横向夹板(2)、纵向夹板(6)和滑板(4)及标准件组装而成。横向导轨(13)是用薄壁方管开口制成，固定在机架框(1)上。纵向导轨(5)是薄壁板浅U形截面，在纵向导轨(5)两端各装有两个滚轮(14)，该四个滚轮(14)可在横向导轨(13)的空腔(15)内滚动；在纵向导轨(5)两端各有两个螺钉(3)穿过纵向导轨(5)的孔并旋入装在横向导轨(13)的空腔(15)内的横向夹板(2)。旋松四个螺钉(3)，则可拨动纵向导轨(5)灵活地左、右移动到所需要的位置；拧紧四个螺钉(3)，则纵向导轨(5)和横向夹板(2)夹住横向导轨(13)，即纵向导轨(5)被固定成为机架。在纵向导轨(5)上开有纵向长孔(12)，滑板(4)有凸台(11)与该纵向长孔(12)间隙配合。滑板(4)还有垂直于滑板(4)平面的内螺纹(9)、(10)和光孔(7)，有螺钉(8)穿过滑板(4)的光孔(7)和纵向导轨(5)的纵向长孔(12)后旋入纵向夹板(6)。旋松螺钉(8)，则可拨动滑板(4)灵活地上下移动到所需要的位置；拧紧螺钉(8)，则滑板(4)和纵向夹板(6)夹住纵向导轨(5)，即滑板(4)被固定成为机架。滑板(4)上的内螺纹(9)用于安装主动铰链；滑板(4)上的内螺纹(10)可以安装蜗杆组件，也可以安装支承体后进而安装连架导路或从动铰链。
图8描述了主动铰链的外形结构。图9和
图10描述了转动型的主动构件齿轮(16)和曲柄杆(17)与主动铰链安装在滑板(4)上的正面主视和轴面剖视结构。主动铰链是由主动铰链套(23)、两个滚动轴承(24)和主动铰链轴(22)以及平键(25)组装而成的不拆部件，主动铰链套(23)的一端与轴承外圈配合，另一端有同轴线的光孔(29)和外螺纹(28)，该外螺纹(28)旋入滑板(4)上的内螺纹(9)固定自身。主动铰链轴(22)中部与轴承(24)的内圈配合。主动铰链轴(22)的输出端(在
图10中为右端)带有平键(25)，可安装转动型主动件如齿轮(16)和(或)曲柄杆(17)，也可安装蜗轮和(或)盘形凸轮。主动铰链轴(22)的输入端(在
图10中为左端)单侧铣扁穿过主动铰链套(23)的光孔(29)后与软轴联轴器的联轴头(19)联接输入电机所给予的扭矩。
图11描述了几件具有系列长度的构件杆(30)的结构。(图中只画出了全套构件杆中的少数几件)长度不同的构件杆(30)具有相同尺寸的矩形横截面(31)，这样便于用作滑块移动的导路。各个构件杆(30)都开有若干个与杆件宽度共用对称轴线的长孔(32)，相邻长孔之间所留实体(33)的长度远远小于长孔(32)的长度，这样尽可能增大从动铰链在构件杆上位置的调整范围。
图12描述了从动铰链的外形结构。
图13、
图14和
图15分别描述了从动铰链组件与两个构件杆(30)组装成二杆普通铰链的外形结构、轴面剖视结构和沿H-H剖面的结构。从动铰链组件包括铰链螺钉(36)，从动铰链和铰链螺母(39)。从动铰链是由铰链套(37)、滚动轴承(38)和铰链轴(40)组装而成的不拆部件。铰链套(37)的一端与轴承(38)的外圈配合，另一端有内螺纹(34)；铰链轴(40)的一端与轴承(38)的内圈配合，另一端有扁形截面外螺纹(35)。铰链螺钉(36)也有与铰链轴(40)相同参数的扁形截面外螺纹(35)。铰链螺母(39)有与铰链套(37)相同参数的内螺纹(34)。上述两处扁形截面外螺纹(35)和两处内螺纹(34)可以相互旋合。上述两处扁形截面外螺纹(35)的截面可以进入构件杆(30)的长孔(32)，但不能在长孔(32)内转动。从动铰链组件与构件杆组装时，如
图14和
图15所示，将铰链螺钉(36)的扁形截面外螺纹(35)穿过一根构件杆(30)的长孔(32)后与从动铰链的铰链套(37)的内螺纹(34)旋合；再将从动铰链的铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)穿过另一根构件杆(30)的长孔(32)后与铰链螺母(39)的内螺纹(34)旋合，构成二杆普通铰链。该铰链内部的摩擦为滚动摩擦。
图16和
图17分别描述了从动铰链组件与三根构件杆组装成三杆复合铰链的正面主视和轴面剖视结构。与二杆普通铰链相比，三杆复合铰链多用了一根构件杆和一套从动铰链，而结构及组装方法相同。
图18描述了带铰滑块的外形结构。
图19和图20分别描述了带铰滑块与两根构件杆(30)和一个铰链螺母(39)组装的正面主视、局部剖视和左视剖视结构。带铰滑块的滑块体(41)内部四角装有可转动的四个滚子(42)；当构件杆(30)(
图19中水平放置者)穿过滑块体(41)构成移动副时，四个滚子(42)与该构件杆(30)接触，即该移动副内部的摩擦为滚动摩擦。带铰滑块的滑块体(41)上有制成一体的轴承孔，该孔的轴线与滚子(42)的轴线(45)平行，孔内装有滚动轴承(44)，轴承内圈装有与从动铰链相同形状参数的带有扁形截面外螺纹(35)的铰链轴(40)；将该铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)穿过另一根构件杆(30)的长孔(32)后旋上铰链螺母(39)，则该构件杆(30)与滑块体(41)构成了转动副。带铰滑块的滑块体(41)上还有轴线垂直于滚子轴线(45)的内螺纹(43)，内螺纹(43)的第一个功能是在需要锁定位置时，可旋入螺钉顶住构件杆(30)使其与滑块体(41)固结为一体，内螺纹(43)的第二个功能是可将带铰滑块与齿条组件(46)固结为一体。
图21描述了齿条组件(46)的外形结构。图22描述了齿条组件(46)与带铰滑块和构件杆(30)组装的主视和局部剖视结构。齿条组件(46)内装有齿条螺钉(47)，齿条螺钉(47)的轴线方向平行于齿条的齿高方向，齿条螺钉(47)的螺杆穿过齿条组件(46)的实体伸出一段外螺纹(48)，捻转齿条螺钉(47)外露的螺帽，将其伸出的外螺纹(48)旋入带铰滑块的内螺纹(43)拧紧，固结构成齿条一滑块组件，齿条(46)可以沿着穿过滑块体(41)的构件杆(30)往复移动。齿条组件(46)受力较大时，可将其与两个带铰滑块固结，该两个带铰滑块套装在同一根构件杆(30)上，三者一起沿该构件杆往复移动。
图23描述了蜗杆组件与滑板(4)和软轴联轴器的联轴头(19)组装的剖视结构。蜗杆组件是由蜗杆(53)、两个滚动轴承(52)、两个蜗杆铰链套(51)、两个L形蜗杆支座(50)和两个锁母(49)组装而成的不拆部件。蜗杆(53)两端与两个滚动轴承(52)的内圈配合，与蜗杆(53)制成一体的蜗杆轴(58)单侧铣扁穿过蜗杆铰链套(51)的孔；蜗杆铰链套(51)的一端与滚动轴承(52)的外圈配合，另一端有外螺纹穿过L形蜗杆支座(50)一面的孔后旋上锁母(49)。以上联接构成不拆的蜗杆组件。L形蜗杆支座(50)的另一面开有安装孔，将铰链螺钉(36)的扁形截面外螺纹(35)套上垫片(57)再穿过该安装孔后旋入滑板(4)的内螺纹(10)，可以将蜗杆组件固定在滑板(4)上。将软轴联轴器的联轴头(19)与蜗杆轴(58)联接，另一端与电机联接，则电机将驱动蜗杆(53)转动。
图24和图25分别描述了用电机托组件来安装电机(68)的主视和D向俯视结构(尚未安装联轴器时)，图30描述了左视方向的剖视结构(已安装联轴器后)。图26描述了L形电机架(64)的外形结构。电机托组件包含电机托(63)、L形电机架(64)及标准件。电机托(63)上开有延其长度方向的几个长孔(67)。L形电机架(64)的一个面上开有电机安装孔(70)(71)，另一个面上开有两个用于电机架自身安装的长孔(69)。在机架框(1)、电机托(63)和L形电机架(64)上各初选一个位置较合适的安装孔(59)、(67)和(69)。用螺柱(61)穿过机架框的孔(59)和电机托的安装孔(60)，旋上四个螺母(62)将电机托(63)安装在机架框(1)上；再用螺栓(66)穿过长孔(69)和长孔(67)后旋上螺母(62)，将L形电机架(64)安装在电机托(63)上；然后将电机(68)安装在电机架(64)上，电机轴(65)从孔(70)伸出。旋松螺柱(61)上的螺母(62)之后可以如图24中箭头所示拨动电机托(63)，旋松螺栓(66)上的螺母(62)之后可以沿长孔(67)和长孔(69)两个方向拨动L形电机架(64)，这样电机轴(65)的位置可以沿上下、左右、前后三个方向局部调整，使其轴线尽可能对正
图10中的主动铰链轴(22)的输入端且距离适宜。电机(68)的此种安装方式适用于驱动齿轮(16)、盘形凸轮(122)(见图52)和曲柄杆(17)的转动。
图30和
图1描述了电机(68)的另一种安装方式的结构。在机架框(1)和L形电机架(64)上各选择一个位置合适的安装孔(59)(见图24)和(69)。用螺栓(66)穿过长孔(69)和孔(59)后旋上螺母(62)，将L形电机架(64)直接安装在机架框(1)(图中双点划线所示)上；然后将电机(68)安装在L形电机架(64)上。旋松螺母(62)可转动或沿长孔(69)拨动L形电机架(64)，调整电机轴(65)的位置和方向。电机(68)的此种安装方式适用于驱动蜗杆(53)。
图27描述了联轴头(19)的外形结构。图28描述了套筒(74)的外形结构。图29描述了绳杆(78)的外形结构。图30描述了软轴联轴器的自身及安装结构。软轴联轴器是由套筒(74)、绳杆(78)、钢丝绳(18)和联轴头(19)以及标准件组装成的不拆部件。绳杆(78)的内螺纹(79)和联轴头(19)的内螺纹(72)各旋有同轴线的一对螺栓(20)，该两对螺栓(20)的端面相互顶住夹紧伸进来的钢丝绳(18)。套筒(74)的孔(76)内装有绳杆(78)的单侧铣扁的轴(77)，套筒(74)的内螺纹(75)旋有螺钉(80)，螺钉(80)的端面接近但不接触绳杆(78)的扁轴(77)侧面的平面。软轴联轴器工作时，套筒(74)和联轴头(19)分别固结在电机轴(65)和负载轴(22)或(58)上，钢丝绳(18)传递扭矩。由于钢丝绳(18)是柔性体，也由于绳杆(78)与套筒(74)不能相对转动但可沿轴线相对移动，因而即使电机轴(65)与负载轴(22)(58)有很大的不同轴误差和距离误差，仍然可以正常传动。
图31描述了支承体(83)的外形结构。图32描述了n(n为1～6的自然数)个支承体(83)迭加与滑板(4)和构件杆(30)组装的剖视结构。图33描述了n+1个支承体(83)迭加与机架框(1)和构件杆(30)组装的剖视结构。图34描述了用支承体(83)和螺栓(84)将构件杆(30)支承固定成为连架导路或机架的主视结构。支承体(83)的两端分别有同样公称参数可与另一件支承体相互旋合的内螺纹(81)和外螺纹(82)，该外螺纹(82)还可与滑板(4)上的内螺纹(10)旋合。预先将滑板(4)调整并固定在合适的位置，在滑板(4)上选择合适的内螺纹(10)；在机架框(1)上选择合适的孔(59)。将一个支承体(83)的外螺纹(82)旋入滑板(4)上的内螺纹(10)，再将另一个支承体的外螺纹(82)旋入前一个支承体的内螺纹(81)，这样用n个支承体(83)在滑板(4)上n层迭加安装；将一个支承体(83)的外螺纹(82)穿过机架框(1)的孔(59)后与另一个支承体(83)的内螺纹(81)旋合(后一个支承体起螺母的作用)，再将又一个支承体的外螺纹(82)旋入前一个支承体的内螺纹(81)，这样用n+1个支承体(83)在机架框(1)上n层迭加安装。将两个螺栓(84)分别穿过构件杆(30)两端的长孔(32)后旋入前述两处最末层的支承体的内螺纹(81)，这样将构件杆(30)以合适的位置和倾角支承固定成为机架的组成部分。可以按
图14将从动铰链安装固定在该构件杆(30)上的合适位置使其成为固定从动铰链；也可以按
图19或图22将带铰滑块套装在构件杆(30)上，使该构件杆(30)成为带铰滑块或齿条组件的固定连架导路。迭加支承体(83)的数目可以根据机构组装的需要来增加或减少。
图35描述了一种杆接头(86)的外形结构。图36描述了另一种杆接头(89)的外形结构。图37描述了垫块(90)的外形结构。垫块(90)有与构件杆(30)相同尺寸的矩形横截面(91)，并有一个与其宽度共用对称轴线的长孔(92)，该长孔(92)可以容纳铰链轴(40)的扁形截面(35)只能伸过该孔但不能在该孔中相对转动。杆接头(86)和(89)都有与构件杆(30)和垫块(90)的宽度间隙配合的凹槽(88)，凹槽(88)内开有与其宽度共用对称轴线的长孔(87)。杆接头组件由垫块(90)、杆接头(86)或(89)和加长型铰链螺钉(93)组合。加长型铰链螺钉(93)有与铰链轴(40)和铰链螺钉(36)相同形状参数的扁形截面外螺纹(35)但比后两者增加了轴向长度。图38和图39描述了含有位置不共线的三个铰链的杆件组装的主视和Q-Q剖视结构。在杆接头(86)的一个凹槽(88)内，放入一根构件杆(30)，螺栓(94)穿过杆接头(86)和构件杆(30)的相互重合的长孔(87)和(32)，套上垫圈(95)拧紧螺母(96)，将杆接头(86)和构件杆(30)固结为一体。构件杆(30)上可如
图14所示结构安装两套从动铰链(36)(37)(40)。在杆接头(86)的另一个凹槽(88)内，放入一个垫块(90)，将加长型铰链螺钉(93)的扁形截面外螺纹(35)穿过杆接头(86)和垫块(90)的相互重合的长孔(87)和(92)后，与从动铰链的铰链套(37)的内螺纹旋合，安装了与前两套不共线的又一套从动铰链(93)(37)(40)。图40、图41和图42描述了直角顶点有铰链的L形杆件组装的主视、S-S和T-T剖视结构。将两根构件杆(30)用前述方法与杆接头(89)固结为L形杆件，再将加长型铰链螺钉(93)的扁形截面外螺纹(35)穿过杆接头(89)和构件杆(30)在L形杆件的顶点处的相互重合的长孔(87)和(32)后，与从动铰链的铰链套(37)的内螺纹旋合，即在此安装了从动铰链。
图43描述了活塞杆接头(100)的外形结构。图44描述了L形气缸座(102)的外形结构。图45描述了第一种气缸安装组件与市售气缸(105)和其它零部件组装的剖视结构，图46描述了图45沿F-F剖面的剖视结构。第一种气缸安装组件由活塞杆接头(100)和L形气缸座(102)组合。活塞杆接头(100)的一端双侧铣扁，其横截面(98)的厚度与构件杆(30)的厚度相同，还有长孔(101)可以容纳铰链轴(40)和铰链螺钉(36)的扁形截面(35)只能伸过该孔但不能在该孔中相对转动；活塞杆接头(100)的另一端有与市售气缸(105)的活塞杆的外螺纹(108)旋合的内螺纹(99)。L形气缸座(102)的一面有市售气缸(105)的安装孔(104)，另一面有其自身的两个安装孔(103)。用第一种气缸安装组件安装市售气缸(105)的过程如下选择适当长度的构件杆(30)，在该构件杆的一端安装一个从动铰链，使铰链轴(40)对外输出。用螺栓(94)穿过L形气缸座(102)的孔(103)和构件杆(30)另一端的长孔(32)后旋上螺母(96)，将L形气缸座(102)与构件杆(30)固结为一体。将气缸(105)的活塞杆及缸筒外螺纹(107)伸过L形气缸座(102)的孔(104)后旋上螺母(106)，气缸(105)与L形气缸座(102)固结为一体。在滑板(4)的内螺纹(10)中旋入一个支承体(83)或如图32所示重叠安装几个支承体(83)，用一个垫块(90)的孔(92)套在前述铰链轴(40)上，旋转垫块(90)，将铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)旋入支承体(83)的内螺纹(81)。也可以不安装支承体(83)，将铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)直接旋入滑板(4)的内螺纹(10)。改变所用支承体数目可以改变气缸(105)所在的层面。气缸(105)连同L形气缸座(102)和构件杆(30)可以一起绕该从动铰链转动。在活塞杆接头(100)的孔(101)中安装另一个从动铰链(图中未画出)，该从动铰链又可以与另一根构件杆铰接。
图47描述了法兰(109)的外形结构。图48描述了气缸铰链(113)的外形结构。图49和图50描述了第二种气缸安装组件与市售气缸(105)和其它零部件组装的外形及局部剖视结构。第二种气缸安装组件由活塞杆接头(100)、法兰(109)、气缸铰链(113)和撑杆(117)组合。法兰(109)有一个气缸安装孔(111)和两个与撑杆(117)相配的孔(112)，还有两个内螺纹(110)分别与该两孔(112)垂直相通。气缸铰链(113)有一个可容纳气缸筒的通槽(116)和两个与撑杆(117)相配的孔(115)，还有两个内螺纹(114)分别与该两孔(115)垂直相通。用第二种气缸安装组件安装市售气缸(105)的过程如下将气缸(105)的活塞杆及缸筒外螺纹(107)伸过法兰(109)的孔(111)后旋上螺母(106)，气缸(105)与法兰(109)固结为一体。再将气缸(105)的缸筒卧置于气缸铰链(113)的通槽(116)中。然后将两根撑杆(117)一端穿过法兰(109)的两个孔(112)，另一端穿过气缸铰链(113)的两个孔(115)。法兰(109)和气缸铰链(113)的内螺纹(110)和(114)中的四个螺钉(21)可将两根撑杆(117)顶紧或放松。气缸铰链(1 13)有与前述从动铰链相同形状参数的带有扁形截面外螺纹(35)的铰链轴(40)，再用一个铰链螺母(39)即可与构件杆(30)铰接。在活塞杆接头(100)的孔(101)中安装一个从动铰链，该从动铰链又可以与另一根构件杆铰接。旋松气缸铰链(113)上的两个螺钉(21)，则气缸铰链(113)可以沿着两根撑杆(117)滑动，调整气缸铰链(113)与活塞杆接头(100)上的从动铰链(图中未画出)之间的初始距离L0。调整完毕又可拧紧该两螺钉(21)固定。
图51描述的是用二维坐标板辅助观测机构尺寸。二维坐标板(118)是在平板上按直角坐标绘出若干条相互平行且距离相等的横线和竖线并在边缘标注尺度，又有供主动铰链轴(22)伸过的若干个孔(119)和自身的安装孔(120)。实验中需要定量确定不在一条直线上的三个或三个以上铰链的相对位置时，可将二维坐标板(118)固定在图3所描述的滑板(4)和纵向导轨(5)的后面。调整纵向导轨(5)和滑板(4)的位置将准备安装主动铰链(B)的内螺纹(9)的孔对准二维坐标板(118)的一个孔(119)。主动铰链轴(22)将会伸过孔(119)再与软轴联轴器的联轴头(19)联接(
图10描述了其侧视结构)。从动铰链(A)准备安装在另一件滑板(4)的内螺纹(10)处。透过将要安装从、主动铰链(A)(B)的内螺纹(10)(9)的孔，可以各自看到二维坐标板(118)的横、竖线的一个交点，参照二维坐标板(118)边缘处标注的尺度，即可读出点(A)(B)的坐标(xA，yA)和(xB，yB)，进而计算出从、主动铰链(A)和(B)的相对位置xAB＝xB-xA，yAB＝yB-yA。同理，可以借助于二维坐标板(118)确定活动杆件上的两个从动铰链(C)和(D)的相对位置xCD和yCD。同理，其它铰链的相对位置都可以借助于二维坐标板(118)来两两确定。
图1描述了用本实用新型组装机构模型的四个完整的例子。按自上而下的顺序简要说明如下第一个例子是三个气缸(105)驱动的全低副的挖掘机机构，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了构件杆(30)、从动铰链组件(E)、支承体(83)、杆接头组件(G)、多铰杆件(H)、固定从动铰链(J)和两种气缸安装组件(F)(K)。(图中挖掘机机身用实验耗材吹塑纸剪成)第二个例子是电机(68)驱动的高、低副组合机构，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了构件杆(30)、从动铰链组件(E)、蜗杆组件(L)、电机托组件(C)、软轴联轴器(D)和支承体(83)以及蜗轮和凸轮。
第三个例子是电机(68)驱动的同轴齿轮和曲柄，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了主动铰链(B)、软轴联轴器(D)和电机托组件(C)。
第四个例子是气缸(105)驱动的高、低副组合机构，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了构件杆(30)、从动铰链组件(E)、带铰滑块(N)、齿条组件(P)、支承体(83)、固定连架导路(M)、杆接头组件(G)和第一种气缸安装组件(F)。
(本实用新型涉及了又未作说明者，例如蜗轮、凸轮、挡片和电气气动元件等，属于现有一般技术范畴)
权利要求1.一种组合可调式实验仪器，其特征是机架框上安装有二自由度导轨滑板组件；滑板上安装主动铰链或蜗杆组件或支承体；机架框上安装电机托组件或支承体或二维坐标板；构件杆与从动铰链组件或带铰滑块组装实现转动副联接或移动副联接或复合低副联接；带铰滑块上安装齿条组件；电机安装在电机托组件上；电机的扭矩通过软轴联轴器传递给主动铰链或蜗杆组件；支承体与从动铰链或构件杆组装成固定从动铰链或固定连架导路；杆接头组件与构件杆组装成多铰杆件；用气缸安装的两种组件将气缸安装在固定杆件和活动杆件上并调整气缸上两铰链之间的初始距离。
2.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述二自由度导轨滑板组件由横向导轨、纵向导轨、滚轮、横向夹板、纵向夹板和滑板及标准件组装而成；横向导轨是用薄壁方管开口制成，固定在机架框上；纵向导轨是薄壁板浅U形截面，在纵向导轨两端各装有两个滚轮，该四个滚轮可在横向导轨的空腔内滚动；在纵向导轨两端各有两个螺钉穿过纵向导轨的孔并旋入装在横向导轨的空腔内的横向夹板；在纵向导轨上开有纵向长孔，滑板有凸台与该纵向长孔间隙配合；滑板还有垂直于滑板平面的内螺纹和光孔，有螺钉穿过滑板的光孔和纵向导轨的纵向长孔后旋入纵向夹板。
3.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述主动铰链是由主动铰链套、两个滚动轴承和主动铰链轴以及平键组装而成的不拆部件，主动铰链套的一端与轴承外圈配合，另一端有同轴线的光孔和外螺纹，该外螺纹可与权利要求2所述滑板的内螺纹旋合；主动铰链轴中部与轴承内圈配合，其输出端带有平键，其输入端单侧铣扁穿过主动铰链套的上述光孔。
4.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述构件杆为一套具有系列长度和相同尺寸的矩形横截面的杆件，这些杆件上都开有若干个与杆件宽度共用对称轴线的长孔，相邻长孔之间所留实体的长度远远小于长孔的长度。
5.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述从动铰链组件包括铰链螺钉、从动铰链和铰链螺母；从动铰链是由铰链套、滚动轴承和铰链轴组装而成的不拆部件，铰链套的一端与轴承外圈配合，另一端有内螺纹；铰链轴的一端与轴承内圈配合，另一端有扁形截面外螺纹；铰链螺钉也有与铰链轴相同参数的扁形截面外螺纹；铰链螺母有与铰链套相同参数的内螺纹；该两处扁形截面外螺纹和两处内螺纹可以相互旋合；该两处扁形截面外螺纹的截面可以进入权利要求4所述构件杆的长孔，但不能在长孔内转动。
6.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述带铰滑块的滑块体内部四角装有可转动的四个滚子；带铰滑块的滑块体上有轴线平行于滚子轴线的轴承孔，孔内装有滚动轴承，轴承内圈装有权利要求5所述的带有扁形截面外螺纹的铰链轴；带铰滑块的滑块体上还有轴线垂直于滚子轴线的内螺纹。
7.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述齿条组件内装有齿条螺钉，齿条螺钉的轴线平行于齿条的齿高方向，齿条螺钉的螺杆穿过齿条组件的实体伸出一段外螺纹，该外螺纹可与权利要求6所述带铰滑块的内螺纹旋合。
8.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述蜗杆组件是由蜗杆、两个滚动轴承、两个蜗杆铰链套、两个L形蜗杆支座和两个锁母组装而成的不拆部件，蜗杆两端与两个滚动轴承的内圈配合，与蜗杆制成一体的蜗杆轴单侧铣扁穿过蜗杆铰链套的孔；蜗杆铰链套的一端与滚动轴承的外圈配合，另一端有外螺纹穿过L形蜗杆支座一面的孔后旋上锁母；L形蜗杆支座的另一面开有蜗杆组件的安装孔。
9.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述电机托组件包含电机托、L形电机架及标准件，电机托上开有延其长度方向的几个长孔；L形电机架的一个面上开有电机安装孔，另一个面上开有用于电机架自身安装的长孔。
10.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述软轴联轴器是由套筒、绳杆、钢丝绳和联轴头以及标准件组装成的不拆部件，绳杆和联轴头的内螺纹各旋有同轴线的一对螺栓，该两对螺栓的端面相互顶住夹紧钢丝绳；套筒的孔内装有绳杆的单侧铣扁的轴，套筒的内螺纹旋有螺钉，该螺钉的端面接近但不接触绳杆的扁轴侧面的平面；工作时钢丝绳传递扭矩。
11.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述支承体的两端分别有同样公称参数可与另一件支承体相互旋合的内螺纹和外螺纹，该外螺纹还可与权利要求2所述滑板上的内螺纹旋合。
12.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述杆接头组件由垫块、杆接头和加长型铰链螺钉组合，垫块有与权利要求4所述构件杆相同尺寸的矩形横截面，并开有一个与其宽度共用对称轴线的长孔，该长孔可以容纳权利要求5所述铰链轴的扁形截面伸过该孔但不能在该孔中相对转动；杆接头有与垫块和权利要求4所述构件杆的宽度间隙配合的凹槽，凹槽内开有与其宽度共用对称轴线的长孔；加长型铰链螺钉有与权利要求5所述铰链轴和铰链螺钉相同形状参数的扁形截面外螺纹但比后两者增加了轴向长度。
13.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述气缸安装组件由活塞杆接头和L形气缸座组合，活塞杆接头的一端双侧铣扁其横截面厚度与权利要求4所述构件杆的厚度相同，还有长孔可以容纳 5所述铰链轴和铰链螺钉的扁形截面伸过该孔但不能在该孔中相对转动，另一端有与市售气缸的活塞杆的外螺纹旋合的内螺纹；L形气缸座的一面有市售气缸的安装孔，另一面有其自身的安装孔。
14.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述气缸安装组件由活塞杆接头、法兰、气缸铰链和撑杆组合，法兰有一个气缸安装孔和两个与撑杆相配的孔，还有两个内螺纹分别与该两孔垂直相通；气缸铰链有一个可容纳气缸筒的通槽和两个与撑杆相配的孔，还有两个内螺纹分别与该两孔垂直相通；两根撑杆一端穿过法兰的两个孔，另一端穿过气缸铰链的两个孔，法兰和气缸铰链的内螺纹中的螺钉可将两根撑杆顶紧或放松。
15.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征在于所述二维坐标板是在平板上按直角坐标绘出若干条相互平行且距离相等的横线和竖线并在边缘标注尺度，又有供主动铰链轴伸过的孔和自身的安装孔。
专利摘要一种可将创意的机械方案组装成机构模型演示观察其运动的组合可调式实验仪器,其特征是机架框上安装导轨滑板组件;滑板上安装主动铰链或蜗杆组件或支承体;机架框上安装电机托组件或支承体或二维坐标板;构件杆与从动铰链组件或带铰滑块组装实现低副或复合低副联接;带铰滑块上安装齿条组件;电机安装在电机托组件上;电机扭矩通过软轴联轴器传递;支承体与从动铰链或构件杆组装成固定从动铰链或连架导路;杆接头组件与构件杆组装成多铰杆件;用两种组件安装气缸并调整两铰链间初始距离。
文档编号G09B25/00GK2488128SQ0121457
公开日2002年4月24日 申请日期2001年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者卢存光 申请人:西南交通大学
技术领域：
本实用新型涉及一种使用多功能零件，进行积木式组合调整，将使用者构思创意的机械方案组装成实物机构模型，然后演示观察其运动是否符合设计要求，再进行调整改进的组合可调式实验仪器。
专利号为ZL 92 2 20340.7的“组合式可调平面连杆机构模型”是同类用途的实验仪器，存在以下不足之处只能组装低副机构，而没有高副元件；其转动副的销轴与销孔之间，移动副的滑块与导杆之间相互滑动接触，机构运动的摩擦阻力较大；用圆钢作导轨自重较大；没有便于显示和调整机构参数的专用坐标板；没有便于收存、取用零件的专用箱盒；只能用手驱动，没有动力驱动方面的实验功能。
本实用新型的目的是提供一种组合可调式实验仪器，它能够组装低副多杆机构，也能够组装凸轮机构、齿轮齿条机构和蜗杆蜗轮机构这三类高副机构；还能够组装高、低副组合机构；转动副的铰链和移动副的滑块内部采用了滚动轴承，使机构运动的摩擦阻力明显减小；采用薄板型导轨和夹板定位减轻了自重；采用了具有误差补偿功能的软轴联轴器，即使电机的安装误差很大，仍可正常传动；采用了便于显示和调整机构参数的二维坐标板；采用了便于收存、取用零件的三层联动启闭式零件箱；它可以用手动，电动和气动三种方式来驱动，因而可以组装、演示和调整多自由度转动型和移动型原动件的组合机构。
本实用新型的目的是这样实现的在机架框上安装有二自由度导轨滑板组件；滑板上安装主动铰链或蜗杆组件或支承体；机架框上安装电机托组件或支承体或二维坐标板；构件杆与从动铰链组件或带铰滑块组装实现转动副联接或移动副联接或复合低副联接；带铰滑块上安装齿条组件；电机安装在电机托组件上；电机的扭矩通过软轴联轴器传递给主动铰链或蜗杆组件；支承体与从动铰链或构件杆组装成固定从动铰链或固定连架导路；杆接头组件与构件杆组装成多铰杆件；用气缸安装的两种组件将气缸安装在固定杆件和活动杆件上并调整气缸上两铰链之间的初始距离。
本实用新型的具体形状结构和联接关系由以下的实施例及其附图给出。
图1为本实用新型机械方案创意组装实验仪在实施时的总体结构图。
图2为本实用新型的机架和零件箱、坐标板在待用状态时的总体结构图。
图3为二自由度导轨滑板组件一端的主视图。
图4为图3所示导轨滑板组件的D-D剖视图。
图5为图3所示导轨滑板组件的A-A剖视图。
图6为图3所示导轨滑板组件的B-B剖视图。
图7为图3所示导轨滑板组件的C-C剖视图。
图8为主动铰链的外形结构图。
图9为转动型的主动构件齿轮和曲柄杆组装的主视图。
图10为图9中沿E-E剖面的剖视图。
图11为几件构件杆的结构图。
图12为从动铰链的外形结构图。
图13为二杆普通铰链的外形结构图。
图14为
图13的E向剖视图，即轴面剖视图。
图15为
图14的沿H-H剖面的剖视图。
图16为三杆复合铰链组装的主视图。
图17为
图16的G向剖视图，即轴面剖视图。
图18为带铰滑块的外形结构图。
图19为带铰滑块与两根构件杆和一个铰链螺母组装的主视图，也为图20沿B-B剖面的局部剖视图。
图20为
图19的左视剖视图。
图21为齿条组件的外形结构图。
图22为齿条组件与带铰滑块和构件杆组装的主视和局部剖视图。
图23为蜗杆组件与滑板和软轴联轴器组装的剖视图。
图24为用电机托组件安装电机的主视图。
图25为图24的D向俯视图。
图26为L形电机架的外形结构图。
图27为联轴头的外形结构图。
图28为套杆的外形结构图。
图29为绳杆的外形结构图。
图30为软轴联轴器的自身及安装结构剖视图，也为电机的另一种安装方式的结构图。
图31为支承体的外形结构图。
图32为n个支承体迭加与滑板和构件杆组装的剖视图，即图34的J向剖视图。
图33为n+1个支承体迭加与机架框和构件杆组装的剖视图，即图34的K向剖视图。
图34为用支承体和螺栓将构件杆支承固定成为连架导路或机架的主视图。
图35为一种杆接头的外形结构图。
图36为另一种杆接头的外形结构图。
图37为垫块的外形结构图。
图38为含有位置不共线的三个铰链的杆件的组装结构主视图。
图39为图38的沿Q-Q剖面的剖视图。
图40为直角顶点有铰链的L形杆件的组装结构主视图。
图41为图40的沿SS剖面的剖视图。
图42为图40的沿T-T剖面的剖视图。
图43为活塞杆接头的外形结构图。
图44为L形气缸座的外形结构图。
图45为第一种气缸安装组件与气缸和其它零部件组装的剖视图。
图46为图45的沿F-F剖面的剖视图。
图47为法兰的外形结构图。
图48为气缸铰链的外形结构图。
图49为第二种气缸安装组件与气缸和其它零部件组装的外形及局部剖视图。
图50为图49的俯视局部剖视图。
图51为用二维坐标板辅助观测机构尺寸的示意图。
图1描述了本实用新型机械方案创意组装实验仪在实施时的总体结构(为了清楚未画出坐标板)。机架框(1)上安装有二自由度导轨滑板组件(I)；滑板(4)上安装主动铰链(B)或蜗杆组件(L)或支承体(83)；机架框(1)上安装电机托组件(C)或支承体(83)或二维坐标板(118)；构件杆(30)与从动铰链组件(E)或带铰滑块(N)组装实现转动副联接或移动副联接或复合低副联接；带铰滑块(N)上安装齿条组件(P)；电机(68)安装在电机托组件(C)上；电机(68)的扭矩通过软轴联轴器(D)传递给主动铰链(B)或蜗杆组件(L)；支承体(83)与从动铰链(E)或构件杆(30)组装成固定从动铰链(J)或固定连架导路(M)；杆接头组件(G)与构件杆(30)组装成多铰杆件(H)；用气缸安装的两种组件(F)和(K)将气缸(105)安装在固定杆件和活动杆件上并调整气缸上两铰链之间的初始距离。
图2描述了本实用新型的机架和零件箱、坐标板在待用时的总体结构。
图3、图4、图5、图6和图7描述了机架中的二自由度导轨滑板组件的结构，它由横向导轨(13)、纵向导轨(5)、滚轮(14)、横向夹板(2)、纵向夹板(6)和滑板(4)及标准件组装而成。横向导轨(13)是用薄壁方管开口制成，固定在机架框(1)上。纵向导轨(5)是薄壁板浅U形截面，在纵向导轨(5)两端各装有两个滚轮(14)，该四个滚轮(14)可在横向导轨(13)的空腔(15)内滚动；在纵向导轨(5)两端各有两个螺钉(3)穿过纵向导轨(5)的孔并旋入装在横向导轨(13)的空腔(15)内的横向夹板(2)。旋松四个螺钉(3)，则可拨动纵向导轨(5)灵活地左、右移动到所需要的位置；拧紧四个螺钉(3)，则纵向导轨(5)和横向夹板(2)夹住横向导轨(13)，即纵向导轨(5)被固定成为机架。在纵向导轨(5)上开有纵向长孔(12)，滑板(4)有凸台(11)与该纵向长孔(12)间隙配合。滑板(4)还有垂直于滑板(4)平面的内螺纹(9)、(10)和光孔(7)，有螺钉(8)穿过滑板(4)的光孔(7)和纵向导轨(5)的纵向长孔(12)后旋入纵向夹板(6)。旋松螺钉(8)，则可拨动滑板(4)灵活地上下移动到所需要的位置；拧紧螺钉(8)，则滑板(4)和纵向夹板(6)夹住纵向导轨(5)，即滑板(4)被固定成为机架。滑板(4)上的内螺纹(9)用于安装主动铰链；滑板(4)上的内螺纹(10)可以安装蜗杆组件，也可以安装支承体后进而安装连架导路或从动铰链。
图8描述了主动铰链的外形结构。图9和
图10描述了转动型的主动构件齿轮(16)和曲柄杆(17)与主动铰链安装在滑板(4)上的正面主视和轴面剖视结构。主动铰链是由主动铰链套(23)、两个滚动轴承(24)和主动铰链轴(22)以及平键(25)组装而成的不拆部件，主动铰链套(23)的一端与轴承外圈配合，另一端有同轴线的光孔(29)和外螺纹(28)，该外螺纹(28)旋入滑板(4)上的内螺纹(9)固定自身。主动铰链轴(22)中部与轴承(24)的内圈配合。主动铰链轴(22)的输出端(在
图10中为右端)带有平键(25)，可安装转动型主动件如齿轮(16)和(或)曲柄杆(17)，也可安装蜗轮和(或)盘形凸轮。主动铰链轴(22)的输入端(在
图10中为左端)单侧铣扁穿过主动铰链套(23)的光孔(29)后与软轴联轴器的联轴头(19)联接输入电机所给予的扭矩。
图11描述了几件具有系列长度的构件杆(30)的结构。(图中只画出了全套构件杆中的少数几件)长度不同的构件杆(30)具有相同尺寸的矩形横截面(31)，这样便于用作滑块移动的导路。各个构件杆(30)都开有若干个与杆件宽度共用对称轴线的长孔(32)，相邻长孔之间所留实体(33)的长度远远小于长孔(32)的长度，这样尽可能增大从动铰链在构件杆上位置的调整范围。
图12描述了从动铰链的外形结构。
图13、
图14和
图15分别描述了从动铰链组件与两个构件杆(30)组装成二杆普通铰链的外形结构、轴面剖视结构和沿H-H剖面的结构。从动铰链组件包括铰链螺钉(36)，从动铰链和铰链螺母(39)。从动铰链是由铰链套(37)、滚动轴承(38)和铰链轴(40)组装而成的不拆部件。铰链套(37)的一端与轴承(38)的外圈配合，另一端有内螺纹(34)；铰链轴(40)的一端与轴承(38)的内圈配合，另一端有扁形截面外螺纹(35)。铰链螺钉(36)也有与铰链轴(40)相同参数的扁形截面外螺纹(35)。铰链螺母(39)有与铰链套(37)相同参数的内螺纹(34)。上述两处扁形截面外螺纹(35)和两处内螺纹(34)可以相互旋合。上述两处扁形截面外螺纹(35)的截面可以进入构件杆(30)的长孔(32)，但不能在长孔(32)内转动。从动铰链组件与构件杆组装时，如
图14和
图15所示，将铰链螺钉(36)的扁形截面外螺纹(35)穿过一根构件杆(30)的长孔(32)后与从动铰链的铰链套(37)的内螺纹(34)旋合；再将从动铰链的铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)穿过另一根构件杆(30)的长孔(32)后与铰链螺母(39)的内螺纹(34)旋合，构成二杆普通铰链。该铰链内部的摩擦为滚动摩擦。
图16和
图17分别描述了从动铰链组件与三根构件杆组装成三杆复合铰链的正面主视和轴面剖视结构。与二杆普通铰链相比，三杆复合铰链多用了一根构件杆和一套从动铰链，而结构及组装方法相同。
图18描述了带铰滑块的外形结构。
图19和图20分别描述了带铰滑块与两根构件杆(30)和一个铰链螺母(39)组装的正面主视、局部剖视和左视剖视结构。带铰滑块的滑块体(41)内部四角装有可转动的四个滚子(42)；当构件杆(30)(
图19中水平放置者)穿过滑块体(41)构成移动副时，四个滚子(42)与该构件杆(30)接触，即该移动副内部的摩擦为滚动摩擦。带铰滑块的滑块体(41)上有制成一体的轴承孔，该孔的轴线与滚子(42)的轴线(45)平行，孔内装有滚动轴承(44)，轴承内圈装有与从动铰链相同形状参数的带有扁形截面外螺纹(35)的铰链轴(40)；将该铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)穿过另一根构件杆(30)的长孔(32)后旋上铰链螺母(39)，则该构件杆(30)与滑块体(41)构成了转动副。带铰滑块的滑块体(41)上还有轴线垂直于滚子轴线(45)的内螺纹(43)，内螺纹(43)的第一个功能是在需要锁定位置时，可旋入螺钉顶住构件杆(30)使其与滑块体(41)固结为一体，内螺纹(43)的第二个功能是可将带铰滑块与齿条组件(46)固结为一体。
图21描述了齿条组件(46)的外形结构。图22描述了齿条组件(46)与带铰滑块和构件杆(30)组装的主视和局部剖视结构。齿条组件(46)内装有齿条螺钉(47)，齿条螺钉(47)的轴线方向平行于齿条的齿高方向，齿条螺钉(47)的螺杆穿过齿条组件(46)的实体伸出一段外螺纹(48)，捻转齿条螺钉(47)外露的螺帽，将其伸出的外螺纹(48)旋入带铰滑块的内螺纹(43)拧紧，固结构成齿条一滑块组件，齿条(46)可以沿着穿过滑块体(41)的构件杆(30)往复移动。齿条组件(46)受力较大时，可将其与两个带铰滑块固结，该两个带铰滑块套装在同一根构件杆(30)上，三者一起沿该构件杆往复移动。
图23描述了蜗杆组件与滑板(4)和软轴联轴器的联轴头(19)组装的剖视结构。蜗杆组件是由蜗杆(53)、两个滚动轴承(52)、两个蜗杆铰链套(51)、两个L形蜗杆支座(50)和两个锁母(49)组装而成的不拆部件。蜗杆(53)两端与两个滚动轴承(52)的内圈配合，与蜗杆(53)制成一体的蜗杆轴(58)单侧铣扁穿过蜗杆铰链套(51)的孔；蜗杆铰链套(51)的一端与滚动轴承(52)的外圈配合，另一端有外螺纹穿过L形蜗杆支座(50)一面的孔后旋上锁母(49)。以上联接构成不拆的蜗杆组件。L形蜗杆支座(50)的另一面开有安装孔，将铰链螺钉(36)的扁形截面外螺纹(35)套上垫片(57)再穿过该安装孔后旋入滑板(4)的内螺纹(10)，可以将蜗杆组件固定在滑板(4)上。将软轴联轴器的联轴头(19)与蜗杆轴(58)联接，另一端与电机联接，则电机将驱动蜗杆(53)转动。
图24和图25分别描述了用电机托组件来安装电机(68)的主视和D向俯视结构(尚未安装联轴器时)，图30描述了左视方向的剖视结构(已安装联轴器后)。图26描述了L形电机架(64)的外形结构。电机托组件包含电机托(63)、L形电机架(64)及标准件。电机托(63)上开有延其长度方向的几个长孔(67)。L形电机架(64)的一个面上开有电机安装孔(70)(71)，另一个面上开有两个用于电机架自身安装的长孔(69)。在机架框(1)、电机托(63)和L形电机架(64)上各初选一个位置较合适的安装孔(59)、(67)和(69)。用螺柱(61)穿过机架框的孔(59)和电机托的安装孔(60)，旋上四个螺母(62)将电机托(63)安装在机架框(1)上；再用螺栓(66)穿过长孔(69)和长孔(67)后旋上螺母(62)，将L形电机架(64)安装在电机托(63)上；然后将电机(68)安装在电机架(64)上，电机轴(65)从孔(70)伸出。旋松螺柱(61)上的螺母(62)之后可以如图24中箭头所示拨动电机托(63)，旋松螺栓(66)上的螺母(62)之后可以沿长孔(67)和长孔(69)两个方向拨动L形电机架(64)，这样电机轴(65)的位置可以沿上下、左右、前后三个方向局部调整，使其轴线尽可能对正
图10中的主动铰链轴(22)的输入端且距离适宜。电机(68)的此种安装方式适用于驱动齿轮(16)、盘形凸轮(122)(见图52)和曲柄杆(17)的转动。
图30和
图1描述了电机(68)的另一种安装方式的结构。在机架框(1)和L形电机架(64)上各选择一个位置合适的安装孔(59)(见图24)和(69)。用螺栓(66)穿过长孔(69)和孔(59)后旋上螺母(62)，将L形电机架(64)直接安装在机架框(1)(图中双点划线所示)上；然后将电机(68)安装在L形电机架(64)上。旋松螺母(62)可转动或沿长孔(69)拨动L形电机架(64)，调整电机轴(65)的位置和方向。电机(68)的此种安装方式适用于驱动蜗杆(53)。
图27描述了联轴头(19)的外形结构。图28描述了套筒(74)的外形结构。图29描述了绳杆(78)的外形结构。图30描述了软轴联轴器的自身及安装结构。软轴联轴器是由套筒(74)、绳杆(78)、钢丝绳(18)和联轴头(19)以及标准件组装成的不拆部件。绳杆(78)的内螺纹(79)和联轴头(19)的内螺纹(72)各旋有同轴线的一对螺栓(20)，该两对螺栓(20)的端面相互顶住夹紧伸进来的钢丝绳(18)。套筒(74)的孔(76)内装有绳杆(78)的单侧铣扁的轴(77)，套筒(74)的内螺纹(75)旋有螺钉(80)，螺钉(80)的端面接近但不接触绳杆(78)的扁轴(77)侧面的平面。软轴联轴器工作时，套筒(74)和联轴头(19)分别固结在电机轴(65)和负载轴(22)或(58)上，钢丝绳(18)传递扭矩。由于钢丝绳(18)是柔性体，也由于绳杆(78)与套筒(74)不能相对转动但可沿轴线相对移动，因而即使电机轴(65)与负载轴(22)(58)有很大的不同轴误差和距离误差，仍然可以正常传动。
图31描述了支承体(83)的外形结构。图32描述了n(n为1～6的自然数)个支承体(83)迭加与滑板(4)和构件杆(30)组装的剖视结构。图33描述了n+1个支承体(83)迭加与机架框(1)和构件杆(30)组装的剖视结构。图34描述了用支承体(83)和螺栓(84)将构件杆(30)支承固定成为连架导路或机架的主视结构。支承体(83)的两端分别有同样公称参数可与另一件支承体相互旋合的内螺纹(81)和外螺纹(82)，该外螺纹(82)还可与滑板(4)上的内螺纹(10)旋合。预先将滑板(4)调整并固定在合适的位置，在滑板(4)上选择合适的内螺纹(10)；在机架框(1)上选择合适的孔(59)。将一个支承体(83)的外螺纹(82)旋入滑板(4)上的内螺纹(10)，再将另一个支承体的外螺纹(82)旋入前一个支承体的内螺纹(81)，这样用n个支承体(83)在滑板(4)上n层迭加安装；将一个支承体(83)的外螺纹(82)穿过机架框(1)的孔(59)后与另一个支承体(83)的内螺纹(81)旋合(后一个支承体起螺母的作用)，再将又一个支承体的外螺纹(82)旋入前一个支承体的内螺纹(81)，这样用n+1个支承体(83)在机架框(1)上n层迭加安装。将两个螺栓(84)分别穿过构件杆(30)两端的长孔(32)后旋入前述两处最末层的支承体的内螺纹(81)，这样将构件杆(30)以合适的位置和倾角支承固定成为机架的组成部分。可以按
图14将从动铰链安装固定在该构件杆(30)上的合适位置使其成为固定从动铰链；也可以按
图19或图22将带铰滑块套装在构件杆(30)上，使该构件杆(30)成为带铰滑块或齿条组件的固定连架导路。迭加支承体(83)的数目可以根据机构组装的需要来增加或减少。
图35描述了一种杆接头(86)的外形结构。图36描述了另一种杆接头(89)的外形结构。图37描述了垫块(90)的外形结构。垫块(90)有与构件杆(30)相同尺寸的矩形横截面(91)，并有一个与其宽度共用对称轴线的长孔(92)，该长孔(92)可以容纳铰链轴(40)的扁形截面(35)只能伸过该孔但不能在该孔中相对转动。杆接头(86)和(89)都有与构件杆(30)和垫块(90)的宽度间隙配合的凹槽(88)，凹槽(88)内开有与其宽度共用对称轴线的长孔(87)。杆接头组件由垫块(90)、杆接头(86)或(89)和加长型铰链螺钉(93)组合。加长型铰链螺钉(93)有与铰链轴(40)和铰链螺钉(36)相同形状参数的扁形截面外螺纹(35)但比后两者增加了轴向长度。图38和图39描述了含有位置不共线的三个铰链的杆件组装的主视和Q-Q剖视结构。在杆接头(86)的一个凹槽(88)内，放入一根构件杆(30)，螺栓(94)穿过杆接头(86)和构件杆(30)的相互重合的长孔(87)和(32)，套上垫圈(95)拧紧螺母(96)，将杆接头(86)和构件杆(30)固结为一体。构件杆(30)上可如
图14所示结构安装两套从动铰链(36)(37)(40)。在杆接头(86)的另一个凹槽(88)内，放入一个垫块(90)，将加长型铰链螺钉(93)的扁形截面外螺纹(35)穿过杆接头(86)和垫块(90)的相互重合的长孔(87)和(92)后，与从动铰链的铰链套(37)的内螺纹旋合，安装了与前两套不共线的又一套从动铰链(93)(37)(40)。图40、图41和图42描述了直角顶点有铰链的L形杆件组装的主视、S-S和T-T剖视结构。将两根构件杆(30)用前述方法与杆接头(89)固结为L形杆件，再将加长型铰链螺钉(93)的扁形截面外螺纹(35)穿过杆接头(89)和构件杆(30)在L形杆件的顶点处的相互重合的长孔(87)和(32)后，与从动铰链的铰链套(37)的内螺纹旋合，即在此安装了从动铰链。
图43描述了活塞杆接头(100)的外形结构。图44描述了L形气缸座(102)的外形结构。图45描述了第一种气缸安装组件与市售气缸(105)和其它零部件组装的剖视结构，图46描述了图45沿F-F剖面的剖视结构。第一种气缸安装组件由活塞杆接头(100)和L形气缸座(102)组合。活塞杆接头(100)的一端双侧铣扁，其横截面(98)的厚度与构件杆(30)的厚度相同，还有长孔(101)可以容纳铰链轴(40)和铰链螺钉(36)的扁形截面(35)只能伸过该孔但不能在该孔中相对转动；活塞杆接头(100)的另一端有与市售气缸(105)的活塞杆的外螺纹(108)旋合的内螺纹(99)。L形气缸座(102)的一面有市售气缸(105)的安装孔(104)，另一面有其自身的两个安装孔(103)。用第一种气缸安装组件安装市售气缸(105)的过程如下选择适当长度的构件杆(30)，在该构件杆的一端安装一个从动铰链，使铰链轴(40)对外输出。用螺栓(94)穿过L形气缸座(102)的孔(103)和构件杆(30)另一端的长孔(32)后旋上螺母(96)，将L形气缸座(102)与构件杆(30)固结为一体。将气缸(105)的活塞杆及缸筒外螺纹(107)伸过L形气缸座(102)的孔(104)后旋上螺母(106)，气缸(105)与L形气缸座(102)固结为一体。在滑板(4)的内螺纹(10)中旋入一个支承体(83)或如图32所示重叠安装几个支承体(83)，用一个垫块(90)的孔(92)套在前述铰链轴(40)上，旋转垫块(90)，将铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)旋入支承体(83)的内螺纹(81)。也可以不安装支承体(83)，将铰链轴(40)的扁形截面外螺纹(35)直接旋入滑板(4)的内螺纹(10)。改变所用支承体数目可以改变气缸(105)所在的层面。气缸(105)连同L形气缸座(102)和构件杆(30)可以一起绕该从动铰链转动。在活塞杆接头(100)的孔(101)中安装另一个从动铰链(图中未画出)，该从动铰链又可以与另一根构件杆铰接。
图47描述了法兰(109)的外形结构。图48描述了气缸铰链(113)的外形结构。图49和图50描述了第二种气缸安装组件与市售气缸(105)和其它零部件组装的外形及局部剖视结构。第二种气缸安装组件由活塞杆接头(100)、法兰(109)、气缸铰链(113)和撑杆(117)组合。法兰(109)有一个气缸安装孔(111)和两个与撑杆(117)相配的孔(112)，还有两个内螺纹(110)分别与该两孔(112)垂直相通。气缸铰链(113)有一个可容纳气缸筒的通槽(116)和两个与撑杆(117)相配的孔(115)，还有两个内螺纹(114)分别与该两孔(115)垂直相通。用第二种气缸安装组件安装市售气缸(105)的过程如下将气缸(105)的活塞杆及缸筒外螺纹(107)伸过法兰(109)的孔(111)后旋上螺母(106)，气缸(105)与法兰(109)固结为一体。再将气缸(105)的缸筒卧置于气缸铰链(113)的通槽(116)中。然后将两根撑杆(117)一端穿过法兰(109)的两个孔(112)，另一端穿过气缸铰链(113)的两个孔(115)。法兰(109)和气缸铰链(113)的内螺纹(110)和(114)中的四个螺钉(21)可将两根撑杆(117)顶紧或放松。气缸铰链(1 13)有与前述从动铰链相同形状参数的带有扁形截面外螺纹(35)的铰链轴(40)，再用一个铰链螺母(39)即可与构件杆(30)铰接。在活塞杆接头(100)的孔(101)中安装一个从动铰链，该从动铰链又可以与另一根构件杆铰接。旋松气缸铰链(113)上的两个螺钉(21)，则气缸铰链(113)可以沿着两根撑杆(117)滑动，调整气缸铰链(113)与活塞杆接头(100)上的从动铰链(图中未画出)之间的初始距离L0。调整完毕又可拧紧该两螺钉(21)固定。
图51描述的是用二维坐标板辅助观测机构尺寸。二维坐标板(118)是在平板上按直角坐标绘出若干条相互平行且距离相等的横线和竖线并在边缘标注尺度，又有供主动铰链轴(22)伸过的若干个孔(119)和自身的安装孔(120)。实验中需要定量确定不在一条直线上的三个或三个以上铰链的相对位置时，可将二维坐标板(118)固定在图3所描述的滑板(4)和纵向导轨(5)的后面。调整纵向导轨(5)和滑板(4)的位置将准备安装主动铰链(B)的内螺纹(9)的孔对准二维坐标板(118)的一个孔(119)。主动铰链轴(22)将会伸过孔(119)再与软轴联轴器的联轴头(19)联接(
图10描述了其侧视结构)。从动铰链(A)准备安装在另一件滑板(4)的内螺纹(10)处。透过将要安装从、主动铰链(A)(B)的内螺纹(10)(9)的孔，可以各自看到二维坐标板(118)的横、竖线的一个交点，参照二维坐标板(118)边缘处标注的尺度，即可读出点(A)(B)的坐标(xA，yA)和(xB，yB)，进而计算出从、主动铰链(A)和(B)的相对位置xAB＝xB-xA，yAB＝yB-yA。同理，可以借助于二维坐标板(118)确定活动杆件上的两个从动铰链(C)和(D)的相对位置xCD和yCD。同理，其它铰链的相对位置都可以借助于二维坐标板(118)来两两确定。
图1描述了用本实用新型组装机构模型的四个完整的例子。按自上而下的顺序简要说明如下第一个例子是三个气缸(105)驱动的全低副的挖掘机机构，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了构件杆(30)、从动铰链组件(E)、支承体(83)、杆接头组件(G)、多铰杆件(H)、固定从动铰链(J)和两种气缸安装组件(F)(K)。(图中挖掘机机身用实验耗材吹塑纸剪成)第二个例子是电机(68)驱动的高、低副组合机构，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了构件杆(30)、从动铰链组件(E)、蜗杆组件(L)、电机托组件(C)、软轴联轴器(D)和支承体(83)以及蜗轮和凸轮。
第三个例子是电机(68)驱动的同轴齿轮和曲柄，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了主动铰链(B)、软轴联轴器(D)和电机托组件(C)。
第四个例子是气缸(105)驱动的高、低副组合机构，以二自由度导轨滑板组件(I)为机架，涉及了构件杆(30)、从动铰链组件(E)、带铰滑块(N)、齿条组件(P)、支承体(83)、固定连架导路(M)、杆接头组件(G)和第一种气缸安装组件(F)。
(本实用新型涉及了又未作说明者，例如蜗轮、凸轮、挡片和电气气动元件等，属于现有一般技术范畴)
权利要求1.一种组合可调式实验仪器，其特征是机架框上安装有二自由度导轨滑板组件；滑板上安装主动铰链或蜗杆组件或支承体；机架框上安装电机托组件或支承体或二维坐标板；构件杆与从动铰链组件或带铰滑块组装实现转动副联接或移动副联接或复合低副联接；带铰滑块上安装齿条组件；电机安装在电机托组件上；电机的扭矩通过软轴联轴器传递给主动铰链或蜗杆组件；支承体与从动铰链或构件杆组装成固定从动铰链或固定连架导路；杆接头组件与构件杆组装成多铰杆件；用气缸安装的两种组件将气缸安装在固定杆件和活动杆件上并调整气缸上两铰链之间的初始距离。
2.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述二自由度导轨滑板组件由横向导轨、纵向导轨、滚轮、横向夹板、纵向夹板和滑板及标准件组装而成；横向导轨是用薄壁方管开口制成，固定在机架框上；纵向导轨是薄壁板浅U形截面，在纵向导轨两端各装有两个滚轮，该四个滚轮可在横向导轨的空腔内滚动；在纵向导轨两端各有两个螺钉穿过纵向导轨的孔并旋入装在横向导轨的空腔内的横向夹板；在纵向导轨上开有纵向长孔，滑板有凸台与该纵向长孔间隙配合；滑板还有垂直于滑板平面的内螺纹和光孔，有螺钉穿过滑板的光孔和纵向导轨的纵向长孔后旋入纵向夹板。
3.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述主动铰链是由主动铰链套、两个滚动轴承和主动铰链轴以及平键组装而成的不拆部件，主动铰链套的一端与轴承外圈配合，另一端有同轴线的光孔和外螺纹，该外螺纹可与权利要求2所述滑板的内螺纹旋合；主动铰链轴中部与轴承内圈配合，其输出端带有平键，其输入端单侧铣扁穿过主动铰链套的上述光孔。
4.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述构件杆为一套具有系列长度和相同尺寸的矩形横截面的杆件，这些杆件上都开有若干个与杆件宽度共用对称轴线的长孔，相邻长孔之间所留实体的长度远远小于长孔的长度。
5.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述从动铰链组件包括铰链螺钉、从动铰链和铰链螺母；从动铰链是由铰链套、滚动轴承和铰链轴组装而成的不拆部件，铰链套的一端与轴承外圈配合，另一端有内螺纹；铰链轴的一端与轴承内圈配合，另一端有扁形截面外螺纹；铰链螺钉也有与铰链轴相同参数的扁形截面外螺纹；铰链螺母有与铰链套相同参数的内螺纹；该两处扁形截面外螺纹和两处内螺纹可以相互旋合；该两处扁形截面外螺纹的截面可以进入权利要求4所述构件杆的长孔，但不能在长孔内转动。
6.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述带铰滑块的滑块体内部四角装有可转动的四个滚子；带铰滑块的滑块体上有轴线平行于滚子轴线的轴承孔，孔内装有滚动轴承，轴承内圈装有权利要求5所述的带有扁形截面外螺纹的铰链轴；带铰滑块的滑块体上还有轴线垂直于滚子轴线的内螺纹。
7.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述齿条组件内装有齿条螺钉，齿条螺钉的轴线平行于齿条的齿高方向，齿条螺钉的螺杆穿过齿条组件的实体伸出一段外螺纹，该外螺纹可与权利要求6所述带铰滑块的内螺纹旋合。
8.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述蜗杆组件是由蜗杆、两个滚动轴承、两个蜗杆铰链套、两个L形蜗杆支座和两个锁母组装而成的不拆部件，蜗杆两端与两个滚动轴承的内圈配合，与蜗杆制成一体的蜗杆轴单侧铣扁穿过蜗杆铰链套的孔；蜗杆铰链套的一端与滚动轴承的外圈配合，另一端有外螺纹穿过L形蜗杆支座一面的孔后旋上锁母；L形蜗杆支座的另一面开有蜗杆组件的安装孔。
9.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述电机托组件包含电机托、L形电机架及标准件，电机托上开有延其长度方向的几个长孔；L形电机架的一个面上开有电机安装孔，另一个面上开有用于电机架自身安装的长孔。
10.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述软轴联轴器是由套筒、绳杆、钢丝绳和联轴头以及标准件组装成的不拆部件，绳杆和联轴头的内螺纹各旋有同轴线的一对螺栓，该两对螺栓的端面相互顶住夹紧钢丝绳；套筒的孔内装有绳杆的单侧铣扁的轴，套筒的内螺纹旋有螺钉，该螺钉的端面接近但不接触绳杆的扁轴侧面的平面；工作时钢丝绳传递扭矩。
11.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述支承体的两端分别有同样公称参数可与另一件支承体相互旋合的内螺纹和外螺纹，该外螺纹还可与权利要求2所述滑板上的内螺纹旋合。
12.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述杆接头组件由垫块、杆接头和加长型铰链螺钉组合，垫块有与权利要求4所述构件杆相同尺寸的矩形横截面，并开有一个与其宽度共用对称轴线的长孔，该长孔可以容纳权利要求5所述铰链轴的扁形截面伸过该孔但不能在该孔中相对转动；杆接头有与垫块和权利要求4所述构件杆的宽度间隙配合的凹槽，凹槽内开有与其宽度共用对称轴线的长孔；加长型铰链螺钉有与权利要求5所述铰链轴和铰链螺钉相同形状参数的扁形截面外螺纹但比后两者增加了轴向长度。
13.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述气缸安装组件由活塞杆接头和L形气缸座组合，活塞杆接头的一端双侧铣扁其横截面厚度与权利要求4所述构件杆的厚度相同，还有长孔可以容纳 5所述铰链轴和铰链螺钉的扁形截面伸过该孔但不能在该孔中相对转动，另一端有与市售气缸的活塞杆的外螺纹旋合的内螺纹；L形气缸座的一面有市售气缸的安装孔，另一面有其自身的安装孔。
14.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征是所述气缸安装组件由活塞杆接头、法兰、气缸铰链和撑杆组合，法兰有一个气缸安装孔和两个与撑杆相配的孔，还有两个内螺纹分别与该两孔垂直相通；气缸铰链有一个可容纳气缸筒的通槽和两个与撑杆相配的孔，还有两个内螺纹分别与该两孔垂直相通；两根撑杆一端穿过法兰的两个孔，另一端穿过气缸铰链的两个孔，法兰和气缸铰链的内螺纹中的螺钉可将两根撑杆顶紧或放松。
15.根据权利要求1所述的组合可调式实验仪器，其特征在于所述二维坐标板是在平板上按直角坐标绘出若干条相互平行且距离相等的横线和竖线并在边缘标注尺度，又有供主动铰链轴伸过的孔和自身的安装孔。
专利摘要一种可将创意的机械方案组装成机构模型演示观察其运动的组合可调式实验仪器,其特征是机架框上安装导轨滑板组件;滑板上安装主动铰链或蜗杆组件或支承体;机架框上安装电机托组件或支承体或二维坐标板;构件杆与从动铰链组件或带铰滑块组装实现低副或复合低副联接;带铰滑块上安装齿条组件;电机安装在电机托组件上;电机扭矩通过软轴联轴器传递;支承体与从动铰链或构件杆组装成固定从动铰链或连架导路;杆接头组件与构件杆组装成多铰杆件;用两种组件安装气缸并调整两铰链间初始距离。
文档编号G09B25/00GK2488128SQ0121457
公开日2002年4月24日 申请日期2001年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者卢存光 申请人:西南交通大学
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