能量轉化及機械原理演示小車的製作方法
2023-10-21 06:50:22 1
專利名稱：能量轉化及機械原理演示小車的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種學校課堂授課演示模型，尤其涉及一種能量轉化及機械原理演示小車。
背景技術：
在中學物理課的教學當中，有一種普遍的現象困擾著很多同學，每當老師講到有關能量轉換等相對抽象的問題，尤其是重力勢能與動能之間的轉換時，同學們大多不能很好地理解領悟。這嚴重影響到近些年來千軍萬馬過獨木橋的高考升學。進入大學校園後， 很多同學本以為學習可以輕鬆地對付，但在大學的「機械原理」、「機械設計」等課堂中，又涉及到諸如齒輪傳動機構、曲柄連杆傳動機構、鏈傳動機構、帶傳動機構等新的問題，依然有很多同學模稜兩可。這些問題不僅容易使不少同學們產生厭學情緒，而且使教師的授課效果、教學質量大大降低，學生家長也是一籌莫展。
實用新型內容本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種在課堂上演示重力勢能通過相關機械傳動機構轉換為動能的能量轉化及機械原理演示小車。為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案能量轉化及機械原理演示小車，包括下部設有車輪的車架，車架上設有支架，支架頂部設有定滑輪，定滑輪的溝槽內設有牽引繩，牽引繩的兩端分別連接有重物塊和動能傳動裝置，動能傳動裝置的動力輸出端與車輪傳動連接。所述車輪設有三個，其中一個車輪通過轉向立軸設在車架前端中部，轉向立軸與車架轉動連接，另兩個車輪之間通過一根輪軸設在車架後部兩側，牽引繩的一端纏繞到輪軸上。所述動能傳動裝置包括設在車架底部內側平行設置的第一轉軸和第二轉軸，第一轉軸上設有同軸的主動大帶輪和主動小帶輪，第二轉軸上設有從動帶輪和曲軸輪，主動大帶輪和輪軸帶傳動連接，主動小帶輪和從動帶輪帶傳動連接，曲軸輪表面偏心位置上設有銷軸，銷軸外轉動連接有萬向節，萬向節前端鉸接有一根連杆，連杆前端通過搖杆與轉向立軸固定連接。採用上述技術方案，重物塊由支架上端向下自由下落，重力通過牽引繩帶動輪軸轉動，輪軸帶動車架後部的兩個驅動輪轉動使小車向前運動，而實現重物塊的重力勢能轉換為整個小車的動能；輪軸同時通過動能傳動裝置實現小車前端的車輪轉向，動能傳動裝置採用由主動大帶輪、主動小帶輪和從動帶輪構成的帶傳動機構以及由曲軸輪、銷軸、萬向節、連杆和搖杆構成的四連杆機構來實現前端車輪的轉向；車架後部的兩個車輪為驅動輪， 兩個驅動輪之間具有差速行駛的功能，車架前端的車輪為轉向輪，可以使小車行走路線呈 「近似正弦曲線」形狀。本實用新型設計巧妙、結構簡單，不僅適用於中學物理課堂演示重力勢能與動能
3之間的轉換，而且適用於大學的「機械原理」、「機械設計」課堂中展示四連杆機構和帶傳動機構的工作原理，以及教學研究車輛轉彎機構結構與其行走路線的數學原理關係，理論聯繫實際，啟發學生們理解能量轉化的具體應用，可以增強學生們的學習興趣，並使教師的授課效果、教學質量大大提高。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1的左視圖；圖3是車架底部動能傳動裝置的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的能量轉化及機械原理演示小車，包括下部設有三個車輪的車架1，其中一個車輪2為轉向輪設在車架1前端中部，另兩個車輪3為驅動輪並具有差速行駛的功能，兩車輪3之間通過一根輪軸10設在車架1後部兩側，車架1上設有支架5，支架5頂部設有定滑輪6和定滑輪4，定滑輪6和定滑輪4的溝槽內設有牽引繩7，牽引繩7的兩端分別連接有重物塊8和動能傳動裝置，動能傳動裝置的動力輸出端與兩車輪3傳動連接。車輪2通過與車架1轉動連接的轉向立軸9與車架1連接，另兩個車輪3之間通過一根輪軸10設在車架1後部兩側，牽引繩7的一端纏繞到輪軸10上。動能傳動裝置包括設在車架1底部內側平行設置的第一轉軸11和第二轉軸12，第一轉軸11上設有同軸的主動大帶輪13和主動小帶輪14，第二轉軸12上設有從動帶輪15 和曲軸輪16，主動大帶輪13和輪軸10帶傳動連接，主動小帶輪14和從動帶輪15帶傳動連接，曲軸輪16表面偏心位置上設有銷軸17，銷軸17外轉動連接有萬向節18，萬向節18前端鉸接有一根連杆19，連杆19前端通過搖杆20與轉向立軸9固定連接本實用新型當中涉及軸轉動連接的部件，均設有軸承，這樣有效的減小轉動部分的摩擦力。主動大帶輪13和輪軸10之間、主動小帶輪14和從動帶輪15之間的傳動比選擇要合適(選擇合適的傳動比才能滿足小車順利前進並且能夠實現預定轉向的目的)。連杆 19的杆長設計成可調的，目的是為了方便認識和觀察機構存在「死點」的情況以及調整車輪 2左右轉向幅度對稱的狀況。本實用新型由重物塊8的重力勢能向整個小車的動能轉換過程為重物塊8做下落運動時拉動牽引繩7，牽引繩7通過定滑輪6和定滑輪4帶動輪軸10轉動，設在輪軸10 兩端的兩個車輪3轉動達到整個小車的行進。小車的轉向主要是通過轉軸10通過皮帶21 帶動主動大帶輪13轉動，與主動大帶輪13同軸的主動小帶輪14通過皮帶22帶動從動帶輪15轉動，與從動帶輪15同軸的曲軸輪16帶動銷軸17轉動，銷軸17通過萬向節18推拉連杆19，連杆19通過搖杆20帶動轉向立軸9在一定角度範圍內左右轉動，轉向立杆9的下端的車輪2也隨之擺動實現轉向的目的，兩個車輪3具有差速行駛的功能不影響車輪2的轉向。隨著整個小車的前行，小車行走路線呈「近似正弦曲線」形狀。當然，本實用新型當中的動能傳動裝置也可以採用齒輪傳動機構、鏈傳動機構；四連杆機構也可以採用其他機構如曲柄連杆機構、凸輪機構、錐齒輪機構等，實現車輪2的轉向功能即可。上述變換也在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.能量轉化及機械原理演示小車，其特徵在於包括下部設有車輪的車架，車架上設有支架，支架頂部設有定滑輪，定滑輪的溝槽內設有牽引繩，牽引繩的兩端分別連接有重物塊和動能傳動裝置，動能傳動裝置的動力輸出端與車輪傳動連接。
2.根據權利要求1所述的能量轉化及機械原理演示小車，其特徵在於所述車輪設有三個，其中一個車輪通過轉向立軸設在車架前端中部，轉向立軸與車架轉動連接，另兩個車輪之間通過一根輪軸設在車架後部兩側，牽引繩的一端纏繞到輪軸上。
3.根據權利要求2所述的能量轉化及機械原理演示小車，其特徵在於所述動能傳動裝置包括設在車架底部內側平行設置的第一轉軸和第二轉軸，第一轉軸上設有同軸的主動大帶輪和主動小帶輪，第二轉軸上設有從動帶輪和曲軸輪，主動大帶輪和輪軸帶傳動連接， 主動小帶輪和從動帶輪帶傳動連接，曲軸輪表面偏心位置上設有銷軸，銷軸外轉動連接有萬向節，萬向節前端鉸接有一根連杆，連杆前端通過搖杆與轉向立軸固定連接。
專利摘要本實用新型公開了一種能量轉化及機械原理演示小車，包括下部設有車輪的車架，車架上設有支架，支架頂部設有定滑輪，定滑輪的溝槽內設有牽引繩，牽引繩的兩端分別連接有重物塊和動能傳動裝置，動能傳動裝置的動力輸出端與車輪傳動連接。本實用新型設計巧妙、結構簡單，不僅適用於中學物理課堂演示重力勢能與動能之間的轉換，而且適用於大學的「機械原理」、「機械設計」課堂中展示四連杆機構和帶傳動機構的工作原理，以及教學研究車輛轉彎機構結構與其行走路線的數學原理關係，理論聯繫實際，啟發學生們理解能量轉化的具體應用，可以增強學生們的學習興趣，並使教師的授課效果、教學質量大大提高。
文檔編號G09B23/10GK201965815SQ20112002807
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者王雨辰, 蘇偉偉, 趙曉萌 申請人:王雨辰