曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在教學(xué)用具中的應(yīng)用研究

任玉燦，劉春東，朱春華，霍珍珍

（河北建筑工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，張家口，075000）

曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在教學(xué)用具中的應(yīng)用研究

任玉燦，劉春東，朱春華，霍珍珍

（河北建筑工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，張家口，075000）

應(yīng)用曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造方便，傳力性能最好的特點(diǎn)，將其作為粉筆推出裝置的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將彩色粉筆前端同時(shí)推出粉筆盒，解決了彩色粉筆抽取困難、挑選麻煩等問(wèn)題，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值。

曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；推出裝置；粉筆盒

1　研究背景

目前，有關(guān)粉筆盒的技術(shù)較多，如CN202456938U自動(dòng)粉筆盒，它由盒體和盒蓋構(gòu)成；盒體為長(zhǎng)方體，其上端面上設(shè)有多個(gè)粉筆槽，其前端面上設(shè)有與粉筆槽對(duì)應(yīng)的按鈕，按鈕的下面設(shè)有粉筆口，粉筆口與粉筆槽相通，粉筆口的下邊沿處設(shè)有磨砂紙；盒蓋設(shè)在盒體的上端面上，其一端與粉筆盒通過(guò)鉸鏈相連。再如如CN103213765A公開(kāi)了一種半自動(dòng)出粉筆的粉筆盒，包括盒體、盒蓋、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、擋板、長(zhǎng)彈簧、短彈簧、出粉筆口以及橡膠軟墊，其特征是在盒體的一側(cè)偏中下部的位置上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在盒體中和轉(zhuǎn)動(dòng)軸相對(duì)的一面的底部設(shè)置有出粉筆口，擋板的一頭連接著轉(zhuǎn)動(dòng)軸，另一頭從出粉筆口處伸出，并且擋板可以繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在盒體底部的內(nèi)側(cè)安裝有長(zhǎng)彈簧和短彈簧，打開(kāi)盒蓋，人們就可以向盒體中放入粉筆，粉筆均位于擋板的上部，并且由于長(zhǎng)彈簧和短彈簧的支撐作用使其在靜止的狀態(tài)下位于出粉筆口的上部，當(dāng)人們需要從盒體中取出粉筆時(shí)只需要按壓擋板即可，同時(shí)，在盒體底部的外側(cè)安裝有橡膠軟墊。再如CN2588837Y公開(kāi)了一種新型粉筆盒，其特征是：活動(dòng)推桿的兩頭位置膠粘連接在彈性推板的側(cè)面兩端的位置，彈性推板的整體位置直插安裝在粉筆箱的側(cè)壁槽的位置，活動(dòng)插板的整體位置直接安裝在粉筆箱的右下開(kāi)口槽的位置，彈簧的一端位置勾掛固定連接在粉筆箱的開(kāi)口槽里側(cè)的位置，活動(dòng)粉筆盒的整體位置直接插安裝在粉筆箱的下端開(kāi)口的位置，拉手的下端位置直接釘連接在活動(dòng)粉筆盒的前側(cè)面的位置。以上這些技術(shù)均有可取之處，但是不能夠同時(shí)將不同顏色的粉筆同時(shí)推出而便于選擇使用，且其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。下述粉筆盒解決了上述問(wèn)題。

2　粉筆盒總體結(jié)構(gòu)

粉筆盒由粉筆填充區(qū)、粉筆存儲(chǔ)區(qū)、粉筆推出裝置三大部分組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

粉筆填充區(qū)的功能是自動(dòng)向粉筆存儲(chǔ)區(qū)填充粉筆，保證粉筆存放區(qū)始終裝滿粉筆。

粉筆存放區(qū)由七個(gè)小存儲(chǔ)區(qū)組成，每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)存放一種顏色的粉筆。粉筆存儲(chǔ)區(qū)的功能是用于存放未經(jīng)使用的各種顏色的粉筆。

粉筆推出裝置位于粉筆存儲(chǔ)區(qū)的后部，負(fù)責(zé)將位于推出裝置前端的粉筆從前端推出粉筆盒，供教師根據(jù)需要選用所需顏色粉筆。

圖1　粉筆盒總體結(jié)構(gòu)

3　粉筆推出裝置

3.1傳動(dòng)方案分析與確定

實(shí)現(xiàn)粉筆的推出可采用以下幾種機(jī)構(gòu)：

（1）齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（1）螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（3）凸輪機(jī)構(gòu)（4）平面連桿機(jī)構(gòu)

齒輪齒條傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)與凸輪機(jī)構(gòu)、平面連桿機(jī)構(gòu)相比較結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造成本較高；凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是保證粉筆推出粉筆盒一定長(zhǎng)度的前提下，凸輪尺寸較大，在空間受限制的課堂教學(xué)中不宜采用。綜合考慮粉筆推出裝置的實(shí)用、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)等性能，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造的平面連桿機(jī)構(gòu)符合本裝置的要求。

最簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)，又以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為基本形式。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈除了基本三種類(lèi)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)外，還有一些演化形式，其中：

（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過(guò)將轉(zhuǎn)動(dòng)副演化成移動(dòng)副而成

（2）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)選取不同的構(gòu)件作為機(jī)架演化而成，有曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)

本裝置選用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)作為粉筆的推出機(jī)構(gòu)。

3.2粉筆推出裝置

粉筆推出裝置由曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、推桿、彈簧組成，裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2　粉筆推出裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.2.1曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)功能分析

曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由機(jī)架、曲柄、滑塊和導(dǎo)桿組成，廣泛的應(yīng)用于牛頭刨床和插床等機(jī)械傳動(dòng)裝置中。這種機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角始終為90°，傳力性能最好。圖2中是由構(gòu)件1為機(jī)架、構(gòu)件2為曲柄、構(gòu)件3為滑塊、構(gòu)件4為導(dǎo)桿組成的曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。曲柄2為主動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)件4繞構(gòu)件1與構(gòu)件4組成轉(zhuǎn)動(dòng)副擺動(dòng)，構(gòu)件4的下端推動(dòng)構(gòu)件5向右移動(dòng)，則位于構(gòu)件5右端的粉筆被推出存儲(chǔ)區(qū)。曲柄2驅(qū)動(dòng)力消失，在彈簧的作用下推桿快速回到左側(cè)復(fù)位。

3.2.2曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)尺寸條件

2）確定各構(gòu)件尺寸

（1）確定導(dǎo)桿尺寸

（2）確定機(jī)架尺寸

（3）確定曲柄尺寸

4　機(jī)構(gòu)分析

該裝置采用曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)適應(yīng)教學(xué)實(shí)際需要，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造方便、經(jīng)濟(jì)性好，應(yīng)用在作為教學(xué)用具的粉筆盒中具有如下特點(diǎn)：

（1）曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)角始終為90度，傳力性能最好的優(yōu)點(diǎn)，所以采用手動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以使驅(qū)動(dòng)力得到充分利用。

（2）采用曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，可以在小擺角的情況下，實(shí)現(xiàn)大距離的推出。

（3）在保證導(dǎo)桿在小擺角的情況下，可以通過(guò)增大曲柄和導(dǎo)桿長(zhǎng)度，達(dá)到省力的效果，用很小的力可將并行排列的七個(gè)推桿同時(shí)推出。

5　結(jié)論

將曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)將彩色粉筆推出粉筆盒，以簡(jiǎn)單、方便、快捷的方式更好的解決了教學(xué)過(guò)程中存在的實(shí)際問(wèn)題，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值。

［1］ 高紅，張祖權(quán)，王秋博.擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的巧用［J］.電大理工，2011.3.

［2］ 李秀珍. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2013.9.

Research on the application of the crank shaper mechanism in teaching tools

Ren Yucan， Liu Chundong，Zhu Chunhua，Huo Zhenzhen
（ School of Mechanical Engineering ， Hebei Univercity of Architecture，Zhangjiakou，075000，China）

Crank shaper mechanism is used for a chalk pushing device as main transmission mechanism because of the advantages of simple structure，manufactured easily and the best load-transferring performance.It solved the difficulties in colored chalk extraction，pick trouble that the color chalk front-end is pushedoff the box of chalk by the pushing device.That has certain practical significance and value.

Crank shaper mechanism；Detrusion device；Box of chalk