曲柄擺動導桿機構在教學用具中的應用研究

任玉燦，劉春東，朱春華，霍珍珍

（河北建筑工程學院機械工程學院，張家口，075000）

曲柄擺動導桿機構在教學用具中的應用研究

任玉燦，劉春東，朱春華，霍珍珍

（河北建筑工程學院機械工程學院，張家口，075000）

應用曲柄擺動導桿機構結構簡單、加工制造方便，傳力性能最好的特點，將其作為粉筆推出裝置的主要傳動機構，將彩色粉筆前端同時推出粉筆盒，解決了彩色粉筆抽取困難、挑選麻煩等問題，具有一定的現實意義和使用價值。

曲柄擺動導桿機構；推出裝置；粉筆盒

1　研究背景

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

2　粉筆盒總體結構

粉筆盒由粉筆填充區、粉筆存儲區、粉筆推出裝置三大部分組成，總體結構如圖1所示。

粉筆填充區的功能是自動向粉筆存儲區填充粉筆，保證粉筆存放區始終裝滿粉筆。

粉筆存放區由七個小存儲區組成，每個存儲區存放一種顏色的粉筆。粉筆存儲區的功能是用于存放未經使用的各種顏色的粉筆。

粉筆推出裝置位于粉筆存儲區的后部，負責將位于推出裝置前端的粉筆從前端推出粉筆盒，供教師根據需要選用所需顏色粉筆。

圖1　粉筆盒總體結構

3　粉筆推出裝置

3.1傳動方案分析與確定

實現粉筆的推出可采用以下幾種機構：

（1）齒輪齒條傳動機構（1）螺旋傳動機構（3）凸輪機構（4）平面連桿機構

齒輪齒條傳動和螺旋傳動與凸輪機構、平面連桿機構相比較結構復雜，加工制造成本較高；凸輪機構機構簡單，但是保證粉筆推出粉筆盒一定長度的前提下，凸輪尺寸較大，在空間受限制的課堂教學中不宜采用。綜合考慮粉筆推出裝置的實用、簡單、經濟等性能，選用結構簡單、易于制造的平面連桿機構符合本裝置的要求。

最簡單的平面連桿機構是平面四桿機構，又以鉸鏈四桿機構為基本形式。鉸鏈四桿機構鉸鏈除了基本三種類型曲柄搖桿機構，雙曲柄機構，雙搖桿機構外，還有一些演化形式，其中：

（1）曲柄滑塊機構是鉸鏈四桿機構通過將轉動副演化成移動副而成

（2）導桿機構是曲柄滑塊機構選取不同的構件作為機架演化而成，有曲柄轉動導桿機構、曲柄擺動導桿機構、移動導桿機構和擺動導桿滑塊機構

本裝置選用導桿機構中的曲柄擺動導桿機構作為粉筆的推出機構。

3.2粉筆推出裝置

粉筆推出裝置由曲柄擺動導桿機構、推桿、彈簧組成，裝置機構簡圖如圖2所示。

圖2　粉筆推出裝置機構簡圖

3.2.1曲柄擺動導桿機構功能分析

曲柄擺動導桿機構由機架、曲柄、滑塊和導桿組成，廣泛的應用于牛頭刨床和插床等機械傳動裝置中。這種機構最大的優點是當曲柄為主動件時，機構的傳動角始終為90°，傳力性能最好。圖2中是由構件1為機架、構件2為曲柄、構件3為滑塊、構件4為導桿組成的曲柄擺動導桿機構。曲柄2為主動件轉動，構件4繞構件1與構件4組成轉動副擺動，構件4的下端推動構件5向右移動，則位于構件5右端的粉筆被推出存儲區。曲柄2驅動力消失，在彈簧的作用下推桿快速回到左側復位。

3.2.2曲柄擺動導桿機構尺寸設計

1）設計尺寸條件

2）確定各構件尺寸

（1）確定導桿尺寸

（2）確定機架尺寸

（3）確定曲柄尺寸

4　機構分析

該裝置采用曲柄擺動導桿機構適應教學實際需要，結構簡單、加工制造方便、經濟性好，應用在作為教學用具的粉筆盒中具有如下特點：

（1）曲柄擺動導桿機構具有傳動角始終為90度，傳力性能最好的優點，所以采用手動驅動時，可以使驅動力得到充分利用。

（2）采用曲柄擺動導桿機構，可以在小擺角的情況下，實現大距離的推出。

（3）在保證導桿在小擺角的情況下，可以通過增大曲柄和導桿長度，達到省力的效果，用很小的力可將并行排列的七個推桿同時推出。

5　結論

將曲柄擺動導桿機構應用于實現將彩色粉筆推出粉筆盒，以簡單、方便、快捷的方式更好的解決了教學過程中存在的實際問題，具有一定的現實意義和使用價值。

［1］ 高紅，張祖權，王秋博.擺動導桿機構在生產實驗設備中的巧用［J］.電大理工，2011.3.

［2］ 李秀珍. 機械設計基礎［M］. 北京：機械工業出版社， 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