“智能教学实验箱”说明书.doc

PAGE PAGE1 / NUMPAGES17PAGE 1 智能教学实验箱设计说明书 设计者：王浩然，王柳程，陆华成，唐永保，李安宁 指导教师：陆正杰、张银君 （广西河池学院，宜州 546300） [摘要]：本产品是一款能给老师教学提供方便的教学实验平台，里面涵盖了课本经典的教学机构模型和多种构件，以及传动装置。特别涉及单片机控制和上位机控制和多功能液晶屏显示的机器。该产品突出解决单调乏味的书本理论和缺乏动手组合的问题，增添形象有趣的单片机图解结构速度、加速度矢量图，通过红外线、上位机切换相关实验，几组机械传动结构，方便学生学习重要的机械原理和机械设计，务实好基础，同时加深对理论与实践的理解。具有一定的可移植性，用以学习拓展，实用性，易用性，实现教学任务的智能化。 [关键字]：教学；机械原理；机械设计；矢量图；上位机；单片机控制 1.技术领域 本产品是一款能给老师教学提供方便的教学实验平台，里面涵盖了课本经典的教学机构模型和多种构件，以及传动装置。特别涉及单片机控制和上位机控制和多功能液晶屏显示的机器。该产品突出解决单调乏味的书本理论和缺乏动手组合的问题，增添形象有趣的单片机图解结构速度、加速度矢量图，通过红外线、上位机切换相关实验几组机械传动结构，方便学生学习重要的机械原理和机械设计，务实好基础，同时加深对理论与实践的理解。具有一定的可移植性，用以学习拓展，实用性，易用性，实现教学任务的智能化。 2.研究背景 目前，关于课堂教学用具，发展到现在，各种模型的出现，对于当今学生知识结构的改变，增强其进入社会的工作能力，有着非常重要的作用。 中国教学模型的发展和规范，现在应该引起足够地重视。 “机械，很重要！创新，很重要！设计，很重要！机械创新设计大赛，很重要！”中科院院士杨叔子如是说。机械创新设计大赛作为教育部重点资助的具有极大影响力的大学生学科竞赛，以“激发大学生的兴趣和潜能，培养大学生的团队协作意识和创新精神”为目的。 2014年第六届全国大学生机械创新设计大赛的主题为“幻梦课堂”；内容为“教室用设备和教具的设计与制作”。学生们可根据对日常课堂教学情况的观察，或根据对未来若干年以后课堂教学环境和状态的设想，设计并制作出能够使课堂教学更加丰富、更具吸引力的装置，改善现有教学环境或条件。 3.设计方案 图1：产品示意图 PAGE PAGE2 / NUMPAGES17PAGE 2 3.1机械设计部分 自锁直流电机与齿条运动方案设计、平面四杆结构与步进机设计、机械传动机构与直流电机设计。 3.1.1主要设计思路 通过5个动力源（直流电机）实现盖板的往复运动和相关的实验设备展示，两个混合式步进机调速控制基本构件运动，在机构部分实现往复过程中通过限位开关控制电机停止，（上升部分和下降部分）速度可通过上位机调节；两个基本构件运动速度可以通过红外线控制，两个控制模式实现实验切换演示模式。 3.1.2设计流程 先期通过测量尺寸来确认演示的实验所占的空间大小，确认好电机放置、滑板放置、固定稳定装置、实验演示方向，接着装配好，调试结构运动情况，观察稳定性如何。 3.1.3转动方案 利用齿轮传动方案，实现盖板运动；齿轮传动和链轮传动方案，实现升降台上升下降左移右移；实验箱壁有凹槽，以便板块运动，加强试验平台的稳定性能；同步带轮传动和步进机传动，实现机械传动过程状态；主要基于以下分析： 电机配合齿轮和齿条，通过上位机和无线模块控制它们正转反转实现升降台运动和板块拖动；步进机控制基本构件，方便精度计算，因为这部分是为了验证构件的运动矢量方程图解法而设计，通过红外线调速，实现矢量图中相关变量的变化，通过几组数据，验证机械原理中的“利用同一构件上两点间的运动矢量方程作机构的速度、加速度的图解分析”。 图2：总体传动方案示意 3.1.4理论设计计算过程 机械传动模型中相关参数： 皮带传动：大皮带轮尺寸为φ60×10mm,小皮带轮尺寸为φ14×10mm； 螺旋传动：螺杆尺寸为φ15×80mm，螺母尺寸为φ42×12mm； 链传动：链轮尺寸为φ80×8mm； 齿轮传动：大齿轮尺寸为φ95×10mm，30齿，小齿轮尺寸为φ65×10mm，20齿； 涡轮蜗杆传动：涡轮尺寸为φ50×8mm，齿数为50齿，蜗杆头数为25 PAGE PAGE3 / NUMPAGES17PAGE 3 摩擦轮传动：大摩擦轮尺寸为φ64×10mm，小摩擦轮尺寸为φ23×12mm。 验证运动矢量方程作机构的速度、加速度的图解： 图3：图解速度、加速度图 图4：图解速度、加速度图 图5：图解速度、加速度图 PAGE PAGE4 / NUMPAGES17PAGE 4 SKIPIF 1 0 图6：图解速度、加速度图 SKIPI