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(xiàn)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(tài)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(qū)、粉筆存儲區(qū)、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(qū)的功能是自動向粉筆存儲區(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)由七個小存儲區(qū)組成，每個存儲區(qū)存放一種顏色的粉筆。粉筆存儲區(qū)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(qū)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(jù)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(xiàn)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(yōu)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(qū)。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(yōu)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(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