任玉灿，刘春东，朱春华，霍珍珍

（河北建筑工程学院机械工程学院，张家口，075000）

曲柄摆动导杆机构在教学用具中的应用研究

任玉灿，刘春东，朱春华，霍珍珍

（河北建筑工程学院机械工程学院，张家口，075000）

应用曲柄摆动导杆机构结构简单、加工制造方便，传力性能最好的特点，将其作为粉笔推出装置的主要传动机构，将彩色粉笔前端同时推出粉笔盒，解决了彩色粉笔抽取困难、挑选麻烦等问题，具有一定的现实意义和使用价值。

曲柄摆动导杆机构；推出装置；粉笔盒

1　研究背景

目前，有关粉笔盒的技术较多，如CN202456938U自动粉笔盒，它由盒体和盒盖构成；盒体为长方体，其上端面上设有多个粉笔槽，其前端面上设有与粉笔槽对应的按钮，按钮的下面设有粉笔口，粉笔口与粉笔槽相通，粉笔口的下边沿处设有磨砂纸；盒盖设在盒体的上端面上，其一端与粉笔盒通过铰链相连。再如如CN103213765A公开了一种半自动出粉笔的粉笔盒，包括盒体、盒盖、转动轴、挡板、长弹簧、短弹簧、出粉笔口以及橡胶软垫，其特征是在盒体的一侧偏中下部的位置上设置有转动轴，在盒体中和转动轴相对的一面的底部设置有出粉笔口，挡板的一头连接着转动轴，另一头从出粉笔口处伸出，并且挡板可以绕转动轴转动，在盒体底部的内侧安装有长弹簧和短弹簧，打开盒盖，人们就可以向盒体中放入粉笔，粉笔均位于挡板的上部，并且由于长弹簧和短弹簧的支撑作用使其在静止的状态下位于出粉笔口的上部，当人们需要从盒体中取出粉笔时只需要按压挡板即可，同时，在盒体底部的外侧安装有橡胶软垫。再如CN2588837Y公开了一种新型粉笔盒，其特征是：活动推杆的两头位置胶粘连接在弹性推板的侧面两端的位置，弹性推板的整体位置直插安装在粉笔箱的侧壁槽的位置，活动插板的整体位置直接安装在粉笔箱的右下开口槽的位置，弹簧的一端位置勾挂固定连接在粉笔箱的开口槽里侧的位置，活动粉笔盒的整体位置直接插安装在粉笔箱的下端开口的位置，拉手的下端位置直接钉连接在活动粉笔盒的前侧面的位置。以上这些技术均有可取之处，但是不能够同时将不同颜色的粉笔同时推出而便于选择使用，且其结构比较复杂。下述粉笔盒解决了上述问题。

2　粉笔盒总体结构

粉笔盒由粉笔填充区、粉笔存储区、粉笔推出装置三大部分组成，总体结构如图1所示。

粉笔填充区的功能是自动向粉笔存储区填充粉笔，保证粉笔存放区始终装满粉笔。

粉笔存放区由七个小存储区组成，每个存储区存放一种颜色的粉笔。粉笔存储区的功能是用于存放未经使用的各种颜色的粉笔。

粉笔推出装置位于粉笔存储区的后部，负责将位于推出装置前端的粉笔从前端推出粉笔盒，供教师根据需要选用所需颜色粉笔。

图1　粉笔盒总体结构

3　粉笔推出装置

3.1传动方案分析与确定

实现粉笔的推出可采用以下几种机构：

（1）齿轮齿条传动机构（1）螺旋传动机构（3）凸轮机构（4）平面连杆机构

齿轮齿条传动和螺旋传动与凸轮机构、平面连杆机构相比较结构复杂，加工制造成本较高；凸轮机构机构简单，但是保证粉笔推出粉笔盒一定长度的前提下，凸轮尺寸较大，在空间受限制的课堂教学中不宜采用。综合考虑粉笔推出装置的实用、简单、经济等性能，选用结构简单、易于制造的平面连杆机构符合本装置的要求。

最简单的平面连杆机构是平面四杆机构，又以铰链四杆机构为基本形式。铰链四杆机构铰链除了基本三种类型曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构外，还有一些演化形式，其中：

（1）曲柄滑块机构是铰链四杆机构通过将转动副演化成移动副而成

（2）导杆机构是曲柄滑块机构选取不同的构件作为机架演化而成，有曲柄转动导杆机构、曲柄摆动导杆机构、移动导杆机构和摆动导杆滑块机构

本装置选用导杆机构中的曲柄摆动导杆机构作为粉笔的推出机构。

3.2粉笔推出装置

粉笔推出装置由曲柄摆动导杆机构、推杆、弹簧组成，装置机构简图如图2所示。

图2　粉笔推出装置机构简图

3.2.1曲柄摆动导杆机构功能分析

曲柄摆动导杆机构由机架、曲柄、滑块和导杆组成，广泛的应用于牛头刨床和插床等机械传动装置中。这种机构最大的优点是当曲柄为主动件时，机构的传动角始终为90°，传力性能最好。图2中是由构件1为机架、构件2为曲柄、构件3为滑块、构件4为导杆组成的曲柄摆动导杆机构。曲柄2为主动件转动，构件4绕构件1与构件4组成转动副摆动，构件4的下端推动构件5向右移动，则位于构件5右端的粉笔被推出存储区。曲柄2驱动力消失，在弹簧的作用下推杆快速回到左侧复位。

3.2.2曲柄摆动导杆机构尺寸设计

1）设计尺寸条件

2）确定各构件尺寸

（1）确定导杆尺寸

（2）确定机架尺寸

（3）确定曲柄尺寸

4　机构分析

该装置采用曲柄摆动导杆机构适应教学实际需要，结构简单、加工制造方便、经济性好，应用在作为教学用具的粉笔盒中具有如下特点：

（1）曲柄摆动导杆机构具有传动角始终为90度，传力性能最好的优点，所以采用手动驱动时，可以使驱动力得到充分利用。

（2）采用曲柄摆动导杆机构，可以在小摆角的情况下，实现大距离的推出。

（3）在保证导杆在小摆角的情况下，可以通过增大曲柄和导杆长度，达到省力的效果，用很小的力可将并行排列的七个推杆同时推出。

5　结论

将曲柄摆动导杆机构应用于实现将彩色粉笔推出粉笔盒，以简单、方便、快捷的方式更好的解决了教学过程中存在的实际问题，具有一定的现实意义和使用价值。

［1］ 高红，张祖权，王秋博.摆动导杆机构在生产实验设备中的巧用［J］.电大理工，2011.3.

［2］ 李秀珍. 机械设计基础［M］. 北京：机械工业出版社， 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