1.本发明涉及教学用具技术技术领域，具体为一种数学教学用三维空间学习装置。


背景技术：

2.在三维空间内对摆线运动动画场景视觉化展示，加深学生了解摆线运动的运动形式，在具体分析时，需要将摆线的运动轨迹进行连续展示，摆线是数学中众多的迷人曲线之一，它是这样定义的：一个圆沿一直线缓慢地滚动，则圆上一固定点所经过的轨迹称为摆线。现有展示装置大部分通过将粉笔固定在圆盘上，随着圆盘转动将运动轨迹展示出来，随着圆盘持续转动运动，粉笔在曲线轨迹生成过程会被持续消耗，曲线轨迹会越来越淡直至消失，我们需要一种数学教学用三维空间学习装置来解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种数学教学用三维空间学习装置，具备自动送料，操作简单，不用频繁更换的优点，解决了背景技术提出中的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数学教学用三维空间学习装置，包括用于演示的展示板和齿轮盘一，所述展示板上表面开设有对摆线进行演示的展示窗口，所述展示窗口的内壁与齿轮盘一外轮廓接触部位设置有与齿轮盘一相互啮合的齿牙，所述齿轮盘一靠近展示窗口的一侧开设有通槽，所述通槽内设置有对粉笔进行缓慢推动的送料机构，所述送料机构包括与通槽限位滑动连接的放置板，所述放置板上开设有供粉笔放置的放置孔，所述齿轮盘一上表面靠近通槽一侧固定连接有限位块，所述限位块表面设置开设有通孔并通过该通孔限位转动连接有传动轴，所述传动轴与送料机构传动连接。
5.优选的，所述传动轴外轮廓上开设有轴向对称的花键槽，所述传动轴外轮廓上设置有蜗杆，所述蜗杆的端部开设有通孔一，所述传动轴贯穿通孔一并通过通孔一内壁设置的花键与传动轴外轮廓限位滑动连接，所述放置板外壁位于蜗杆两端固定连接有两个限位板，两个所述限位板表面开设供传动轴限位转动的通孔二，所述放置板外壁靠近蜗杆一侧设置定轴转动的蜗轮，所述蜗轮与蜗杆相互啮合，所述蜗轮表面固定连接有偏心柱，所述齿轮盘一表面位于放置板两侧对称设置有固定架一和固定架二，所述固定架一上设置有连接板，所述连接板上开设有通孔并通过该通孔转动连接有摇杆，所述摇杆远离连接板一端与偏心柱固定连接。
6.优选的，所述摇杆传动连接有对粉笔固定夹持固定装置，所述固定装置包括套设在摇杆连接轴弧型轮廓上的传动皮带，所述固定架一和固定架二均设置有两个，两个所述固定架一和固定架二上开设有通孔并通过该通孔限位转动连接有转动杆一和转动杆二，所述传动皮带远离摇杆连接轴一端套设在转动杆一的弧型轮廓上，所述转动杆一和转动杆二远离传动皮带一端均固定连接齿轮一，所述齿轮一之间相互啮合，所述转动杆一和转动杆二的外轮廓上设置有配合送料机构推送粉笔并对其展开夹持的夹板。
7.优选的，所述齿轮盘一上设置有对粉笔碎屑进行处理的收集机构，所述收集机构
包括与传动轴固定连接的两个同轴设置的曲柄连杆，两个所述曲柄连杆的弧型外轮廓上分别活动连接有活塞杆，所述活塞杆远离曲柄连杆一端设置有安装架，所述安装架内设置有与两个活塞杆配合使用的两个压缩腔。
8.优选的，两个所述曲柄连杆呈上下设置，两个所述压缩腔的进气端和出气端均设置有单向阀，所述两个所述压缩腔的进气端均固定连接有抽气管，所述抽气管贯穿齿轮盘一固定连接有收集盒，所述收集盒表面开设有供粉笔碎屑进入的细小微孔，所述收集盒对称设置在齿轮盘一上且位于放置板的两侧。
9.优选的，所述曲柄连杆传动连接有供传动轴转动的传动机构，所述传动机构包括与齿轮盘一输出轴活动连接的推动杆，所述推动杆表面开合有供齿轮盘一输出轴定轴转动的通孔，所述推动杆靠近齿轮盘一一侧固定连接有齿轮环，所述齿轮盘一输出轴外轮廓靠近齿轮环内壁一侧固定连接有齿轮三，所述曲柄连杆输出轴端部靠近齿轮环内壁一侧固定连接有齿轮二，所述齿轮二分别与齿轮三和齿轮环相互啮合，所述传动轴通过齿轮二与齿轮盘一输出轴传动连接。
10.优选的，所述展示板上设置有推动齿轮盘一转动的驱动机构，所述驱动机构包括位于展示板表面开设的滑动槽，所述滑动槽内设置有与推动杆固定连接的滑块，所述滑块表面开设有通孔并通过该通孔限位滑动连接有导向轨，所述导向轨两端与滑动槽内壁固定连接，所述滑块表面固定连接有便于手动推动推动杆的握杆。
11.优选的，所述驱动机构包括固定安装在展示板一侧的驱动电机，所述驱动电机输出端固定连接有螺杆，所述滑块表面开设有螺纹孔并通过螺纹孔与螺杆螺接，所述驱动电机与外部遥控器通过无线信号电性连接。
12.优选的，所述放置孔设置有不少于四个，四个所述放置孔间隔分布在放置板上。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
14.1、本发明通过送料机构，实现放置板缓慢推动放置孔内的粉笔与展示窗口接触，能够有效解决粉笔在曲线轨迹生成过程会被持续消耗，导致曲线轨迹会越来越淡直至消失的问题；
15.2、本发明通过设置收集盒，粉笔摩擦而产生的碎屑通过收集盒上开设的细小微孔被吸附至收集盒内，有效防止粉笔碎屑进被吸入自人体内，同时解决了碎屑落在展示窗口上影响对曲线的观测；
16.3、本发明通过设置夹持固定装置，实现对粉笔进行适应性夹持，通过在夹板作用下使粉笔受力均匀不易折断，从而频繁更换。
附图说明
17.图1为本发明的立体结构示意图一；
18.图2为本发明的立体结构示意图二；
19.图3为本发明图2中a处放大结构示意图；
20.图4为本发明图2中b处放大结构示意图；
21.图5为本发明送料机构结构示意图一；
22.图6为本发明送料机构结构示意图二；
23.图7为本发明的齿轮盘一结构示意图。
24.图中：1、展示板；2、齿轮盘一；3、展示窗口；4、通槽；5、放置板；6、放置孔；7、限位块；8、传动轴；9、蜗杆；10、通孔一；11、限位板；12、通孔二；13、蜗轮；14、偏心柱；15、固定架一；16、固定架二；17、摇杆；18、传动皮带；19、转动杆一；20、转动杆二；21、齿轮一；22、曲柄连杆；23、活塞杆；24、安装架；25、压缩腔；26、抽气管；27、收集盒；28、推动杆；29、齿轮环；30、齿轮二；31、滑动槽；32、滑块；33、导向轨；34、握杆；35、驱动电机；36、螺杆；37、连接板；38、夹板；39、齿轮三。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例一
27.请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：一种数学教学用三维空间学习装置，包括用于演示的展示板1和齿轮盘一2，展示板1上表面开设有对摆线进行演示的展示窗口3，展示窗口3的内壁与齿轮盘一2外轮廓接触部位设置有与齿轮盘一2相互啮合的齿牙，齿轮盘一2靠近展示窗口3的一侧开设有通槽4，通槽4内设置有对粉笔进行缓慢推动的送料机构，送料机构包括与通槽4限位滑动连接的放置板5，放置板5上开设有供粉笔放置的放置孔6，齿轮盘一2上表面靠近通槽4一侧固定连接有限位块7，限位块7表面设置开设有通孔并通过该通孔限位转动连接有传动轴8，传动轴8与送料机构传动连接。
28.如图4和图5所示，传动轴8外轮廓上开设有轴向对称的花键槽，传动轴8外轮廓上设置有蜗杆9，蜗杆9的端部开设有通孔一10，传动轴8贯穿通孔一10并通过通孔一10内壁设置的花键与传动轴8外轮廓限位滑动连接，放置板5外壁位于蜗杆9两端固定连接有两个限位板11，两个限位板11表面开设供传动轴8限位转动的通孔二12，放置板5外壁靠近蜗杆9一侧设置定轴转动的蜗轮13，蜗轮13与蜗杆9相互啮合，蜗轮13表面固定连接有偏心柱14，齿轮盘一2表面位于放置板5两侧对称设置有固定架一15和固定架二16，固定架一15上设置有连接板37，连接板37上开设有通孔并通过该通孔转动连接有摇杆17，摇杆17远离连接板37一端与偏心柱14固定连接。
29.当传动轴8转动时，通过与蜗杆9相互啮合的蜗轮13进行转动，随着蜗轮13转动，蜗轮13表面的偏心柱14拉动摇杆17，当蜗轮13缓慢转动会对摇杆17产生拉力，在作用力与反作用力的相互作用下，摇杆17对蜗轮13产生拉力，蜗轮13转动会推动蜗杆9沿着传动轴8外轮廓移动，同时摇杆17拉动蜗轮13，使蜗轮13向连接板37处靠近，蜗杆9随着蜗轮13移动而移动始终保持啮合，摇杆17会缓慢拉动位于放置板5上的蜗杆9，使放置板5在通槽4内进行缓慢移动，通过设置送料机构实现放置板5缓慢推动放置孔6内的粉笔与展示窗口3表面接触。
30.如图4、图5和图6所示，摇杆17传动连接有对粉笔固定夹持固定装置，固定装置包括套设在摇杆17连接轴弧型轮廓上的传动皮带18，固定架一15和固定架二16均设置有两个，两个固定架一15和固定架二16上开设有通孔并通过该通孔限位转动连接有转动杆一19和转动杆二20，传动皮带18远离摇杆17连接轴一端套设在转动杆一19的弧型轮廓上，转动
杆一19和转动杆二20远离传动皮带18一端均固定连接齿轮一21，齿轮一21之间相互啮合，转动杆一19和转动杆二20的外轮廓上设置有配合送料机构推送粉笔并对其展开夹持的夹板38。
31.当蜗轮13缓慢转动会对摇杆17产生拉力时，摇杆17连接轴位于连接板37上的一端会发生轻微偏移，摇杆17一端与转动杆一19一端通过传送带传动连接，当摇杆17连接轴发生轻微偏转动时，能够使转动杆一19发生轻微的转动，转动杆一19和转动杆二20远离传动皮带18一端设置的齿轮一21之间相互啮合，转动杆一19转动使转动杆一19和转动杆二20的外轮廓上固定连接的夹板38，随着粉笔进行缓慢移动直径变粗而向外展开，并对粉笔的外轮廓进行夹持，实现对粉笔进行适应性夹持，通过设置夹板38使粉笔受力均匀不易折断，从而频繁更换。
32.如图2和图3所示，齿轮盘一2上设置有对粉笔碎屑进行处理的收集机构，收集机构包括与传动轴8固定连接的两个同轴设置的曲柄连杆22，两个曲柄连杆22的弧型外轮廓上分别活动连接有活塞杆23，活塞杆23远离曲柄连杆22一端设置有安装架24，安装架24内设置有与两个活塞杆23配合使用的两个压缩腔25。
33.当曲柄连杆22进行转动时，能够使曲柄连杆22外轮廓上的活动连接的活塞杆23进行反复运动，两个活塞杆23与压缩腔25进行配合，两个活塞杆23推动两个压缩腔25内的活塞进行反复运动。
34.如图1、图2、图3和图5所示，两个曲柄连杆22呈上下设置，两个压缩腔25的进气端和出气端均设置有单向阀，两个压缩腔25的进气端均固定连接有抽气管26，抽气管26贯穿齿轮盘一2固定连接有收集盒27，收集盒27表面开设有供粉笔碎屑进入的细小微孔，收集盒27对称设置在齿轮盘一2上且位于放置板5的两侧。
35.通过压缩腔25的进气端和出气端均设置有单向阀，通过单向阀配合抽气管26，将收集盒27内气体抽出，使能够使收集盒27内形成负压，粉笔摩擦而产生的碎屑通过收集盒27上开设的细小微孔被吸附至收集盒27内，通过两个曲柄连杆22呈上下设置，能够使收集盒27内始终产生负压，并对掉落的粉笔碎屑进行不间断的收集，通过设置收集盒27能够有效防止粉笔碎屑进被吸入自人体内，同时解决了碎屑落在展示窗口3上影响对曲线的观测。
36.如图1和图7所示，曲柄连杆22传动连接有供传动轴8转动的传动机构，传动机构包括与齿轮盘一2输出轴活动连接的推动杆28，推动杆28表面开合有供齿轮盘一2输出轴定轴转动的通孔，推动杆28靠近齿轮盘一2一侧固定连接有齿轮环29，齿轮盘一2输出轴外轮廓靠近齿轮环29内壁一侧固定连接有齿轮三39，曲柄连杆22输出轴端部靠近齿轮环29内壁一侧固定连接有齿轮二30，齿轮二30分别与齿轮三39和齿轮环29相互啮合，传动轴8通过齿轮二30与齿轮盘一2输出轴传动连接。
37.当齿轮盘一2沿着展示窗口3的内壁上进行转动时，通过齿轮二30分别与齿轮三39和齿轮环29相互啮合构成行星齿轮结构，通过齿轮盘一2输出轴外轮廓与齿轮二30固定连接，齿轮盘一2转动能够使齿轮三39绕着齿轮二30中心进行公转的同时进行自转。
38.如图1和图7所示，展示板1上设置有推动齿轮盘一2转动的驱动机构，驱动机构包括位于展示板1表面开设的滑动槽31，滑动槽31内设置有与推动杆28固定连接的滑块32，滑块32表面开设有通孔并通过该通孔限位滑动连接有导向轨33，导向轨33两端与滑动槽31内壁固定连接，滑块32表面固定连接有便于手动推动推动杆28的握杆34。
39.通过手动拉动握杆34，通过拉动握杆34使滑块32在滑动槽31进行移动，滑块32表面开设有通孔并通过该通孔限位滑动连接有导向轨33，推动杆28随着滑块32移动推动齿轮盘一2沿着展示窗口3的内壁上进行转动，通过设置导向轨33能够使齿轮盘一2移动的更为稳定，最大程度上保障曲线轨迹的准确。
40.实施例二
41.如图1所示，与实施例一基本相同，更进一步的是，驱动机构包括固定安装在展示板1一侧的驱动电机35，驱动电机35输出端固定连接有螺杆36，滑块32表面开设有螺纹孔并通过螺纹孔与螺杆36螺接，驱动电机35与外部遥控器通过无线信号电性连接。
42.教学人员可通过外部控制器直接控制驱动电机35转动，能够使与驱动电机35输出轴固定连接的螺杆36转动，通过滑块32表面开设有螺纹孔并通过螺纹孔与螺杆36螺接，滑块32随着螺杆36的转动在滑动槽31内进行水平方向限位滑动，通过设置驱动电机35和螺杆36，在使用外部遥控器进行对驱动电机35进行遥控，能够自由控制齿轮盘一2的停止和转动，方便教学人员在对曲线轨迹的具体位置进行介绍说明。
43.实施例三
44.如图6和图7所示，与实施例一和实施例二基本相同，更进一步的是，放置孔6设置有不少于四个，四个放置孔6间隔分布在放置板5上。
45.通过放置板5上开设有不少于四个的放置孔6，将不同颜色的粉笔放入至放置孔6内，实现对多条不同半径的摆线运动轨迹进行演示，以便进行对比，从而加深学生对其运动轨迹的的理解。
46.工作原理：该数学教学用三维空间学习装置，使用时将粉笔较细的一端插入放置板5表面的放置孔6内，使较粗的一端位于放置孔6内进行固定，此时较细的一端与展示窗口3的表面相互接触，当教学人员通过外部控制控制驱动电机35转动，能够使与驱动电机35输出轴固定连接的螺杆36转动，通过滑块32表面开设有螺纹孔并通过螺纹孔与螺杆36螺接，滑块32随着螺杆36的转动在滑动槽31内进行水平方向限位滑动，并通过滑块32推动推动杆28上的齿轮盘一2沿着展示窗口3的内壁上进行转动，由于展示窗口3内壁设置的与齿轮盘一2相互啮合的齿牙足够小，此时齿轮盘一2在转动时产生细微震动不会对造成曲线轨迹造成太大的影响，通过设置驱动电机35和螺杆36，在使用外部遥控器进行对驱动电机35进行遥控，能够自由控制齿轮盘一2的停止和转动，方便教学人员在对曲线轨迹的具体位置进行介绍说明。
47.曲线轨迹随着齿轮盘一2持续转动而生成，放置板5上的粉笔与展示窗口3因摩擦而产生的碎屑随之掉落，同时会随着齿轮盘一2转动而带动的空气流动进行飞舞，当齿轮盘一2沿着展示窗口3的内壁上进行转动时，通过齿轮二30分别与齿轮三39和齿轮环29相互啮合构成行星齿轮结构，通过齿轮盘一2输出轴外轮廓与齿轮二30固定连接，随着齿轮盘一2转动能够使齿轮三39绕着齿轮二30中心进行公转的同时进行自转，通过齿轮三39转动能够使与齿轮三39固定连接的曲柄连杆22进行转动，当曲柄连杆22进行转动时能够使曲柄连杆22外轮廓上的活动连接的活塞杆23在压缩腔25内进行反复运动，通过压缩腔25的进气端和出气端均设置有单向阀，通过单向阀配合抽气管26，将收集盒27内气体抽出，使能够使收集盒27内形成负压，粉笔与展示窗口3摩擦而产生的碎屑通过收集盒27上开设的细小微孔被吸附至收集盒27内，通过设置收集盒27能够有效防止飞舞的粉笔碎屑被吸入自人体内，同
时解决了碎屑落在展示窗口3上影响对曲线的观测。
48.通过两个曲柄连杆22呈上下设置，配合安装架24内设置有与两个活塞杆23配合使用的两个压缩腔25，能够使收集盒27内始终产生负压并对掉落的粉笔碎屑进行不间断的收集。
49.随着齿轮盘一2持续转动，粉笔与展示窗口3接触摩擦产生曲线的同时，粉笔会越来越短，由上述所提及的齿轮三39转动能够使与齿轮三39固定连接的曲柄连杆22进行转动，同时能够使与曲柄连杆22固定连接的传动轴8进行转动，通过传动轴8贯穿蜗杆9表面的通孔一10并通过通孔一10内壁设置的花键与传动轴8外轮廓限位滑动连接，蜗杆9转动的同时能够在传动轴8外轮廓上进行轴向的运动，当传动轴8转动时，使传动轴8外轮廓上的蜗杆9转动，通过与蜗杆9相互啮合的蜗轮13进行转动，随着蜗轮13转动，蜗轮13表面的偏心柱14拉动摇杆17移动，同时摇杆17远离偏心柱14的一端发生轻微微转动，如图4和图5所示，当蜗轮13缓慢转动会对摇杆17产生拉力，在作用力与反作用力的相互作用下，摇杆17对蜗轮13产生拉力，蜗轮13转动会推动蜗杆9沿着传动轴8外轮廓移动，同时摇杆17拉动蜗轮13，使蜗轮13向连接板37处靠近，蜗杆9随着蜗轮13移动而移动始终保持啮合，此时由于蜗轮13设置在放置板5外壁上，摇杆17会缓慢拉动放置板5，使放置板5在通槽4内进行缓慢移动，通过设置送料机构实现放置板5缓慢推动放置孔6内的粉笔与展示窗口3接触，能够有效解决粉笔在曲线轨迹生成过程会被持续消耗，导致曲线轨迹会越来越淡直至消失的问题。
50.当蜗轮13缓慢转动会对摇杆17产生拉力，摇杆17连接轴位于连接板37上的一端会发生轻微偏移，通过摇杆17连接轴的弧型轮廓上套设有传动皮带18，传动皮带18另一端套设在转动杆一19的弧型轮廓上，摇杆17连接轴发生轻微偏转动时，能够使转动杆一19发生轻微的转动，转动杆一19和转动杆二20远离传动皮带18一端均固定连接齿轮一21，齿轮一21之间相互啮合，转动杆一19转动使转动杆一19和转动杆二20的外轮廓上固定连接的夹板38均随着粉笔进行缓慢移动向外展开，由上述所提及的使用时将粉笔较细的一端插入放置板5表面的放置孔6内，随着粉笔磨损消耗送料机构对粉笔进行缓慢送料，同时粉笔的外轮廓直径会越来越粗，夹板38随着粉笔进行缓慢移动向外展开，并对粉笔的外轮廓进行夹持，通过设置夹持固定装置，实现对粉笔进行适应性夹持，在夹板38作用下使粉笔受力均匀不易折断，从而频繁更换。
51.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。