Модель для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью — SU 1755317 (original) (raw)

(71) Белорусский политехнический ин(56) Авторское свидетельство СССРМ 4702221, кл. С 09 В 23/04, 1989.(54) МОДЕЛЪ ДЛЯ ИМИТАЦИИ ЛИНИЧЕНИЯ ЗАМКНУТОЙ ПОВЕРХНОСТИСКОСТЪЮ(57) Использование, учебные модели ичертательной геометрии, стереометтехническому черчению. Устройстводает повышенной наглядностью, таимитирует исключительно линию плосечения поверхности. Сущность иэоб ститут мани И СЕ- ПЛОо нарии и облак как ского ретеИзобретение относится к учебным моделям по начертательной геометрии, стереометрии и техническому черчению.Известна учебная модель, представляющая собой тонкостенный сосуд в форме замкнутой геометрической поверхности, частично заполненный окрашенной жидкость о, имитирующий своей свободной поверхностью сечения и снабженный резервным сосудом с краном для регулирования уровня жидкости,Недостатком устройства является громоздкость и неудобство пользования. У преподавателя, осуществляющего демонстрацию, модель занимает обе руки. Кроме того, она имитирует не линию сечения поверхности плоскостью, а само плоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ния: полости сосуда, имитирующего своей формой геометрическую поверхность, сообщены с полостями внутри сосуда, расположенными по обе стороны поршня, двумя каналами, выходные сечения которых расположены по одну сторонупоршня, но по разные стороны полости, Масса поршня превышает массу жидкости, находящейся в полостях сосуда, причем объем этой жидкости равен или больше обьема межстенной полости, но меньше объема внутренней цилиндрической полости, не занятой поршнем. Имеется также запорный клапан для эапирания жидкости во внутренней полости. Внутренняя стенка выполнена непрозрачной, а жидкость окрашейа в яркий цвет для большей наглядности. 2 э.п, ф-лы, 6 ил,ское сечение геометрического тела, ограниченного этой поверхностью.Известна другая учебная модель, выполненная в видедвухстенного прозрачного сосуда в форме замкнутой геометрической поверхности, частично заполненного затвердевающей при комнатной температуре окрашенной жидкостью, причем пространство между стенками сосуда также заполнено жидкостью, но прозрачной,Эта модель также предназначена для имитации не линии на поверхности как плоской кривой, а целиком плоского сечения геометрического тела, ограниченного этой поверхностью, т,е. решает прямо несколько иную задачу и только косвенно - линию сечения поверхности плоскостью. Она такжене предназначена для регулирования уровня жидкости в сосуде и поэтому не в состоянии имитировать всевозможные сечения и ограничивающие их линии, И то, и другое снижает наглядность модели, как средства демонстрации линии сечения.Цель изобретения - повышение наглядности модели при демонстрации линии сечения замкнутой геометрической поверхности плоскостью.Поставленная цель достигается тем, что в модели для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью, выполненной в виде двухстенного сосуда, узкая замкнутая поверхность между стенками которого имеет форму имитируемой геометрической поверхности, содержащего во внутренней полости окрашенную жидкость, она имеетустановленный во внутренней полости сосуда поршень, герметично разделяющий полость на два отсека, расположенных по обе стороны поршня и сообщенных с полостью между стенками сосуда так, что выходные сечения обоих каналов, осуществляющих зто сообщение, расположены по одну сторону поршня, мас, са поршня превышает массу жидкости, объем которой больше или равен объемуполости между стенками сосуда, но меньшесуммарного обьема отсеков пневмогидравлического цилиндра, 4 один из каналов снабжен запорным клапаном. Кроме того, внешняя стенка сосуда выполнена тонкой и прозрачной, а внутренняя - непрозрачной, причем непрозрачной выполнена и жидкость, имея окраску более яркую, чем непрозрачная стенка сосуда.На фиг,1 изображена модель, имитирующая поверхность кругового конуса, в разрезе главной меридиальной плоскостьюпри горизонтальном положейии оси вращения поверхности; на фиг,2 - то же, при вертикальном положении оси вращения; на фиг.3 - узел на фиг.2, фрагмент модели в области запорного клапана; на фиг,4 - узел Н на фиг.2, фрагмент модели в области выходных сечений каналов, осуществляющихсообщение полостей модели; на фиг.5 - принцип работы модели при измененииуровня жидкости в полости, имитирующей геометрическую поверхность; на фиг,б - вариант дальнейшего развития конструкциимодели в свете ее отличительных признаков.Модель для демонстрации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью выполнена в виде двухстенного сосуда, узкаязамкнутая полость 1 между стенками 2 и 3 которого имеет форму имитируемой геомет 5 10 15 20 25 30 35 рической поверхности, в частности кругового конуса, В ешняя стенка 2 сосуда выполнена тонкой и прозрачной. Внутренняя стенка 3, толщина которой не имеет значения, выполнена из непрозрачного материала или ее поверхность, обращенная в полость 1, покрыта непрозрачной пленкой (окрашена). Расстояние между стенками сосуда мало и определяется в зависимости от вязкости жидкости, которая находится в сосуде, т.е. зазор не должен вызывать значительный капиллярный эффект, чтобы не препятствовать перетеканию жидкости в полости 1. Полость 1 является внешней по отношению к полости 4, заполненной жидкостью и расположенной внутри сосуда. Внутренняя полость 4 выполнена в виде пневмогидравлического цилиндра с поршнем 5, который отсекает от нее полость 6. Поршень герметично уплотнен в цилиндре уплотнителями 7 и 8, не препятствующими, впрочем, его осевому свободному, легкому перемещению. Поскольку речь идет о пневмогидравлическом цилиндре, то подвижное уплотнение поршня не пропускает из полости в полость не только жидкость, но и воздух, также находящийся в сосуде, Полости 4 и 6, находящиеся по обе стороны поршня 5, сообщены с полостью 1 между стенками сосуда, причем выходные сечения 9 и 10 каналов, осуществляющих это сообщение, расположены по одну сторону поршня у самой вершины сосуда, но по разные стороны полости 6. Канал, содержащий сечение 10,сообщен с верхней полостью 6 цилиндра непосредственно, а канал, содержащий сечение 9, сообщен с нижней полостью 4 цилиндра посредством вертикальной трубки 40 11 с отверстием 12 у днища этой полости.Трубка установлена соосно поршню 5 и оси 13 вращения цилиндрической поверхности кругового конуса. Упомянутое отверстие снабжено запорным подпружиненным кла паном 14, нажимная головка 15 которого находится снаружи модели. При этом канал, содержащий выходное сечение 10 выполнен в виде капилляра, т.е. таким узким, что, пропуская воздух, препятствует свободно му (при отсутствии избыточного давления)перетеканию жидкости в полость 6 за счет капиллярного эффекта. Объем жидкости в сосуде равен или превышает обьем полости 1, но меньше суммарного обьема полостей 55 4 и 6, не занятого поршнем 5. Масса поршняпревышает массу жидкости. Жидкость выполнена непрозрачной, но окраска ее яркая по сравнению с цветом поверхности непрозрачной внутренней стенки 3 сосуда.На фиг.6 приведен фрагмент моделидля демонстрации линии сечения замкнутойповерхности плоскостью, в которой вместо При открытом запорном клапане 14, т,е. выполнения канала для перетекания воз- когда воздействие на егонажимнуюголовку душной среды в виде капилляра, исключаю отсутствует (фиг.1 и 2), обе полости 4 и 6 щего перетекание жидкости за счет ее сообщены с внешней межстенной полостью поверхностного натяжения, обеспечено за 1. Уровни жидкости в, полостях при этом пирание этого канала. С этой целью трубка зависят от положения поршня 5 и модели в 16 для сообщения внутренней подпоршне- целом. Если ось 13 вращения имитируемой вой полости сосуда с внешней полостью межстеннойполостью 1 геометрическойпомежстенного пространства установлена с верхности горизонтальна;-то"поршень мовозможностью осевого перемещения, снаб жет занимать любое положение и уровни жена нажимной головкой, расположенной жидкости в полостях 4 и 1 также могут быть на ее выведенном наружу глухом конце и любыми, Так, если поршень 5 смещен в подпружиненавегонаправлении. Пружина крайнее положение к вершине конуса 17 опирается непосредственно на головку и (фиг 1), то вся жидкость находится в полости основание 18 конуса. Герметизацию поло 4, и имитация линии сечения не производитстей конуса от окружающей среды осущест-" ся, В такое крайнее положение поршень 5 вляют уплотнительные кольца 19 и 20, под . может быть переведен, если модель предвакоторые на трубке выполнены проточки. рительноповернуть вершинойвниз. Созда- Верхний конецтрубки 16 насажен на цилин- ваемое при перемещении- к"-вершине дрический отросток 21 в верхней части внут поршня разряжение в полости 4 обеспечит ренней полости сосуда. Место сопряжения засасывание в нее практически всей жидкогерметизировано уплотнительным кольцом сти из полости 1 (останется ее незначитель, чтобы исключить сообщение подпорш- ное количество, расположенное ниже невой и надпоршневой частей внутреннейпроходного сечения 9 в этом положении мополости. В нижней части трубки выполнены 25 дели), Взамен жидкости в полость .1 поршотверстия 23 и кольцевая проточка 24 для нем будет вытолкнут воздухиз сообщения ее через радиальные отверстия. предпоршневой полости 6.25, выполненные между уплотнительными- Затем нажимают на головку 15 запорнокольцами 19 и 20 в приливе 26 внутреннейго клапана и поворачивают модель верши- стенки,с подпоршневой частью внутренней 30 ной вверх. Жидкость в полости 1 при этом полости сосуда. Благодаря тому, что в отро- по-прежнему будет практически отсутствостке 21, на который трубка насажена своим вать. Отпускают головку 15 клапана. Этот верхним концом, имеется осевое отверстие момент изображен на фиг,2, когда клапан 27, сообщенное наклонным отверстием с отпущен, а поршень под действием силы. полостью межстенного пространства; по тяжести еще не чспел опуститься, Однако следняя сообщается и с подпоршневой постепенно поршень станет опускаться,вы-".внутренней полостью. В положении трубки тесняя жидкость из полости 4 по трубке 11 16, когда она занимает крайнее нижнее по-. в полость 1. Возрастающий при этом объем ложение, будучи поджатой своим кольце- полости 6 станет заполняться вытесняемым вым выступом 28 к торцу прилива 26 40 из полости 1 воздухом."Благодаря тому, что пружиной 17, смежстенным пространствомвыходные сечения 9 и.10 каналов для лере-, сообщена не только подпоршневая, но и текания жидкой и воздушной сред располонадпоршневая полость, Сообщение над- жены по разные стороны полостй 6, поршневой полости осуществлено через ци-попадание жидкости из полости 4 в полость линдрическую торцовую проточку 29 у 45 6 исключается. Жидкость стекает по левой основания отростка 21. Оба диаметра этой стороне внутренйей стенки 3 сосуда, а возпроточки точно соответствуют внутреннему"- дух йеремещается по ее правой стороне; По и внешнему диаметрам верхнегоконца тру- мере опускания поршня 5 обучаемые будут бок, обеспечивая скользящую посадку. Кро- видеть, как в полости 1 повышается уровень ме того, герметичному запиранию проточки 50 жидкости, поскольку внешняя стенка 2 вы при вдвигании в нее верхнего конца труб- полнена прозрачной, Свободная поверхки способствует уплотнительное кольцо 30, ность жидкости между стейками 2 и 3 расположенное в канавке со стороны внеш-имитирует собой линйю сечения геометриней поверхности трубки ческой поверхности плоскостью именно лВ остальной части устройство модели 55 нию, поскольку расстояние между стенками по второму варианту аналогично первому, минимально, В некотором положении уроимея большинство общих позиций на конст- вень жидкости может быть зафиксирован руктивные элементы. нажатием на головку 15 клапана (фиг.5),Работа устройства при демонстрации Дальше приступают к дейойстрации"размодели заключается в следующем.личных форм линий сечения, которые зави-;сят от положения сосуда в вертикальной плоскости. В положении, как на фиг.5, линия сеченил представляет собой окружность, что получается, когда секущал плоскость перпендикулярна оси вращения поверхно сти, Наклонная модель демонстрирует, какокружность превращается в эллипс, что соответствует случаю, когда секущая плоскость пересекает обе крайние образующие имитируемой поверхности (конической).Продолжал наклон; показывают, что эллипс вдруг превращается в параболу, когда верхняя образующая поверхности займет горизонтальное положение, т,е. окажетсяпараллельной воображаемой секущей плоскости. И, наконец, в горизонтальном положении оси вращения поверхности демонстрируют гиперболу, имеющую место при рассечении поверхности конуса плоскостью, параллельной этой оси. Когда модель находилась в наклонном положении, то, отпускал на время клапан 14, можно продемонстрировать изменение размеров эллипса или параболы в зависимости от положения по высоте воображаемой секущей плоскости.В горизонтальном же положении модели груз не в состоянии перемещаться под действием силы тяжести,. поэтому изменение уровня жидкости может производиться только при наклоне модели при открытом клапане с последующим вращением в горизонтальное положение. Этим можно показать, как гипербола, постепенно заостряясь, распалась на две линии, что соответствует демонстрации сечения поверхности меридиальной плоскостью. В общем модель в состоянии продемонстрировать все возможные линии сечения замкнутой геометрической поверхности плоскостью.Коническая поверхность принята в качестве примера как обладающая наибольшим количеством характерных линий сечения, хотя на таком принципе может быть основана демонстрация любой геометрической поверхности, а также поверхности любой детали,Что касается варианта модели на фиг,б,то принципиальных отличий в работе она не имеет. В ней также уровень жидкости во внешнем сосуде меняется за счет перемещения массивного поршня во внутренней цилиндрической полости. Масса поршня, значительно превышая массу вытесняемой им жидкости, обеспечивает повышение уровня жидкости во внешнем сосуде почти до самого верха (до выходных сечений сообщающихся каналов), т,е. модель в состоянии имитйровать линию сечения практически в любом месте поверхности (от основания до20 25 так обучаемые сразу видят линию. Это осо 30. бенно будет наглядно, если жидкость двух 35 40 внутренней полости окрашенную жидкость, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения наглядности, она имеет установленный во внутренней полости сосуда 45 поршень, герметично разделяющий полостьна два отсека, расположенных по обе стороны поршня и сообщенных с полостью между стенками сосуда так, что выходные сечения обоих каналов, осуществляющих это сооб= 50 щение, расположены по одну сторону поршня, масса поршня превышает массу жидкости, объем которой больше или равен объему полости между стенками сосуда, но меньше суммарного объема отсеков пнев 5 10 15 вершины), что является ее преимуществом, особенно если учесть, что для этого не требуется внешний резервный сосуд, ухудшающий наглядность и удобство пользования моделью,В представленном на фиг.б варианте конструкции модели обеспечиваетсл перекрытие обоих каналов - и жидкостного, и воздушнОго. Поэтому воздушный канал может не выполняться в виде капилляра, как в . первой модели. При нажатии на головку оба канала запираютсл, попадание жидкости в надпоршневую полость исключаетсл, какое бы положение модели не придавалось. В первом варианте этому препятствует поверхностное натяжение жидкости в капилляре, что зависит от диаметра сечения капилляра и характеристики жидкости (вязкости и других); По второму варианту модели эти особенности значения не имеют. Таким образом, достоинством модели является имитация не формы плоского сечения, а формы толысо линии сечения, что необходимо при изучении поверхностей. Первое необходимо при изучении геометрических и других тел и поэтому также полезно, но несколько не подходит при изучении сечений поверхности, т.е. менее наглядно. Аф компонентна. Незначительное количество легкой яркой жидкости на поверхности основания еще больше усилит наглядность. Формула изобретения1. Модель для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью, выполненная в виде двухстенного сосуда, узкал замкнутая полость между стенками которого имеет форму имитируемой геометрической поверхности, содержащего во могидравлического цилиндра, а один из ка-, налов снабжен запорным клапаном.2. Модель по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что внешнля стенка сосуда выполнена тонкой и прозрачной, а внутреннял - непрозрачной, причем непрозрачной выполнена и жидкость, имея окраску более яркую,чем непрозрачная стенка сосуда. 3. Модель по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что запорным клапаном снабжен и второй канал,1755317 Составитель П.ЗеленыйТехред М,Моргентал Корректор А.Осауле Редактор Э.Слига роизводственно-издательский комбинат "Патвнт", г. Ужгород, ул.Гагарин аказ 2896 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 Й

Смотреть

Модель для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью