一种可显示轴力的组装式力学教具构件制造技术

本发明专利技术公开了一种可显示轴力的组装式力学教具构件，由主体结构、推拉滑杆、复位弹簧和弹性连接环组成；所述的主体结构的两端分别通过复位弹簧和弹性连接环与推拉滑杆的两端相连；所述的主体结构由透明外壳和环形内撑组成，在环形内撑之间的位置形成观察窗；所述的推拉滑杆由端头、显色部分和限位杆组成，显色部分上周期性分布着环形无色带、①色环形反光涂层带和②色环形反光涂层带。在光源照射下，当构件受轴力作用时，主体结构和推拉滑杆发生相对移动，环形反光涂层带移动到观察窗的位置，经观察窗反射出其颜色；观察构件的颜色及明亮程度，判断轴力方向和大小。

A Composite Mechanics Teaching Aid Component Displaying Axis Force

The invention discloses an assembled mechanical teaching aid component which can display the axial force, which is composed of a main structure, a push-pull slider, a reset spring and an elastic connecting ring; the two ends of the main structure are connected with the two ends of the push-pull slider through a reset spring and an elastic connecting ring respectively; the main structure is composed of a transparent shell and an annular inner brace, forming an outlook on the position between the annular inner braces. The push-pull slider is composed of an end, a color developing part and a limit rod. The color developing part is periodically distributed with ring colorless bands, a color ring reflective coating band and a color ring reflective coating band. Under the illumination of light source, when the component is subjected to the action of axial force, the main structure and push-pull slider move relatively, and the annular reflective coating belt moves to the position of the observation window, reflecting its color through the observation window; observing the color and brightness of the component, judging the direction and size of the axial force.

【技术实现步骤摘要】
一种可显示轴力的组装式力学教具构件
本专利技术涉及教学用具领域，具体是一种可显示轴力的组装式力学教具构件。
技术介绍
生活中用到力学知识的地方无处不在，然而物体受力状态很难直观感知。多数高校都开设结构力学、材料力学和理论力学等课程，这些课程是多数理工学科的专业基础课，但是对于学生来说力学课程抽象、难理解，而借助教具可使抽象的力学知识变得直观形象，帮助学生加深对力学知识的理解。中国专利技术专利CN201810316796.X公开了一种结构力学教具，包括受力部件、弹性连接环和支座，观察施加荷载后的受力部件形变状态。此专利技术结构较为简单，但是无法直观展示结构所受的轴力。中国专利技术专利CN201510783859.9公开了一种便携组装式理论力学教具，整个装置安装在手提式的箱体内，教师可按照拼装方法示意图拼装教具通用件。此专利技术结构复杂，造价高并不适用于大范围推广，也不能直观展示结构所受轴力。总体上，目前针对教学用的力学教具较少，而且没有一种既经济又能直观展示轴力的教具，难以进行广泛的生活科普以及有效的力学课程教学。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种可显示轴力的组装式力学教具构件，能够满足生活科普和力学课程教学的需要，让人们直观感知物体受轴力的状态，有助于学生对力学知识的理解。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可显示轴力的组装式力学教具构件，其特征在于：由主体结构、推拉滑杆、复位弹簧和弹性连接环组成。所述的推拉滑杆的显色部分插入到主体结构内腔中，推拉滑杆的插入端端面通过复位弹簧和主体结构封底端的底部连接，推拉滑杆的推进端通过弹性连接环和主体结构的开口端连接。构件的两端施加轴力，主体结构和推拉滑杆发生相对移动，在外部光源的照射下，构件可显示不同的颜色及明亮程度，来表示构件所受轴力的方向和大小；撤去轴力后，在复位弹簧的作用下，主体结构和推拉滑杆恢复到初始相对位置，颜色消失。所述的主体结构由圆桶形的透明外壳和环形内撑组成。所述的环形内撑间隔嵌套在透明外壳内壁上，在环形内撑之间的位置形成观察窗。进一步的，所述的透明外壳是由透明轻质材料制成的圆桶形结构，具有较好的透光性，且透明外壳的封底端圆柱面外侧有一段螺纹。进一步的，所述的环形内撑是由不透光弹性材料制成的环形带状结构，其外径等于透明外壳的内径。所述的推拉滑杆由端头、显色部分和限位杆组成。所述的端头和显色部分均是圆柱形，两者同轴心，端头的直径与透明外壳的外径相同，显色部分插入到主体结构内腔中，且直径与环形内撑的内径相同；所述的限位杆一端固定在推拉滑杆插入端端面，另一端向外弯折90度。进一步的，所述的端头的圆柱面外侧设有螺纹。进一步的，所述的显色部分的圆柱面外侧周期性分布着环形无色带、①色环形反光涂层带和②色环形反光涂层带；所述的环形无色带的宽度和观察窗的宽度相同；所述的①色环形反光涂层带和②色环形反光涂层带的宽度之和等于环形内撑的宽度；所述的①色、②色是不相同的颜色，如①色可为红色、②色可为绿色。进一步的，所述的限位杆由直杆段和弯折段组成，且限位杆与主体结构底部的距离不大于②色环形反光涂层带的宽度。所述的弯折段在所处的圆形横截面中沿直径向外，其长度大于限位杆固定端与环形内撑的距离，弯折段与推拉滑杆插入端端面距离不大于①色环形反光涂层带的宽度。所述的复位弹簧位于主体结构的内部，一端固定在主体结构封底端的底部圆心处，另一端固定在推拉滑杆插入端端面圆心处。所述的弹性连接环是由弹性材料制成的环形带状部件，其外径与端头的直径相同，弹性连接环连接推拉滑杆的推把端和主体结构的开口端。进一步的，所述的复位弹簧和弹性连接环，在构件受力过程中发生的变形均为弹性变形。当构件处于初始状态，即复位弹簧和弹性连接环均处于不受力状态，①色环形反光涂层带和②色环形反光涂层带均位于环形内撑的内部；当构件受压力时，主体结构和推拉滑杆发生相对移动，构件总体缩短，复位弹簧和弹性连接环均压缩，此时，只有②色环形反光涂层带移动到观察窗的位置，在光源照射下，反射出②色，经观察窗向外传出，构件呈现②色，构件受到的压力越大，②色环形反光涂层带移动到观察窗的位置面积越大，经光源照射形成的反射面越大，构件显示的②色越亮；当构件受拉力时，①色环形反光涂层带移动到观察窗的位置，经光源照射，反射出①色，经观察窗向外传出，构件呈①色，拉力越大，构件显示的①色越亮。构件两端的螺纹与螺帽式铰接接头相匹配，可通过螺帽式铰接接头相互连接，并安装在底座上，组装成不同的力学模型（平面或者空间）；所述的底座上根据模型需要安装螺帽接头。本专利技术一种可显示轴力的组装式力学教具构件，使用方法具体包括以下步骤：（1）组装模型，将各个构件和螺帽式铰接接头组装成演示所需的模型，安装在底座的螺帽接头上；（2）在观察者的方向上设置一个正对着模型的光源；（3）根据演示需要，在模型的相应节点处施加外荷载；（4）观察各个构件的颜色及明亮程度，分别判断各构件所受轴力的方向和大小：①色表示构件轴向受拉，②色表示构件轴向受压，且颜色越亮表明轴力值越大。本专利技术一种可显示轴力的组装式力学教具构件，其特点为：（1）构件所需的各部分加工方便、成本低，构件的结构简单、装配简易；（2）构件的体积小，方便携带；（3）构件可组装成不同的力学模型，方便教学；（4）构件可直观的显示构件所受轴力的方向和大小。附图说明为了更清楚的说明本专利技术或现有技术方案，下面将对本专利技术或现有技术方案描述中所需要使用的附图进行介绍。图1为本专利技术的立体透视图；图2为本专利技术的受压示意图；图3为本专利技术的铰接例图。图例说明：1-端头；2-透明外壳；3-复位弹簧；4-弹性连接环；5-环形内撑；6-1-①色环形反光涂层带；6-2-②色环形反光涂层带；7-观察窗；8-限位杆；9-螺帽式铰接接头；10-螺帽接头；11-底座。具体实施方式本专利技术提供一种可显示轴力的组装式力学教具构件，为使本专利技术的目的、技术方案更加清楚、明确，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。如图1所示，本专利技术一种可显示轴力的组装式力学教具构件，其特征在于：由主体结构、推拉滑杆、复位弹簧3和弹性连接环4组成。所述的推拉滑杆的显色部分插入到主体结构内腔中，推拉滑杆的插入端端面通过复位弹簧3和主体结构封底端的底部连接，推拉滑杆的推进端通过弹性连接环4和主体结构的开口端连接。构件的两端施加轴力，主体结构和推拉滑杆发生相对移动，在外部光源的照射下，构件可显示不同的颜色及明亮程度，来表示构件所受轴力的方向和大小；撤去轴力后，在复位弹簧3的作用下，主体结构和推拉滑杆恢复到初始相对位置，颜色消失。所述的主体结构由圆桶形的透明外壳2和环形内撑5组成。所述的环形内撑5间隔嵌套在透明外壳2内壁上，在环形内撑5之间的位置形成观察窗7。进一步的，所述的透明外壳2是由透明轻质材料制成的圆桶形结构，具有较好的透光性，且透明外壳2的封底端圆柱面外侧有一段长度为2cm的螺纹。进一步的，所述的环形内撑5是由不透光弹性材料制成的环形带状结构，其外径等于透明外壳2的内径。所述的推拉滑杆由端头1、显色部分和限位杆8组成。所述的端头1和显色部分均是圆柱形，两者同轴心，端头1的直径与透明外壳2的外径相同，显色部分插入到主体结构内腔中，且直径与环形内撑5的内径相同；所述的限位杆8一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可显示轴力的组装式力学教具构件，其特征在于：由主体结构、推拉滑杆、复位弹簧和弹性连接环组成；所述的主体结构由圆桶形的透明外壳和环形内撑组成；所述的推拉滑杆由端头、显色部分和限位杆组成。

【技术特征摘要】
1.一种可显示轴力的组装式力学教具构件，其特征在于：由主体结构、推拉滑杆、复位弹簧和弹性连接环组成；所述的主体结构由圆桶形的透明外壳和环形内撑组成；所述的推拉滑杆由端头、显色部分和限位杆组成。2.如权利要求1所述的一种可显示轴力的组装式力学教具构件，其特征在于：所述的推拉滑杆的显色部分插入到主体结构及弹性连接环构成的桶形结构内腔中，推拉滑杆的插入端端面通过复位弹簧和主体结构封底端的底部连接，推拉滑杆的推进端通过弹性连接环和主体结构的开口端连接；所述的环形内撑间隔嵌套在透明外壳内壁上，在环形内撑之间的位置形成观察窗。3.如权利要求1所述的一种可显示轴力的组装式力学教具构件，其特征在于：所述的环形内撑是由不透光弹性材料制成的环形带状结构，其外径等于透明外壳的内径；所述的端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李为腾，李元振，杨秀章，李秀明，管清升，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37