有限转动张量演示教具制造技术

有限转动张量演示教具属于科学教育技术领域，弥补高等教育的理论力学等课程缺少有限转动张量这一概念教学用教具的问题。本发明专利技术由三转角确定刚体姿态装置和一轴一角确定刚体姿态装置组成，第一个装置用于给定刚体任意姿态，根据其中的三个转角计算刚体姿态的方向余弦阵，第二个装置用于展示有限张量定义中的转轴和转角，并演示转动前后的刚体姿态，根据转轴和转角计算这个转动的有限转动张量的坐标矩阵，也是刚体姿态的方向余弦阵，通过两个方向余弦阵的数值或观察两个装置中刚体的姿态来验证有限转动张量公式的正确性。来验证有限转动张量公式的正确性。来验证有限转动张量公式的正确性。

【技术实现步骤摘要】
有限转动张量演示教具


[0001]本专利技术属于科学教育
，具体涉及一种用于理论力学教学中有限转动张量这一概念的演示教具。

技术介绍

[0002]有限转动张量是理论力学中描述刚体三维运动的重要概念之一，对其掌握程度直接影响着学生对刚体运动内涵的理解以及后续理论的学习。理解这一概念的困难主要在于：一是以往主要采用理论推导的形式进行讲授，而推导过程涉及大量的矩阵公式计算，比较晦涩难懂；二是没有采用实物直观的形式对其相关应用进行说明。
[0003]近年来，随着科学技术的发展，教学模式也在与时俱进，实验教学备受重视。在教学领域，急需具有先进性的教学用具。为了让学生充分理解所学内容，在相关教学中科学的教具必不可少。大学高等教育中，针对工科学生的《理论力学》、《机械系统动力学》、《多体系统动力学》等课程的教学备受重视，这些课程中都涉及到有限转动张量这一概念的讲授。然而，目前对其进行演示或实验的教具在国内还处于比较缺乏的状态。

技术实现思路

[0004]为填补这一空白，本专利技术为有限转动张量这一概念的教学提供了一种便于课堂演示或实验的教具。
[0005]本专利技术所述一种用于有限转动张量这一概念的演示教具，参阅附图1，包括两个装置：一是，三转角确定刚体姿态装置A(简称三转角装置A)；二是，一轴一角确定刚体姿态装置B(简称轴角装置B)。各装置结构如下所述：
[0006](1)三转角装置A：参阅附图2和附图3，由六面体空心刚体I1、带刻度转台I2、Y轴转动支撑架I3、带刻度转台II4、X轴转动支撑架I5、光轴锁紧座I6、底座I7、菱形带座轴承I8、光轴I9、十字光轴连接块I10、光轴锁紧座II11、带刻度转台III12、光轴II13、菱形带座轴承II14组成。其中，六面体空心刚体I1下表面与带刻度转台I2上表面的工作平台通过螺栓固连，带刻度转台I2下表面与Y轴转动支撑架I3上表面通过螺栓固连，Y轴转动支撑架I3的后表面与带刻度转台III12的安装平面通过螺栓固连，带刻度转台III12的工作平台表面与光轴锁紧座II11的安装面通过螺栓固连，光轴II13插入光轴锁紧座II11的安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴II13穿过十字光轴连接块I10的上安装孔，并通过十字光轴连接块I10的锁紧螺栓使二者固连，光轴II13插入菱形带座轴承II14，并通过菱形带座轴承II14的锁紧螺钉使轴承内圈与光轴II13固连，菱形带座轴承II14的安装面与Y轴转动支撑架I3的前侧面通过螺栓固连，光轴I9穿过十字光轴连接块I10的下安装孔，并通过十字光轴连接块I10的锁紧螺栓使二者固连，光轴I9的右端插入菱形带座轴承I8，并通过菱形带座轴承I8的锁紧螺钉使轴承内圈与光轴I9固连，菱形带座轴承I8的安装面与X轴转动支撑架I5的右侧面通过螺栓固连，光轴I9的左端插入光轴锁紧座I6的安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴锁紧座I6的安装面与带刻度转台II4的工作平台表面通过螺栓固连，带刻度转台II4的
安装面与X轴转动支撑架I5的左侧面通过螺栓固连，X轴转动支撑架I5的底面与底座I7通过螺栓固连。在三转角装置A中，六面体空心刚体I1相对底座I7只有三个转动自由度，即分别绕带刻度转台I2、带刻度转台II4、带刻度转台III12的转轴进行转动。
[0007](2)轴角装置B：参阅附图4、附图5和附图6，由六面体空心刚体II15、带刻度转台IV16、光轴锁紧座III17、带刻度转台V18、X轴转动支撑架II19、光轴锁紧座IV20、T型光轴连接块I21、光轴III22、光轴IV23、菱形带座轴承III24、带刻度转台VI25、X轴转动支撑架III26、菱形带座轴承IV27、光轴VI28、T型光轴连接块II29、光轴锁紧座V30、带刻度转台VII31、光轴锁紧座VI32、光轴V33、带刻度转台VIII34、底座II35组成。其中，六面体空心刚体II15的下表面与带刻度转台IV16的安装面通过螺栓固连，带刻度转台IV16的工作平台表面与光轴锁紧座III17的安装面通过螺栓固连，光轴IV23的上端插入光轴锁紧座III17的安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴IV23的下端插入T型光轴连接块I21的垂向安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴III22穿过T型光轴连接块I21的水平安装孔并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴III22的左端插入光轴锁紧座IV20的安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴III22的右端插入菱形带座轴承III24，并通过菱形带座轴承III24的锁紧螺钉使轴承内圈与光轴III22固连，菱形带座轴承III24的安装面与X轴转动支撑架II19的右侧面通过螺栓固连，光轴锁紧座IV20的安装面与带刻度转台V18的工作平台表面通过螺栓固连，带刻度转台V18的安装面与X轴转动支撑架II19的左侧面通过螺栓固连，X轴转动支撑架II19的底面与带刻度转台VI25的工作平台表面通过螺栓固连，带刻度转台VI25的安装面与X轴转动支撑架III26的上表面通过螺栓固连，X轴转动支撑架III26的左侧面与菱形带座轴承IV27通过螺栓固连，光轴VI28的左端插入菱形带座轴承IV27的安装孔，并通过菱形带座轴承IV27的锁紧螺钉使轴承内圈与光轴VI28固连，光轴VI28穿过T型光轴连接块II29的水平安装孔并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴VI28的右端插入光轴锁紧座V30的安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴锁紧座V30的安装面与带刻度转台VH31的工作平台表面通过螺栓固连，带刻度转台VII31的安装面与X轴转动支撑架III26的右侧面通过螺栓固连，光轴V33的上端插入T型光轴连接块II29的垂向安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴V33的下端插入光轴锁紧座VI32的安装孔内并通过锁紧螺栓锁紧固连，光轴锁紧座VI32的安装面与带刻度转台VIII34的工作平台表面通过螺栓固连，带刻度转台VIII34的安装面与底座II35通过螺栓固连。在轴角装置B中，六面体空心刚体II15相对底座II35只有五个转动自由度，即分别绕带刻度转台IV16、带刻度转台V18、带刻度转台VI25、带刻度转台VII31、带刻度转台VIII34的转轴进行转动。其中，带刻度转台VII31和带刻度转台VIII34的转动用来演示有限转动张量的转轴方向，带刻度转台VI25的转动用来演示绕有限转动张量的转轴的转角，在演示之前，需利用带刻度转台IV16和带刻度转台V18的转动使六面体空心刚体II15回到初始姿态。
[0008]本专利技术的工作原理：
[0009]相比于传统的利用公式推导的方式得到有限转动张量的坐标矩阵，本专利技术采用两个装置以实物直观的形式进行演示和验证。本专利技术的两个装置的设计依据是：有限转动张量的坐标矩阵是转动前后两个姿态的连体基的方向余弦阵。即，如果用其他方式获得了刚体任意转动前后的方向余弦阵(例如用三次转动的方式)，与用转轴和转角计算得到的有限转动张量的坐标矩阵，数值一致，则既能证明有限转动张量的计算公式的正确性，又能说明
有限转动张量可以表示任意姿态，同时实物直观地展示了有限转动张量计算中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有限转动张量演示教具，其特征在于由三转角确定刚体姿态装置(A)和一轴一角确定刚体姿态装置(B)组成，通过两个装置中刚体的姿态和计算得到的方向余弦阵来验证有限转动张量公式的正确性，其中：三转角确定刚体姿态装置(A)由六面体空心刚体I(1)、带刻度转台I(2)、Y轴转动支撑架I(3)、带刻度转台II(4)、X轴转动支撑架I(5)、光轴锁紧座I(6)、底座I(7)、菱形带座轴承I(8)、光轴I(9)、十字光轴连接块I(10)、光轴锁紧座II1(11)、带刻度转台III(12)、光轴II(13)、菱形带座轴承II(14)组成；一轴一角确定刚体姿态装置(B)由六面体空心刚体II(15)、带刻度转台IV(16)、光轴锁紧座III(17)、带刻度转台V(18)、X轴转动支撑架II(19)、光轴锁紧座IV(20)、T型光轴连接块I(21)、光轴III(22)、光轴IV(23)、菱形带座轴承III(24)、带刻度转台VI(25)、X轴转动支撑架III(26)、菱形带座轴承IV(27)、光轴VI(28)、T型光轴连接块II(29)、光轴锁紧座V(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉鑫，王超飞，杨彬，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：