刚体定点转动瞬心、极迹、瞬轴、极面动态关系演示教具，它涉及物理教学中刚体力学内容的一种演示教具。本发明专利技术各本体极迹（２－３－１）、（２－３－２）分别相对各空间极迹（４－１）、（４－２）相切滚动，各速度垂线器（３）分别在正交的左滑板（１－１）和右滑板（１－２）上滑动，各速度垂线（３－１－１）、（３－１－２）分别垂直于各速度垂线器（３）的速度方向在各本体极迹和各空间极迹的切点处相交并滑动表示各动态瞬心（３－１－３），各高度处动态瞬心的连线表示动态瞬轴（３－１－４）。本体极面（２－４）相对空间极面（５）滚动并相切于瞬轴。本发明专利技术具有设计新颖，结构清晰，能够生动形象地演示瞬心、本体极迹、空间极迹、瞬轴方向、本体极面，空间极面之间的三维空间位置动态关系的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及物理教学中刚体力学内容的一种演示教具。
技术介绍
刚体定点转动是刚体力学中的重点难点内容，为描述刚体转动引入了瞬心、极迹、瞬轴、极面的概念，这些点、线、面在描述刚体定点转动中具有很重要作用，但它们都是看不见摸不到靠想像来描述理解的，因而这些概念很抽像难懂。瞬心和极迹概念是瞬轴和极面概念的基础，它们之间存在着内在联系，因而建立一个描述瞬心、极迹、瞬轴、极面之间相互空间动态关系的形像化空间结构模型并且用教具生动形像的将其演示出来对于理解好这些概念和描述刚体定点转动具有重要意义。在2001年第2期《物理实验》中介绍的“刚体转动瞬心极迹动态关系的演示教具”只能演示刚体平面平行运动时瞬心和极迹的二维动态关系而不能演示刚体定点转动时瞬心和极迹的三维空间位置动态关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是研制一种刚体定点转动瞬心、极迹、瞬轴、极面动态关系演示教具，它具有设计新颖、空间结构关系清晰简明、传动关系谐调灵活易于演示操作、化抽象为形象，能够同时生动地演示瞬心、本体极迹、空间极迹、瞬轴方向、本体极面、空间极面之间的三维空间位置动态关系的特点。本专利技术包含三维滑板1、刚体转子2、速度垂线器3、空间极迹4、空间极面5；三维滑板1由左滑板1-1、右滑板1-2、底板1-3组成，左滑板1-1与右滑板1-2两平面正交固定在一起，底板1-3与左滑板1-1和右滑板1-2正交固定在一起，在左滑板1-1与右滑板1-2交角处的底板1-3上设有锥形小坑1-3-1；刚体转子2是正交横截面为半椭圆的半锥体，由左轴杆2-1、右轴杆2-2、至少两个本体极迹即上本体极迹2-3-1、下本体极迹2-3-2、直杆2-5-1、直线2-5-2组成，上本体极迹2-3-1的两端分别固定在左轴杆2-1和右轴杆2-2的上部，下本体极迹2-3-2设置在上本体极迹2-3-1的下方其两端分别固定在左轴杆2-1和右轴杆2-2上，直杆2-5-1的上端固定在上本体极迹2-3-1的下侧，直杆2-5-1的下端悬空，左轴杆2-1和右轴杆2-2设置在半锥体两侧相交成V形的两条母线上，左轴杆2-1和右轴杆2-2下部的交点是其半锥体顶点2-1-2，直线2-5-2的上端固定在下本体极迹2-3-2的下侧，直线2-5-2的下端固定在半锥体顶点2-1-2上，直杆2-5-1和直线2-5-2上下对应在刚体转子2半锥面的同一条锥面母线上，上本体极迹2-3-1和下本体极迹2-3-2是与刚体转子2半锥体锥轴相交的平面截面或曲面截面的边缘曲线形状，由上本体极迹2-3-1、下本体极迹2-3-2、直杆2-5-1、直线2-5-2、半锥体顶点2-1-2构成的刚体转子2的半锥面形成本体极面2-4。速度垂线器3由速度垂线3-1、刚性薄平板3-2、套管3-3、轴杆3-4、U形架3-5、轴套3-6组成，套管3-3外表面固定在刚性薄平板3-2上，套管3-3的两侧分别固定有轴杆3-4，平板3-2与套管3-3的中心轴线和轴杆3-4都平行且套管3-3的中心轴线垂直于轴杆3-4，两轴套3-6分别设置在U形架3-5内侧两端处，两个轴杆3-4的外端与U形架3-5上的两个轴套3-6转动连接，速度垂线3-1固定在U形架3-5的下端保持与轴杆3-4垂直；空间极迹4由至少两条空间极迹即A空间极迹4-1、B空间极迹4-2组成；A空间极迹4-1和B空间极迹4-2分别与上本体极迹2-3-1和下本体极迹2-3-2的位置和形状相对应，A空间极迹4-1的左端固定在左滑板1-1上，A空间极迹4-1的右端固定在右滑板1-2上，B空间极迹4-2设在A空间极迹4-1的下方，B空间极迹4-2的左端固定在左滑板1-1上，B空间极迹4-2的右端固定在右滑板1-2上；空间极面5为部分锥形，由空间极迹4、E直杆5-1-1、F直线5-1-2、锥形小坑1-3-1形成，E直杆5-1-1的上端固定在A空间极迹4-1的下侧，E直杆5-1-1的下端悬空，F直线5-1-2的上端固定在B空间极迹4-2的下侧，F直线5-1-2的下端固定在锥形空间极面5的顶点处底板1-3上的锥形小坑1-3-1上，E直杆5-1-1和F直线5-1-2上下对应在空间极面5的同一条锥面母线上；刚体转子2设置在空间极面5及左滑板1-1和右滑板1-2围成的空间内，刚体转子2的半锥体顶点2-1-2置于底板1-3上的锥形小坑1-3-1内作为转动定点，各速度垂线器3通过它的套管3-3分别套在上本体极迹2-3-1和下本体极迹2-3-2之上两端处的左轴杆2-1和右轴杆2-2上并与其转动连接，套在左轴杆2-1上的速度垂线器3上的速度垂线3-1为左速度垂线3-1-1，套在右轴杆2-2上的速度垂线器3上的速度垂线3-1为右速度垂线3-1-2，各平板3-2分别与左滑板1-1、右滑板1-2内表面重合并与其滑动连接，上本体极迹2-3-1与A空间极迹4-1、下本体极迹2-3-2与B空间极迹4-2分别在各个方位保持同侧相切，各左速度垂线3-1-1和各右速度垂线3-1-2分别垂落在上本体极迹2-3-1与A空间极迹4-1的切点处、下本体极迹2-3-2与B空间极迹4-2的切点处相交分别表示两个不同高度处的瞬心位置3-1-3，各瞬心位置3-1-3分别与上本体极迹2-3-1和A空间极迹4-1、下本体极迹2-3-2和B空间极迹4-2滑动连接。两个不同高度的瞬心位置3-1-3分布在本体极面2-4和空间极面5之间切线位置的母线上表示瞬轴方向3-1-4，空间极面5上的各E直杆5-1-1、F直线5-1-2的横向位置分布与本体极面2-4上的各直杆2-5-1、直线2-5-2的横向位置分布相对应。本专利技术三维滑板1的左滑板1-1、右滑板1-2、底板1-3可以是刚性光滑的金属板或刚性光滑的非金属板，刚体转子2上的左轴杆2-1、右轴杆2-2，速度垂线器3上的轴杆3-4，套管3-3，U型架3-5及轴套3-6，速度垂线3-1可以是刚性金属材料或刚性非金属材料，上本体极迹2-3-1、下本体极迹2-3-2、A空间极迹4-1、B空间极迹4-2可以用金属丝弯曲成刚性曲线，刚性薄平板3-2、直杆2-5-1、直线2-5-2、E直杆5-1-1、F直线5-1-2可以是刚性金属材料或刚性非金属材料制成，各部件之间的连接可以胶合或焊接固定。本专利技术具有设计新颖，空间结构关系清晰简明，传动关系谐调灵活易于演示、操作方便，将抽象的理论用形象的方法表现出来，能够同时生动形象地演示瞬心、本体极迹、空间极迹、瞬轴方向、本体极面，空间极面之间的三维空间位置动态关系的优点。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图，图2是三维滑板1的结构示意图，图3是刚体转子2的结构示意图，图4是速度垂线器3的结构示意图，图5是空间极迹4的结构示意图，图6是空间极面5的分布示意图，图7是具体实施方式二的结构示意图，图8是具体实施方式三的结构示意图，图9是具体实施方式四的结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一(见图1-图6)本实施方式由三维滑板1、刚体转子2、速度垂线器3、空间极迹4、空间极面5组成；三维滑板1由左滑板1-1、右滑板1-2、底板1-3组成，左滑板1-1与右滑板1-2两平面正交固定在一起，底板1-3与左滑板1-1和右滑板1-2正交固定在一起，在左滑板1-1与右滑板1-2交角处的底板1-3上设有锥形小坑1-3-本文档来自技高网...
【技术保护点】
刚体定点转动瞬心、极迹、瞬轴、极面动态关系演示教具，它包含三维滑板（１）、刚体转子（２）、速度垂线器（３）、空间极迹（４）、空间极面（５）；其特征在于三维滑板（１）由左滑板（１－１）、右滑板（１－２）、底板（１－３）组成，左滑板（１－１）与右滑板（１－２）两平面正交固定在一起，底板（１－３）与左滑板（１－１）和右滑板（１－２）正交固定在一起，在左滑板（１－１）与右滑板（１－２）交角处的底板（１－３）上设有锥形小坑（１－３－１）；刚体转子（２）是正交横截面为半椭圆的半锥体，由左轴杆（２－１）、右轴杆（２－２）、至少两个本体极迹即上本体极迹（２－３－１）、下本体极迹（２－３－２）、直杆（２－５－１）、直线（２－５－２）组成，上本体极迹（２－３－１）的两端分别固定在左轴杆（２－１）和右轴杆（２－２）的上部，下本体极迹（２－３－２）设置在上本体极迹（２－３－１）的下方其两端分别固定在左轴杆（２－１）和右轴杆（２－２）上，直杆（２－５－１）的上端固定在上本体极迹（２－３－１）的下侧，直杆（２－５－１）的下端悬空，左轴杆（２－１）和右轴杆（２－２）设置在半锥体两侧相交成Ｖ形的两条母线上，左轴杆（２－１）和右轴杆（２－２）下部的交点是其半锥体顶点（２－１－２），直线（２－５－２）的上端固定在下本体极迹（２－３－２）的下侧，直线（２－５－２）的下端固定在半锥体顶点（２－１－２）上，直杆（２－５－１）和直线（２－５－２）上下对应在刚体转子（２）半锥面的同一条锥面母线上，上本体极迹（２－３－１）和下本体极迹（２－３－２）是与刚体转子（２）半锥体锥轴相交的平面截面或曲面截面的边缘曲线形状，由上本体极迹（２－３－１）、下本体极迹（２－３－２）、直杆（２－５－１）、直线（２－５－２）、半锥体顶点（２－１－２）构成的刚体转子（２）的半锥面形成本体极面（２－４），速度垂线器（３）由速度垂线（３－１）、刚性薄平板（３－２）、套管（３－３）、轴杆（３－４）、Ｕ形架（３－５）、轴套（３－６）组成，套管（３－３）外表面固定在刚性薄平板（３－２）上，套管（３－３）的两侧分别固定有轴杆（３－４），平板（３－２）与套管（３－３）的中心轴线和轴杆（３－４）都平行且套管（３－３）的中心轴线垂直于轴杆（３－４），两轴套（３－６）分别设置在Ｕ形架（３－５）内侧两端处，两个轴杆（３－４）的外端与Ｕ形架（３－５）上的两个轴套（３－６）转动连接，速度垂线（３－１）固定...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙正和，曲士良，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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