Модель для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью

 

Использование: учебные модели по начертательной геометрии, стереометрии и техническому черчению. Устройство обладает повышенной наглядностью, так как имитирует исключительно линию плоского сечения поверхности. Сущность изобретения: 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 сторону поршня, но по разные стороны полости. Масса поршня превышает массу жидкости, находящейся в полостях сосуда, причем объем этой жидкости равен или больше объема межстенной полости, но меньше объема внутренней цилиндрической полости, не занятой поршнем . Имеется также запорный клапан для запирания жидкости во внутренней полости . Внутренняя стенка выполнена непрозрачной , а жидкость окрашена в яркий цвет для большей наглядности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s G 09 В 23/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865688/12 (22) 10.07.90 (46) 15.08.92. Бюл. bh 30 (71) Белорусский политехнический институт (72) П.В.Зеленый, Л.С.Шабека, В.В.Гетман и . В.Д,Пищало (56) Авторское свидетельство СССР

N 4702221, кл. С 09 В 23/04, 1989. (54) МОДЕЛЬ ДЛЯ ИМИТАЦИИ ЛИНИИ СЕЧЕНИЯ ЗАМКНУТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПЛО. CKOCTblO (57) Использование: учебные модели по начертательной геометрии, стереометрии и техническому черчению. Устройство обладает повышенной наглядностью, так как имитирует исключительно линию плоского сечения поверхности. Сущность иэобретеИзобретение 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, осуществля ющего демонстрацию, модель занимает обе руки.

Кроме того, она имитирует не линию сечения поверхности плоскостью, а само пло» Ж 1755317 А1 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 сторону поршня, но по разные стороны полости. Масса поршня превышает массу жидкости, находящейся в полостях сосуда, причем объем этой жидкости равен или больше объема 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 виде двухстенного 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 се1755317 чения поверхности плоскостью. Она также не 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 это сообщение, расположены по одну сторону поршня, мас, са поршня превышает массу жидкости, объем которой больше или равен объему полости между стенками сосуда, но меньше суммарного 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 плоскостью при 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, осуществляющих сообщение полостей модели; на фиг.5— принцип работы модели при изменении уровня жидкости в полости, имитирующей геометрическую поверхность; на фиг,6 — вариант дальнейшего развития конструкции модели в свете ее отличительных признаков.

Модель для демонстрации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью выполнена в виде двухстенного сосуда, узкая замкнутая полость 1 между стенками 2 и 3 которого имеет форму имитируемой геомет5

35 рической поверхности, в частности кругового конуса. Bi 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 кла45 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 свободно50 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 поршня превышает массу жидкости. Жидкость выполнена непрозрачной, но окраска ее яркая по сравнению с цветом поверхности непрозрачнои внутренней стенки 3 сосуда.

На фиг.6 приведен фрагмент модели для демонстрации линии сечения замкнутой

1755317 поверхности плоскостью, в которой вместо При открытом запорном клапане 14, — à выполнения канала для перетекания воз- когда воздействие на егонажимнуюголовку душной среды в виде капилляра, исключаю- 14 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- 5 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 межстеннойполостью1геометрическойпомежстенного пространства установлена с верхности горизонтальна,-то" поршень мовозможностью осевого перемещения, снаб- 10 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- 15 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. СоздаВерхнийконецтрубки16насаженнацилин- ваемое при перемещении- к -вершине дрический отросток 21 в верхней части внут- 20 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 незначитель22, чтобы исключить сообщение подпорш- ное количество, расположенное ниже невой и надпоршневой частей внут ренней проходного 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 воздух из сообщения ее через радиальные отверстия . предпоршневой полости 6.

25, выполненные между уплотнительными- Затем нажимают на головку15запорнокольцами 19 и 20 в приливе 26 внутренней ro клапана и поворачивают модель вершистенки,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- 35 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 пространством выходные сечения 9и.10 каналов для лере-, сообщена не только подпоршневая, но и текания жидкой и воздушной сред располонадпоршневая полость, Сообщение над- . жены по разные стороны полости 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 верхнего конца 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 вы29 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 лиВ 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 нажатием на головку 15 клапана (фиг.5).

Работа устройства при демонстрации Дальше приступают к дейойстрации"-аз-" модели заключается в следующем. личных форм линий сечения, которые зави-;

1755317 сят от положения сосуда в вертикальной плоскости. В положении, как на фиг.5, линия сечения представляет собой окружность, что получается, когда секущая плоскость перпендикулярна оси вращения поверхности, Наклонная модель демонстрирует, как окружность превращается в эллипс, что соответствует случаю, когда секущая плоскость пересекает обе крайние образующие имитируемой поверхности (конической).

Продолжая наклон; показывают, что эллипс вдруг превращается в параболу, когда верхняя образующая поверхности: займет горизонтальное положение, т,е. окажется параллельной 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, от пуская 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 до

25 так обучаемые сразу видят линию. Это осо30. бенно будет наглядно, если жидкость двух35

40 внутренней полости окрашенную жидкость, отличающаяся тем, что, с целью повышения наглядности, она имеет установленный во внутренней полости сосуда

45 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 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 пнев5

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 обеспечивается 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 запираются, попадание жидкости в надпоршневую полость исключается, 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 только 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. А компонентна. Незначительное количество легкой яркой жидкости на поверхности основания еще больше усилит наглядность.

Формула изобретения

1. Модель для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью, выполненная в виде двухстенного сосуда, узкая 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, отличающаяся тем, что внешняя стенка сосуда выполнена тонкой и прозрачной, а внутренняя — непрозрачной, причем непрозрачной выпол l 755317 нена и жидкость, имея окраску более яркую, чем непрозрачная стенка сосуда.

3. Модель по п.1, отличающаяся тем, что запорным клапаном снабжен и второй канал.

1755317

1755317

Составитель П.Зеленый

Техред M,Moðãåíòàë Корректор А.Осауленко

Редактор Э.Слиган

Производственно-издательский комбинат "Патвнт", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2896 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5