Модель для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью Советский патент 1992 года по МПК G09B23/04 

сл

гiVa.

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.

Изобретение 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 жидкостью, имитирующий своей свободной поверхностью сечения и снабженный резервным сосудом с краном для регулирования уровня жидкости.

Недостатком устройства является громоздкость и неудобство пользования. У пре- подааателя,осуществляющего

демонстрацию, модель занимает обе руки. Кроме того, она имитирует не линию сечения поверхности плоскостью, а само плоское 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 соч сл сл

со

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 плШкостью.

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 геометри- ческой поверхности, содержащего во внутренней полости окрашенную жидкость, она имеет установленный во внутренней полости сосуда поршень, герметично разделя- ющий 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, масса поршня превышает массу жидкости, обь- ем которой больше или равен объему полости между стенками сосуда, но меньше суммарного объема отсеков пневмогидрав- лического цилиндра, 3 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 положении оси вращения поверхности; на фиг.2 -то же, при вертикальном положении оси вращения; на фиг.З - узел I на фиг.2, фрагмент модели в области запорного клапана; на фиг.4 - узел II 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.б - 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 геометрической поверхности, в частности кругового конуса. Вьешняя 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 пнев- могидравлическом 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 нижной полостью 4 цилиндра посредством вертикальной трубки

11с отверстием 12 у днища этой полости. Трубка установлена соосно поршню 5 и оси 13 вращения цилиндрической поверхности кругового конуса. Упомянутое отверстие снабжено запорным подпружиненным клапаном 14, нажимная головка 15 которого находится снаружи модели. При этом канал, содержащий выходное сечение 10,,ыпол- нен в виде капилляра, т.е. таким узким, что, пропуская воздух, препятствует свободному (при отсутствии избыточного давления) перетеканию жидкости в полость б за счет капиллярного эффекта. Объем жидкости в сосуде равен или превышает объем полости 1, но меньше суммарного объема полостей

4 и 6, не занятого поршнем 5. Масса поршня превышает массу жидкости. Жидкость выполнена непрозрачной, но окраска ее яркая по сравнению с цветом поверхности непрозрачной внутренней стенки 3 сосуда. На фиг.б приведен фрагмент модели

1ля демонстрации линии сечения замкнутой

поверхности плоскостью, в которой вместо выполнения канала для перетекания воздушной среды в виде капилляра, исключающего перетекание жидкости за счет ее поверхностного натяжения, обеспечено запирание этого канала. С этой целью трубка

16для сообщения внутренней подпоршне- вой полости сосуда с внешней полостью межстенного пространства установлена с возможностью осевого перемещения, снабжена нажимной головкой, расположенной на ее выведенном наружу глухом конце и подпружинена в его направлении. Пружина

17опирается непосредственно на головку и основание 18 конуса. Герметизацию полостей конуса от окружающей среды осуществляют уплотнителыше кольца 19 и 20, под которые на трубке выполнены проточки. Верхний конец трубки 16 насажен на цилиндрический отросток 21 в верхней части внутренней полости сосуда. Место сопряжения герметизировано уплотнительным кольцом 22, чтобы исключить сообщение подпорш- невой и надпоршневой частей внутренней полости. В нижней части трубки выполнены отверстия 23 и кольцевая проточка 24 для сообщения ее через радиальные отверстия 25, выполненные между уплотнительными кольцами 19 и 20 в приливе 26 внутренней стенки, с подпоршневой частью внутренней полости сосуда. Благодаря тому, что в отростке 21, на который трубка насажена своим верхним концом, имеется осевое отверстие 27, сообщенное наклонным отверстием с полостью межстенного пространства, последняя сообщается и с подпоршневой внутренней полостью. В положении трубки 16, когда она занимает крайнее нижнее положение, будучи поджатой своим кольцевым выступом 28 к торцу прилива 26 пружиной 17, с межстенным пространством сообщена не только подпоршневая, но и надпоршневая полость. Сообщение надпоршневой полости осуществлено через цилиндрическую торцовую проточку 29 у основания отростка 21. Оба диаметра этой проточки точно соответствуют внутреннему и внешнему диаметрам верхнего конца трубок, обеспечивая скользящую посадку. Кроме того, герметичному запиранию проточки 29 при вдвигании в нее верхнего конца трубки способствует уплотнительное кольцо 30, расположенное в канавке со стороны внешней поверхности трубки.

В остальной части устройство модели по второму варианту аналогично перво м имея большинство общих позиций на конструктивные элементы.

Работа устройства при демонстрации модели заключается в следующем.

При открытом запорном клапане 14, т.е. когда воздействие на его нажимную головку 14 отсутствует (фиг.1 и 2), обе полости 4 и 6 сообщены с внешней межстенной полостью

5 4, и имитация линии сечения не производится. В такое крайнее положение поршень 5 может быть переведен, если модель предварительно повернуть вершиной вниз. Создаваемое при перемещении к вершине

0 поршня разряжение в полости 4 обеспечит засасывание в нее практически всей жидкости из полости 1 (останется ее незначительное количество, расположенное ниже проходного сечения 9 в этом положении мо5 дели). Взамен жидкости в полость 1 поршнем будет вытолкнут воздух из предпоршневой полости 6.

Затем нажимают на головку 15 запорно- го клапана и поворачивают модель верши0 ной вверх. Жидкость в полости 1 при этом по-прежнему будет практически отсутствовать. Отпускают головку 15 клапана. Этот момент изображен на фиг.2, когда клапан отпущен, а поршень под действием силы

5 тяжести еще не успел опуститься. Однако постепенно поршень станет опускаться , вытесняя жидкость из полости 4 по трубке 11 в полость 1. Возрастающий при этом объем полости 6 станет заполняться вытесняемым

0 из полоски 1 воздухом..Благодаря тому, что выходные сечения 9 и 10 каналов для лере- текания жидкой и воздушной сред расположены по разные сторюны полости 6, попадание жидкости из полости 4 в полость

5 6 исключается. Жидкость стекает по левой стороне внутренней стенки 3 сосуда, а воздух перемещается по ее правой стороне. По мере опускания поршня 5 обучаемые будут видеть, как в полости 1 повышается уровень

0 жидкости, поскольку внешняя стенка 2 выполнена прозрачной. Свободная поверхность жидкости между стенками 2 и 3 имитирует собой линию сечения геометрической поверхности плоскостью, именно ли5 нию, поскольку расстояние между стенками минимально. В некотором положении уровень жидкости может быть зафиксирован нажатием на головку 15 клапана (фиг.5). Дальше приступают к демонстрации различных форм линий сечения, которые зави- ,

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, тГе. 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.6, 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 имитировать линию сечения практически в любом месте поверхности (от основания до

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.6 варианте конструкции модели обеспечивается перекрытие обоих каналов - и жидкостного, и воздушного. Поэтому воздушный канал мо0 жет 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

5 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 осо0 бенности значения не имеют.

Таким образом, достоинством модели является имитация не формы плоского сечения, а формы только линии сечения, что необходимо при изучении поверхностей.

5 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 так обучаемые сразу видят линию. Это осо0 бенно будет наглядно, если жидкость двух- компонентна. Незначительное количество легкой яркой жидкости на поверхности основания еще больше усилит наглядность. Формула изобретения

5 1. Модель для имитации линии сечения замкнутой поверхности плоскостью, выполненная ч виде двухстенного сосуда, узкая замкнутая полость между стенками которого имеет форму имитируемой геометриче0 ской поверхности, содержащего во внутренней полости окрашенную жидкость, отличающаяся тем, что, с целью повышения наглядности, она имеет установленный во внутренней полости сосуда

5 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 сооб1

0 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 могидравлического цилиндра, а один из каналов снабжен запорным клапаном.

чем непрозрачная стенка сосуда.тем, что запорным клапаном снабжен и второй канал.

з

//

&

Ј. f

I

JT

aesga

2&

Редактор Э.Слиган

Составитель П.Зеленый Техред М.Моргентал

J2ff 30

SO

szЈx.(5 Корректор А.Осауленко