专利名称：多功能活动型空间几何解析模型的制作方法
技术领域：
本发明属于教、学用具技术领域，涉及一种空间几何模型，特别涉及一种多功能活动型空间几何解析模型。
背景技术：
空间几何是数学的重要组成部分，它在土木建筑、机械设计、航海测绘等大量实际问题中都有广泛的应用；空间几何也是数学教学的一个突出难点。教育部制定的《普通高中数学课程标准》特别强调，“立体几何初步的教学重点是帮助学生形成空间想象能力，教师应该提供丰富的实物模型”，“帮助学生认识空间几何体的结构特征”。空间几何体模型对于数学教学具有重要作用。现在市场上的空间几何体模型主要有两种铁丝焊接的模型 和塑料的球棍模型。但是，这两种模型的形状和大小固定，均无法改变，模型无法活动，用途单一；模型的顶点难以成为真正的几何顶点；模型没带刻度，不能显示空间距离的长度及其变化；而且形状固定，体积大，存放、使用和携带均不方便。这两种模型无法满足教师和学生的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够活动、显示长度、有真正几何顶点、存放携带方便的多功能空间几何模型。为达到上述目的，本发明的技术方案是多功能活动型空间几何解析模型由若干个三线共点转动副和若干根带刻度伸缩杆连接组成；该三线共点转动副三个连接端的轴线三线相交于一点，所述三个连接端均可绕该点转动；该带刻度伸缩杆能够拉伸和收缩的各层拉杆表面均设有刻度；该带刻度伸缩杆的两端能与三线共点转动副连接端连接；设有备用套筒，能与带刻度伸缩杆两端连接，可将带刻度伸缩杆与带刻度伸缩杆连接起来。作为本发明的进一步改进，该三线共点转动副三个连接端的端头，到三个连接端轴线相交点的距离一致，设为固定长度；该带刻度伸缩杆每层拉杆的刻度，从内层拉杆突出的一端开始标数；该带刻度伸缩杆收缩时，其内层拉杆露出部分的长度连同其连接端的长度保持固定，不在刻度计数范围；备用套筒的长度设为固定。这样使读取长度的数值准确、高效、轻松。作为本发明的进一步改进，该三线共点转动副由三个带平板套筒和一个主轴、一个副轴组成；该主轴一端开槽，且槽两侧有通孔，安装有副轴，这两个轴的轴线垂直相交；所述三个带平板套筒安装在这两个轴上，是三线共点转动副的三个连接端；该带平板套筒是套筒上连带着有通孔平板，其平板的平面与各自套筒的轴线保持适当距离，使三个带平板套筒的套筒轴线三线相交于一点。作为本发明的进一步改进，该三线共点转动副由两个带平板套筒、一个连球套筒和一个球面副、一个轴构成；球面副固定在轴的一端，其球心在轴的轴线上；两个带平板套筒和一个连球套筒是三线共点转动副的三个连接端；该连球套筒的一端连着球面副的球，所述两个带平板套筒安装在轴上，是套筒上连带着有通孔平板，其平板的面与各自套筒的轴线保持适当距离，使带平板套筒和连球套筒的套筒轴线三线相交于一点。作为本发明的进一步改进，该带刻度伸缩杆最内层拉杆突出的一端镶嵌有带挡板螺杆，该带刻度伸缩杆的另一端镶嵌有螺杆；该带挡板螺杆的挡板直径大于三线共点转动副连接端的套筒内径，三线共点转动副连接端的套筒设有内螺纹，与螺杆或带挡板螺杆的螺纹相配合；备用套筒有内螺纹，与螺杆或带挡板螺杆的螺纹相配合。作为本发明的进一步改进，该带刻度伸缩杆最内层拉杆突出的一端镶嵌有带挡板圆杆，该带刻度伸缩杆的另一端镶嵌有圆杆；该带挡板圆杆的挡板直径大于三线共点转动副连接端的套筒内径，三线共点转动副连接端的套筒无内螺纹，与圆杆或带挡板圆杆相配合；三线共点转动副连接端的套筒一侧设有螺纹通孔，由此可用螺钉固定带刻度伸缩杆两端的圆杆或带挡板圆杆；备用套筒无内螺纹，与圆杆或带挡板圆杆相配 合，备用套筒一侧设有螺纹通孔。采用本发明的几何模型结构后，模型的部件少，只有两种，但模型的重组性和活动性很强，改变三线共点转动副和带刻度伸缩杆的组装个数，或改变带刻度伸缩杆长度或夹角，就可利用有限的部件获得多种形状和大小的几何体；本模型组装成形后，还可以通过带刻度伸缩杆的伸缩活动，直观生动地演示几何体的动态变化过程；本模型可以演示平面几何图形、极坐标系或直角坐标系。三线共点转动副连接端的轴线实现了三线相交于一个公共点，确保了模型具有几何意义上的真正的顶点。带刻度伸缩杆上有刻度，可直接读取长度，实现了数量与模型、数与形的有机结合，使用者不仅可以定性观察几何模型，还可以定量观察几何模型，直接度量或验证空间距离的长度及其变化。本模型的组装、拆卸容易，模型不用拆卸后，所占空间很小，便于存放和携带。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。图I是本发明组装的四面体模型的结构示意图；图2是三线共点转动副的结构示意图；图3是三线共点转动副主轴的结构示意图；图4是含有球面副的三线共点转动副的结构示意图；图5是备用套筒的结构示意图；图6是套筒有内螺纹的带平板套筒的结构示意图；图7是套筒无内螺纹的带平板套筒的结构示意图；图8是带刻度伸缩杆的结构示意图；图9是带刻度伸缩杆与带刻度伸缩杆连接的结构示意图。
具体实施例方式本发明的几何模型由若干个三线共点转动副I和若干根带刻度伸缩杆2连接组成。仅以四面体模型为例，如图I所示，四面体由4个三线共点转动副I和6根带刻度伸缩杆2组装而成。本发明几何模型的结构如图I至图9所示，该三线共点转动副I三个连接端的轴线总是三线相交于一点3，所述三个连接端均可绕该点3转动，该点3作为几何模型的顶点。当该三线共点转动副I的结构采用带平板套筒6、7、8和主轴4、副轴5组成时，该主轴4 一端开槽，且槽两侧有通孔，装有副轴5，该主轴4、副轴5的轴线垂直相交，该主轴4的另一端有螺纹，可拧上螺母。所述带平板套筒6、7、8是三线共点转动副I的三个连接端，该带平板套筒是套筒上连带着有通孔平板，由通孔将带平板套筒6、7安装在主轴4上、带平板套筒8安装在副轴5上。所述带平板套筒6、7、8的平板的面与各自套筒的轴线保持适当距离，使带平板套筒6、7、8无论怎样转动，其套筒的三条轴线始终相交于一点3，此点3就是主轴4、副轴5的轴线交点，使模型具有真正的几何顶点。该带刻度伸缩杆2能够拉伸和回缩的各层拉杆表面均带有刻度，可直接显示长度。该带刻度伸缩杆2的两端能与三线共点转动副I连接端连接，带刻度伸缩杆2 (包括其他连接端)作为几何模型的棱。设有备用套筒14，能与带刻度伸缩杆2两端连接，可充分延长带刻度伸缩杆2的长度。当带刻度伸缩杆2的连接端采用螺纹连接时，该带刻度伸缩杆2最内层拉杆突出的一端镶嵌有带挡板螺杆12，另一端镶嵌有螺杆13。三线共点转动副I连接端的套筒设有内螺纹，与螺杆13或带挡板螺杆12的螺纹相配合。该带挡板螺杆12的挡板直径大于三线共点转动副I连接端的套筒内径，阻挡带刻度伸缩杆2最内层拉杆进入三线共点转动副I连接端的套筒。备用套筒14有内螺纹，与螺杆13或带挡板螺杆12的螺纹相配合。使用模型时，只要将螺杆13或带挡板 螺杆12拧进三线共点转动副I连接端的套筒即可(带刻度伸缩杆2的各层拉杆之间既可以伸缩，也可以适当转动)。作为本发明的另一种实施方式，如图8、图9所示，几何模型棱的长度的显示，也可这样设置使读数容易该带刻度伸缩杆2每层拉杆的刻度，从内层拉杆突出的一端开始标数；该带刻度伸缩杆2完全收缩时，其内层拉杆露出部分的长度连同其连接端的长度(即带挡板螺杆或带挡板圆杆的挡板长度)保持固定，不在刻度计数范围；使该三线共点转动副I三个连接端的端头，到三个连接端轴线相交点3距离一致，且设为固定长度；备用套筒14的长度设为固定。读数时只要将几个长度累加即可。作为本发明的另一种实施方式，如图4所示，三线共点转动副I的结构也可采用一个轴9、一个球面副10和一个连球套筒11、两个带平板套筒6、7构成。球面副10固定在轴9的一端，其球心在轴9的轴线上。带平板套筒6、7、连球套筒11是三线共点转动副I的三个连接端。该连球套筒11的一端连着球面副10的球，另一端是套筒，使该连球套筒11无论怎样转动，其套筒轴线都通过球面副10的球心。该带平板套筒6、7是套筒上连带着有通孔平板，由通孔将其安装在轴9上，该带平板套筒6、7的平板的面与各自套筒的轴线保持适当距离，使带平板套筒6、7、连球套筒11无论怎样转动，其套筒的三条轴线始终相交于一点3，此点3就是球面副10的球心。当然，三线共点转动副I的结构还可采用带圆杆套筒作为其连接端，这同样能设置圆杆与套筒的轴线保持适当距离，确保三线共点转动副I的连接端无论怎样转动，其套筒的三条轴线始终相交于一点3。作为本发明的另一种实施方式，如图5、图7、图8所示，带刻度伸缩杆2的连接端也可采用圆杆结构该带刻度伸缩杆2最内层拉杆突出的一端镶嵌有带挡板圆杆15，另一端镶嵌有圆杆16。该带挡板圆杆15的挡板直径大于三线共点转动副I连接端的套筒内径，使带刻度伸缩杆2最内层拉杆不能进入三线共点转动副I连接端的套筒。三线共点转动副I连接端的套筒无内螺纹，与圆杆16或带挡板圆杆15相配合。三线共点转动副I连接端的套筒一侧设有螺纹通孔17，可由此用螺钉锁紧带刻度伸缩杆两端的圆杆或带挡板圆杆。备用套筒14无内螺纹，与圆杆16或带挡板圆杆15相配合，备用套筒14 一侧设有螺纹通孔17。使用本模型时，根据实际需要选取带刻度伸缩杆2和三线共点转动副I的个数，将带刻度伸缩杆2连接端与三线共点转动副I连接端连接起来，同时，调节带刻度伸缩杆2之间的夹角及其拉伸的长度，组装成几何模型。模型组装后，可以再次调节带刻度伸缩杆2之间的夹角及其拉伸的长度，变成新模型或者演示几何体动态变化。使用完毕后，可轻松拆卸 部件，缩小体积，以便存放和携带。
权利要求
1.一种多功能活动型空间几何解析模型，由若干个三线共点转动副(I)和若干根带刻度伸缩杆(2)连接组成，其特征在于该三线共点转动副(I)三个连接端的轴线三线相交于一点(3)，所述三个连接端均可绕该点(3)转动；该带刻度伸缩杆(2)能够拉伸和回缩的各层拉杆表面均带有刻度；该带刻度伸缩杆(2)的两端能与三线共点转动副(I)连接端连接；设有备用套筒(14)，能与带刻度伸缩杆(2)两端连接。
2.根据权利要求I所述的多功能活动型空间几何解析模型，其特征在于该三线共点转动副(I)三个连接端的端头，到点(3)距离一致，为固定长度；该带刻度伸缩杆(2)每层拉杆的刻度标数，从内层拉杆突出的一端开始；该带刻度伸缩杆(2)收缩时，其内层拉杆露出部分的长度连同其连接端的长度保持固定，不在刻度计数范围；备用套筒(14)的长度固定。
3.根据权利要求I所述的多功能活动型空间几何解析模型，其特征在于该三线共点转动副(I)由三个带平板套筒(6)、(7)、(8)和主轴(4)、副轴(5)组成；该主轴(4) 一端开槽，且槽两侧有通孔，装有副轴(5)，该主轴(4)、副轴(5)的轴线垂直相交；所述带平板套筒(6)、(7)、(8)安装在主轴(4)或副轴(5)上，是三线共点转动副(I)的连接端；带平板套筒(6)、(7)、(8)是套筒上连带着有通孔平板，其平板的面与各自套筒的轴线保持适当距离，使带平板套筒(6)、(7),(8)的套筒轴线三线相交于一点(3)。
4.根据权利要求I所述的多功能活动型空间几何解析模型，其特征在于该三线共点转动副(I)由一个轴(9)、一个球面副(10)和一个连球套筒(11)、两个带平板套筒(6)、(7)构成；球面副(10)固定在轴(9)的一端，其球心在轴(9)的轴线上；所述带平板套筒(6)、(7)、连球套筒(11)是三线共点转动副(I)的三个连接端；该连球套筒(11)的一端连着球面副(10)的球，带平板套筒(6)、(7)安装在轴(9)上，是套筒上连带着有通孔平板，其平板的面与各自套筒的轴线保持适当距离，使带平板套筒(6)、(7)、连球套筒(11)的套筒的轴线三线相交于一点(3)。
5.根据权利要求3或4所述的多功能活动型空间几何解析模型，其特征在于该带刻度伸缩杆(2)最内层拉杆突出的一端镶嵌有带挡板螺杆(12)，另一端镶嵌有螺杆(13);该带挡板螺杆(12)的挡板直径大于三线共点转动副(I)连接端的套筒内径，三线共点转动副(I)连接端的套筒有内螺纹，与螺杆(13)或带挡板螺杆(12)的螺纹相配合；备用套筒(14)有内螺纹，与螺杆(13)或带挡板螺杆(12)的螺纹相配合。
6.根据权利要求3或4所述的多功能活动型空间几何解析模型，其特征在于该带刻度伸缩杆(2)最内层拉杆突出的一端镶嵌有带挡板圆杆(15)，另一端镶嵌有圆杆(16);该带挡板圆杆(15)的挡板直径大于三线共点转动副(I)连接端的套筒内径，三线共点转动副(I)连接端的套筒无内螺纹，与圆杆(16)或带挡板圆杆(15)相配合，三线共点转动副(I)连接端的套筒一侧有螺纹通孔(17);备用套筒(14)无内螺纹，与圆杆(16)或带挡板圆杆(15)相配合，备用套筒(14) 一侧有螺纹通孔(17)。
全文摘要
本发明公开了一种多功能活动型空间几何解析模型，属于教、学用具技术领域，由若干个三线共点转动副(1)和若干根带刻度伸缩杆(2)连接组成；三线共点转动副(1)三个连接端的轴线三线相交于一点(3)，这三个连接端可绕该点(3)转动；带刻度伸缩杆(2)各层拉杆表面均设有刻度；带刻度伸缩杆(2)能与三线共点转动副(1)连接端连接，能与备用套筒(14)连接。本模型能够活动、显示距离长度、有真正的几何顶点，存放、使用和携带均方便；有利于轻松、高效地培育学生的空间想象能力和探究能力。
文档编号G09B23/04GK102723021SQ201210236349
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者程林, 程欢欢 申请人:程林