一种圆轴内力教学模型的制作方法

【技术领域】

本发明涉及教学用具领域，尤其涉及土木工程、材料力学专业的教学和科学知识演示模型，具体涉及一种圆轴内力教学模型。

背景技术：

很多高校面向土木工程二级学科下的建筑施工技术、道路与桥梁工程、轨道交通技术等专业会开设“建筑力学”、“土木工程力学”的力学课程。在这些课程当中，学生在掌握圆轴内力---即圆轴内力计算时，对圆轴内力正负规定理解不到位，影响结果的正确性，因此，正确理解、掌握圆轴内力的正负规定十分重要。然而，教学过程中利用简单的右手螺旋法则及其原理图、幻灯、图形等仅能展示其原理及轴转动的效果，而不能全面地展示外力偶作用在截面处的圆轴内力正负规定，学生也没有机会和时间进行练习、操作、思考和理解，教学效果不理想。目前，缺少能展示、练习判定轴的截面处圆轴内力正负判定且结构简单、操作方便、价格低廉的演示教具模型。

中国实用新型专利cn102353489a公开了“一种电涡流测功机双向扭矩测试方法”

利用砝码数量的变化，使得拉压力传感器的拉力、压力产生的不同的正负电压值，且通过a/d转换，对应变片式结构的拉压传感器受力标定产生双向扭矩，计算机读取扭矩信号，通过扭矩电压的正负判断原动机转向，通过调用正负向扭矩电压的零点和满度，以及结合正负电压计算出相应的正负扭矩值。该结构虽然能够得到扭矩正负值，但结构复杂、不易操作、成本较高、计算过程繁琐，不适用于教学和科学知识演示过程。中国实用新型专利cn108490376a公开了“一种旋转电磁铁扭矩测试工装及其操作方法”，该工装包括底座、底板和载具板，底板上安装有两根导柱，导柱上端安装可上下移动的载具板，载具板上安装有正负极铜块、半包围定位块。所测试的产品通过上升气缸的推力，其转轴插入到扭矩测试柱内，电机带动转轴左右移动，扭力传感器对产品进行扭力测试，并通过计算机筛选出不合格的产品。此实用新型针对产品进行扭力测试，其结构复杂，不易操作，成本较高，不适用于教学和科学知识演示过程，此外，以上专利亦不能直观简便地展示圆轴截面处圆轴内力的正负判定。

技术实现要素：

针对现有技术尚缺少针对学生研制的关于圆轴内力正负判定，并且易于理解且结构简单、价格低廉、易操作的教学演示模型，本实用新型提供了一种圆轴内力教学模型，具有费用低、体积小、演示方便、结构简单、易于学生理解圆轴内力正负判定方法的优点。本实用新型的具体技术方案如下：

一种圆轴内力教学模型，包括柱状杆、纵向板、右手手型片；所述右手手型片具有柔软性；纵向板上设有孔，所述孔的大小恰好使柱状杆通过；所述右手手型片固定于柱状杆的曲面侧面上，其中四指握住柱状杆的曲面侧面，大拇指指向柱状杆长度方向。

进一步的，所述柱状杆为两个，柱状杆一端有外螺纹；所述纵向板上的孔内设置有内螺纹；所述内螺纹可同时与两个外螺纹相配合。

进一步的，所述纵向板可拆分为两个凹形板；所述凹形板内放置有至少一个与之大小、形状相匹配的子凹形板，子凹形板能够被取出或放回。

进一步的，还包括中心轴；所述柱状杆是空心的，柱状杆两端面设置有与中心轴相配合的圆孔；所述中心轴穿过所述圆孔设置于柱状杆内，其长度大于柱状杆的长度；所述中心轴可以在柱状杆内转动；所述柱状杆的曲面侧面上设有槽；所述右手手型片与中心轴连接，并可通过槽口从槽内伸出；所述右手手型片的手指上设置有能够与柱状杆固定的固定物。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型具有结构简单、操作方便，价格低廉的优点，不仅能够清楚地展示圆轴截面处圆轴内力正负判定的过程，而且便于学生动手操作练习，更易于学生理解掌握所学知识。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例1的扭矩为正的结构示意图

图2为本实用新型实施例1的扭矩为负的结构示意图

图3为本实用新型实施例2的螺纹柱状杆与纵向板相结合的结构示意图

图4为本实用新型实施例2的扭矩为正的结构示意图

图5为本实用新型实施例2的扭矩为负的结构示意图

图6为本实用新型实施例3的可拆分纵向板及子凹形板的的结构示意图

图7为本实用新型实施例3的侧视图

图8为本实用新型实施例3的俯视图

图9为本实用新型实施例3的侧视切面图

图10为本实用新型实施例3的可拆分纵向板6上扭矩为正的结构示意图

图11为本实用新型实施例3的可拆分纵向板6上扭矩为负的结构示意图

图12为本实用新型实施例3的两个子凹形板7上扭矩为正的结构示意图

图13为本实用新型实施例3的两个子凹形板7上扭矩为负的结构示意图

图例说明：1-柱状杆；2-纵向板；3-孔、4-右手手型片、5-螺纹柱状杆、6-可拆分纵向板、7-子凹形板、8-中心轴、9-槽、10-可伸缩右手手型片、11-固定物(固定物优选为魔术贴)。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型作出进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例1：参考图1-2，一种圆轴内力教学模型，包括柱状杆1、纵向板2、孔3、2个右手手型片4。

其中，柱状杆1代表圆轴，纵向板2代表圆轴内某一横截面。纵向板2上设有孔3，柱状杆1恰好通过孔3。

使用方法：将柱状杆1沿纵向板2的法外线向纵向板看的逆时针方向手动旋转时，用胶水将一个右手手型片4粘贴在柱状杆1左半边的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆长度方向贴于柱状杆1上，此时，大拇指指向背离纵向板2的方向，因此该横截面处受到的外力偶扭矩为正。同理，将柱状杆1沿纵向板2的法外线向纵向板看的顺时针方向手动旋转时，用胶水将另一个右手手型片4粘贴在柱状杆1右半边的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆长度方向贴于柱状杆1上，此时，大拇指指向纵向板2，因此该横截面处受到的外力偶扭矩为负。

实施例2：参考图3-5，一种圆轴内力教学模型，包括2个螺纹柱状杆5、纵向板2、孔3、2个右手手型片4。

其中，柱状杆5代表圆轴，纵向板2代表圆轴内某一横截面。纵向板2上设有孔3，两个柱状杆5分别从纵向板2的两侧通过旋转外螺纹与孔3内的内螺纹相连。

使用方法：将柱状杆1沿纵向板2的法外线向纵向板看的逆时针方向手动旋转时，用胶水将一个右手手型片4粘贴在柱状杆1左半边的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆长度方向贴于柱状杆1上，此时，大拇指指向背离纵向板2的方向，因此该横截面处受到的外力偶扭矩为正。同理，将柱状杆1沿纵向板2的法外线向纵向板看的顺时针方向手动旋转时，用胶水将另一个右手手型片4粘贴在柱状杆1右半边的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆长度方向贴于柱状杆1上，此时，大拇指指向纵向板2，因此该横截面处受到的外力偶扭矩为负。

实施例3：参考图6-13，一种圆轴内力教学模型，包括柱状杆1、可拆分纵向板6、子凹形板7、中心轴8、2个孔3、4个槽9、4个可伸缩右手手型片10、魔术贴11。

其中，柱状杆1代表圆轴，可拆分纵向板6代表圆轴内某一横截面。可拆分纵向板6由两个可拆分的凹形板组成，这两个凹形板内分别放置一个大小、形状与其相匹配的子凹形板7，分别将可拆分纵向板6的两个凹形板与柱状杆1的左段相连接，将两个子凹形板7与柱状杆的右段相连接，柱状杆1恰好通过两个孔3。柱状杆1是空心的，柱状杆1两端面设置有圆孔，中心轴8穿过圆孔位于柱状杆1内，中心轴8的两端头位于柱状杆1的左、右圆形底面上。中心轴8可以在柱状杆1内转动，旋转中心轴8的两个端头时，柱状杆1随中心轴8转动。中心轴8的不同位置处分别连接4个可伸缩右手手型片10。柱状杆1的曲面侧面上有四个槽9，可伸缩右手手型片10可从槽9内拉出，并通过手指上的魔术贴11与柱状杆1固定。当需要将可伸缩右手手型片10收回到槽内时，只要转动中心轴8即可。

使用方法：将一个可伸缩右手手型片10从槽9内拉出，在拉出的过程中，中心轴8带动柱状杆1沿可拆分纵向板6的法外线向纵向板看的逆时针方向旋转，此时，将可伸缩右手手型片10上的魔术贴11粘贴在柱状杆1的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆1长度方向贴于柱状杆上，此时，大拇指指向背离可拆分纵向板6的方向，该横截面处受到的外力偶扭矩为正。旋转中心轴8，将第一个可伸缩右手手型片固定到中心轴8上，将第二个可伸缩右手手型片10从槽9内拉出，在拉出的过程中，中心轴8带动柱状杆1沿可拆分纵向板6的法外线向纵向板看的顺时针方向旋转，此时，将可伸缩右手手型片10上的魔术贴11粘贴在柱状杆1的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆1长度方向贴于柱状杆上，此时，大拇指指向可拆分纵向板6的方向，该横截面处受到的外力偶扭矩为负。旋转中心轴8，将第二个可伸缩右手手型片固定到中心轴8上，将第三个可伸缩右手手型片10从槽9内拉出，在拉出的过程中，中心轴8带动柱状杆1沿两个子凹形板7组成的纵向板的法外线向纵向板看的逆时针方向旋转，此时，将可伸缩右手手型片10上的魔术贴11粘贴在柱状杆1的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆1长度方向贴于柱状杆上，此时，大拇指指向背离该纵向板的方向，该横截面处受到的外力偶扭矩为正。旋转中心轴8，将第三个可伸缩右手手型片固定到中心轴8上，将第四个可伸缩右手手型片10从槽9内拉出，在拉出的过程中，中心轴8带动柱状杆1沿两个子凹形板7组成的纵向板的法外线向纵向板看的顺时针方向旋转，此时，将可伸缩右手手型片10上的魔术贴11粘贴在柱状杆1的曲面侧面上，其中四指沿柱状杆1的旋转方向握住，大拇指沿柱状杆1长度方向贴于柱状杆上，此时，大拇指指向该纵向板的方向，该横截面处受到的外力偶扭矩为负。

该模型中，可设置多个纵向板，用于展示多个圆轴截面上的扭矩受力情况。其中，纵向板可选用pvc塑料板，但不限于以上所述材质。柱状杆可选用轻质材料，如易加工的epe珍珠棉，泡泡棉等。

本发明结构简单、加工方便、体积小、重量轻、价格低廉，可直观反映圆轴横截面上受力现象，体现圆轴横截面处的圆轴内力正负判定，十分有利于想象力不够丰富的学生学习抽象概念，达到理想的教学效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也是应视为本实用新型的保护范围。