CN104269087B - 轴类零件受力分析教具 - Google Patents

Abstract

一种轴类零件受力分析教具，包括支撑架、支座机构、转矩模拟机构、空间合成机构、轴向力传递机构、连杆放大机构、弯矩模拟机构；该装置结合机械专业方面的知识，可将轴的复杂受力分解为圆周力、径向力、轴向力和转矩，分析每个力产生的效果以及叠加产生的效果，并定性的显示各种受力情况下的弯扭矩图，更加形象直观；同时该装置采用力与运动分流的原理，轴受的力不仅作用在轴上，还能驱动相应的机构运动，实现支反力演示和弯扭矩合成演示功能。

Description

轴类零件受力分析教具

技术领域

本发明涉及一种轴类零件受力分析教具，该装置将轴的复杂受力分解为径向力、圆周力和轴向力，分析每个力产生的效果以及力的叠加产生的效果，并通过直观线条显示出来，使结果形象直观；同时该装置将力与运动分开，轴受的力不仅作用在轴上，同时该力还驱动相应的机构运动。

背景技术

一直以来，轴类零件受力分析、强度校核和结构设计等知识点都是教学的重点，轴类零件的弯矩、扭矩的计算及合成、轴的支反力的求解是学习的难点，特别是在讲授弯扭矩图时，学生难以理解弯扭矩图的原理和影响因素，但目前没有合适的课堂教具，帮助讲解这部分知识。

国内外研究现状：目前国内外有专门用于轴类零件受力分析的教学实验仪器但其仍旧存在不足，主要表现在:

(1)功能设计方面，目前市场上虽然有轴梁的弯矩、扭矩和支反力的测量仪器但每种仪器只能测量单一的一种力学属性，在多功能方面还有巨大的发展空间；

(2)现有测量仪器笨重，体积庞大，只能在实验室作实验设备；

(3)现有的这些测量仪器都是采用应变片的电测法测量轴的弯矩、扭矩、支反力等力学属性，其操作复杂；

(4)现有的设备用电测法测量一般不能直接反映出弯矩、扭矩、支反力的大小及方向，需要通过数学计算才能得出最终数据，而且只能是对固定点进行分析，结果不够形象直观。

发明内容

本发明的目的提供一种轴类零件受力分析教具，以解决上述问题至少一个方面。

根据本发明的一方面，提供一种轴类零件受力分析教具，包括支撑架、支座机构、转矩模拟机构、空间合成机构、轴向力传递机构、连杆放大机构、弯矩模拟机构；支撑架为框架结构；支座机构设有两个，分别固定在支撑架的两侧，中间连接横截面为方形的传动主轴。空间合成机构设在支撑架中间的横向支杆上，其两侧端分别与两个连杆放大机构的一端连接；连杆放大机构将机构运动的位移放大，其另一端与弯矩模拟机构连接。轴向力传递机构的上端与空间合成机构铰接，下端与主轴连接；弯矩模拟机构设有左右两个，两个弯矩模拟机构通过连接件相接，其两端分别与两个转矩模拟结构连接，连接件与放大机构铰接。

两个支座机构均包括支座中心块、支撑支座中心块的支座外框、六角头螺栓、压缩弹簧、预紧带孔螺栓，支座中心块的中间位置固定连接主轴，四面均设有方形的槽；六角头螺栓设有四个，分别穿过支座外框四侧面的通孔配合在所述支座中心块四面的槽中，可在槽内滑动，并穿过压缩弹簧共同支撑支座中心块。为了平衡主轴本身产生的重力，还在支座外框底部增加了一个具有预紧功能的预紧带孔螺栓，通过对弹簧预紧使中心块处于支座外框的中心位置。

支座外框一侧设有微动开关，微动开关的触碰杆与伸出支座外框外侧的六角头螺栓连接；支座外框底部位置也设有微动开关，微动开关与伸出支座外框底部的六角头螺栓连接。

当外力作用到主轴，主轴将力传递给支座外框，中心块产生位移，使六角头螺栓移动，触动外面的微动开关，显示支反力方向的LED显示箭头通电变亮，清晰的反映出支反力方向。

转矩模拟机构包括摇柄、转动套筒、短轴、外部轴套、转动凸轮、提升板、转矩板支撑块。摇柄与转动套筒的一端连接，外部轴套的一端套接在转动套筒的另一端，短轴置于外部轴套内，外部轴套的另一端与主轴套接，且外部轴套的另一端固定转动凸轮，转动凸轮上设有滑槽；提升板通过活动铰链与转动凸轮上的滑槽连接在一起，并且铰接部分的销可以在转动凸轮的滑槽中滑动；提升板的另一端与转矩板支撑块铰接；转矩板支撑块的一侧与转矩模拟机构的提升板连接。

轴向力传递机构包括竖直传力板、水平传力板、内伸缩轴、施力套筒；竖直传力板和水平传力板的中间位置通过销轴与支撑架固定部分铰接，可绕销轴转动；竖直传力板上端与空间合成机构铰接，下端与水平传力板一端通过球面副连接在一起；水平传力板另一端与内伸缩轴铰接，内伸缩轴可以在施力套筒内滑动，内置弹簧可实现力的施加及内伸缩轴复位。当空间滑块受到轴向力沿水平方向运动时，竖直传力板和水平传力板绕销轴旋转，带动内伸缩轴在套筒内滑动，压缩弹簧将轴向力作用于主轴。

空间合成机构包括底板、固定在底板上的支杆架、带槽的空间滑块、主动滑块、从动滑块、竖直杆、导向块、斜块、压板，所述支杆架包括四根竖直固定在底板上带弹簧的竖杆，四根竖杆上均配合有一个活动块，四根竖杆的顶部固定限定块，支杆架左右侧端的相邻活动块之间固定有一端带有弹簧的连杆，前后端的相邻活动块之间连接支板；所述支杆架两侧端的连杆上各设有一个轴承块，两个轴承块之间通过一端带有弹簧的横轴连接，所述空间滑块配合在横轴上；两个轴承块分别与两个连杆放大机构的一端连接；竖直杆与导向块固接在一起，竖直杆上端穿过空间滑块上的槽，且可在槽中滑动，最下端可以在主动滑块上的45°斜槽中滑动。压板与从动滑块固接在一起，导向块可以在压板导向下沿Y轴方向滑动，带动竖直杆沿槽运动，并驱动主动滑块沿X轴方向运动。

连杆放大机构包括斜块机构和连杆装置，斜块机构分为相同构造的斜块机构a和斜块机构b，斜块机构a和斜块机构b分别置于空间合成机构的两侧端；斜块机构有三个倾斜块相接，其一端的倾斜块连接空间合成机构上的轴承块，另一端倾斜块连接连杆装置；连杆装置包括导向板、水平板和竖直板，导向板的一端与所述斜块机构末端的倾斜块，导向板中间配合有限位块，另一端与水平板一端铰接，水平板的另一端与竖直板一端铰接，竖直板之间设有限位块，竖直板的另一端与弯矩模拟机构连接。

连杆装置的铰接处均采用销钉连接，水平板的连接处均设有活动槽，保证销钉可在活动槽内滑动。其中限位块的作用是限定导向压板和竖直板上下活动。

斜块机构主要是实现位移的换向，斜块机构a将水平位移转换为竖直位移，斜块机构b将竖直位移转换为水平位移，通过连杆放大机构将位移放大并通过竖直板传递给弯矩模拟机构。

弯矩模拟机构包括外伸缩滑道、套接在外伸缩滑道内的内伸缩滑道；两根外伸缩滑道的一端分别与两个转矩模拟结构的提升板铰接，两根内伸缩滑道的自由端分别与两根连接件的一端铰接，连接件为抬升板，两根抬升板的另一端分别与两个连杆放大机构的竖直板铰接。

外伸缩滑道和内伸缩滑道的内部都布置有激光灯，投射出的一排光斑形成直线，内侧的抬升板上也布置有激光灯，外侧抬升板是一平板，可以遮住内侧抬升板上激光灯射出的光线。当两侧弯矩提升板上升时，带动内伸缩滑道在外伸缩滑道中滑动，左右两侧抬升板随之向上运动，布置在内外伸缩滑道上的激光灯的投出的直线光斑射到显示屏上，达到弯矩模拟显示的作用。

还包括显示装置，支撑架的前方两侧布置两块显示板，每个显示板上均安装按箭头形状排布的LED灯，支座机构的四个侧面的微动开关，四个微动开关与对应两个箭头状LED灯的通电线路连接。当主轴受力时，支座会产生微小位移，触发相应微动开关，微动开关闭合，显示板上对应形状的LED灯点亮，定性显示支反力的方向。

利用施力装置对轴施加轴向力、径向力和圆周力，利用手柄转动产生的转矩代替圆周力作用产生的转矩。空间滑块在受到轴向力、径向力和圆周力时会产生合成运动，通过杠杆放大机构将运动传递到显示杆上，形成弯矩与转矩图形的形状，在伸缩杆上排布的一系列激光灯，当运动形成后，打开开关显示板上就会显示出弯矩转矩的定性分析图，清晰直观。

本发明的有益效果是：本发明通过施力机构、凸轮机构、斜块机构、连杆放大机构的综合作用实现整体装置的运动，再通过装有激光灯的变形杆件和装有LED灯的显示装置将模拟的弯、扭矩及支反力图显示在显示板上，从而实现本装置的两大功能：支反力演示功能和弯、扭矩演示功能。

该教具不仅可以作为实验室设备，还可运用于机械设计专用教室进行课堂教学。通过学生动手操作和老师演示来帮助学生更好的理解支反力、弯矩、扭矩等相关知识点，同时能够促进老师与学生的课堂互动，激发学生的学习兴趣和学习热情。该装置将支反力的演示和弯矩扭矩的演示两大功能相结合，只需要通过施力机构进行施力和开关的控制，显示板上就会显示出相应的支反力和弯扭矩图，当施加的力的大小和方向不同时，显示的支反力的方向和弯扭矩图的变化趋势也会不同，操作简单，结果形象直观。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是支座机构的剖视图；

图4是支座机构连接微动开关的结构图；

图5是转矩模拟机构的剖视图；

图6是转动凸轮的结构图；

图7是轴向力传递机构的机构示意图；

图8是空间合成机构的结构示意图；

图9是连杆放大机构的结构示意图；

图10是弯矩模拟机构的结构示意图；

图11是本发明的机构运动简图；

图12是本发明的力传递简图。

具体实施方式

图1-图10中，一种轴类零件受力分析教具，包括支撑架7、支座机构1、转矩模拟机构2、空间合成机构3、轴向力传递机构4、连杆放大机构5、弯矩模拟机构6；支撑架7为框架结构；支座机构1设有两个，分别固定在支撑架7的两侧，中间连接传动主轴。

图3中，两个支座机构1均包括支座中心块105、支撑支座中心块105的支座外框101、六角头螺栓103、压缩弹簧102、预紧带孔螺栓104，支座中心块105的中间位置固定连接主轴，四面均设有方形的槽；六角头螺栓103设有四个，分别穿过支座外框101四侧面的通孔配合在所述支座中心块105四面的槽中，可在槽内滑动，并穿过压缩弹簧102共同支撑支座中心块105。为了平衡主轴本身产生的重力，还在支座外框101底部增加了一个具有预紧功能的预紧带孔螺栓104，通过对弹簧预紧使中心块105处于支座外框101的中心位置。

图4中，支座外框101一侧设有微动开关8，微动开关8的触碰杆与伸出支座外框101外侧的六角头螺栓103连接；支座外框101底部位置也设有微动开关8，微动开关8与伸出支座外框101底部的六角头螺栓103连接。

当外力作用到主轴，主轴将力传递给支座，中心块105产生位移，使六角头螺栓103移动，触动外面的微动开关8，显示支反力方向的LED显示箭头通电变亮，清晰的反映出支反力方向。

图5、图6中，转矩模拟机构2包括摇柄208、转动套筒201、短轴202、外部轴套203、转动凸轮205、提升板206、转矩板支撑块207。摇柄208与转动套筒201的一端连接，外部轴套203的一端套接在转动套筒201的另一端，短轴202置于外部轴套203内，外部轴套203的另一端与主轴9套接，且外部轴套203的另一端固定转动凸轮205，转动凸轮205上设有滑槽；提升板206通过活动铰链与转动凸轮205上的滑槽连接在一起，并且铰接部分的销可以在转动凸轮205的滑槽中滑动；提升板206的另一端与转矩板支撑块207铰接；转矩板支撑块207的一侧与转矩模拟机构2的提升板206连接。

转矩板支撑块207包括固定杆210、升降杆211、横向杆208和显示杆209，固定杆210的一端固定在支撑架7上，升降杆211设有两根，分别竖直固定在固定杆210的左右端，升降杆211的上端固定连接横向杆208，转矩模拟机构2的提升板206与横向杆208铰接。显示杆209固定在横向杆208外侧，显示杆209上设有激光灯，用于显示转矩的受力情况。通过手柄输入转矩，带动凸轮转动使转矩显示杆209运动显示转矩。

图7中，轴向力传递机构4包括竖直传力板401、水平传力板403、内伸缩轴402、施力套筒404；竖直传力板401和水平传力板403的中间位置通过销轴与支撑架7固定部分铰接，可绕销轴转动；竖直传力板401上端与空间合成机构3铰接，下端与水平传力板403一端通过球面副连接在一起；水平传力板403另一端与内伸缩轴402铰接，内伸缩轴402可以在施力套筒404内滑动，内置弹簧可实现力的施加及内伸缩轴402复位。当空间滑块受到轴向力沿水平方向运动时，竖直传力板401和水平传力板403绕销轴旋转，带动内伸缩轴402在套筒内滑动，压缩弹簧102将轴向力作用于主轴。

图8中，空间合成机构3包括底板308、固定在底板308上的支杆架、带槽的空间滑块316、主动滑块301、从动滑块307、竖直杆303、导向块305、斜块302、压板306，所述支杆架包括四根竖直固定在底板308上带弹簧的竖杆313，四根竖杆313上均配合有一个活动块309，四根竖杆313的顶部固定限定块，支杆架左右侧端的相邻活动块309之间固定有一端带有弹簧的连杆，前后端的相邻活动块309之间连接支板；所述支杆架两侧端的连杆上各设有一个轴承块，两个轴承块之间通过一端带有弹簧的横轴312连接，所述空间滑块316配合在横杆上；两个轴承块分别与两个连杆放大机构5的一端连接；竖直杆303与导向块305固接在一起，竖直杆303上端穿过空间滑块316上的槽，且可在槽中滑动，最下端可以在主动滑块301上的45°斜槽中滑动。压板306与从动滑块307固接在一起，导向块305可以在压板306导向下沿Y轴方向滑动，带动竖直杆303沿槽运动，并驱动主动滑块301沿X轴方向运动。

图1、图2、图11、图12中，空间合成机构3的上方设有作用于空间滑块316的径向力手柄动力机构11，包括手柄a、紧固装置和一端带有推块的丝杆，紧固装置由夹块通过螺杆固定在支撑架7的上端位置，手柄a与丝杆的另一端固结，丝杆竖直配合在紧固装置的丝孔内，丝杆下端的推块位于空间滑块316上端面的上方，摇动手柄，丝杆向下运动，推块与空间滑块316接触，推动空间滑块向Y轴方向运动，进而带动连杆放大机构5运动。

空间合成机构3的X轴方向侧设有作用于空间滑块316的轴向力手柄动力机构10，包括手柄b、紧固装置和一端带有推块的丝杆,紧固装置由夹块通过螺杆固定在支撑架7的上端侧面位置，手柄b与丝杆的另一端固结，丝杆竖直配合在紧固装置的丝孔内，丝杆下端的推块位于空间滑块316侧端面的正对位置。

空间合成机构3的Z轴方向侧设有作用于空间滑块316的圆周力手柄动力机构12，包括手柄c、紧固装置和一端带有推块的丝杆,紧固装置由夹块通过螺杆固定在支撑架7的上端侧面位置，手柄c与丝杆的另一端固结，丝杆竖直配合在紧固装置的丝孔内，丝杆下端的推块位于空间滑块316侧端面的正对位置。

利用手柄动力机构对空间滑块316施加三个不同方向力的作用，空间滑块316产生空间运动，当施加圆周力时，空间滑块316产生X轴方向的位移，通过竖直杆303和导向块305共同作用带动主动滑块301和从动滑块307同步沿X轴方向运动；当施加径向力时，空间滑块316产生Z轴方向的位移，通过斜块302机构驱动主动滑块301和从动滑块307同步沿X轴方向运动；当施加轴向力时，空间滑块316产生Y轴方向的位移，带动竖直杆303沿Y轴方向运动，驱动主动滑块301沿X轴方向运动，此时从动滑块307保持不动。三个方向导向杆上的弹簧可以实现作用力撤销后空间滑块316的复位，并且主动滑块301和从动滑块307运动产生的位移可通过杠杆放大机构传递给弯矩模拟机构6。

图9中，连杆放大机构5包括斜块机构501和连杆装置，斜块机构501分为相同构造的斜块机构501a和斜块机构501b，斜块机构501a和斜块机构501b分别置于空间合成机构3的两侧端；斜块机构501由三个倾斜块相接，其一端的倾斜块连接空间合成机构3上的轴承块，另一端倾斜块连接连杆装置；连杆装置包括导向压板505、水平板503和竖直板504，导向板的一端与所述斜块机构501末端的倾斜块，导向板中间配合有限位块502，另一端与水平板503一端铰接，水平板503的另一端与竖直板504一端铰接，竖直板504之间设有限位块502，竖直板504的另一端与弯矩模拟机构6连接。

连杆装置的铰接处均采用销钉连接，水平板503的连接处均设有活动槽，保证销钉可在活动槽内滑动。其中限位块502的作用是限定导向压板505306和竖直板504上下活动。

斜块机构501主要是实现位移的换向，斜块机构501a将水平位移转换为竖直位移，斜块机构501b将竖直位移转换为水平位移，通过连杆放大机构5将位移放大并通过竖直板504传递给弯矩模拟机构6。

本发明还包括显示装置，支撑架7的前方两侧布置两块显示板，每个显示板上均安装按箭头形状排布的LED灯，支座机构1的四个侧面都设有微动开关8，四个微动开关8与对应两个箭头状LED灯的通电线路连接。当主轴受力时，支座会产生微小位移，触发相应微动开关8，微动开关8闭合，显示板上对应形状的LED灯点亮，定性显示支反力的方向。

图10，弯矩模拟机构6设有两对，且左右对称，包括外伸缩滑道601、套接在外伸缩滑道601内的内伸缩滑道603、抬升板602；两根外伸缩滑道601的一端分别与两个转矩模拟结构的提升板206铰接，两根内伸缩滑道603的自由端分别与两根抬升板602的一端铰接，两根抬升板602的另一端分别与两个连杆放大机构5的竖直板504铰接。

外伸缩滑道601和内伸缩滑道603的内部都布置有激光灯604，投射出的一排光斑形成直线，内侧的抬升板602上也布置有激光灯604，外侧抬升板602是一平板，可以遮住内侧抬升板602上激光灯604射出的光线。当两侧弯矩提升板206上升时，带动内伸缩滑道603在外伸缩滑道601中滑动，左右两侧抬升板602随之向上运动，布置在内外伸缩滑道601上的激光灯604投出的直线光斑射到显示屏上，达到弯矩模拟显示的作用。

图11、图12中，利用施力装置对轴施加轴向力、径向力和圆周力，利用手柄转动产生的转矩代替圆周力作用产生的转矩。空间滑块316在受到轴向力、径向力和圆周力时会产生合成运动，通过杠杆放大机构将运动传递到显示杆上，形成弯矩与转矩图形的形状，在伸缩杆上排布的一系列激光灯604，当运动形成后，打开开关显示板上就会显示出弯矩转矩的定性分析图，清晰直观，帮助学员理解这一知识点。

本发明将轴的复杂受力分解为径向力、圆周力和轴向力，分析每个力产生的效果以及力的叠加产生的效果，并通过直观线条显示出来，使结果形象直观；同时该装置将力与运动分开，轴受的力不仅作用在轴上，同时该力还驱动相应的机构运动。

该装置具有两大功能，其功能一是可进行支反力演示分析实验，功能二是可进行弯扭矩定性分析实验。将轴的复杂受力分解为径向力、圆周力和轴向力，分析每个力产生的效果。

该教具不仅可以作为实验室设备，还可运用于机械设计专用教室进行课堂教学。通过学生动手操作和老师演示来帮助学生更好的理解支反力、弯矩、扭矩等相关知识点，同时能够促进老师与学生的课堂互动，激发学生的学习兴趣和学习热情。该装置将支反力的演示和弯矩扭矩的演示两大功能相结合，只需要通过施力机构进行施力和开关的控制，显示板上就会显示出相应的支反力和弯扭矩图，当施加的力的大小和方向不同时，显示的支反力的方向和弯扭矩图的变化趋势也会不同，操作简单，结果形象直观。

以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种轴类零件受力分析教具，其特征在于：包括支撑架、支座机构、转矩模拟机构、空间合成机构、轴向力传递机构、连杆放大机构、弯矩模拟机构；支撑架为框架结构；支座机构设有两个，分别固定在支撑架的两侧，中间连接横截面为方形的传动主轴；支撑架的前方两侧布置两块显示板；空间合成机构设在支撑架中间的横向支杆上，其两侧端分别与两个连杆放大机构的一端连接；连杆放大机构将机构运动的位移放大，其另一端与弯矩模拟机构连接；轴向力传递机构的上端与空间合成机构铰接，下端与主轴连接；弯矩模拟机构设有左右两个，两个弯矩模拟机构通过连接件相接，其两端分别与两个转矩模拟结构连接，连接件与放大机构铰接；

两个支座机构均包括支座中心块、支撑支座中心块的支座外框、六角头螺栓、压缩弹簧、预紧带孔螺栓，支座中心块的中间位置固定连接主轴，四面均设有方形的槽；六角头螺栓设有四个，分别穿过支座外框四侧面的通孔配合在所述支座中心块四面的槽中，可在槽内滑动，并穿过压缩弹簧共同支撑支座中心块；支座外框底部设置一个具有预紧功能的预紧带孔螺栓，通过对弹簧预紧使中心块处于支座外框的中心位置；

支座外框一侧设有微动开关，微动开关的触碰杆与伸出支座外框外侧的六角头螺栓连接；支座外框底部位置设有微动开关，微动开关与伸出支座外框底部的六角头螺栓连接；

当外力作用到主轴，主轴将力传递给支座外框，中心块产生位移，使六角头螺栓移动，触动外面的微动开关；

转矩模拟机构包括摇柄、转动套筒、短轴、外部轴套、转动凸轮、提升板、转矩板支撑块；摇柄与转动套筒的一端连接，外部轴套的一端套接在转动套筒的另一端，短轴置于外部轴套内，外部轴套的另一端与主轴套接，且外部轴套的另一端固定转动凸轮，转动凸轮上设有滑槽；提升板通过活动铰链与转动凸轮上的滑槽连接在一起，并且铰接部分的销可以在转动凸轮的滑槽中滑动；提升板的另一端与转矩板支撑块铰接；转矩板支撑块的一侧与转矩模拟机构的提升板连接；

转矩板支撑块包括固定杆、升降杆、横向杆和显示杆，固定杆的一端固定在支撑架上，升降杆设有两根，分别竖直固定在固定杆的左右端，升降杆的上端固定连接横向杆，转矩模拟机构的提升板与横向杆铰接；显示杆固定在横向杆外侧，显示杆上设有激光灯；

空间合成机构包括底板、固定在底板上的支杆架、带槽的空间滑块、主动滑块、从动滑块、竖直杆、导向块、斜块、压板，所述支杆架包括四根竖直固定在底板上带弹簧的竖杆，四根竖杆上均配合有一个活动块，四根竖杆的顶部固定限定块，支杆架左右侧端的相邻活动块之间固定有一端带有弹簧的连杆，前后端的相邻活动块之间连接支板；所述支杆架两侧端的连杆上各设有一个轴承块，两个轴承块之间通过一端带有弹簧的横轴连接，所述空间滑块配合在横轴上；两个轴承块分别与两个连杆放大机构的一端连接；竖直杆与导向块固接在一起，竖直杆上端穿过空间滑块上的槽，且可在槽中滑动，最下端可以在主动滑块上的45°斜槽中滑动；压板与从动滑块固接在一起，导向块可以在压板导向下沿Y轴方向滑动，带动竖直杆沿槽运动，并驱动主动滑块沿X轴方向运动；

轴向力传递机构包括竖直传力板、水平传力板、内伸缩轴、施力套筒；竖直传力板和水平传力板的中间位置通过销轴与支撑架固定部分铰接，可绕销轴转动；竖直传力板上端与空间合成机构铰接，下端与水平传力板一端通过球面副连接在一起；水平传力板另一端与内伸缩轴铰接，内伸缩轴可以在施力套筒内滑动，内置弹簧可实现力的施加及内伸缩轴复位；

当空间滑块受到轴向力沿水平方向运动时，竖直传力板和水平传力板绕销轴旋转，带动内伸缩轴在套筒内滑动，压缩弹簧将轴向力作用于主轴；

连杆放大机构包括斜块机构和连杆装置，斜块机构分为相同构造的斜块机构a和斜块机构b，斜块机构a和斜块机构b分别置于空间合成机构的两侧端；斜块机构由三个倾斜块相接，其一端的倾斜块连接空间合成机构上的轴承块，另一端倾斜块连接连杆装置；连杆装置包括导向板、水平板和竖直板，导向板的一端与所述斜块机构末端的倾斜块连接，导向板中间配合有限位块，另一端与水平板一端铰接，水平板的另一端与竖直板一端铰接，竖直板之间设有限位块，竖直板的另一端与弯矩模拟机构连接；

连杆装置的铰接处均采用销钉连接，水平板的连接处均设有活动槽，保证销钉可在活动槽内滑动；

斜块机构a将水平位移转换为竖直位移，斜块机构b将竖直位移转换为水平位移，通过连杆放大机构将位移放大并通过竖直板传递给弯矩模拟机构；

弯矩模拟机构包括外伸缩滑道、套接在外伸缩滑道内的内伸缩滑道；两根外伸缩滑道的一端分别与两个转矩模拟结构的提升板铰接，两根内伸缩滑道的自由端分别与两根连接件的一端铰接，连接件为抬升板，两根抬升板的另一端分别与两个连杆放大机构的竖直板铰接；

外伸缩滑道和内伸缩滑道的内部都布置有激光灯，投射出的一排光斑形成直线，内侧的抬升板上布置有激光灯，外侧抬升板是一平板，可遮住内侧抬升板上激光灯射出的光线；

两侧提升板上升时，带动内伸缩滑道在外伸缩滑道中滑动，左右两侧抬升板随之向上运动，布置在内外伸缩滑道上的激光灯投出的直线光斑射到显示板上。

2.根据权利要求1所述的轴类零件受力分析教具，其特征在于：空间合成机构的上方设有作用于空间滑块的径向力手柄动力机构，包括手柄、紧固装置和一端带有推块的丝杆，紧固装置由夹块通过螺杆固定在支撑架的上端位置，手柄与丝杆的另一端固结，丝杆竖直配合在紧固装置的丝孔内，丝杆下端的推块位于空间滑块上端面的上方，摇动手柄，丝杆向下运动，推块与空间滑块接触，推动空间滑块向Y轴方向运动，进而带动连杆放大机构运动；

空间合成机构的X轴方向侧设有作用于空间滑块的轴向力手柄动力机构，包括手柄b、紧固装置和一端带有推块的丝杆,紧固装置由夹块通过螺杆固定在支撑架的上端侧面位置，手柄b与丝杆的另一端固结，丝杆竖直配合在紧固装置的丝孔内，丝杆下端的推块位于空间滑块侧端面的正对位置；

空间合成机构的Z轴方向侧设有作用于空间滑块的圆周力手柄动力机构，包括手柄c、紧固装置和一端带有推块的丝杆,紧固装置由夹块通过螺杆固定在支撑架的上端侧面位置，手柄c与丝杆的另一端固结，丝杆竖直配合在紧固装置的丝孔内，丝杆下端的推块位于空间滑块侧端面的正对位置。

3.根据权利要求1所述的轴类零件受力分析教具，其特征在于：每个显示板上均安装按箭头形状排布的LED灯，支座机构的四个侧面设有微动开关，四个微动开关与对应两个箭头状LED灯的通电线路连接；

主轴受力时，支座外框会产生微小位移，触发相应微动开关，微动开关闭合，显示板上对应形状的LED灯点亮，定性显示支反力的方向。