專利名稱：一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兒童教育領(lǐng)域的曲線繪制工具和圖案組合繪制方法，特別涉及一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具。
背景技術(shù)：
內(nèi)旋輪線(hypotrochoid)是一種數(shù)學(xué)曲線，定義描述為追蹤附著在圍繞半徑為 R的固定的圓內(nèi)側(cè)滾轉(zhuǎn)的半徑為r的圓上的一個點得到的轉(zhuǎn)跡線，這個點到內(nèi)部滾動的圓的中心的距離是d。內(nèi)旋輪線的參數(shù)方程是
特殊情況包括d=r的內(nèi)擺線和R=2r的橢圓。經(jīng)典的螺旋圖玩具追蹤出內(nèi)旋輪線和外旋輪線。傳統(tǒng)繪制內(nèi)旋輪線的工具，多采用一塊曲線板，內(nèi)部鏤空圓孔，孔上有輪齒，與小齒輪配合，通過齒輪嚙合的方法繪制。但是，上述現(xiàn)有的繪圖工具，孔與小齒輪無緊密結(jié)合關(guān)系，繪制圖形時容易產(chǎn)生齒輪偏離軌道；受此限制，其所繪圖案的數(shù)量有限，各種疊加式內(nèi)旋輪線繪制無法實現(xiàn)，單調(diào)的曲線無法更多地激起兒童的學(xué)習(xí)興趣。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于包括一組環(huán)和一組齒輪，所述環(huán)中的最外環(huán)內(nèi)緣具有輪齒；中間環(huán)內(nèi)緣和外緣都具有輪齒；所述齒輪的外緣具有輪齒，輪身上具有各種鏤空形狀；所述齒輪中大、小齒輪的齒數(shù)之比，化簡為最簡分數(shù)時，其分母就是小齒輪的自轉(zhuǎn)數(shù)，分子就是小齒輪沿著大齒輪的公轉(zhuǎn)數(shù)；繪圖時，必須至少取用所述一組環(huán)中的一個，以及一組齒輪環(huán)中的一個。所述外環(huán)外形是波嚕嚕頭形狀。所述鏤空形狀包括圓形、正方形、三角形、四角梅花形、心形、橢圓形、水滴形，這些鏤空形狀在每一齒輪上為單一一種，或幾種的組合。除最外一個環(huán)，其他各環(huán)上均設(shè)有定位孔。所有環(huán)內(nèi)側(cè)輪廓上均設(shè)置有防止齒輪偏離的環(huán)形臺階面。所有環(huán)上和齒輪上的輪齒齒形均為三角形。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有如下有益效果1、本發(fā)明由一組具有內(nèi)輪齒的環(huán)和一組具有外輪齒的齒輪組成，齒形均為三角形，可以無動力連續(xù)嚙合更流暢。外輪廓有輪齒的組件，放入直接較大的內(nèi)輪廓有輪齒的組件中，通過齒輪嚙合往復(fù)運動，內(nèi)圓組

發(fā)明內(nèi)容
3件上的一個點運動軌跡可形成內(nèi)旋輪線；采用內(nèi)部組件上不同的點，形成的運動曲線不同。
2、外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)、齒輪可以構(gòu)成完整的無間隙整體，便于收納和拼組。3、中間環(huán)內(nèi)、外均有輪齒，使其可以作為繪制內(nèi)旋輪線的外環(huán)使用，同時內(nèi)環(huán)還可以與齒輪一組合成整體，作為繪制內(nèi)旋輪線的內(nèi)部齒輪使用。4、內(nèi)環(huán)可以與齒輪一組成一個整體齒輪,作為齒數(shù)為內(nèi)環(huán)的齒輪使用。5、齒輪內(nèi)部有心形、三角形、梅花形等各種形狀，當(dāng)繪圖筆在這些形狀內(nèi)繪制內(nèi)旋輪線時，筆尖在齒輪運行到某一位置時會自動移到下一可停駐點，繼續(xù)繪制圖形，這時可以形成疊加式的復(fù)雜內(nèi)旋輪線，圖案變化多樣。6、在環(huán)內(nèi)可以放置幾個齒輪，可以繪制疊加的內(nèi)旋輪線。7、在環(huán)的內(nèi)輪廓上,均設(shè)計有臺階面，防止內(nèi)部齒輪嚙合時齒輪偏離運行軌跡。8、總之，該工具既可以作為兒童活動的教具，靈活應(yīng)用于兒童教育活動中，通過各種針對性的題目和游戲，全方位地開發(fā)兒童的大腦思維，激發(fā)孩子創(chuàng)作的熱情，并提升其自主學(xué)習(xí)能力。并且，該多功能繪圖工具，結(jié)構(gòu)簡單、組組合靈活、功能齊全，使用方便，形式變化多樣，適用于藝術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)等兒童教育學(xué)科的教學(xué)和作品創(chuàng)作中，通過豐富的圖案設(shè)計和展現(xiàn)，全方位地開發(fā)兒童的大腦思維，提升兒童的自主學(xué)習(xí)能力和藝術(shù)創(chuàng)作素養(yǎng)。


圖I為表示本發(fā)明結(jié)構(gòu)的正視圖。圖2為表示構(gòu)成本發(fā)明的各個組件的正視圖。圖3為本發(fā)明中，外環(huán)和齒輪的臺階面局剖圖。
圖4為本發(fā)明中，外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)、齒輪一組件組合時的正、反面視圖。
圖5為本發(fā)明中，中環(huán)、內(nèi)環(huán)、齒輪一組合時的正、反面視圖。圖6為本發(fā)明中，中環(huán)與齒輪一組合時的正、反面視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明。如圖I、圖2所示，本發(fā)明由一組環(huán)和一組齒輪組成，例如環(huán)包括外環(huán)I、中環(huán)2和內(nèi)環(huán)3，甚至是更多；齒輪有齒輪一 4、齒輪二 5、齒輪三6、齒輪四7，甚至是更多。但是，對于繪制內(nèi)旋輪線來講，必須至少有一個環(huán)和一個齒輪組合才能完成繪圖。本發(fā)明以三環(huán)四齒輪為例予以介紹，作為最外面的一個環(huán)一外環(huán)1，外形是波嚕嚕 (BoIooIoo)頭的形狀，內(nèi)緣具有輪齒；位于里面的中環(huán)2和內(nèi)環(huán)3的內(nèi)緣和外緣都具有輪齒。齒輪一 4、齒輪二 5、齒輪三6、齒輪四7外緣有都輪齒，用于與環(huán)嚙合，或齒輪與齒輪之間嚙合。齒輪輪身上有小圓孔和/或其他各種有一定規(guī)則的鏤空形狀包括正方形、三角形、四角梅花形、心形、橢圓形、水滴形等。所有的環(huán)和齒輪上的輪齒齒形一致，均為三角形。進一步地，作為中間環(huán)的中環(huán)2、內(nèi)環(huán)3上均設(shè)有定位孔8 (如圖I所示)，定位孔8 是便于孩子先確定幾個點的位置，然后在上面分別繪制圖形。進一步地，所有環(huán)的內(nèi)側(cè)輪廓上均可設(shè)計有環(huán)形臺階面9，如圖3所示，防止內(nèi)部齒輪嚙合時齒輪偏離運行軌跡。本發(fā)明一實施例中，外環(huán)I的內(nèi)緣輪齒齒數(shù)與中環(huán)2的外緣輪齒齒數(shù)相等，中環(huán)2 的內(nèi)緣輪齒齒數(shù)與內(nèi)環(huán)3的外緣輪齒齒數(shù)相等，內(nèi)環(huán)3的內(nèi)緣輪齒齒數(shù)與齒輪一 4的輪齒齒數(shù)相等，齒輪二 5、齒輪三6、齒輪四7的輪齒齒數(shù)與內(nèi)環(huán)3的內(nèi)緣輪齒齒數(shù)不相等。分別選取外環(huán)I內(nèi)緣輪齒齒數(shù)為140 ;中環(huán)2外緣輪齒齒數(shù)為140,內(nèi)緣輪齒齒數(shù)為96 ;內(nèi)環(huán) 3外緣輪齒齒數(shù)為96,內(nèi)緣輪齒齒數(shù)為63 ;齒輪一 4輪齒齒數(shù)為63 ;齒輪二 5輪齒齒數(shù)為 52 ;齒輪三6輪齒齒數(shù)為36 ;齒輪四7輪齒齒數(shù)為28。輪齒齒數(shù)和繪制的曲線間的關(guān)系為 大小齒輪的齒數(shù)之比，約為最簡分數(shù)時，其分母就是小齒輪的自轉(zhuǎn)數(shù)，也就是圖案中的花瓣數(shù)；分子就是小齒輪沿著大齒輪的公轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)最簡分數(shù)，設(shè)計出合適的齒數(shù)，選擇不同的齒輪與不同的孔，使得繪制出來的圖案形狀各不相同。繪圖時，外環(huán)I、中環(huán)2和內(nèi)環(huán)3中，可以任取一個環(huán)，或任取兩個環(huán)的組合，或取三個環(huán)的組合都可以。同樣，齒輪一 4、齒輪二 5、齒輪三6、齒輪四7中，也是至少取一個才可實現(xiàn)畫圖，當(dāng)然根據(jù)畫圖需要，可取幾個的組合?？傊?，至少有一個環(huán)和一個齒輪才能實現(xiàn)繪圖。但是，如果環(huán)與齒輪的半徑差距過小，控制難度加大，不利于繪圖。圖4所示為外環(huán)I、中環(huán)2、內(nèi)環(huán)3和齒輪一 4組成完整無間隙的圖案。圖5所示為中環(huán)2、內(nèi)環(huán)3和齒輪一 4組成的一個完整的大齒輪,作為齒數(shù)為中環(huán)2外緣齒數(shù)的齒輪使用。圖6所示為內(nèi)環(huán)3與齒輪一 4組成的一個完整的大齒輪,作為齒數(shù)為內(nèi)環(huán)3外緣齒數(shù)的齒輪使用。中環(huán)2、內(nèi)環(huán)3具有外緣輪齒，外緣可以嚙合齒輪，可以在繪制外旋輪線時， 作為內(nèi)部大齒輪使用。利用外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)其一或幾個的組合作為曲線繪制的外部定圓，齒輪一 齒輪四其一或幾個的組合作為內(nèi)部動圓。內(nèi)部動圓放入外部定圓中，通過齒輪的嚙合往復(fù)運動。 制圖時，將工具放在紙上，按住外部定圓，使其緊貼在紙上，不能移動，筆取內(nèi)部動圓上的一個點(從齒輪內(nèi)側(cè)的孔取點)，動圓緊貼定圓內(nèi)壁滾動，這時筆尖的運動軌跡就可形成內(nèi)旋輪線。齒輪內(nèi)部不同的孔，距離圓心點的距離有所不同，繪制的曲線也有所不相同。畫出來的圖形依大小、形狀和顏色不同，可以互相疊加、組合，形成美麗的圖案；
還有一個繪制的實施例如下把筆放在齒輪一 4或齒輪二 5中的心形、三角形、梅花形等形狀中，放入外環(huán)I或中環(huán)2中繪制內(nèi)旋輪線，筆尖在齒輪運行到某一位置時會自動移到下一可停駐點，繼續(xù)繪制圖形，這時可以形成疊加式的復(fù)雜內(nèi)旋輪線，圖案變化多樣。畫出來的圖形依大小、形狀和顏色不同，可以互相疊加、組合，形成美麗的圖案。當(dāng)將齒輪置于環(huán)的外部，把筆尖插入齒輪的某個小孔中，使齒輪與環(huán)嚙合運轉(zhuǎn)時， 會畫出各種形狀的外旋輪線，此可作為繪制內(nèi)旋輪線方法的擴展。
權(quán)利要求
1.一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于包括一組環(huán)和一組齒輪，所述環(huán)中的最外環(huán)內(nèi)緣具有輪齒；中間環(huán)內(nèi)緣和外緣都具有輪齒；所述齒輪的外緣具有輪齒，輪身上具有各種鏤空形狀；所述齒輪中大、小齒輪的齒數(shù)之比，化簡為最簡分數(shù)時，其分母就是小齒輪的自轉(zhuǎn)數(shù)， 分子就是小齒輪沿著大齒輪的公轉(zhuǎn)數(shù)；繪圖時，必須至少取用所述一組環(huán)中的一個，以及一組齒輪環(huán)中的一個。
2.如權(quán)利要求I所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于所述外環(huán)外形是波嚕嚕頭形狀。
3.如權(quán)利要求I所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于所述鏤空形狀包括圓形、正方形、三角形、四角梅花形、心形、橢圓形、水滴形，這些鏤空形狀在每一齒輪上為單 種，或幾種的組合。
4.如權(quán)利要求2所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于所述鏤空形狀包括圓形、正方形、三角形、四角梅花形、心形、橢圓形、水滴形，這些鏤空形狀在每一齒輪上為單 種，或幾種的組合。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于除最外一個環(huán)，其他各環(huán)上均設(shè)有定位孔。
6.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于所有環(huán)內(nèi)側(cè)輪廓上均設(shè)置有防止齒輪偏離的環(huán)形臺階面。
7.如權(quán)利要求5所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于所有環(huán)內(nèi)側(cè)輪廓上均設(shè)置有防止齒輪偏離的環(huán)形臺階面。
8.如權(quán)利要求I或2或3或4或7所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于 所有環(huán)上和齒輪上的輪齒齒形均為三角形。
9.如權(quán)利要求5所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于所有環(huán)上和齒輪上的輪齒齒形均為三角形。
10.如權(quán)利要求6所述的一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，其特征在于所有環(huán)上和齒輪上的輪齒齒形均為三角形。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多功能內(nèi)旋輪線繪制工具，由一組環(huán)和一組齒輪組成，所述環(huán)中的最外環(huán)內(nèi)緣具有輪齒；中間環(huán)內(nèi)緣和外緣都具有輪齒；齒輪的外緣具有輪齒，輪身上具有各種鏤空形狀；所述齒輪中大、小齒輪的齒數(shù)之比，化簡為最簡分數(shù)時，其分母就是小齒輪的自轉(zhuǎn)數(shù)，分子就是小齒輪沿著大齒輪的公轉(zhuǎn)數(shù)；繪圖時，必須至少取用所述一組環(huán)中的一個，以及一組齒輪環(huán)中的一個。將筆插入齒輪或環(huán)上不同孔位和不同形狀中，利用內(nèi)外齒輪嚙合往復(fù)運動，創(chuàng)作出封閉的內(nèi)旋輪線。本工具結(jié)構(gòu)簡單，功能齊全，使用方便，形式變化多樣，適用于藝術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)等兒童教育學(xué)科的教學(xué)和作品創(chuàng)作。
文檔編號B43L13/00GK102582327SQ20121005120
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者丁雪卿, 劉進新, 李宏明 申請人:北京洪恩教育科技股份有限公司