一種圓錐曲線繪制裝置制造方法
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種圓錐曲線繪制裝置，可實現(xiàn)拋物線、橢圓、雙曲線的繪制。需要畫圓錐曲線時首先根據(jù)圓錐曲線的離心率設(shè)置L形機(jī)構(gòu)與基導(dǎo)軌之間的角度，設(shè)定基導(dǎo)軌與x導(dǎo)軌之間的銳角為θ，固定基導(dǎo)軌，再固定焦點；然后將L形機(jī)構(gòu)沿基導(dǎo)軌推動，與x滑塊固定的齒條2在y導(dǎo)軌方向上移動Δy的距離，通過齒輪將Δy的距離傳遞給齒條1，鉛筆到焦點之間的距離將增加Δy的長度；與y滑塊固定的直桿在x導(dǎo)軌方向上移動Δx的距離，即鉛筆到所畫圓錐曲線的準(zhǔn)線增加Δx的距離；因為為一定值，所以鉛筆到焦點的距離與鉛筆到所畫圓錐曲線準(zhǔn)線的距離之比也為定值且與tanθ相等，符合圓錐曲線的定義，從而實現(xiàn)拋物線、橢圓、雙曲線的繪制。
【專利說明】一種圓錐曲線繪制裝置 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)圓錐曲線（拋物線、橢圓、雙曲線）的繪制。

【背景技術(shù)】
[0002] 圓錐曲線包括橢圓、拋物線、雙曲線，一直以來都是幾何學(xué)研究的重要課題之一， 在我們的實際生活中也存在著許許多多的圓錐曲線。
[0003] 我們生活的地球每時每刻都在環(huán)繞太陽的橢圓軌跡上運行，太陽系其他行星也如 此，太陽則位于橢圓的一個焦點上。如果這些行星運行速度增大到某種程度，它們就會沿拋 物線或雙曲線運行。人類發(fā)射人造地球衛(wèi)星或人造行星就要遵照這個原理。相對于一個物 體，按萬有引力定律受它吸引的另一物體的運動，不可能有任何其他的軌道了。因而，圓錐 曲線在這種意義上講，它構(gòu)成了我們宇宙的基本形式。由圓錐曲線還導(dǎo)出了許多重要的曲 面，諸如圓柱面、橢球面、單葉和雙葉雙曲面以及各種拋物面等。
[0004] 簡而言之，圓錐曲線無論在數(shù)學(xué)或其他科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，還是在我們的實際生活中 都占有重要的地位。圓錐曲線不僅是物理學(xué)中行星研究、力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)的基礎(chǔ)，還是幾 何數(shù)學(xué)中的重要組成部分。雖然圓錐曲線的學(xué)習(xí)和應(yīng)用貫穿于高中、大學(xué)以及工程運用中， 但目前為止，市場上尚沒有能夠精確繪制不同方程的圓錐曲線。然而圓錐曲線繪制儀對于 學(xué)習(xí)、研究或運用該知識理論的人員來說卻是一件必備的工具，通過繪制不同方程的圓錐 曲線，可以了解不同圓錐曲線的原理及形成，還可以提高繪圖的整體狀況，以便對不同的圓 錐曲線方程學(xué)習(xí)和研究。
[0005] 因此，我們希望，能夠像繪制圓和直線一樣方便、簡單地去繪制圓錐曲線，從而實 現(xiàn)對圓錐曲線不僅僅是理論上的學(xué)習(xí)，更多的是要會運用到實際應(yīng)用中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足解決的技術(shù)是提供一種成本低、操作簡單可繪制拋物 線、橢圓、雙曲線的繪圖裝置。
[0007] 本發(fā)明一種圓錐曲線繪制裝置根據(jù)圓錐曲線第二定義：當(dāng)0 < e < 1時，軌跡為 橢圓；e= 1時，軌跡為拋物線；e> 1時，軌跡為雙曲線，其中e為圓錐曲線的離心率。將X 導(dǎo)軌和y導(dǎo)軌的一端固定，形成L形機(jī)構(gòu)，X導(dǎo)軌上設(shè)置X滑塊，y導(dǎo)軌上設(shè)置y滑塊，其中 y滑塊固定一與y導(dǎo)軌垂直的直桿，直桿另一端與齒條1鉸鏈連接，鉸鏈連接點設(shè)置鉛筆； X滑塊與齒條2固定，齒條2垂直于X導(dǎo)軌，齒條1與齒條2通過齒輪嚙合，圓錐曲線的焦 點設(shè)置于齒輪中心；L形機(jī)構(gòu)的頂點設(shè)置于一滑塊上且可繞兩者的連接點調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動角度， 該滑塊設(shè)置于基導(dǎo)軌上。需要畫圓錐曲線時首先根據(jù)圓錐曲線的離心率設(shè)置L形機(jī)構(gòu)與基 導(dǎo)軌之間的角度，設(shè)定基導(dǎo)軌與X導(dǎo)軌之間的銳角為0，固定基導(dǎo)軌，再固定焦點；然后將 L形機(jī)構(gòu)沿基導(dǎo)軌推動，與X滑塊固定的齒條2在y導(dǎo)軌方向上移動A y的距離，通過齒輪 將A y的距離傳遞給齒條1，鉛筆到焦點之間的距離將增加 A y的長度；與y滑塊固定的直 桿在X導(dǎo)軌方向上移動A X的距離，即鉛筆到所畫圓錐曲線的準(zhǔn)線增加 A X的距離；因為 I = tan0為一定值，所以鉛筆到焦點的距離與鉛筆到所畫圓錐曲線準(zhǔn)線的距離之比也為 定值且與tan 0相等，符合圓錐曲線的定義，從而實現(xiàn)發(fā)明目的。
[0008] 因而本發(fā)明一種圓錐曲線繪制裝置包括：基礎(chǔ)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、傳動機(jī) 構(gòu)；其特征在于所述基礎(chǔ)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)包括：固定于工作臺的基座、設(shè)置于基座上的基導(dǎo)軌、基 導(dǎo)軌上設(shè)置滑塊1 ;所述L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)包括：x導(dǎo)軌、y導(dǎo)軌及對應(yīng)設(shè)置于兩導(dǎo)軌上的X滑塊、 y滑塊，其中兩導(dǎo)軌的一端固定連接形成L形結(jié)構(gòu)；L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的頂點設(shè)置于滑塊1上，并 可繞連接點調(diào)節(jié)L形導(dǎo)軌的旋轉(zhuǎn)角度；所述傳動機(jī)構(gòu)包括：直桿、齒條1、齒輪、齒條2,直桿 的一端與齒條1鉸鏈連接，該鉸鏈連接點為圖像輸出點，齒條1與齒條2通過齒輪嚙合；傳 動機(jī)構(gòu)中直桿的另一端固定設(shè)置于y滑塊上，并與y導(dǎo)軌垂直，齒條2的一端設(shè)置于X滑塊 上，并與X導(dǎo)軌垂直；繪圖時齒輪固定于工作臺上，只能轉(zhuǎn)動，固定點即為所繪圓錐曲線的 焦點。
[0009] 進(jìn)一步地，所述傳動機(jī)構(gòu)中，設(shè)置齒輪1與齒條1嚙合，并與齒條1平行設(shè)置一 X' 導(dǎo)軌，X'導(dǎo)軌上設(shè)置X'滑塊，齒輪1軸心固定于X'滑塊上；設(shè)置齒輪2與齒條2嚙合，并 與齒條2平行設(shè)置一 y'導(dǎo)軌，y'導(dǎo)軌上設(shè)置y'滑塊，齒輪2的軸心固定于y'滑塊上； 齒輪1與齒輪2軸向連接，在X'滑塊或y'滑塊上設(shè)置一焦點針，作為所繪制圓錐曲線的 焦點。
[0010] 進(jìn)一步的在滑塊1上設(shè)置角度刻度盤，方便精確調(diào)節(jié)L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)與滑塊1之間 的角度。
[0011] 本發(fā)明一種圓錐曲線繪制裝置，包括：基礎(chǔ)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)；在 圓錐曲線繪制過程中將簡單的平動通過該裝置輸出圓錐曲線，具有成本低、操作簡單可繪 制拋物線、橢圓、雙曲線的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明一種圓錐曲線繪制裝置的原理圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明一種圓錐曲線繪制裝置示意圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明一種圓錐曲線繪制裝置中齒條1與齒條2嚙合示意圖。
[0015] 圖中：1. y導(dǎo)軌，2. y滑塊，3.滑塊1，4.基座，5.基導(dǎo)軌，6. X導(dǎo)軌，7. X滑塊，8. y' 導(dǎo)軌，9. y'滑塊，10. X'導(dǎo)軌，11.焦點針，12.鉛筆，13.齒輪2,14. X'滑塊，15.齒輪1。

【具體實施方式】
[0016] 下面針對附圖描述本發(fā)明的具體實施例。本發(fā)明X導(dǎo)軌長275mm，y導(dǎo)軌長280mm, 斜直導(dǎo)軌長300mm,并且X導(dǎo)軌、y導(dǎo)軌、X'導(dǎo)軌、y'導(dǎo)軌均為雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，各導(dǎo)軌為圓柱 桿形，其直徑為6mm，導(dǎo)軌和滑塊之間通過直線軸承連接；X導(dǎo)軌與Y導(dǎo)軌為一體固定結(jié)構(gòu)， XY導(dǎo)軌部分與斜直導(dǎo)軌部分為鉸鏈連接。松開鉸鏈，可實現(xiàn)兩部分角度的調(diào)節(jié)。;緊固鉸鏈， 簡單操作即可實現(xiàn)繪圖功能。齒輪齒條傳動部分，其中兩個齒輪均為〇. 5模20齒直徑11_ 的精密齒輪；兩條齒條均為〇. 5模寬4mm厚8mm精度為國際七級的精密齒條。
[0017] 構(gòu)造一 =# = taW模型，并把這種模型關(guān)系通過分解滑塊的斜直運動得到水 Ajc 平運動增量Ax、堅直運動增量Ay，且通過調(diào)節(jié)固定9角使得這兩分運動增量一直保持 比例恒定，這樣便能確定離心率e并保證其在整個繪圖過程中不變，即達(dá)到我們預(yù)期的目 標(biāo)。由上述的構(gòu)思出發(fā)，我們用直線軸承滑塊組在導(dǎo)軌上滑動來實現(xiàn)斜直運動，通過正交 的堅直桿和水平桿的運動分解與傳遞來分別實現(xiàn)畫筆的水平運動增量A X及堅直運動增 量A y，滑槽與水平桿之間角度e的大小可調(diào)，由此構(gòu)成

【權(quán)利要求】
1. 一種圓錐曲線繪制裝置，該裝置包括：基礎(chǔ)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)；其特 征在于所述基礎(chǔ)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)包括：固定于工作臺的基座、設(shè)置于基座上的基導(dǎo)軌、基導(dǎo)軌上設(shè) 置滑塊1 ;所述L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)包括：x導(dǎo)軌、y導(dǎo)軌及對應(yīng)設(shè)置于兩導(dǎo)軌上的X滑塊、y滑塊， 其中兩導(dǎo)軌的一端固定連接形成L形結(jié)構(gòu)；L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的頂點設(shè)置于滑塊1上，并可繞連 接點調(diào)節(jié)L形導(dǎo)軌的旋轉(zhuǎn)角度；所述傳動機(jī)構(gòu)包括：直桿、齒條1、齒輪、齒條2,直桿的一端 與齒條1鉸鏈連接，該鉸鏈連接點為圖像輸出點，齒條1與齒條2通過齒輪嚙合；傳動機(jī)構(gòu) 中直桿的另一端固定設(shè)置于y滑塊上，并與y導(dǎo)軌垂直，齒條2的一端設(shè)置于X滑塊上，并 與X導(dǎo)軌垂直；繪圖時齒輪固定于工作臺上，只能轉(zhuǎn)動，固定點即為所繪圓錐曲線的焦點。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種圓錐曲線繪制裝置，其特征在于所述傳動機(jī)構(gòu)中，設(shè)置齒 輪1與齒條1嚙合，并與齒條1平行設(shè)置一 X'導(dǎo)軌，X'導(dǎo)軌上設(shè)置X'滑塊，齒輪1軸心固 定于X'滑塊上；設(shè)置齒輪2與齒條2嚙合，并與齒條2平行設(shè)置一 y'導(dǎo)軌，y'導(dǎo)軌上設(shè) 置y'滑塊，齒輪2的軸心固定于y'滑塊上；齒輪1與齒輪2軸向連接，在X'滑塊或y' 滑塊上設(shè)置一焦點針，作為所繪制圓錐曲線的焦點。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種圓錐曲線繪制裝置，其特征在于在滑塊1上設(shè)置角度刻度 盤，方便精確調(diào)節(jié)L形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)與滑塊1之間的角度。
【文檔編號】B43L11/05GK104309371SQ201410586846
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】呂強(qiáng), 徐陽陽, 左星星, 雍鵬, 羅春春 申請人:電子科技大學(xué)