專利名稱:多用規(guī)的制作方法
本實用新型是一種多功能繪圖工具。
以往在制圖中畫橢圓及其它復(fù)雜的曲線，基本方法是1由公式算出許多座標(biāo)點并將各點光滑連成，2用圓規(guī)直尺等近似作圖法，3數(shù)控繪圖儀。近年來，據(jù)報紙和電視報導(dǎo)，國內(nèi)外有不少人研究橢圓規(guī)。國內(nèi)有某大學(xué)教授和某學(xué)院學(xué)生先后發(fā)明了連桿機(jī)構(gòu)為主的橢圓儀，能畫幾種重要平面曲線。
本實用新型的目的是提供一種能畫上百種重要平面曲線的繪圖工具。
本實用新型的內(nèi)容是這樣的它是按數(shù)學(xué)六條擺線的定義(見1979年北京人民教育出版社數(shù)學(xué)手冊394～396頁)以齒輪傳動機(jī)構(gòu)為主的設(shè)計而成的多功能繪圖工具。為了說明，僅引列二條擺線的定義。
內(nèi)次擺線一動圓O2圓周沿定圓O1圓周內(nèi)部無滑動的滾動時，則動圓O2內(nèi)或外一點M所描成的軌跡。見圖1外擺線一動圓O2圓周沿定圓O1圓周外部無滑動的滾動時，動圓周上一點M所描成的軌跡。見圖2為模仿擺線的定義，本多用規(guī)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由四大部件組成。以定心部件1取代定圓心O1并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，以動心部件3取代動心圓心O2并接受部件2傳來的轉(zhuǎn)矩將其變成繪圖動作，以傳動部件2將部件1、3有機(jī)連接，同時還將部件1產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳給部件3。此外上架4與部件1、3頂端活動相連能調(diào)整和固定其間距離即為定動圓心的距離O1O2。
定心部件1由止旋的定心件(1)、定齒輪(2)、定心腳(3)串聯(lián)緊固成止旋的整體。齒輪(2)能使與它嚙合的左動齒輪(4)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。部件1插入圖板的交點即為定圓O1的圓心。
動心部件3由動心腳(7)、右從齒輪(8)串聯(lián)而成。齒輪(8)接受右動齒輪(6)傳來的轉(zhuǎn)矩并能在需要的高度上相對動心腳旋轉(zhuǎn)。在右從齒輪下部固有懸臂鉸鏈與成形件(9)相連，可以調(diào)節(jié)成形件上的筆尖到動心腳根的距離。筆尖代替動圓O2內(nèi)、外或上一點M，能隨右從齒輪同步轉(zhuǎn)動以描繪M點的軌跡。
傳動部件2是連接部件1和部件3的橋梁。它由傳動桿(5)上的鍵槽與左動齒輪(4)、右動齒輪(6)的孔串聯(lián)而成。傳動桿左端與定心腳(3)垂直旋轉(zhuǎn)連接。其右側(cè)與動心腳(7)的孔滑配，使部件3能沿傳動桿左右移動以調(diào)節(jié)部件3和部件1的距離或定、動圓圓心的距離。同時傳動桿上的左、右動齒輪還分別與定齒輪、右從齒輪嚙合并將部件1產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳給部件3的筆繪制曲線。上架分別與定心腳、動心腳上端活動相連，其作用是固定和調(diào)節(jié)部件1和3的間距。此外還有若干對中心孔相同而傳遞比不同的齒輪，供畫不同的曲線選用。
本多用規(guī)能克服圓規(guī)直尺等繁瑣的近似作圖法和數(shù)控繪圖儀昂貴笨重的缺點，如結(jié)構(gòu)體積不受齒輪數(shù)量的限制，可畫出六條擺線中的全部曲線如橢圓、桃輪、心臟、星形線等等。它在工作時由一付公用件裝配左、右兩對齒輪。另外還配有若干對齒數(shù)不同的備用齒輪。用排列的方法選配各對齒輪則變化多端，可繪出更多預(yù)想不到的曲線。因此它除供教學(xué)、科研、設(shè)計用外，可供人們探索繪制各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)曲線的娛樂游戲。
圖1是內(nèi)次擺線定義圖，其中O1為定圓圓心，O2為動圓圓心，M為動圓O2內(nèi)部或外部的一點，MO2為M點到O2的距離。
圖2是外擺線定義圖。其中M為動圓O2圓周上的一點，其它符號同上。
注圖中實線為M點描成的軌跡，雙點劃線為定、動圓。
圖3是多用規(guī)對照內(nèi)次擺線繪制橢圓的基本視圖。其中1定心部件包括(1)定心件、(2)定齒輪、(3)定心腳。2傳動部件包括(4)左動齒輪，(5)傳動桿，(6)右動齒輪。3動心部件包括(7)動心腳，(8)右從齒輪，(9)成形件和筆。4定位上架與圓規(guī)的上架機(jī)構(gòu)相近似，D為定圓O1的直徑，d為動圓O2的直徑，a為橢圓的長半軸，b為橢圓的短半軸，r為筆尖或M點到動心腳或O2的距離，其余符號同圖1。
圖4是多用規(guī)繪制外擺線的俯視圖。其中D＝3d，r＝ 1/2 d。
下面結(jié)合圖3和圖4介紹本多用規(guī)的實現(xiàn)及使用方法。
本多用規(guī)的多數(shù)零件是旋轉(zhuǎn)體，其加工設(shè)備如車床、銑床、磨床等普通設(shè)備一般中小工廠具備。齒輪材料除可用膠木和高強(qiáng)塑料代用于加工或注塑外，還可與其它零件一樣用中炭鋼、黃銅或硬鋁制成。本多用規(guī)的重量不大于半斤。因此材源廣，投資少，易于生產(chǎn)。其工作過程是繪圖時，定心部件1插入圖板。動心部件3帶著傳動部件2撓定心部件周轉(zhuǎn)。左動齒輪(4)與定齒輪(2)嚙合產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩經(jīng)過右動齒輪(6)傳給部件3的右從齒輪(8)帶動筆一起轉(zhuǎn)動。筆既繞定心件公轉(zhuǎn)，又沿動心腳自轉(zhuǎn)的這一復(fù)合運動所畫的曲線，就是各條擺線定義中的M點描成的軌跡。左右動齒輪裝配方向一致見圖3，則筆的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)相反，能畫內(nèi)擺線和內(nèi)次擺線。反之見圖4，能畫外擺線和外次擺線。如果左動齒輪(4)不是與定齒輪(2)嚙合，而是沿一條直線滾動，則筆能畫擺線或次擺線。當(dāng)選定左右兩對齒輪的總傳遞比為11，12，13，…時，則筆公轉(zhuǎn)一周時它相對動心腳自轉(zhuǎn)1、2、3，…轉(zhuǎn)，而對定心腳卻絕對地運轉(zhuǎn)2，3，4，…轉(zhuǎn)。動心腳(O2)到定心腳(O1)的距離決定于曲線的大小。筆(M)到動心腳(O2)的距離r和筆對定心腳的絕對運轉(zhuǎn)數(shù)決定了曲線的形狀。本多用規(guī)到底能畫多少曲線？可用排列公式估算，其式如下Anm＝ (m！)/((m－n)！) ；式中Anm為m個元素中取n個排列。
現(xiàn)只考慮五個方面的因素①r小于、大于或等于 1/2 d取3，②筆正反自轉(zhuǎn)2個方向，③每對齒輪上下位置交換2次，④兩對齒輪左右位置交換2次，⑤在暫定的六對齒輪中任意選二對工作齒輪，則Anm＝A26，根據(jù)前四種情況和第五種排列之積得3×2×2×2×A26＝24× (6！)/((6－2)！) ＝720就是說本多用規(guī)只考慮了五個方面的部分因素能畫720種不同形狀的曲線。如果體積不受備用齒輪數(shù)量的限制去考慮更多因素的話，則從原理上講本多用規(guī)能畫的曲數(shù)是無數(shù)的。
實施例1畫橢圓橢圓屬于內(nèi)次擺線中的一種曲線見圖1即動圓O2沿定圓O1周邊內(nèi)部滾動一周時圓O2周邊內(nèi)一M點相對動圓心O2自轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時所描成的軌跡?？梢姍E圓的條件是①D＝2d，確定齒輪總傳遞比為11，②r＜ 1/2 d即M點必須小于動圓O2的半徑見圖3，其步驟如下1.選配左右兩對總傳遞比為11的齒輪(2)，(4)和(6)，(8)，將左、右動齒輪同向裝配。
2.擺動成形件(9)使筆尖或M到O2的距離小于 1/2 d的某定值r，
3.讓筆尖與動心腳和定心腳根部在同一直線上即M、O2、O1三點共線。
4.平移動心部件使筆尖至定心部件的距離MO1＝a則b＝a－2r并緊定其距離。
5.將定心部件插入圖板扶正并壓緊其頂端，使動心部件撓定心部件旋轉(zhuǎn)一周，則筆尖所描成的軌跡就是橢圓。
實施例2畫外擺線外擺線的形狀有無數(shù)多，決定于D／d的比值，當(dāng)D＝3d見圖2即動圓O2沿定圓O1周邊外部滾動一周時，圓O2周邊上一M點相對圓心O2自轉(zhuǎn)二轉(zhuǎn)所描成的軌跡。見圖4其步驟如下1.選配齒輪的總傳遞比為12，將左、右動齒輪背向裝配。
2.移動筆尖使r＝ 1/2 d，其余步驟同上。則筆尖所畫的曲線就是外擺線。
權(quán)利要求
1.以齒輪傳動機(jī)構(gòu)為主能繪制多種曲線的多用規(guī)，由定心部件1、傳動部件2、動心部件3及定位上架4和若干對傳遞比不同的備用齒輪組成，其特征是定心部件和動心部件由傳動部件橫向滑配合，動心部件繞定心部件周轉(zhuǎn)時、定齒輪(2)與左動齒輪(4)、右動齒輪(6)與右從齒輪(8)嚙合產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使齒輪(8)下部的成形件(9)轉(zhuǎn)動，上架兩腳分別與部件1和部件3上端活動相連，兩腳開合能固定和調(diào)節(jié)部件1和3的間距，其形狀與圓規(guī)相近似。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多用規(guī)，其特征是定心部件1串聯(lián)緊固有止旋的定心件(1)和定齒輪(2)，定齒輪能使與它嚙合的齒輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多用規(guī)，其特征是傳動部件2的傳動桿(5)通過其上的鍵槽與左動齒輪(2)和右動齒輪(6)的中心孔配合而成。兩齒輪只能沿桿的軸向滑動并能固定，傳動桿左端與部件1的定心腳旋轉(zhuǎn)相聯(lián)，右側(cè)與部件3的動心腳(7)腰部的孔旋轉(zhuǎn)滑配并使(7)左右移動和固定，同時傳動桿上的左、右動齒輪還分別與部件1和3的定齒輪及右從齒輪(8)嚙合。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多用規(guī)，其特征是動心部件3的動心腳(7)與右從齒輪(8)的孔旋轉(zhuǎn)滑配，使(8)能上下定位，在右從齒輪下部有可調(diào)節(jié)距離的成形件(9)并能隨其同步運轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1和4所述的多用規(guī)，其特征是成形件(9)可以是筆、劃針及其它能實現(xiàn)曲線形狀的工具。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的多用規(guī)，其特征是在畫圖時只有一付公用件選配左、右兩對齒輪。
7.根據(jù)權(quán)利1和6所述的多用規(guī)，其特征是每一對齒輪的上、下位置或左、右兩對齒輪的位置可以互換。
8.根據(jù)權(quán)利1至4所述的多用規(guī)，其特征是齒輪可用銅、硬鋁、中炭鋼、膠木或者是高強(qiáng)塑料加工成形。
9.根據(jù)權(quán)利1至4所述的多用規(guī)，其特征是其它的非齒輪零件可用銅、硬鋁、中炭鋼加工得。
專利摘要
一種以六條擺線定義為理論能畫多種重要平面曲線的多用規(guī)。它是以齒輪傳動為主的機(jī)構(gòu)。由定心部件1.傳動部件2.動心部件3及定位上架和若干對傳遞比不同的供選配的備用齒輪組成，能模仿六條擺線定義中動點M的軌跡，可以畫出成百條重要平面曲線，如橢圓、桃輪、心臟、星形等。它結(jié)構(gòu)簡單體積小，適用于教學(xué)、科研、設(shè)計，可供人們探索復(fù)雜的數(shù)學(xué)曲線的娛樂游戲。
文檔編號B43L11/00GK85201209SQ85201209
公開日1986年8月20日 申請日期1985年4月15日
發(fā)明者黃善坤 申請人:黃善坤導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan