專利名稱：準確橢圓拋物線規(guī)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及繪圖儀器，它們是可準確地畫出橢圓及拋物線的畫圖工具。
目前，公知技術尚沒有可根據(jù)橢圓的焦距及長(或短)軸之長能準確地畫出橢圓的工具(用普通拉線法欠準確，用作圖法太麻煩)；也沒有可根據(jù)拋物線的焦距能準確地畫出拋物線的工具(用立表描點作圖法太麻煩也欠準確)。
本發(fā)明的目的是提供一套畫圖工具，可根據(jù)橢圓的焦距及長(或短)軸之長能準確地畫出橢圓；也可根據(jù)拋物線的焦距準確地畫出拋物線。
本發(fā)明目的的實現(xiàn)分橢圓和拋物線兩部分來闡述。
橢圓是到兩焦點距離之和一定(不變)的點的軌跡線。我們稱軌跡線上任一點到左焦點的距離為左變徑，記作R1，稱軌跡線上這一點到右焦點的距離為右變徑，記作R2，則橢圓就是左右兩變徑之和(R1+R2)不變的點的軌跡線。在用本發(fā)明的橢圓規(guī)畫橢圓時，把圓環(huán)(連圓環(huán)座)固定于左焦點；把線槍(連線槍座)固定于右焦點；從圓環(huán)到軌跡筆再從軌跡筆到線槍拉一條細金屬線，線尾在繞過線槍后用線夾固定在右變徑線上；線夾的作用一是調(diào)節(jié)長(或短)軸之長，二是使細金屬線的總長度在畫圖過程中始終不變；手持軌跡筆，繃緊細金屬線即可畫出左半個橢圓，將兩焦點互換，可畫出另半個橢圓。在本橢圓規(guī)中圓環(huán)可在圓環(huán)座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，細金屬線焊于圓環(huán)邊緣，使左變徑的延長線始終通過圓環(huán)軸(左焦點之與紙面的垂直線)；在軌跡筆中部裝有定線套，左變徑線從其下面小孔穿入再從其上面小孔穿出即為右變徑線，使穿過上下兩小孔的細金屬線始終與軌跡筆同軸；在軌跡筆中部在左右兩變徑線拉出的部位開有兩碉堡窗，使左右兩變徑線在180度張角之內(nèi)無阻擋；在軌跡筆的下部裝有彈性筆尖且制有一端現(xiàn)面可使軌跡筆始終能垂直于紙面；線槍可在線槍座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，而線槍尾孔的右變徑線之折回點正位于線槍座的中心軸線(右焦點之與紙面的垂直線)上；所用細金屬線要求是易彎曲而不易拉長。在整個畫圖過程中，因圓環(huán)座及線槍座始終不動，因細金屬線始終被繃緊，因細金屬線始終無絲毫的纏繞，故左右兩變徑線線長之和(R1+R2)始終保持不變，故本發(fā)明的橢圓規(guī)所畫出的軌跡線是準確的橢圓。
拋物線是符合函數(shù)式y(tǒng)＝ax2的點的軌跡線。我們稱拋物線上任一點到其焦點的距離為變徑，記作R；稱拋物線上這點到中心軸線的距離為x1；稱拋物線上這點到拋物線頂點的軸向距離為y1，而到拋物線終端的軸向距離為y2，稱拋物線頂點到終端的軸向距離為y，則有y＝y(tǒng)1+y2之關系；稱從焦點到拋物線頂點的距離為焦距，記作f.先來證明拋物線存在著一個變徑定律拋物線的變徑始終為該變徑尾端到拋物線頂點的軸向距離與其焦距之和，即R＝y(tǒng)1+f。證明如下因它是拋物線，故y1＝ax2及4af＝1兩式成立。因R2＝x12+(y1-f)2(因是直角三角形)＝x12+(ax12-f)2＝x12+a2x14-2afx12+f2＝a2x14+2afx12+f2＝(ax12+f)2＝(y1+f)2，故在只取實值時得R＝y(tǒng)1+f。此變徑定律為本發(fā)明的拋物線規(guī)提供了理論根據(jù)。在用本發(fā)明的拋物線規(guī)畫拋物線時，把圓環(huán)(連圓環(huán)座)固定于焦點；把線尾座固定于平行滑尺的最右端；軌跡筆裝于平行滑尺且可在其滑槽中作左右滑動，平行滑尺尺身可作上下平移滑動；從圓環(huán)到軌跡筆再從軌跡筆到線尾座拉一條細金屬線，在調(diào)節(jié)好焦距后用小鐵夾把線尾端夾固在線尾座的線尾孔上；手持軌跡筆，繃緊細金屬線即可畫出上下兩半(即全部)拋物線。在本拋物線規(guī)中圓環(huán)的結構和作用與橢圓規(guī)中的基本上相同，僅僅是稍低一點使它不會和平行滑尺相碰即可；軌跡筆的結構和作用也和橢圓規(guī)中的差不多，因在這里軌跡筆是裝在平行滑尺上的，故其定線套的長度要稍大于平行滑尺的厚度，變徑線從平行滑尺下面的小孔穿入再從其上面的小孔穿出即為y2線，在軌跡筆的中部還裝有一滑塊，使軌跡筆既可沿平行滑尺的中心軸線左右滑動又可繞自身中心軸轉(zhuǎn)動；在平行滑尺的左右兩端制有與尺身相垂直的左右兩滑腳，使平行滑尺可沿靠安裝在畫圖板上的左右兩條平行板條作上下平移滑動；平行滑尺尺身高于圓環(huán)座，使它們在畫圖時不會相碰；其它方面的情況和橢圓規(guī)中的相類同。在整個畫圖過程中，因細金屬線始終被繃緊，因細金屬線始終無絲毫纏繞，還因y2線始終保持和軌跡線的中心軸線平行，故從軌跡筆(即所畫軌跡線上任一點)到圓環(huán)(即焦點)的線長(即變徑R)與這點到軌跡線終端的軸向線長(即y2)之和(即R+y2)始終不變；這兩個線長之和(R+y2)在軌跡筆處于軌跡線頂點時為y+f(y＝y(tǒng)1+y2).由R+y2＝y(tǒng)+f可得出R＝y(tǒng)1+f之結論?？梢姶塑壽E筆所畫出的軌跡線完全符合上面所說的拋物線的變徑定律R＝y(tǒng)1+f，所以說本發(fā)明的拋物線規(guī)所畫出的軌跡線是準確的拋物線。
由于采用上述方案，根據(jù)橢圓的焦距及長(或短)軸之長可有工具準確地畫出橢圓；根據(jù)拋物線的焦距可有工具準確地畫出拋物線。
下面結合附圖用實施例對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是三點兩線式橢圓規(guī)畫橢圓的狀況圖。圖2是定線套式橢圓軌跡筆總裝縱剖面構造圖，圖3是圖2的A--A剖視圖，圖4是圖2的B--B剖視圖。圖5是畫橢圓用圓環(huán)(連座)的縱半剖面構造圖。圖6是線槍(連座)的縱剖面構造圖。圖7是三點兩線式拋物線規(guī)畫拋物線的狀況圖。圖8是定線套式拋物線軌跡筆總裝縱剖面構造圖。圖9是畫拋物線用圓環(huán)(連座)的縱半剖面構造圖。圖10是線尾座縱剖面構造圖，圖11是圖10的C--C剖視圖。圖12是平行滑尺的俯視圖，圖13是圖12的E--E剖視圖，圖14是圖12的F--F剖視圖。圖15是三點三線式橢圓規(guī)畫橢圖的狀況圖。圖16是線夾正視圖，圖17是圖16的G--G剖視圖。圖18是圓環(huán)式橢圓軌跡筆總裝縱半剖面構造圖。圖19是左線槍(連座)縱剖面構造圖，圖20是圖19的A向視圖。圖21是右線槍(連座)縱剖面構造圖，圖22是圖21的B向視圖。圖23是三點三線式拋物線規(guī)畫拋物線的狀況圖。圖24是圓環(huán)式拋物線軌跡筆總裝縱半剖面構造圖。圖25是線槍與緊線左臂連接的縱剖面構造圖。圖26是緊線左、中臂連接的縱剖面構造圖。圖27是緊線中、右臂連接的縱剖面構造圖。圖28是緊線右臂和線尾柱連接的縱半剖面構造圖。
附圖中1.定線套式橢圓軌跡筆 2.圓環(huán)(連座) 3.線槍(連座)4.線夾 5.細金屬線 6.定線套軸 7.上定線套片 8.下定線套片 9.上定線套壓環(huán) 10.下定線套壓 11.定線套身 12.螺母 13.螺母蓋 14.壓緊塊 15.彈簧 16.筆尖 17.筆尖套 18.圓環(huán) 19.圓環(huán)座 20.圓環(huán)釘 21.線槍 22.線槍轉(zhuǎn)盤 23.線槍座 24.線槍釘 25.定線套式拋物線軌跡筆 26.線尾座 27.平行滑尺 28.平行板條 29.滑塊 30.線尾孔片 31.線尾塊32.螺釘 33.螺母 34.左線槍(連座) 35.右線槍(連座) 36.圓環(huán)式橢圓軌跡筆 37.線夾片 38.線夾箍 39.定位螺母 40.筆身[相當于定線套身(11)] 42.上圓環(huán) 43.下圓環(huán) 44.緊線左臂 46.緊線中臀 46.緊線右臂 47.圓環(huán)式拋物線軌跡筆 48.線尾柱 49.鉚釘 50.線尾柱軸圖1--圖6是三點兩線式橢圓規(guī)的實施例。在用本規(guī)畫橢圓時將圓環(huán)(連座)(2)固定于左焦點；把線槍(連座)(3)固定于右焦點；從圓環(huán)(連座)(2)到定線套式橢圓軌跡筆(1)再到線槍(連座)(3)拉一條細金屬線(5)，在調(diào)節(jié)好長(或短)軸之長后，線尾在繞過線槍(21)(圖6)孔后用線夾(4)固定在右變徑線上[線夾(4)由線夾片(37)與線夾箍(38)組成(如圖16、圖17所示)]；繃緊細金屬線(5)用軌跡筆(1)即可畫出左半個橢圓(狀況如圖1所示)，另半個橢圓將左右兩焦點互換后可畫出。在本橢圓規(guī)中圓環(huán)(18)可在圓環(huán)座(19)內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(圖5)，細金屬線(5)焊于圓環(huán)(18)邊緣，使左變徑線之延長線始終通過圓環(huán)座(19)的軸心線(即左焦點上的與畫面之垂直線)(圖1、圖5)；在軌跡筆(1)中部裝有定線套(6、7、8)，左變徑線從下定線套片(8)的中心小孔穿入再從上定線套片(7)的中心小孔穿出即為右變徑線(圖1、圖2)，上定線套片(7)及下定線套片(8)用焊或粘的方法同心地固定在定線套軸(6)上，定線套軸(6)的中心也較大(圖1、圖4)，這樣做是為了定線套(6、7、8)容易加工，定線套的作用是使穿過其中心軸孔的細金屬線(5)始終與軌跡筆(1)同軸(圖2)；在軌跡筆的中部、在左右兩變徑線拉出的部位、在定線套身(11)及上定線套壓環(huán)(9)、下定線套壓環(huán)(10)上開有兩個180度的碉堡窗孔(圖2、圖3)，可使左右兩變徑線在180度張角之內(nèi)無阻擋；在軌跡筆(1)的下部裝有筆尖(16)并有彈簧(15)把筆尖(16)彈向紙面，在定線套身(11)的下端以螺紋連接有筆尖套(17)，它一方面使更換筆尖(16)方便另一方面使整個軌跡筆(1)易于始終垂直于紙面；在定線套身(11)的上部有螺母(12)、螺母蓋(13)及壓緊塊(14)可把定線套(6、7、8)等零件壓緊固定；線槍(21)焊在線槍轉(zhuǎn)盤(22)上，該焊接體可在線槍座(23)上繞中心軸轉(zhuǎn)動(圖6)，線槍(21)的中心孔的軸線通過線槍座的中心軸線，使右變徑線(或延長線)能通過線槍座的中心軸線(右焦點上的與畫面之垂直線)(圖1)。
圖7--圖14是三點兩線式拋物線規(guī)的實施例。在用本規(guī)畫拋物線時，將圓環(huán)(連座)(2)固定于焦點，將線尾座(26)固定于平行滑尺(27)的最右端；定線套式拋物線軌跡筆(25)可在平行滑尺(27)的滑槽內(nèi)作左右滑動，平行滑尺(27)可沿靠平行板條(28)作上下平移滑動；從圓環(huán)(2)到軌跡筆(25)再到線尾座(26)拉一細金屬線(5)，在調(diào)節(jié)好焦距后用小鐵夾(圖中未畫出)把線尾端夾固在線尾座(26)的線尾孔片(30)(圖10)上；繃緊細金屬線(5)用軌跡筆(25)即可畫出上下兩半(即全部)拋物線(狀況如圖7所示)。在本拋物線規(guī)中圓環(huán)(連座)(2)的結構和作用與橢圓規(guī)中的基本相同，僅僅是改變了一點圓環(huán)(18)、圓環(huán)釘(20)的尺寸、形狀，為的是使整個圓環(huán)(連座)(2)低于平行滑尺(27)，使它們在畫圖中不會相碰(比較圖9、圖5可知)；軌跡筆(25)的結構和作用也和橢圓規(guī)中的軌跡筆(1)差不多(比較圖8、圖2)，在軌跡筆(25)中其定線套軸(6)經(jīng)軌跡筆(1)中的定線套軸(6)長，其長度要等于平行滑尺(27)的厚度；在軌跡筆(25)中部還裝有一滑塊(29)，其中心孔呈圓和定線套身(11)相配合，其外形呈方和平行滑尺(27)的滑槽相配合；在平行滑尺(27)上在滑槽段是寬口朝上(圖8、圖10)，使滑塊(29)可在其中滑動；在平行滑尺(27)的右端則是寬口朝下(圖10、圖11)，以便于安裝線尾座(26)；在軌跡筆(25)中的筆尖套(17)也和軌跡筆(1)中的筆尖套(17)有所不同(圖8、圖2)，在圖2中的有一較大的端平面，而在圖8中的則無須有；圖10、圖11所示的是線尾座(26)和平行滑尺(27)的連接情況，用螺釘(32)、螺母(33)把線尾塊(31)固定在平行滑尺(27)的最右端，線尾塊(31)其前端嵌入平行滑塊(27)的固定槽中(寬口朝下)，其后端能處于平行滑尺(27)的表面，可套入螺釘(32)，線尾孔片(30)焊于線尾塊(31)的前端并能使細金屬線(5)(y線)與平行滑尺(27)同軸心線；在平行滑尺(27)的兩端制有與尺身相垂直的左右兩滑腳，可沿靠安裝在畫圖板(圖中未畫出)上的平行板條(28)作上下平移滑動(圖7)；其它方面的情況和橢圓規(guī)中的相類同。
圖15--圖22是三點三線式橢圓規(guī)的實施例。在用本規(guī)畫橢圓時將左線槍(連座)(34)固定于左焦點；把右線槍(連座)(35)固定于右焦點；在左線槍(連座)(34)、右線槍(連座)(35)、圓環(huán)式橢圓軌跡筆(36)三者之間拉有細金屬線(5)，在調(diào)節(jié)好長(或短)軸之長后用線夾(4)把兩線尾夾固在左右兩焦點之間；繃緊細金屬線(5)用軌跡筆(36)即可畫出左半個橢圓(狀況如圖15所示)，另半個橢圓將左右兩焦點互換后可畫出。在本橢圓規(guī)中左線槍(34)及右線槍(35)的結構和作用(圖19、圖21)與圖6中的線槍(3)是一樣的，僅僅是各自的高低有所不同而已；軌跡筆(36)(圖18)與軌跡筆(1)(圖2)有所不同，在圖18中，上圓環(huán)(42)、下圓環(huán)(43)由于定位螺母(39)不會使它們被壓緊，故可在筆身(40)上自由轉(zhuǎn)動，焊于圓環(huán)邊緣的細金屬線(5)的延長線正通過軌跡筆(36)的中心軸線；而其它情況，如螺母(12)、螺母蓋(13)、彈簧(15)、筆尖(16)及筆尖套(17)的構造和作用皆和圖2中的各相應零件相同或相類同。
圖23--圖28是三點三線式拋物線規(guī)的實施例。在用本規(guī)畫拋物線時，將線槍(連座)(3)固定于焦點，將線尾柱(48)固定于平行滑尺(27)的最右端；圓環(huán)式拋物線軌跡筆(47)可在平行滑尺(27)的滑槽內(nèi)作左右滑動，平行滑尺(27)可沿靠平行板條(28)作上下平移滑動；在線槍(連座)(3)與線尾柱(48)之間裝有一緊線臂(44、45、46)，緊線臂由緊線左臂(44)、緊線中臂(45)、緊線右臂(46)三臂組成(圖23)；緊線左臂(44)的左端孔與線槍轉(zhuǎn)盤(22)一起用線槍釘(24)固定于拋物線的焦點(圖25、圖23)，緊線左臀(44)的右端孔與緊線中臂(45)的左端孔以及緊線中臂(45)的右端孔與緊線右臂(46)的左端孔用鉚釘(49)連接(圖25、圖26、圖28)；緊線中臂(45)的左右兩端皆裝有線槍(21)，兩線槍(21)尾的出線正處在其連接鉚釘(49)之中心軸線上(圖26、圖27、圖23)；緊線右臂(46)的右端孔與線尾柱軸(50)相連接(圖28)，在線尾柱軸(50)的上端裝有上定線套片(7)、在其中部在平行滑尺(27)之下裝有下定線套片(8)(圖28)，用螺母(39)把線尾柱軸(50)固定在平行滑尺(27)滑槽之右端(圖28、圖23)；從軌跡筆(47)到線槍(連座)(3)，從軌跡筆(47)到線尾柱(48)及在線槍(連座)(3)與線尾柱(48)之間通過緊線臂(44、45、46)拉有細金屬線(5)(圖23)，在調(diào)節(jié)好焦距之后用線夾(4)把兩線尾夾固在緊線中臂(45)中間(圖中未畫出)；緊線臂(44、45、46)的作用是在線槍(連座)(3)與線尾柱(48)之間的距離變化時使它們之間拉有的細金屬線(5)的長度始終不變，從而保證了(R+Y2)之和在畫圖過程中始終不變；線尾柱(48)可使Y2線始終在平行滑尺(27)的中心軸線上，還可使平行滑尺(27)與緊線臂(44、45、46)在畫圖過程中不相碰；繃緊細金屬線(5)，把緊線臂(44、45、46)置于下方時可畫出上半部拋物線，置于上方時可畫出下半部拋物線。圖24中的軌跡筆(47)與圖18中的軌跡筆(36)及圖8中的軌跡筆(25)在構造和作用方面相類同圖24中的上圓環(huán)(42)、下圓環(huán)(43)、螺母(12)、螺母蓋(13)、定位螺母(39)、彈簧(15)、筆尖(16)等皆和圖18中各相應零件相同或相類同；圖24中的平行滑尺(27)、滑塊(29)、筆尖套(17)等皆和圖8中各相應零件相同或相類同。而圖24中的平行滑尺(27)及平行板條(28)皆和圖7中的完全相同。
權利要求
1.一套可畫橢圓及拋物線的工具，由焦點座、軌跡筆、細線等組成，其特征是a.橢圓規(guī)在左右兩焦點座及軌跡筆之間拉有細金屬線，在畫圖過程中所拉線的總長度始終無絲毫變化，軌跡筆始終易和紙面垂直；b.拋物線規(guī)在焦點座、軌跡筆及裝于平行滑尺右端的線尾座(柱)之間拉有細金屬線，在畫圖過程中所拉線的總長度始終無絲毫變化，軌跡筆始終垂直于紙面。
2.根據(jù)權利要求1(a)所述的畫圖工具，其特征是在左焦點座[圓環(huán)(連座)]、定線套式軌跡筆及右焦點座[線槍(連座)]之間拉有細金屬線，組成三點兩線式橢圓規(guī)。
3.根據(jù)權利要求1(a)所述的畫圖工具，其特征是在左右兩焦點座[左右兩線槍(連座)]及圓環(huán)式軌跡筆之間拉有細金屬線，組成三點三線式橢圓規(guī)。
4.根據(jù)權利要求1(b)所述的畫圖工具，其特征是在焦點座[圓環(huán)(連座)]、定線套式軌跡筆及裝于平行滑尺右端的線尾座之間拉有細金屬線，組成三點兩線式拋物線規(guī)。
5.根據(jù)權利要求1(b)所述的畫圖工具，其特征是在焦點座[線槍(連座)]、圓環(huán)式軌跡筆及裝于平行滑尺右端的線尾柱之間并通過線槍(連座)與線尾柱之間的緊線三臂拉有細金屬線，組成三點三線式拋物線規(guī)。
全文摘要
一套可畫橢圓及拋物線的畫圖工具，根據(jù)橢圓的焦距及長(或短)軸之長能準確地畫出橢圓；根據(jù)拋物線的焦距能準確地畫出拋物線。在畫圖過程中，所拉的細金屬線總長始終無絲毫變化；軌跡筆始終與紙面相垂直。附圖所示是拋物線規(guī)之一例，圖中1.焦點座、2.軌跡筆、3.線尾座、4.細金屬線、5.平行滑尺、6.平行板條、7.所畫拋物線。
文檔編號B43L11/04GK1109416SQ9410367
公開日1995年10月4日 申請日期1994年3月31日 優(yōu)先權日1994年3月31日
發(fā)明者陳端生 申請人:陳端生