專利名稱:擺儀的制作方法
本發(fā)明屬于繪圖用具。
傳統(tǒng)的繪圖用具直尺、曲線板、園規(guī)，只能繪制直線段、園、橢園等簡(jiǎn)單的幾何圖形，對(duì)直接繪制復(fù)雜擺線和復(fù)合曲線則無(wú)能為力。如《機(jī)械制圖》一書(shū)記載“園外擺線畫(huà)法”，一個(gè)曲線的歧需用58個(gè)步驟，先要確定相應(yīng)的若干個(gè)點(diǎn)，然后再用曲線板連接成近似的曲線。又如航空工業(yè)部制造發(fā)動(dòng)機(jī)，需用雙弧外擺線作圖，因無(wú)繪制擺線的工具，只好通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，再用傳統(tǒng)繪圖用具繁瑣地描點(diǎn)聯(lián)結(jié)，兩種畫(huà)法均十分麻煩且又不精確。
82年，上海同濟(jì)大學(xué)研制的Ty-82型雙軌式橢園儀；同年北京自動(dòng)化儀表廠研制的H航字y型橢園規(guī)。85年航天工業(yè)部第三研究院推出的A型、B型橢園規(guī)。這些繪圖用具，結(jié)構(gòu)大同小異，繪圖功能單一，主要用于繪制橢園，其缺點(diǎn)是當(dāng)所畫(huà)的橢園扁度超出一定范圍時(shí)，就無(wú)法繪制。再因繪制時(shí)，總要用一只規(guī)腳作為中心支點(diǎn)，故所繪圖形大小既受上限限制，也受下限限制。
79年國(guó)家公布的《發(fā)明獎(jiǎng)項(xiàng)目公報(bào)》，載有上海工業(yè)大學(xué)研制的繪圖規(guī)，以及市面上出售的由七個(gè)彩色塑料齒輪組成的繪畫(huà)板，可以繪制花紋圖案，曲線圖形和形象圖畫(huà)，適用于工藝美術(shù)設(shè)計(jì)，所繪制的圖案可用于票證、商標(biāo)、裝飾和包裝裝璜等。這兩種繪圖用具的缺點(diǎn)是不能計(jì)算運(yùn)動(dòng)中點(diǎn)的位置，不能預(yù)先給予所繪曲線的條體也就是不能有意識(shí)，有目的地繪制所需的曲線和圖案。所以，應(yīng)用范圍非常狹窄，無(wú)法在教學(xué)、科研和生產(chǎn)設(shè)計(jì)上得到應(yīng)用。
查1961～1985年英、美、法、西德、日本等十四國(guó)專利文獻(xiàn)，有橢園規(guī)、繪圖規(guī)、幾何圖形儀，工具導(dǎo)引儀、裝飾圖案繪制儀、剪切線路摹擬儀等52項(xiàng)。它們都與上述國(guó)內(nèi)繪圖用具一樣，功能單一，應(yīng)用范圍有限。不能隨意繪制擺線及其復(fù)合曲線。如不能作與π對(duì)應(yīng)的直線段，不能三等分一角，不能任意等分一園，不能解決園與正方形等積作圖，不能迅速畫(huà)出托勤玫(Ptolemg)行星軌道，惠更斯(Huygens)擺檔曲線，柏努利(Bernoulli)最速降線和高斯(Gauss)正十七邊形。
本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有繪圖用具之不足，提供一種在統(tǒng)一的定義，公式引導(dǎo)下，由簡(jiǎn)單機(jī)械零件組成的新型繪圖用具，它不單能繪制出所需的直線段、園、橢園，還能迅速地繪制玫瑰線、心臟線、星線、雙孤外擺線、正弦曲線、螺線、漸開(kāi)線……，亦能解決現(xiàn)有繪圖用具無(wú)法解決的問(wèn)題。
本發(fā)明構(gòu)思時(shí)，首先對(duì)擺線概念重新定義，由定點(diǎn)O出發(fā)，首尾連接的二離差t1、t2，其轉(zhuǎn)角比為實(shí)數(shù)i時(shí)，離差端點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)軌跡叫擺線。
其擺線方程為
與傳統(tǒng)定義中定園O(R)，滾園O(R1)的關(guān)系。
t1＝R±R1＝(1+i)R1＝OO1的符號(hào)+為外擺-為內(nèi)擺。式中t1叫臂長(zhǎng)，i為正負(fù)實(shí)數(shù)。
t2＝O1P，t2叫輻長(zhǎng)。R1=t11+i]]>t2與R1，比值大的叫起輻，相等的叫普輻，小的叫短輻。i=RR1,]]>i叫轉(zhuǎn)比，與歧數(shù)，尖點(diǎn)數(shù)一致。
本發(fā)明的擺線三要素即臂t1、輻t2、比i，其特點(diǎn)為1.t1、t2、i三要素易于制造對(duì)應(yīng)的儀件結(jié)構(gòu)。
2.概括內(nèi)擺外擺，主擺次擺，超輻短輻，有包心形成、無(wú)包心形成。均統(tǒng)一于一個(gè)t1、t2、i運(yùn)動(dòng)概念中。
3.簡(jiǎn)化了機(jī)械教材中關(guān)于擺線繁瑣的討論。
這一定義避免了傳統(tǒng)無(wú)滑動(dòng)的物理概念。它既包合傳統(tǒng)概念，又注入了新的函意，把不屬于原擺線體系的內(nèi)容都概括于這一定義中。在這一定義及其方程的引導(dǎo)下，用齒輪傳動(dòng)原理，設(shè)計(jì)制造出By-1型擺儀繪圖用具。
如圖1所示，本發(fā)明主要由主動(dòng)軸(1)，主動(dòng)上齒輪(2)，主動(dòng)下齒輪(3)，過(guò)橋齒輪軸(4)，過(guò)橋上齒輪(5)，過(guò)橋下齒輪(6)，輸入軸(7)，輸入齒輪(8)，中心齒輪(9)，中心下齒輪(10)，輸出軸(11)，輸出下齒輪(12)，輸出上齒輪(13)，輸出過(guò)橋軸(14)，輸出過(guò)橋下齒輪(15)，輸出過(guò)橋上齒輪(16)，行星齒輪軸(17)，行星齒輪(18)，弧形刻度板(19)，T型畫(huà)筆(20)滑板(21)，離合件(22)，基座(23)組合而成。
圖中構(gòu)件1～9組成定軸輪系，10～19組成行星輪系。
當(dāng)用手扭動(dòng)主動(dòng)軸(1)頂端的手輪時(shí)，主動(dòng)上齒輪(2)同時(shí)嚙合過(guò)橋上齒輪(5)和中心上齒輪(9)旋轉(zhuǎn)，過(guò)橋上齒輪(5)通過(guò)過(guò)橋齒輪軸(4)帶動(dòng)過(guò)橋下齒輪(6)旋轉(zhuǎn)，過(guò)橋下齒輪(6)又嚙合輸入齒輪(8)，通過(guò)輸入齒輪(8)嚙合中心下齒輪(10)旋轉(zhuǎn)。中心上齒輪(9)與中心下齒輪(10)呈磨盤(pán)形重迭安裝，中心上齒輪(9)只開(kāi)有外齒，但中心下齒輪(10)內(nèi)外兩側(cè)都開(kāi)有齒。輸入齒輪(8)嚙合其外齒，輸出下齒輪(12)則嚙合內(nèi)齒。通過(guò)輸出軸(11)帶動(dòng)輸出上齒輪(13)旋轉(zhuǎn)，輸出上齒輪(13)嚙合輸出過(guò)橋下齒輪(15)，再通過(guò)輸出過(guò)橋軸(14)帶動(dòng)輸出過(guò)橋上齒輪(16)旋轉(zhuǎn)。輸出過(guò)橋上齒輪(16)又與行星齒輪(18)嚙合，從而帶動(dòng)行星輪軸(17)旋轉(zhuǎn)。行星齒輪軸(17)在下方與弧形刻度板(19)上任何刻度位置均可連接，以利確定臂t1的長(zhǎng)度。行星齒輪軸(17)的下端與T型畫(huà)筆(20)相連，畫(huà)筆(20)的橫桿上標(biāo)有刻度，可調(diào)節(jié)橫桿下面的筆桿位置，因而也很方便地確定輻t2的長(zhǎng)度。
滑板(21)是一塊長(zhǎng)方型金屬板，右側(cè)的一邊開(kāi)有齒條。需要滑動(dòng)時(shí)，合攏離合件(22)，則主動(dòng)下齒輪(3)嚙合齒條同步滑動(dòng)。若不需要滑動(dòng)時(shí)，松開(kāi)離合件(22)，則滑板(21)星靜止?fàn)顟B(tài)。
過(guò)橋上齒輪(5)和過(guò)橋下齒輪(6)各有24個(gè)不同齒數(shù)(19～24個(gè)齒)的備用掛輪，根據(jù)方程式進(jìn)行一系列計(jì)算。已將傳比i對(duì)應(yīng)的齒數(shù)列入換算表，需用什么i值，只需查表取出對(duì)應(yīng)齒數(shù)的掛輪，分別掛在過(guò)橋齒輪軸(4)上，就能獲得所需的傳比。
如圖4所示，滑板(21)的上面，還可放置一個(gè)帶軸的旋轉(zhuǎn)盤(pán)(25)旋轉(zhuǎn)盤(pán)(25)中心與行星齒輪(18)中心重合并垂直相連。取下行星齒輪軸(17)上的T型畫(huà)筆(20)，在滑板(21)的左側(cè)插上II型畫(huà)筆(26)，當(dāng)行星齒輪軸(17)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)(25)轉(zhuǎn)動(dòng)，II型畫(huà)筆(26)隨滑板(21)移動(dòng)。
本發(fā)明在構(gòu)思上傳比i對(duì)應(yīng)任意實(shí)數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)3456個(gè)i值，每一個(gè)i值又因t1、t2取值不同，共計(jì)可變換62208種。由于本發(fā)明能夠人為地隨意地方便地硫定臂t1、輻t2、比i，所以，在By-1型擺儀上則可畫(huà)出所需形狀大小，不同特征。千姿百態(tài)的擺線和復(fù)合曲線。
因?yàn)楸景l(fā)明能夠簡(jiǎn)便，迅速地繪制出千變?nèi)f化的擺線和復(fù)合曲線，所以，它的應(yīng)用范圍十分廣泛。適用于高等院?；A(chǔ)課專業(yè)課教學(xué)，能方便地繪制出不同形狀的擺線；適用于工藝美術(shù)行業(yè)設(shè)計(jì)奇妙的花紋圖案；適用于幼兒教育，能繪制形象而有美感的圖畫(huà)。啟發(fā)孩子們的智力思維；運(yùn)用于對(duì)數(shù)學(xué)史上難題的啟迪和探討。特別適用于設(shè)計(jì)院，研究所和廠礦企業(yè)在設(shè)備設(shè)計(jì)、制圖中，取代傳統(tǒng)的繪圖用具和繁瑣的繪圖方法，能夠數(shù)十倍，成百倍，甚至上千倍地提高工作效率。
例1；如圖2所示把離合件(22)松開(kāi)，則滑板(21)固定不動(dòng)，板面上平放紙張。然后將行星齒輪軸(17)在弧形刻度板(19)上調(diào)正到所需位置，使t1＝oo1，再調(diào)正T型畫(huà)筆(20)在橫桿刻度上的位置，使t2＝op，通過(guò)方程計(jì)算出i＝1，查表配上相應(yīng)齒數(shù)的兩個(gè)掛輪〔即過(guò)橋上齒輪(5)和過(guò)橋下齒輪(6)〕，用手扭動(dòng)主動(dòng)軸(1)頂端小手輪，通過(guò)定軸輪系，行星輪系旋轉(zhuǎn)，則在紙上畫(huà)出t1、t2、i所確定的方程的擺線—心臟線。
例2如圖3所示。
先調(diào)正t1和t2，使之t1＝t2，取i＝-2，查表配止相應(yīng)齒數(shù)的兩個(gè)掛輪。將離合件(22)合攏，如主動(dòng)下齒輪(3)與滑板(21)的齒條嚙合，用于啟動(dòng)主動(dòng)軸(1)，使定軸輪系和行星輪系旋轉(zhuǎn)，滑板(21)隨之平行同步移動(dòng)，則畫(huà)出正弦曲線是i＝-2，t1＝t2時(shí)的展開(kāi)曲線例3如圖4所示。
調(diào)正行星齒輪軸(17)與旋轉(zhuǎn)盤(pán)(25)中心重合。則t1＝oo1＝o，取下T型畫(huà)筆(20)，在滑板(21)左側(cè)插上II型畫(huà)筆(26)，用手啟動(dòng)主動(dòng)軸(1)，旋轉(zhuǎn)盤(pán)(25)隨著行星齒輪軸(17)旋轉(zhuǎn)II型畫(huà)筆(26)隨著滑板(21)平行移動(dòng)，則畫(huà)出螺線。
權(quán)利要求
1.一種由定軸輪系、行星輪系和滑板(21)，旋轉(zhuǎn)盤(pán)(25)組成的多功能的機(jī)械式繪圖用具，其特征在于以上四個(gè)部分有機(jī)地把擺線運(yùn)動(dòng)及其復(fù)合運(yùn)動(dòng)結(jié)為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的擺儀，其特征在于傳比i通過(guò)定軸輪系和行星輪系的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的擺儀，其特征在于過(guò)橋上齒輪(5)和過(guò)橋下齒輪(6)各自備用了24個(gè)不同齒數(shù)的齒輪，從而得到傳比i有3456種。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的擺儀，其特征在于有一個(gè)弧形刻度板(19)，能夠方便地調(diào)正臂t1的長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的擺儀，其特征在于有一支T型畫(huà)筆(20)，筆的橫桿上標(biāo)有刻度，能夠方便地調(diào)正輻t2的長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的擺儀，其特征在于有一塊左側(cè)開(kāi)有齒條的方形滑板(21)，齒條能與主動(dòng)下齒輪(3)嚙合。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的擺儀，其特征在于主動(dòng)軸(1)的中部有一個(gè)離合件(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的擺儀，其特征在于有一塊園形旋轉(zhuǎn)盤(pán)(25)和一支II型畫(huà)筆(26)，兩個(gè)配件均易于裝卸。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、5、8所述的擺儀，其特征在于繪圖時(shí)不用規(guī)腳作支點(diǎn)，畫(huà)筆可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)中心。
專利摘要
一種涉及繪圖、教學(xué)、設(shè)計(jì)、研究擺線類曲線的擺儀，屬于多功能的繪圖用具。本發(fā)明主要由定軸輪系、行星輪系、滑板、旋轉(zhuǎn)盤(pán)組成，可畫(huà)六萬(wàn)多種不同特征的曲線，如直線段、圓、橢圓、心臟線、星線、雙弧外擺線、玫瑰線、旋轉(zhuǎn)線、正弦曲線、漸開(kāi)線、螺線等。適用于各類學(xué)校教學(xué)，工藝美術(shù)圖案設(shè)計(jì)，探討教學(xué)難題，特別適用于科研、設(shè)計(jì)單位和廠礦制圖，比之現(xiàn)有繪圖用具，提高工效成百上千倍。
文檔編號(hào)B43L11/00GK86105407SQ86105407
公開(kāi)日1987年3月18日 申請(qǐng)日期1986年8月28日
發(fā)明者張毓松, 林樹(shù)藩 申請(qǐng)人:張毓松導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan