擺儀的製作方法

2023-05-05 13:45:36 4

專利名稱:擺儀的製作方法
本發明屬於繪圖用具。
傳統的繪圖用具直尺、曲線板、園規，只能繪製直線段、園、橢園等簡單的幾何圖形，對直接繪製複雜擺線和複合曲線則無能為力。如《機械製圖》一書記載「園外擺線畫法」，一個曲線的歧需用58個步驟，先要確定相應的若干個點，然後再用曲線板連接成近似的曲線。又如航空工業部製造發動機，需用雙弧外擺線作圖，因無繪製擺線的工具，只好通過複雜的計算，再用傳統繪圖用具繁瑣地描點聯結，兩種畫法均十分麻煩且又不精確。
82年，上海同濟大學研製的Ty-82型雙軌式橢園儀；同年北京自動化儀表廠研製的H航字y型橢園規。85年航天工業部第三研究院推出的A型、B型橢園規。這些繪圖用具，結構大同小異，繪圖功能單一，主要用於繪製橢園，其缺點是當所畫的橢園扁度超出一定範圍時，就無法繪製。再因繪製時，總要用一隻規腳作為中心支點，故所繪圖形大小既受上限限制，也受下限限制。
79年國家公布的《發明獎項目公報》，載有上海工業大學研製的繪圖規，以及市面上出售的由七個彩色塑料齒輪組成的繪畫板，可以繪製花紋圖案，曲線圖形和形象圖畫，適用於工藝美術設計，所繪製的圖案可用於票證、商標、裝飾和包裝裝璜等。這兩種繪圖用具的缺點是不能計算運動中點的位置，不能預先給予所繪曲線的條體也就是不能有意識，有目的地繪製所需的曲線和圖案。所以，應用範圍非常狹窄，無法在教學、科研和生產設計上得到應用。
查1961～1985年英、美、法、西德、日本等十四國專利文獻，有橢園規、繪圖規、幾何圖形儀，工具導引儀、裝飾圖案繪製儀、剪切線路摹擬儀等52項。它們都與上述國內繪圖用具一樣，功能單一，應用範圍有限。不能隨意繪製擺線及其複合曲線。如不能作與π對應的直線段，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，不能迅速畫出託勤玫(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。
本發明的目的，在於克服現有繪圖用具之不足，提供一種在統一的定義，公式引導下，由簡單機械零件組成的新型繪圖用具，它不單能繪製出所需的直線段、園、橢園，還能迅速地繪製玫瑰線、心臟線、星線、雙孤外擺線、正弦曲線、螺線、漸開線……，亦能解決現有繪圖用具無法解決的問題。
本發明構思時，首先對擺線概念重新定義，由定點O出發，首尾連接的二離差t1、t2，其轉角比為實數i時，離差端點P的運動軌跡叫擺線。
其擺線方程為
與傳統定義中定園O(R)，滾園O(R1)的關係。
t1＝R±R1＝(1+i)R1＝OO1的符號+為外擺-為內擺。式中t1叫臂長，i為正負實數。
t2＝O1P，t2叫輻長。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叫轉比，與歧數，尖點數一致。
本發明的擺線三要素即臂t1、輻t2、比i，其特點為1.t1、t2、i三要素易於製造對應的儀件結構。
2.概括內擺外擺，主擺次擺，超輻短輻，有包心形成、無包心形成。均統一於一個t1、t2、i運動概念中。
3.簡化了機械教材中關於擺線繁瑣的討論。
這一定義避免了傳統無滑動的物理概念。它既包合傳統概念，又注入了新的函意，把不屬於原擺線體系的內容都概括於這一定義中。在這一定義及其方程的引導下，用齒輪傳動原理，設計製造出By-1型擺儀繪圖用具。
如圖1所示，本發明主要由主動軸(1)，主動上齒輪(2)，主動下齒輪(3)，過橋齒輪軸(4)，過橋上齒輪(5)，過橋下齒輪(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)，輸出過橋軸(14)，輸出過橋下齒輪(15)，輸出過橋上齒輪(16)，行星齒輪軸(17)，行星齒輪(18)，弧形刻度板(19)，T型畫筆(20)滑板(21)，離合件(22)，基座(23)組合而成。
圖中構件1～9組成定軸輪系，10～19組成行星輪系。
當用手扭動主動軸(1)頂端的手輪時，主動上齒輪(2)同時嚙合過橋上齒輪(5)和中心上齒輪(9)旋轉，過橋上齒輪(5)通過過橋齒輪軸(4)帶動過橋下齒輪(6)旋轉，過橋下齒輪(6)又嚙合輸入齒輪(8)，通過輸入齒輪(8)嚙合中心下齒輪(10)旋轉。中心上齒輪(9)與中心下齒輪(10)呈磨盤形重迭安裝，中心上齒輪(9)只開有外齒，但中心下齒輪(10)內外兩側都開有齒。輸入齒輪(8)嚙合其外齒，輸出下齒輪(12)則嚙合內齒。通過輸出軸(11)帶動輸出上齒輪(13)旋轉，輸出上齒輪(13)嚙合輸出過橋下齒輪(15)，再通過輸出過橋軸(14)帶動輸出過橋上齒輪(16)旋轉。輸出過橋上齒輪(16)又與行星齒輪(18)嚙合，從而帶動行星輪軸(17)旋轉。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的長度。行星齒輪軸(17)的下端與T型畫筆(20)相連，畫筆(20)的橫杆上標有刻度，可調節橫杆下面的筆桿位置，因而也很方便地確定輻t2的長度。
滑板(21)是一塊長方型金屬板，右側的一邊開有齒條。需要滑動時，合攏離合件(22)，則主動下齒輪(3)嚙合齒條同步滑動。若不需要滑動時，鬆開離合件(22)，則滑板(21)星靜止狀態。
過橋上齒輪(5)和過橋下齒輪(6)各有24個不同齒數(19～24個齒)的備用掛輪，根據方程式進行一系列計算。已將傳比i對應的齒數列入換算表，需用什麼i值，只需查表取出對應齒數的掛輪，分別掛在過橋齒輪軸(4)上，就能獲得所需的傳比。
如圖4所示，滑板(21)的上面，還可放置一個帶軸的旋轉盤(25)旋轉盤(25)中心與行星齒輪(18)中心重合併垂直相連。取下行星齒輪軸(17)上的T型畫筆(20)，在滑板(21)的左側插上II型畫筆(26)，當行星齒輪軸(17)轉動時。帶動旋轉盤(25)轉動，II型畫筆(26)隨滑板(21)移動。
本發明在構思上傳比i對應任意實數，能夠實現3456個i值，每一個i值又因t1、t2取值不同，共計可變換62208種。由於本發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型擺儀上則可畫出所需形狀大小，不同特徵。千姿百態的擺線和複合曲線。
因為本發明能夠簡便，迅速地繪製出千變萬化的擺線和複合曲線，所以，它的應用範圍十分廣泛。適用於高等院校基礎課專業課教學，能方便地繪製出不同形狀的擺線；適用於工藝美術行業設計奇妙的花紋圖案；適用於幼兒教育，能繪製形象而有美感的圖畫。啟發孩子們的智力思維；運用於對數學史上難題的啟迪和探討。特別適用於設計院，研究所和廠礦企業在設備設計、製圖中，取代傳統的繪圖用具和繁瑣的繪圖方法，能夠數十倍，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)鬆開，則滑板(21)固定不動，板面上平放紙張。然後將行星齒輪軸(17)在弧形刻度板(19)上調正到所需位置，使t1＝oo1，再調正T型畫筆(20)在橫杆刻度上的位置，使t2＝op，通過方程計算出i＝1，查表配上相應齒數的兩個掛輪〔即過橋上齒輪(5)和過橋下齒輪(6)〕，用手扭動主動軸(1)頂端小手輪，通過定軸輪系，行星輪系旋轉，則在紙上畫出t1、t2、i所確定的方程的擺線—心臟線。
例2如圖3所示。
先調正t1和t2，使之t1＝t2，取i＝-2，查表配止相應齒數的兩個掛輪。將離合件(22)合攏，如主動下齒輪(3)與滑板(21)的齒條嚙合，用於啟動主動軸(1)，使定軸輪系和行星輪系旋轉，滑板(21)隨之平行同步移動，則畫出正弦曲線是i＝-2，t1＝t2時的展開曲線例3如圖4所示。
調正行星齒輪軸(17)與旋轉盤(25)中心重合。則t1＝oo1＝o，取下T型畫筆(20)，在滑板(21)左側插上II型畫筆(26)，用手啟動主動軸(1)，旋轉盤(25)隨著行星齒輪軸(17)旋轉II型畫筆(26)隨著滑板(21)平行移動，則畫出螺線。
權利要求
1.一種由定軸輪系、行星輪系和滑板(21)，旋轉盤(25)組成的多功能的機械式繪圖用具，其特徵在於以上四個部分有機地把擺線運動及其複合運動結為一體。
2.根據權利要求
1所述的擺儀，其特徵在於傳比i通過定軸輪系和行星輪系的傳動來實現。
3.根據權利要求
1、2所述的擺儀，其特徵在於過橋上齒輪(5)和過橋下齒輪(6)各自備用了24個不同齒數的齒輪，從而得到傳比i有3456種。
4.根據權利要求
1所述的擺儀，其特徵在於有一個弧形刻度板(19)，能夠方便地調正臂t1的長度。
5.根據權利要求
1所述的擺儀，其特徵在於有一支T型畫筆(20)，筆的橫杆上標有刻度，能夠方便地調正輻t2的長度。
6.根據權利要求
1所述的擺儀，其特徵在於有一塊左側開有齒條的方形滑板(21)，齒條能與主動下齒輪(3)嚙合。
7.根據權利要求
1所述的擺儀，其特徵在於主動軸(1)的中部有一個離合件(22)。
8.根據權利要求
1所述的擺儀，其特徵在於有一塊園形旋轉盤(25)和一支II型畫筆(26)，兩個配件均易於裝卸。
9.根據權利要求
1、2、5、8所述的擺儀，其特徵在於繪圖時不用規腳作支點，畫筆可以通過運動中心。
專利摘要
一種涉及繪圖、教學、設計、研究擺線類曲線的擺儀，屬於多功能的繪圖用具。本發明主要由定軸輪系、行星輪系、滑板、旋轉盤組成，可畫六萬多種不同特徵的曲線，如直線段、圓、橢圓、心臟線、星線、雙弧外擺線、玫瑰線、旋轉線、正弦曲線、漸開線、螺線等。適用於各類學校教學，工藝美術圖案設計，探討教學難題，特別適用於科研、設計單位和廠礦製圖，比之現有繪圖用具，提高工效成百上千倍。
文檔編號B43L11/00GK86105407SQ86105407
公開日1987年3月18日 申請日期1986年8月28日
發明者張毓松, 林樹藩 申請人:張毓松導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan