全自动连续式玫瑰线绘图规 |
|||||||
| 申请号 | CN202110346970.7 | 申请日 | 2021-03-31 | 公开(公告)号 | CN112918165A | 公开(公告)日 | 2021-06-08 |
| 申请人 | 南京工业职业技术大学; | 发明人 | 王书营; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种全自动连续式玫瑰线绘图规， 支架 、振幅滑杆、 中轴 机构、 频率 转杆、 限幅 器、画笔、齿带和摇杆机构，支架是矩形床 框架 ，振幅滑杆置于支架的上部，中轴机构、两个频率转杆、两个限幅器分别置于支架下部的滑道梁杆上，画笔置于中轴机构下部，摇杆机构置于支架的一端且与一个频率转杆相连，本装置具有：操作简单，只要摇转把手就能完成所有功能。功能齐全：能快速叠合或展开绘图规，能绘制任意参数的帕斯卡蜗线，参数调整简便快速，折叠合成后就是根直尺。结构紧凑成本低廉携带方便；适用性强：能在任何场合使用。适用于教学、设计、制造等。 | ||||||
| 权利要求 | 1.全自动连续式玫瑰线绘图规，其特征在于，包括：支架、振幅滑杆、中轴机构、频率转杆、限幅器、画笔、齿带和摇杆机构，支架是矩形床框架，振幅滑杆置于支架的上部，中轴机构、两个频率转杆、两个限幅器分别置于支架下部的滑道梁杆上，画笔置于中轴机构下部，摇杆机构置于支架的一端且与一个频率转杆相连， |
||||||
| 说明书全文 | 全自动连续式玫瑰线绘图规技术领域： [0001] 本发明涉及教育用具，具体为全自动连续式玫瑰线绘图规。背景技术： [0002] 玫瑰线形式多样是人们常用和最喜爱的图形，在印染、制造、运输、农业等行业应用非常广泛，是大学和中学生必须掌握的内容，极坐标方程为ρ＝acos(nθ/m+φ)，它是一条2 2 2 在直角方程为x+y＝a的圆周上多次经过圆心形成的一条闭合曲线，由于在圆周上有多次回转顶点及在圆心处有多重结点，绘制时在技术处理上较为复杂，致使教师教学或学生学习都存在较大困难，严重影响教学效果。另外，工程设计人员绘制图纸、机械加工人员加工零件等都需要快速便利的专用绘图工具提高效率和精度。 [0003] 为了解决上述问题，近阶段只出现了少数的关于曲线绘制方面的装置，如，专利申请号为201420555951.0的文献中给出了“一种N叶玫瑰线仪”，包括绘图臂、画笔调节杆、画笔和齿轮驱动机构，画笔安装在画笔调节杆上且能沿其移动，画笔调节杆绘图臂上，驱动绘图臂使画笔沿平行于第二转轴反向转动，绘图时操作方便，无需外联任何设备，可直接手动操作。此技术杆传连接重数较多及齿轮模数限制只能完成离散参数下图像的绘制，对于稳定性及连续参数任意频率下图像绘制的功能不足。专利申请号为201720119674.2的文献中给出了“一种高等数学绘图仪”，包括主尺、副尺、圆规尺、第一滑块、第二滑块、第三滑块、笔槽和第一螺栓，解决现有技术中，不易保管，以及画图速率较慢的问题，此技术不能用于玫瑰线的绘制。。发明内容： [0004] 为解决上述技术问题，本发明全自动连续式玫瑰线绘图规，包括：支架、振幅滑杆、中轴机构、频率转杆、限幅器、画笔、齿带和摇杆机构，支架是矩形床框架，振幅滑杆置于支架的上部，中轴机构、两个频率转杆、两个限幅器分别置于支架下部的滑道梁杆上，画笔置于中轴机构下部，摇杆机构置于支架的一端且与一个频率转杆相连， [0005] 所述中轴机构包括第一圆管、第二矩形板、第四齿带轮和内插定位杆，第一圆管外壁自上而下依次设有第三圆管、第八滑块和第二圆管，第三圆管上分别设有第三齿带轮和第二销钉，第三圆管套在第一圆管上能转动和移动可通过第二销钉固定，矩形硬板块的第八滑块上面设有第一量角器，第八滑块与第一圆管是定位式轴转相连，第二圆管外壁上部设有第一销钉，第二圆管套在第一圆管下端能转动和移动可通过第一销钉固定，第二圆管下部设有固定的第二矩形板，第二矩形板前后侧面分别设有第二凹槽，第二凹槽内分别设有滑动连接的第九滑块，第九滑块上设有U形滑架，U形滑架的开口端分别固定在两个第九滑块上，U形滑架内部底杆上设有第四连杆，第二矩形板下面左右两端分别设有固定的并与第一齿带轮相同的第六齿带轮和第七齿带轮，第二矩形板上面边棱处设有第四刻度，第四刻度的零点在第一圆管的中心线上，第二圆管的下端在第二矩形板上面中部穿过并在下面伸出，第一圆管内设有转动连接的第四圆管，第四圆管外壁自上而下依次设有第四齿带轮、第一定位盘、第二定位盘和第五齿带轮，第一圆管上下两端外面的第一定位盘和第二定位盘是内圆孔周固定在第四圆管上用于限制第一圆管定位转动的圆环盘，与第一齿带轮相同的第四齿带轮和第五齿带轮固定在第四圆管上，第五齿带轮不影响U形滑架的滑动，第四圆管上端设有内插定位杆，内插定位杆包括第一把手和第一圆杆，第一把手是厚圆环盘，第一把手上圆面内圆孔外设有固定的螺旋式第一弹簧，第一弹簧上端设有固定的第一圆盘，第一圆盘下圆面中心设有固定的第一圆杆，第一圆杆下端设有圆锥杆头，第一把手下圆面的内圆孔外设有固定的同轴心第五圆管，第五圆管是内外光滑的轴管且套在第一圆杆外，内插定位杆是将第五圆管插入第四圆管的管口内。 [0006] 进一步技术方案，所述频率转杆包括第六圆管、第七圆管、第八齿带轮和第三矩形板，第六圆管外壁自上而下依次设有第八圆管、第七圆管、第一伞齿轮和第十滑块，第八圆管外壁上分别设有第五销钉和第三矩形板，第三矩形板上面分别设有第三凹槽和第五刻度，第五刻度的零点在第六圆管的中心线上，第三凹槽内设有滑动连接的第十一滑块，第十一滑块上设有固定的第二钉轴，第三矩形板的一端固定在第六圆管上，第八圆管套在第六圆管上能转动和移动可通过第五销钉固定；在第七圆管上分别设有第四销钉和与第三齿带轮相同的第八齿带轮，第七圆管套在第六圆管上能转动和移动可通过第四销钉固定；第一伞齿轮是逆时针方向的且固定在第六圆管上；第十滑块是矩形硬板块且与第六圆管是定位式轴转相连，第十滑块上面分别设有第二量角器和第二圆孔。 [0008] 与现有技术相比，本发明的有益效果： [0009] 1、本发明的全自动连续式玫瑰线绘图规，操作简单，只要摇转把手就能完成所有功能。 [0010] 2、全自动连续式玫瑰线绘图规功能齐全：能快速进行参数设置及初始位搭建，能绘制任意参数和不同叶数有初相的玫瑰线图形。适用性强：能在任何场合使用。适用于教学、设计、制造、建筑、刺绣、印刷等。附图说明： [0012] 图1是本发明的结构示意图。 [0013] 图2是本发明中支架的结构示意图。 [0014] 图3是本发明中振幅滑杆的结构示意图。 [0015] 图4是本发明中中轴机构的结构示意图。 [0016] 图5是本发明中频率转杆的结构示意图。 [0017] 图6是本发明中限幅器的结构示意图。 [0018] 图7是本发明中画笔的结构示意图。 [0019] 图8是本发明中摇杆机构的结构示意图。 [0020] 附图标记：1‑支架、11‑第一枕板、12‑第二枕板、13‑滑道梁杆、14‑第一槽沟、15‑第一刻度、16‑第一滑块、17‑第二滑块、18‑第一连杆、19‑第二连杆、111‑调节地脚、112‑第一凹槽、113‑第二刻度、114‑第一圆孔、181‑第一齿带轮、191‑第二齿带轮；2‑振幅滑杆、21‑第一矩形板、22‑第二槽沟、23‑第三滑块、24‑第三刻度、25‑第五滑块、26‑第六滑块、27‑第七滑块、28‑第四滑块、29‑第三连杆；3‑中轴机构、30‑内插定位杆、31‑第一圆管、32‑第二矩形板、33‑第二圆管、34‑第一销钉、35‑第八滑块、36‑第一量角器、37‑第三圆管、38‑第三齿带轮、39‑第二销钉、310‑第一把手、311‑第一弹簧、312‑第一圆盘、313‑第一圆杆、314‑第四圆管、315‑圆锥杆头、316‑第四齿带轮、317‑第五齿带轮、318‑第五圆管、319‑第一定位盘、320‑第二定位盘、321‑第二凹槽、322‑第九滑块、323‑U形滑架、324‑第六齿带轮、325‑第七齿带轮、326‑第四连杆、327‑第四刻度；4‑频率转杆、41‑第六圆管、42‑第七圆管、43‑第八齿带轮、44‑第四销钉、45‑第十滑块、46‑第二量角器、47‑第八圆管、48‑第五销钉、49‑第三矩形板、410‑第三凹槽、411‑第十一滑块、412‑第二钉轴、413‑第二圆孔、414‑第一伞齿轮、 415‑第五刻度；5‑限幅器、51‑第四矩形板、52‑第三槽沟、53‑第四槽沟、54‑第一滑轮、55‑第二滑轮、56‑第十二滑块、57‑第十三滑块；6‑画笔、61‑第九圆管、62‑第一圆环盘、63‑第二弹簧、64‑圆笔杆、65‑第二圆环盘、66‑圆锥笔尖、67‑第六销钉、68‑第七销钉；7‑齿带；8‑摇杆机构、81‑第二圆杆、82‑直角支架、83‑第二伞齿轮、84‑第三圆环盘、85‑第五矩形板、86‑第二把手。 具体实施方式： [0021] 如图所示，全自动连续式玫瑰线绘图规，包括：支架1、振幅滑杆2、中轴机构3、频率转杆4、限幅器5、画笔6、齿带7和摇杆机构8。支架1是矩形床框架，振幅滑杆2置于支架1的上部，中轴机构3、两个频率转杆4、两个限幅器5分别置于支架1下部的滑道梁杆上，画笔6置于中轴机构3下部，摇杆机构8置于支架1的一端且与一个频率转杆4相连， [0022] 如图2所示，支架1包括第一枕板11、第二枕板12和滑道梁杆13，第一枕板11是长方体形硬木块，第一枕板11的前侧面自下而上分别设有第一圆孔114、第一凹槽112和第二刻度113，第二刻度113的零点在中部，第一枕板11下面两端分别设有固定的调节地脚111。第二枕板12及其上的第一凹槽112、第二刻度113、调节地脚111与第一枕板11相同且第一凹槽112相对，第一枕板11和第二枕板12之间分别设有平行的第一连杆18、第二连杆10和滑道梁杆13，第一连杆18、第二连杆10的中部分别设有相同的第一齿带轮181和第二齿带轮191，第一连杆18位于第一枕板11和第二枕板12的左边棱，第二连杆10位于第一枕板11和第二枕板 12的右边棱，滑道梁杆13位于第一枕板11和第二枕板12的下边棱第一圆孔114正下方，滑道梁杆13是矩形硬板，滑道梁杆13上面分别设有第一槽沟14和第一刻度15，第一槽沟14中心线与第二刻度113的零点上下一致，第一刻度15的零点在中部，第一槽沟14中分左右设有第一滑块16和第二滑块17 [0023] 如图3所示，振幅滑杆2包括第一矩形板21、第六滑块26和第七滑块27，第一矩形板21上面分别设有第二槽沟22和第三刻度24，第二槽沟22内自左而右分别设有第五滑块25、第四滑块28、第三滑块23，第四滑块28下面设有固定的第三连杆29，第一矩形板21的左右两端分别设有固定的第六滑块26和第七滑块27。 [0024] 如图4所示，中轴机构3包括第一圆管31、第二矩形板32、第四齿带轮38和内插定位杆30，第一圆管31外壁自上而下依次设有第三圆管37、第八滑块35和第二圆管33，第三圆管37上分别设有第三齿带轮38和第二销钉39，第三圆管37套在第一圆管31上能转动和移动可通过第二销钉39固定，矩形硬板块的第八滑块35上面设有第一量角器36，第八滑块35与第一圆管31是定位式轴转相连，第二圆管33外壁上部设有第一销钉34，第二圆管33套在第一圆管31下端能转动和移动可通过第一销钉34固定，第二圆管33下部设有固定的第二矩形板 32，第二矩形板32前后侧面分别设有第二凹槽321，第二凹槽321内分别设有滑动连接的第九滑块322，第九滑块322上设有U形滑架323，U形滑架323的开口端分别固定在两个第九滑块322上，U形滑架323内部底杆上设有第四连杆326，第二矩形板32下面左右两端分别设有固定的并与第一齿带轮181相同的第六齿带轮324和第七齿带轮325，第二矩形板32上面边棱处设有第四刻度327，第四刻度327的零点在第一圆管31的中心线上。第二圆管33的下端在第二矩形板32上面中部穿过并在下面伸出，第一圆管31内设有转动连接的第四圆管314，第四圆管314外壁自上而下依次设有第四齿带轮316、第一定位盘319、第二定位盘320和第五齿带轮317，第一圆管31上下两端外面的第一定位盘319和第二定位盘320是内圆孔周固定在第四圆管314上用于限制第一圆管31定位转动的圆环盘，与第一齿带轮181相同的第四齿带轮316和第五齿带轮317固定在第四圆管314上，第五齿带轮317不影响U形滑架323的滑动，第四圆管314上端设有内插定位杆30，内插定位杆30包括第一把手310和第一圆杆313，第一把手310是厚圆环盘，第一把手310上圆面内圆孔外设有固定的螺旋式第一弹簧311，第一弹簧311上端设有固定的第一圆盘312，第一圆盘312下圆面中心设有固定的第一圆杆 313，第一圆杆313下端设有圆锥杆头315，第一把手310下圆面的内圆孔外设有固定的同轴心第五圆管318，第五圆管318是内外光滑的轴管且套在第一圆杆33外。内插定位杆30是将第五圆管318插入第四圆管314的管口内。自然状态下圆锥杆头315在第一圆管31内，若向下按压第一圆盘312圆锥杆头315能伸到第二矩形板32下部。 [0025] 如图5所示，频率转杆4包括第六圆管41、第七圆管42、第八齿带轮43和第三矩形板49，第六圆管41外壁自上而下依次设有第八圆管47、第七圆管42、第一伞齿轮414和第十滑块45，第八圆管47外壁上分别设有第五销钉48和第三矩形板49，第三矩形板49上面分别设有第三凹槽410和第五刻度415，第五刻度415的零点在第六圆管41的中心线上，第三凹槽 410内设有滑动连接的第十一滑块411，第十一滑块411上设有固定的第二钉轴412，第三矩形板49的一端固定在第六圆管41上，第八圆管47套在第六圆管41上能转动和移动可通过第五销钉48固定；在第七圆管42上分别设有第四销钉44和与第三齿带轮38相同的第八齿带轮 43，第七圆管42套在第六圆管41上能转动和移动可通过第四销钉44固定；第一伞齿轮414是逆时针方向的且固定在第六圆管41上；第十滑块45是矩形硬板块且与第六圆管41是定位式轴转相连，第十滑块45上面分别设有第二量角器46和第二圆孔413。 [0026] 如图6所示，限幅器5包括第四矩形板51、第三槽沟52、第四槽沟53、第一滑轮54、第二滑轮55，第四矩形板51上面分左右设有第三槽沟52和第四槽沟53，第三槽沟52和第四槽沟53内分别设有第十二滑块56和第十三滑块57，第十二滑块56和第十三滑块57上分别设有第一滑轮54和第二滑轮55。 [0027] 如图7所示，画笔6包括第九圆管61、圆笔杆64、圆锥笔尖66，第九圆管61外壁自上而下分别设有第六销钉67和第七销钉68，第九圆管61下端设有第一圆环盘62，第一圆环盘62的内圆周固定在第九圆管61上，第一圆环盘62的下面设有固定的螺旋式第二弹簧63，第二弹簧63的下端设有固定的第二圆环盘65，第二圆环盘65的内圆孔中设有固定的圆笔杆 64，圆笔杆64的上端穿过第二弹簧63插入第九圆管61内，圆笔杆64的下端设有圆锥笔尖66。 [0028] 如图8所示，摇杆机构8包括第二圆杆81、直角支架82、第二伞齿轮83、第三圆环盘84、第五矩形板85、第二把手86，第二圆杆81左端设有第二伞齿轮83，第二圆杆81上自左而右分别设有直角支架82和第三圆环盘84，直角支架82与第二圆杆81是轴转相连，第三圆环盘84的内圆孔套在第二圆杆81上，第二圆杆81右端设有固定且垂直的第五矩形板85，第五矩形板85另一端外侧设有固定且垂直的用圆柱杆做成的第二把手86。 [0029] 本发明的全自动连续式玫瑰线绘图规的工作原理是：根据正交滑动机构将定心圆周运动中的幅长(带幅余弦值)变化，通过两重齿带传动系统转化为双向极径上的半径变化，利用两者传动中齿带轮节圆半径的不同实现玫瑰线的周期对应，通过可独立转动的双向极径转位确定初相位。其特点是：操作简单，初始条件下只要摇转把手就能完成所有功能。能绘制任意参数不同叶数有初相的玫瑰线图形，参数调整简便快速，适用性强等。 [0030] 本发明的全自动连续式玫瑰线绘图规，具有绘制连续参数整周期的玫瑰线功能，操作步骤是： [0031] 一、仪器组装：1]将支架1置于平台上转动调节地脚111使其处于平稳状态。2]将振幅滑杆2置于支架1上并把第六滑块26或第七滑块27锁定。3]把圆锥杆头315缩进第一圆管31内并固定，将中轴机构3置于支架1上使第一圆管31中心线位于第一刻度15零点处固定。 4]取两只频率转杆4，将它们分别置于支架1上并把第三矩形板49与振幅滑杆2连接。5]取两只限幅器5，将它们分别置于支架1上。6]把圆锥笔尖66缩进并用第六销钉67固定，将画笔6置于中轴机构3上。7]将摇杆机构8置于支架1上并与第二频率转杆4连接。8]参考参数a选定三根不同的第一齿带71、第二齿带72、第三齿带73，将第一齿带71置于两个频率转杆4上。将第二齿带72置于支架1上。将第三齿带73置于中轴机构3上。 [0032] 二、符号设置：1]玫瑰线：极坐标方程为 a为参数，决定花瓣中线长度，n,m分别确定花瓣数和周期，确定初始位。2]特征，所有花瓣的内顶角在原点处外顶 2 2 2 角在方程为x+y ＝a的圆C上。m＝1且n为整数，若为奇数花瓣数为n，θ角在0‑π内玫瑰线是闭合的。若为偶数花瓣数为2n，θ角取值在0‑2π内玫瑰线是闭合和完整的；n／m为既约分数，m和n都决定玫瑰线花瓣数，m决定闭合周期及花瓣宽度，m越大，花瓣越宽。3]第一槽沟14的中心线在图板上的投影表示纵轴。4]圆锥杆头315的中心线在图板上的投影为极点O。5]圆锥笔尖66中心线上各点在图板上的投影表示玫瑰上的点M。6]直角坐标系为Oxy。7]全自动连续式玫瑰线绘图规用字母V代表。8]要绘制的玫瑰线为ρ＝acos2θ。即m＝1、n＝2， 第三齿带轮38与第八齿带轮43的半径比为2:1。 [0033] 三、初始位置调整：1]确定参数a的值。2]将第三滑块23、第五滑块25、第四滑块28及第十一滑块411处于松弛状态，移动振幅滑杆2使第二槽沟22的中心线位于第二刻度113上正向的a值处，把第六滑块26和第七滑块27锁定。3]转动第二矩形板32使第二凹槽321中心线位于第一量角器36的0弧度后用第一销钉34固定。4]移动两只频率转杆4使第六圆管41中心线分别位于第一刻度15正负2a之外的点处后将第十滑块45固定，转动第三矩形板49使第三凹槽410中心线位于第二量角器46的0弧度后用第五销钉48固定，第二钉轴412中心线正好位于第五刻度415的a值处。5]调整限幅器5的位置及幅度使第一齿带71能与第三齿带轮38和第八齿带轮43充分啮合后固定。6]移动画笔6至圆锥笔尖66位于第四刻度327的a值处后固定。7]调整第三齿带73单侧与第五齿带轮317充分啮合后让另一根外侧与画笔6固定连接。8]调整第二齿带72与第四齿带轮316充分啮合后与振幅滑杆2固定连接。9]调整摇杆机构8与第二频率转杆4充分啮合后锁定。 [0034] 曲线绘制：1]将画有坐标系Oxy，方程为x2+y2＝a2的圆C，极点O(0，0)、圆C上点M0(a,0)的纸张S固定在平板上，Oy轴正向朝后，Ox轴即极轴正向朝右。2]解锁圆锥杆头315使其伸出第一圆管31外并固定。3]松开第六销钉67把圆锥笔尖66伸出后重新锁定。4]将绘图规V置于S上，圆锥杆头315对准极点O，圆锥笔尖66对准点M0。5]调整地脚111使绘图规V处于稳定状态。6]解锁画笔6和杆机构8处于自包括状态。7]一手轻按第一把手310使支架1处于固定状态，一手抓住第二把手86逆时针摇转第二圆杆81转动，圆锥笔尖66在S上从点M0开始绘制曲线。8]当第三矩形板49转到接近л/2即振幅滑杆2接近中心时，把圆锥杆头315缩进，圆锥笔尖66经过极点O，振幅滑杆2离开中心时，把圆锥杆头315伸出，圆锥笔尖66进入Oxy的第三象限继续绘制曲线。9]当第三矩形板49转到接近л即振幅滑杆2接近负向最大值a时，第二矩形板32正向转至л/2，圆锥笔尖66经过Oy轴上点M1(0,‑a)。10]当第三矩形板49转到接近3л/2即振幅滑杆2反向接近中心时，把圆锥杆头315缩进，圆锥笔尖66经过极点O，振幅滑杆2离开中心时，把圆锥杆头315伸出，圆锥笔尖66进入Oxy的第四象限继续绘制曲线。11]当第三矩形板49转到接近2л即振幅滑杆2回到正向最大值a时，第二矩形板32正向转至л，圆锥笔尖66经过Ox轴上点M2(‑a,0)，S上绘出半只四叶玫瑰线M0OM1OM2。12]继续逆时针推转第二把手86使第三矩形板49再转一周，圆锥笔尖66继续绘制另半支蜗线M2OM3OM0。13]当第三矩形板49第二次回到起始位置，即圆锥笔尖66到达M0，停止摇转。12]移开绘图规V，S上圆C内绘制出连续完整对称的四叶玫瑰线M0OM1OM2OM3OM0。 [0035] 五、绘图结束：将装置V恢复到初始状态。 [0036] 本发明的全自动连续式玫瑰线绘图规，具有绘制连续参数分数周期的玫瑰线功能，操作步骤是在仪器组装前确定第三齿带轮38与第八齿带轮43，使它们的节圆半径比R:r＝n:m，其他与绘制连续参数整周期的玫瑰线功能完全一样。 [0037] 本发明的全自动连续式玫瑰线绘图规，具有绘制连续参数任意频率有初相 的玫瑰线功能，操作步骤是在仪器组装前确定第三齿带轮38与第八齿带轮43两节圆半径比值等于频率即可，初始位置调整中的3]转动第二矩形板32使第二凹槽321中心线位于第一量角器36的 弧度后用第一销钉34固定。其他与绘制连续参数整周期的玫瑰线功能一样。 [0038] 本发明全自动连续式玫瑰线绘图规的经济价值和应用前景：随着技术进步和经济发展，越来越需要先进的装备提高教学效果和工作效率，急需一种操作简单使用方便的全自动连续式玫瑰线绘图规，仅国内高等学校有几千所，还有众多的建筑制造企业、科研机构、设计装饰公司等，数量相当可观，其市场前景非常广阔，具有良好的经济收益和社会效益。 [0039] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。 [0041] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括包括以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈