本實(shí)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(diǎn)并將各點(diǎn)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(lái)?yè)?jù)報(bào)紙和電視報(bào)導(dǎo)，國(guó)內(nèi)外有不少人研究橢圓規(guī)。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(shí)用新型的目的是提供一種能畫上萬(wàn)種重要平面曲線的繪圖工具。
本實(shí)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(jiàn)1979年北京人民教育出版社數(shù)學(xué)手冊(cè)390～360頁(yè)）以齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為主的設(shè)計(jì)而成的多功能繪圖工具。為了說(shuō)明，僅引列其中二條定義如下。
內(nèi)次擺線——?jiǎng)訄AO2圓周沿定圓O1圓周內(nèi)部無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)時(shí)，則動(dòng)圓O2內(nèi)或外一點(diǎn)M所描成的軌跡。見(jiàn)圖1橢圓例。
外擺線——?jiǎng)訄AO2圓周沿定圓O1圓周外部無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)時(shí)，動(dòng)圓周上一點(diǎn)M所描成的軌跡。見(jiàn)圖2
為了模仿擺線的定義，本多用規(guī)的基本結(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(dòng)心部件3取代動(dòng)圓心O2并接受部件2傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩將其變成繪圖動(dòng)作，以傳動(dòng)部件2將部件1、3有機(jī)連接，并將部件1產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳給部件3。上架4的兩腳還分別與部件1、3頂端鉸鏈相連，能調(diào)節(jié)和固定它們?cè)趥鲃?dòng)桿上的距離即定、動(dòng)圓心的距離O1O2。
定心部件1的主要組成是定心件①的水平懸臂梁與定心腳④腰部的槽孔相連，以調(diào)節(jié)和固定定心件到定心腳上輥輪②的水平距離R。輥輪周邊均布有鋼針，輪上帶鍵槽的軸穿過(guò)定心腳的孔與主動(dòng)齒輪③的鍵槽孔串聯(lián)，當(dāng)輥輪以R為半徑繞定心件在圖面上滾動(dòng)時(shí)，主動(dòng)齒輪隨其同步旋轉(zhuǎn)，并使與它嚙合的左動(dòng)齒輪⑤產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。由于距離R可按需調(diào)節(jié)，則輥輪在繞定心件滾動(dòng)和被它滾動(dòng)時(shí)所形成的圓面就是一對(duì)傳遞比能按需改變的摩擦輪，它能將多用規(guī)有限的齒輪的傳遞比連續(xù)地放大和縮小。定心件①與圖面的交點(diǎn)即為定圓心O1。
傳動(dòng)部件2是水平連接部件1和部件3的橋梁。它由傳動(dòng)桿⑥的鍵槽軸穿過(guò)定心件①、定心腳④、動(dòng)心腳⑧的光滑孔分別與左動(dòng)齒輪⑤、右動(dòng)齒輪⑦的鍵槽孔同步串聯(lián)而成。左右動(dòng)齒輪還分別與主動(dòng)齒輪③、右從齒輪⑨嚙合成左、右兩對(duì)工作齒輪，以將部件1產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳給部件3的成形件⑩。
動(dòng)心部件3由動(dòng)心腳⑧、右從齒輪⑨串聯(lián)而成。右從齒輪接受右動(dòng)齒輪⑦傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩并能在需要的高度上相對(duì)動(dòng)心腳旋轉(zhuǎn)。在右從齒輪下部固有懸臂鉸鏈與成形件⑩相連，可以調(diào)節(jié)成形件或筆尖到動(dòng)心腳根的距離。筆尖代替動(dòng)圓O2內(nèi)、外或上一點(diǎn)M，它隨右從齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以描繪M點(diǎn)的軌跡。成形件①也可以是劃針及其它能實(shí)現(xiàn)曲線形狀的工具。
本多用規(guī)繪圖時(shí)除一付公用件選配兩對(duì)工作齒輪外，還有若干對(duì)能互換的傳遞比不同的備用齒輪，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(diǎn)，能畫出六條擺線中的全部曲線如橢圓、桃輪、心臟、星形、玫瑰線等多種曲線。由于兩對(duì)工作齒輪的傳遞比能被連續(xù)地調(diào)節(jié)即縮小和放大，使本規(guī)變化多端，可畫出更多預(yù)想不到的曲線。因此它除供教學(xué)、科研、設(shè)計(jì)外，可供人們探索復(fù)雜的數(shù)學(xué)曲線的娛樂(lè)游戲。
附圖說(shuō)明：
圖1是內(nèi)次擺線定義圖。其中O1為定圓心，O2為動(dòng)圓心，M為動(dòng)圓O2內(nèi)部或外部的一點(diǎn)，r為M到O2的距離。
圖2是外擺線定義圖。其中M為動(dòng)圓O2圓周上的一點(diǎn)。
圖3是多用規(guī)對(duì)照內(nèi)次擺線畫橢圓的基本視圖。其中1定心部件：①定心件；②輥輪；③主動(dòng)齒輪；④定心腳。2傳動(dòng)部件：⑤左動(dòng)齒輪；⑥傳動(dòng)桿；⑦右動(dòng)齒輪。3動(dòng)心部件：⑧動(dòng)心腳；⑨右從齒輪；⑩成形件或筆。4定位上架的形狀與圓規(guī)上架相近似。a橢圓長(zhǎng)半軸，b為短半軸，設(shè)D為定圓O1直徑，d為動(dòng)圓O2直徑。其余符號(hào)同圖1。
圖4是多用規(guī)畫外擺線的俯視圖。其中D＝3d，r＝1/2d。
注：圖中實(shí)線為M點(diǎn)或筆描成的曲線，雙點(diǎn)劃為定、動(dòng)圓，虛線為輥輪②以R為半徑繞定心件①滾動(dòng)一周所形成的圓。
下面結(jié)合圖3或圖4將介紹本多用規(guī)的實(shí)施及使用方法：
本多用規(guī)屬于機(jī)械加工件，其工序由車、鉗、銑、鉆、磨完成。該設(shè)備一般的工廠都具備。齒輪材料除用尼龍棒和高強(qiáng)塑料加工或者注塑成形外，它還可以與其它零件共用中炭鋼、黃銅或硬鋁制成。其上架還可以借用普通圓規(guī)上架的結(jié)構(gòu)。各部位的緊固螺釘均為標(biāo)準(zhǔn)件。多用規(guī)的形狀同普通圓規(guī)相近，重量不大于半斤。因此材源廣、投資少、易于生產(chǎn)。
本多用規(guī)在畫圖時(shí)，定心部件1的定心件①插入圖面。動(dòng)心部件3帶著傳動(dòng)部件2繞定心件周轉(zhuǎn)，同時(shí)輥輪②以R為半徑也繞定心件滾動(dòng)，使主動(dòng)齒輪③同步旋轉(zhuǎn)。與齒輪③嚙合的左動(dòng)齒輪⑤將該轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)右動(dòng)齒輪⑦傳給與它嚙合的部件3的右從齒輪⑨帶動(dòng)筆一起轉(zhuǎn)動(dòng)。筆既隨部件3繞定心件①公轉(zhuǎn)，又沿動(dòng)心腳⑧自轉(zhuǎn)的這一復(fù)合運(yùn)動(dòng)所畫的曲線，就是各條擺線定義中的M點(diǎn)描成的軌跡。右動(dòng)齒輪在動(dòng)心腳外側(cè)與右從齒輪嚙合見(jiàn)圖3，則筆的自轉(zhuǎn)方向與公轉(zhuǎn)相反，能畫內(nèi)擺線和內(nèi)次擺線。反之見(jiàn)圖4，能畫外擺線和外次擺線。如果輥輪不是繞定心件作圓周滾動(dòng)，而是沿平面內(nèi)一直線滾動(dòng)，則筆能畫擺線和次擺線。由于本多用規(guī)能將有限的傳遞比進(jìn)行連續(xù)的擴(kuò)大和縮小，因此凡符合六條擺線定義的曲線都能被畫出來(lái)。
實(shí)施例1：
橢圓是內(nèi)次擺線的一個(gè)特例見(jiàn)圖1和圖3即當(dāng)D＝2d時(shí)，M點(diǎn)所描成的軌跡?？梢?jiàn)橢圓的條件是（1）定圓的直徑為動(dòng)圓直徑的二倍D＝2d，確定了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的傳遞比為1：1，（2）r＜1/2d即M必須是動(dòng)圓O2內(nèi)部的一點(diǎn)。其步驟如下：
1.選定傳動(dòng)系統(tǒng)的傳遞比為1：1使筆公轉(zhuǎn)數(shù)與自轉(zhuǎn)數(shù)相等；
2.將右動(dòng)齒輪⑦裝配在動(dòng)心腳⑧的外側(cè)與右從齒輪⑨嚙合；
3.擺動(dòng)成形件⑩使筆尖M到O2的距離r＜1/2d；
4.讓M、O2、O1三點(diǎn)共線；
5.平移動(dòng)心部件3使MO1＝a，則b＝a－2r；
6.使動(dòng)心部件繞插于圖面的定心件旋轉(zhuǎn)一周，則筆所描成的曲線就是橢圓。
實(shí)施例2：
外擺線的形狀有無(wú)窮多，它決定于D／d的比值，圖2和圖4是當(dāng)D＝3d時(shí)，動(dòng)圓O2周邊上一點(diǎn)所描成的軌跡。其步驟如下：
1.選定傳遞比為1：2使筆公轉(zhuǎn)數(shù)為其自轉(zhuǎn)數(shù)的2倍；
2.將右動(dòng)齒輪裝在動(dòng)心腳內(nèi)側(cè)與右從齒輪嚙合；
3.r＝1/2d；
4.使MO1＝4r＝2d＝2/3D，則筆所畫的曲線就是外擺線。
1、一種以齒輪傳動(dòng)為主模仿數(shù)學(xué)六條擺線的定義能畫多種重要平面曲線的多用規(guī)，由定心部件1、傳動(dòng)部件2、動(dòng)心部件3及定位上架4和若干對(duì)備用齒輪組成，其特征是定心部件和動(dòng)心部件由傳動(dòng)部件橫向滑配合，動(dòng)心部件繞定心部件周轉(zhuǎn)時(shí)輥輪②使主動(dòng)齒輪③旋轉(zhuǎn)，齒輪③與左動(dòng)齒輪⑤、右動(dòng)齒輪⑦與右從齒輪⑨嚙合產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使齒輪⑨下部的成形件⑩轉(zhuǎn)動(dòng)，上架兩腳分別與部件1和部件3上端活動(dòng)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的定心腳④下部的橫向孔兩側(cè)串有輥輪②及與②同步旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)齒輪③，在定心腳腰部有懸臂定心件①。它可沿傳動(dòng)桿⑥相對(duì)定心腳左右移動(dòng)。以調(diào)節(jié)至輥輪的距離，輥輪與以該距離為半徑繞定心件所滾動(dòng)的面組成了一對(duì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能連續(xù)調(diào)節(jié)傳遞比的摩擦輪。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用規(guī)，其特征是傳動(dòng)部件2的傳動(dòng)桿⑥水平穿過(guò)定心件①、定心腳④、動(dòng)心腳⑧的孔分別與左動(dòng)齒輪⑤和右動(dòng)齒輪⑦的孔串聯(lián)成同步旋轉(zhuǎn)的整體，使左、右動(dòng)齒輪分別與部件1和部件3的主動(dòng)齒輪③及右從齒輪⑨嚙合。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用規(guī)，其特征是動(dòng)心部件3中與動(dòng)心腳⑧旋轉(zhuǎn)滑配的右從齒輪⑨下部有可調(diào)距離的成形件⑩，它能隨⑨同步運(yùn)轉(zhuǎn)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的多用規(guī)，其特征是成形件⑩可以是筆、劃針及其它能實(shí)現(xiàn)曲線形狀的工具。
6、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的多用規(guī)，其特征是在畫圖時(shí)只有一付公用件除選配左、右兩對(duì)齒輪外，還有若干對(duì)傳遞比不同的備用齒輪。
7、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的多用規(guī)，其特征是齒輪可用銅、硬鋁、中炭鋼、尼龍棒或者是高強(qiáng)塑料制成。
8、根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的多用規(guī)，其特征是非齒輪零件可用銅、硬鋁、中炭鋼加工。