专利名称：基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，属于一般的物理方法和装置。
背景技术：
目前市场上有各种各样的几何体模型，主要用作教学用具、儿童智力玩具等。有的模型是实体的，不可拆，虽然形体直观、结构牢固，但只能观察其外形，不能动态观察空间立体的建构过程；有的模型是通过连在一起的面板折叠而成，虽然形象直观，但模型稳固性不好，很容易散架；有的模型由一条条的杆子(棱)连接而成，不大直观形象，且结构稳固性不 够；市场上也有用燕尾榫连接的拼版或拼图，如防滑的地垫，但拼接后的面是平的。实际上用硬质的面板材料是不能用本发明所用的连接方式制造出可拼搭的几何体模型的。
发明内容
本发明的任务是利用模型面板材料的柔软性，用燕尾榫和圆头榫的连接方式进行各种基本几何体模型的拼搭。本发明涉及的几何体拼搭模型包括平面基本几何体拼搭模型和曲面基本几何体拼搭模型；平面基本几何体拼搭模型包括各种正多面体(正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体)、长方体、正棱柱体(包括正三棱柱、正四棱柱、正五棱柱、正六棱柱)、正棱锥体(包括正三棱锥、正五棱锥、正六棱锥)、正棱台体(包括正三棱台、正四棱台、正五棱台、正六棱台)拼搭模型；曲面基本几何体拼搭模型包括可展曲面基本几何体拼搭模型和不可展曲面基本几何体拼搭模型，可展曲面基本几何体拼搭模型包括各种圆柱体、圆锥体、圆台体拼搭模型，不可展曲面基本几何体拼搭模型包括球体、球台体和圆环体拼搭模型。本发明所采取的基本的技术方案是所述平面基本几何体拼搭模型面板之间的连接采用燕尾榫的方式连接；可展曲面基本几何体拼搭模型的底面板与侧曲面板之间的连接采用燕尾榫方式连接，侧曲面板的合拢连接采用条形圆头榫的方式连接；不可展曲面几何体拼搭模型的面板之间的连接采用条形圆头榫方式连接。所述模型在拼搭时充分利用材料的柔软性，适时岔开两相连接面板之间的相对位置，使相邻边上的有规律分布的榫头和榫眼一一配对，相互紧密榫合连接而成为结实的模型。采用这种方法连接的拼搭模型，与背景技术中的相应模型相比具有如下优点。I、所述几何体拼搭模型结构结实，外观标准，可满足一般的演示和拼搭练习用。2、利用材料具有弹性好、柔软性好、抗撕裂性强以及独特的连接方式，各种模型可以反复方便地拆装，实用性强。3、模型在拼搭的过程中，可以显现几何体从平面到空间立体的建构过程。通过对构成相应平面几何体模型的面板在平面内的平面展开图的拼搭，可以直观地显现各种平面几何体模型的平面展开图，通过对构成相应可展曲面几何体模型的侧曲面的平面展开，可直观地了解相应形体的结构特点及相关性质，通过对不可展曲面几何体模型的不同组成部件的侧曲面的可展性的比较，可直观了解不可展曲面几何体模型曲面的不可展性和近似可展性及其有关性质。4、由于模型可以方便地拆卸，节省了储存和运输空间，降低了使用和运输成本。5、本发明的模型可作为各级教育部门进行立体几何形体的教学工具，也可作为广大青少年进行空间形体构建练习的载体。本发明所采用的具体的技术方案是所述拼搭模型所用的首选材料是EVA橡塑发泡材料，这种材料具有质轻、环保、弹性好、柔软性好、抗撕裂强的特点，平板状，板料的厚度在5mm至12mm之间，也可采用其他相似性质的材料。所述平面几何体拼搭模型的所有面板是具有相应规则的多边形形状(指还没开榫头或榫眼前的相应面板的形状)的平面面板，每块面板的每边上分布着相应的燕尾榫头和 (或)燕尾榫槽，每块面板的边上同时分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每个多边形平面面板的顶点上分布着相应数量的顶角，一个模型中所有面板的顶角总数等于相应几何体模型的顶角总数。这样可以补全模型的所有顶点，使相应模型具有规则的顶点形状。所述可展曲面几何体模型的上和(或)下底面面板是圆形平面面板，圆形平面面板圆周上分布着弧形燕尾榫槽，与其相榫合的侧曲面面板的底边分布着相应的燕尾榫头；其中圆柱体的侧面板是长方形形状的面板，圆锥体的侧面板是沿圆心尖端处渐薄的扇形面板，圆台体的侧面板是扇环状(一个大的扇形截去同一圆心角的扇形后的剩余部分)面板，圆柱体、圆锥体、圆台体的侧曲面面板是侧曲面合拢处的两侧边的外表面带有一定曲度(曲度与相应模型的侧曲面的曲度相同)的近似平面面板，以使面板容易弯曲成相应规则的侧曲面；相应模型的侧曲面面板的两侧边(侧曲面合拢处)分别分布着条形圆头榫头和条形圆头榫眼。所述不可展曲面拼搭模型的面板组成和形状分别是球面体模型面板由三块四分之一不可展球面面板、一块十六分之三不可展球面面板和一块十六分之一球面的近似平面面板(可弯曲成相应的球面)组成；球台模型面板是由两块平面圆形底面板和四块四等分的不可展球面板组成；圆环体模型是一个四分之一圆环体，该模型的面板是一块十六分之三圆环体不可展面板和一块构成十六分之一圆环体的近似平面面板(可弯曲成相应的圆环曲面);各模型的相应连接边上分别分布着条形圆头榫头和条形圆头榫眼。以达到各模型体的完整连接。所述拼搭模型的成型面板的每边的侧面(包括燕尾榫头的端面、燕尾榫槽的底面、条形圆头榫的侧端面)与正面(外表面)和背面(内表面)成一定的角度，以使每个面的连接处达到紧密的无缝连接。所述平面几何体模型的面板的侧面与正面(外表面)所成的角度等于两连接面之间所成的二面角；圆锥体的圆形底面面板的侧面、与它相榫合的侧曲面面板的侧底面与其正面所成的角等于圆锥的母线与底面所成的角度；圆台的上下底面面板的侧面、与其相榫合的侧曲面面板的侧底面与其正面所成的角度等于圆台母线与上下底面所成的角度；球台的上下底面面板的的侧面与正面所成的角等于球面的相应连接处的纵向的切线方向与上下底面的正面所成的角，圆锥、圆柱、圆台的侧曲面的合拢处两边的侧面和不可展几何体模型侧曲面合拢处两边的侧面与其正面所成的角度正好使两榫合侧面紧密合拢。
所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每边上分布着燕尾榫，包括燕尾榫头和(或)燕尾榫槽；每块面板上同时分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，这样可使相互连接的面板之间相互牵制，使连接更为牢固，从而使相应的拼搭模型更加结实牢固；每种模型的面板的种类随着相应面板的每边上的燕尾榫头和燕尾榫槽的分布情况的不同而不同，具体是1、所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每边上间隔地分布着燕尾榫头(可以是单个或连续多个的)和燕尾榫槽(与相邻的燕尾榫头的分布相对应，可以是单个或连续多个的)；如果面板的每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数相同，则每种模型只需用一种这样的面板；如果每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数不同，即燕尾榫头多一个或燕尾榫槽多一个，则面板的种类有下面几种类型(1)如果多边形面板的边数是偶数，则面板的相邻边中一边间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽中燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一边间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽中燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，这样每种模型只需用一种这样的面板；(2)如果面板的边数是奇数，则有如下两种相应类型的面板每种面板的每边燕尾榫头和燕尾榫槽分布情况同(1)，但其中一种面板有两条相邻边的每边上燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一种面板有两条相邻边的每边上燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，这样一个模型中要用到两类这样的面板；2、所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每一边上的燕尾榫头或燕尾榫槽分布的另一种形式是相应面板的每一边上只分布燕尾榫头或燕尾榫槽，如果多边 形面板的边数是偶数，则相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每个模型只需用一种这样的面板；如果面板的边数是奇数，则面板有两种类型一种是相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，但有两条相邻边都分布着燕尾榫头；另一种是相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，但有两条相邻边都分布着燕尾榫槽，每个模型要用到两种这样的面板，不管是采用上述何种类型的面板一个模型中的燕尾榫头和燕尾榫槽的数量相等，并且可以
对应、紧密榫合拼接。所述几何体拼搭模型中的相应模型的平面面板上分布着的燕尾榫头和燕尾榫槽有一定的形状和尺寸要求，其特点是平面几何体拼搭模型的面板上分布的燕尾榫头长度和燕尾榫槽的深度相同，尺寸与面板的厚度相同，这样榫合连接时，榫头的端面正好落在与它相匹配的面板的外表面上，保证模型的各个面是平整的；燕尾榫槽的底面与侧面所成的标准角度是60°，也可以是45° 60°之间的任意一个，燕尾榫头的相关部位的角度与相榫合的燕尾榫槽的相应部位角度相同，燕尾榫头的其他相关部位的线性尺寸与相榫合的燕尾榫槽的相应部位线性尺寸相匹配，以达到紧闭榫合拼接；所述可展几何体拼搭模型和圆台的圆形底面板沿圆周分布着弧形(燕尾榫槽底面)燕尾榫槽，与它相匹配的侧曲面面板的底边上分布着相应的燕尾榫头，在连接时，燕尾榫头卷成相应的弧形燕尾榫头与底面的弧形燕尾榫槽相互紧密榫合。所述可展几何体拼搭模型的侧曲面的合拢连接处的两边和不可展几何体拼搭模型的曲面的合拢连接处的两边分布着条形圆头榫，一边分布着圆柱状条形圆头榫榫头，另一边分布着圆筒状条形圆头榫榫眼。本发明所用的条形圆头榫由条形圆头榫榫头和条形圆头榫榫眼构成，条形圆头榫榫头呈长条圆柱状，条形圆头榫榫眼构成呈长条圆筒状，分别分布在平面面板弯曲成侧曲面的合拢处的两边的背面(模型侧曲面的内表面)上，圆柱体和圆台体的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫眼的圆筒体长度与两侧边的长度相同，圆锥体和不可展曲面几何体模型的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫眼的圆筒体长度在靠近模型侧曲面的尖端一侧有所缩短，榫头的圆柱直径等于榫眼圆筒的内径，圆筒状榫眼在连接处有开槽，连接时榫头的圆柱体通过开槽嵌入到榫眼的圆筒内，达到侧曲面的封闭连接和紧密连接。所述几何体模型的外表面上可以画上色彩鲜艳图线或者图案，用来演示有关几何体的有关性质。在相应可展曲面几何体模型的外表面上画上色彩鲜明的相应形体的母线；在圆锥体侧面板上画出经过两侧边的直线，利用圆锥体侧曲面展开图演示圆锥体表面上的两点间的最短距离。
图I是某正六面体拼搭模型及其面板的立体结构图。图2是每边间隔分布着燕尾榫头和燕尾榫槽的面板的正视图。3是两种每边只分布着燕尾榫头或者燕尾榫槽的面板的正视图。
图3是两种每边只分布着燕尾榫头或者燕尾榫槽的面板的正视图。图4某圆柱体拼搭模型的俯视图(圆头榫榫合结构示意图)。图中I、燕尾榫头，2、燕尾榫槽，3、燕尾榫槽侧面，4、燕尾榫槽底面，5、面板顶角，6、燕尾榫头端面,7、面板侧面,8、面板正面9、弧形燕尾榫槽,10、条形圆头榫榫头，11、条形圆头榫榫眼。注下文的表述中的各有关部件的编号(详见附图中的标注)只出现一次，其余叙文中出现的相同的部件名称不带编号，如本文中的
中出现“燕尾榫头1”，在其余叙文中出现的相同部件只写“燕尾榫头”，其余部件的表述类似。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对发明做进一步详细的说明。本发明所述的各种基本几何体拼搭模型的组成部件(面板)的结构特点。所述拼搭模型所用的首选材料是EVA橡塑发泡材料，这种材料具有质轻、环保、弹性好、柔软性好、抗撕裂强的特点，平板状，板料的厚度在5mm至12mm之间，也可采用其他相似性质的材料。所述拼搭模型的组成面板的形状(指还没有开榫头和(或)榫眼的面板形状)和数量分别为平面几何体拼搭模型的各组成部分的面板是形状规则的多边形平面面板，其中正四面体(正四棱锥)模型面板是由4块相同的正三角形面板组成，正六面体(正方体)模型面板是由六块相同的正方形面板组成，正八面体模型面板是由八块相同正三角形面板组成，正十二面体模型面板是由十二块相同的正五边形面板组成，正二十面体模型面板是由二十块相同的正三角形面板组成，正棱柱模型面板是由两块相同的正多边形底面板和相应数量(与多边形底面板的边数相等)长方形侧面板组成，正棱锥模型面板是由一块正多边形底面板和相应数量(与多边形底面板的边数相等)的等腰三角形侧面板组成，正棱台模型面板是由两块相似的正多边形底面板和相应数量的(与多边形底面板的边数相等)等腰梯形面板组成；可展曲面几何体拼搭模型中的圆柱体模型面板是由两块相同的圆形平面底面板和长方形侧面板组成，圆锥体模型是由一块圆形平面底板和一块沿圆心尖端处渐薄的扇形侧面板组成，圆台体模型面板是由两块圆形平面底板和一块扇环(一个大的扇形截去同一圆心角的扇形后的剩余部分)侧面板组成，圆柱体、圆锥体、圆台体的侧曲面面板是侧曲面合拢处的两侧边的外表面附近带有一定曲度(曲度与相应模型的侧曲面的曲度相同)的平面面板，以使面板容易弯曲成相应规则的侧曲面；不可展曲面拼搭模型中的球面模型面板是由三块四分之一不可展球面面板、一块十六分之三不可展球面面板和一块构成十六分之一球面的近似平面面板(可弯曲成相应的球面)组成，球台模型面板是由两个圆形底面板和四块四等分的不可展球面板组成，圆环体模型是一个四分之一圆环体，该模型面板是由一块十六分之三圆环体不可展面板和一块构成十六分之一圆环体的近似平面面板(可弯曲成圆环曲面)组成。如附图所示，所述拼搭模型的面板的每边的侧面7 (包括燕尾榫头I的端面6、燕尾榫槽2的底面4、条形圆头榫的侧端面)与面板正面8 (外表面)和背面(内表面)成一定的角度，以使相邻面板之间的连接处做到无缝的紧密连接。所述平面几何体模型的面板的侧面与正面(外表面)所成的角度等于两连接面之间所成的二面角，具体为正四面体模型的面板的侧面与正面所成的角约为70. 5° ;正六面体(正方体)模型面板、长方体模型面板、正棱柱体模型上下底面面板及侧面板侧底面与其正面所成的角为90° ;正八面体模型的 面板的侧面与其正面所成的角约为109.5° ;正十二面体模型的面板的侧面与正面所成的角约为131. 4° ;正二十面体模型的面板的侧面与其正面所成的角约为153. 2° ;正棱柱的侧面面板的左右两边的侧面与其正面所成的二面角等于正棱柱底面正多边形的内角大小，正棱台上下底面的侧面、相应侧面板的侧底面与其正面所成的角等于正棱台侧面与上下底面所成的二面角，侧面面板的左右两边的侧面与正面所成的二面角等于侧面面板间的二面角。所述可展曲面拼搭模型中的圆柱体模型的上下底面面板的侧面及侧面板的侧底面与其正面所成的角为90° ;圆锥体的圆形底面面板的侧面、与它相榫合的侧曲面面板的侧底面与其正面所成的角等于圆锥的母线与底面所成的角度；圆台的上下底面面板的侧面、与其相榫合的侧曲面面板的侧底面与其正面所成的角度等于圆台母线与上下底面所成的角度。球台的上下底面面板的的侧面与正面所成的角等于球面的相应连接处的纵向的切线方向与上下底面的正面所成的角；圆锥、圆柱、圆台的侧曲面的合拢处两边的侧面和不可展几何体模型侧曲面合拢处两边的侧面与其正面所成的角度正好使两榫合侧面紧密合拢。所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每边上、圆柱体、圆锥体和圆台底面的圆周上及与它们相配合侧面的边上有规律地分布着燕尾榫头和(或)燕尾榫槽；其中圆柱体、圆锥体和圆台底面的圆周上只分布弧形燕尾榫槽9，而与它们相匹配只分布燕尾榫头，所述可展几何体模型的侧曲面的合拢连接处的两边和不可展几何体模型的曲面的合拢连接处的两边分别分布着条形圆头榫的榫头和榫眼。如附图所示，所述模型的每块面板上分布的燕尾榫头长度和燕尾榫槽的深度相同与面板的厚度相同；以保证榫合连接时，榫头的端面正好落在与它相匹配的面板的外表面上，保证模型的各个面是平整的；燕尾榫槽的底面与其侧面3所成的标准角度是60°，也可以是45° 60°之间的任一角度，燕尾榫头的相关部位的角度与燕尾榫槽的相应部位角度相同，燕尾榫头的其他相关部位的线性尺寸与燕尾榫槽的相应部位线性尺寸相匹配，以达到紧闭榫合拼接。所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每边上分布着燕尾榫，包括燕尾榫头和(或)燕尾榫槽；每块面板上同时分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，这样可使相互连接的面板之间相互牵制，使连接更为牢固，从而使相应的拼搭模型更加结实牢固；每种模型的面板的种类随着相应面板的每边上的燕尾榫头和燕尾榫槽的分布情况的不同而不同，具体是1、所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每边上间隔地分布着燕尾榫头(可以是单个或连续多个的)和燕尾榫槽(与相邻的燕尾榫头的分布相对应，可以是单个或连续多个的)；如果面板的每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数相同，则每种模型只需用一种这样的面板，如图1、2的面板边上的燕尾榫分布就是采用这种方式；如果每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数不同，即燕尾榫头比燕尾榫槽多一个或燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，则面板的种类有下面几种类型(1)如果多边形面板的边数是偶数，则面板的相邻边中一边间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽中燕尾榫头比燕尾榫槽多一 个，另一边间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽中燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，这样每种模型只需用一种这样的面板；(2)如果面板的边数是奇数，则有如下两种相应类型的面板每种面板的每边燕尾榫头和燕尾榫槽分布情况同(I )，但其中一种面板有两条相邻边的每边上燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一种面板有两条相邻边的每边上燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，这样一个模型中要用到两类这样的面板。所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每一边上的燕尾榫头或燕尾榫槽分布的另一种形式是相应面板的每一边上只分布燕尾榫头或燕尾榫槽，如果多边形面板的边数是偶数，则相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每个模型只需用一种这样的面板；如果面板的边数是奇数，则面板有两种类型一种是相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，但有两条相邻边都分布着燕尾榫头；另一种是相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，但有两条相邻边都分布着燕尾榫槽，每个模型要用到两种这样的面板，如图3所示的面板边上的燕尾榫的分布就是采用这种方式；不管是采用上述何种类型的面板一个模型中的燕尾榫头和燕尾榫槽的数量相等，并且可以一一对应、紧密榫合拼接。如图4所示，本发明所述的条形圆头榫由条形圆头榫榫头10和条形圆头榫榫眼11构成，条形圆头榫榫头呈长条圆柱状，条形圆头榫榫眼构成呈长条圆筒状，分别分布在平面弯曲成侧曲面的合拢处的两边的背面(模型侧曲面的内表面)上，圆柱体和圆台体的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫眼的圆筒体长度与两侧边的长度相同，圆锥体和不可展曲面几何体模型的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫眼的圆筒体长度在靠近模型尖端的一侧有所缩短；榫头的圆柱直径等于榫眼圆筒的内径，圆筒状榫眼在连接处有开槽，连接时榫头的圆柱体通过开槽嵌入到榫眼的圆筒内，达到侧曲面的封闭连接和紧密连接。如附图所示，所述平面几何体拼搭模型的所有面板的顶角5总数等于相应几何体模型的顶点总数，每块面板上的顶角的分布可以根据情况而定，但每块多边形面板的顶角总数不能超过相应多边形面板的边数。具体为正四面体、正六面体(正方体)、正八面体、正十二面体和正二十面体、长方体模型面板的顶角总数分别为4、6、8、12、20和8，正棱柱体、正棱台体组成面板的顶角总数等于其底面正多边形面板的边数的两倍，棱锥体组成面板的顶角总数等于其底面正多边形面板的边数。本发明所述各种几何体拼搭模型的结构特点。所述拼搭模型由于所用的材料具有一定的刚性，同时又具有良好的弹性、柔软性，可以使模型在拼搭的过程中，对连接处的面板进行轻易地挪动和岔开，使得间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽之间的连接变成可能和容易，使得用硬质材料无法实现的这种拼搭方式在本发明中变为可能。同时由于材料具有良好的抗撕裂性能，使得模型可以进行反复地拆装。所述模型所用的面板由于具有相应规则的形状和精密的尺寸，使得模型的结构结实、外形标准；由于面板的侧面的精准的倾斜度使得连接更为紧凑；由于面板上分布的燕尾榫头长度和燕尾榫槽的深度相同与面板的厚度相同；使得榫头的端面正好落在与它相匹配的面板的外表面上，保证模型的各个面是平整的；由于模型的每个顶点分配一个面板的顶角，使得模型有完整的顶点，以上的结构特点使得相应模型具有完整而又结实的结构外形，如图I所示模型是具有结实结构的某正六面体的立体结构图。所述平面几何体模型、可展几何体模型的底面与其侧面的连接都采用燕尾榫方式进行紧密连接，平面几何体模型的面板的首选种类是每边间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽的面板。所述可展曲面几何体模型的侧曲面的合拢连接、不可展几何体的曲面合拢连接都采用条形圆头榫的方式连接。连接部分在侧曲面的内部，外侧面光滑连接。所述几何体拼搭模型具有合理牢固的连接方式，使得相应的拼搭模型的结构结实牢固。其特点是平面几何体模型的面板之间的连接全部采用燕尾榫的方式连接，燕尾榫头和燕尾榫槽是紧密的榫合连接，同时每块面板上同时分布着燕尾榫头和燕尾榫眼，使得面和面之间的连接相互牵制，这样使得面与面之间的连接更加结实牢固，又由于模型的面板的侧面与正面有严格的角度规定，使得面板之间的连接更加紧凑，从而使相应拼搭模型的结构更加结实牢固；可展几何体模型和不可展几何体模型中的条形圆头榫的连接也是非常牢固的连接，也使得相应的拼搭模型的结构更加结实牢固。
所述拼搭模型在拆装的过程中，可直观显现相应形体的的空间建构过程及形体的相关性质。所述几何体模型的外表面上可以画上色彩鲜艳图线或者图案，用来演示有关几何体的有关性质。在相应可展曲面几何体模型的外表面上画上色彩鲜明的相应形体的母线；在圆锥体侧面板上画出经过两侧边的直线，利用圆锥体侧曲面展开图演示圆锥体表面上的两点间的最短距离。本发明所述各种几何体拼搭模型的拼搭方法。所述拼搭模型由组成模型的相应面板按一定的规则一块一块的拼搭而成，在拼搭时，要充分利用材料的柔软性能，适时岔开两相连接面板间位置，使榫头顺利嵌入榫眼中，达到规范紧密的连接。具体为1、所述正四面体模型拼搭顺序为以其中一块成型面板为底板，第二块面板的一条边与底板的一条边榫合连接，第三块面板的两条边分别于第一、二块面板的一空边(还没与其他边相连接)榫合连接，第四块面板的三条边分别于前三块面板的各一条空边相榫合连接，在整个模型的连接中，第四块面板的连接难度最大，要充分利用面板材料的柔软性，适时岔开两连接面板之间的位置，使相应的榫头嵌入到相应的榫眼中，以达到规范的紧密的榫合连接。2、所述正六面体模型的拼搭顺序为以其中一块成型面板为底板，第二块面板的一条边与第一块面板的一条边榫合连接，第三块面板的两条边与第一、二块面板的一空边连接，第四块面板的两条边与第一、三块面板的一相应空边榫合连接，第五块面板的三条边与第一、二、四块的面板的相应空边榫合连接，第六块面板的四条边与第二、三、四、五面板的相应空边相榫合连接。整个模型合拢后，仔细观察每个榫合处的连接情况，及时调正，然后用两手分别挤压各对立面，使整个模型变得更加结实。用同样的办法可拼搭其余各种平面几何体模型。注意拼搭时，模型的每个顶点只分配一个相应的面板顶角。所述可展曲面几何体模型的拼搭顺序是先完成侧曲面的成型和榫接，其方法是先用手用力慢慢地把相应侧平板弯曲成相应模型的侧曲面的形状，然后一只手在侧曲面的内侧托住条形圆头榫眼，另一只手在外侧用力把条形圆头榫头压入榫眼中，完成侧曲面的连接；其余模型的条形圆头榫的连接也采用相似的方法。接着完成底面与侧曲面的连接，其方法是把侧曲面的底边上燕尾榫头对 准圆形底面的圆周上的燕尾榫槽，利用材料的柔软性，依次用手把燕尾榫头卷成相应的弧形嵌入到底面上的相应的弧形燕尾榫槽中，达到底面与侧曲面的相互紧密榫合连接。 所述球面模型的拼搭顺序是先连接好三个四等分球面和一个十六分之三球面，然后把构成十六分之一的球面平面面板逐渐弯曲榫接到到相应球面体的空缺部位，完成整个球体的拼搭。在十六分之一球体的拼搭过程中，可近似地演示不可展球面的近似展开图。所述球台模型的拼搭顺序是先拼搭好球台侧曲面,再拼搭上下底面,使成为一个完整的球台模型。所述圆环体模型的拼搭顺序是把构成十六分之一圆环面积的平面面板逐渐弯曲榫接到十六分之三的圆环体连接处，成为一个完整的四分之一的圆环体模型。在拼搭的过程中，可演示圆环体的近似展开图。[所示拼搭模型在拼搭的过程中，可动态直观地显示形体由平面到立体的建构过程，也可演示相应几何体的基本性质。因此一个模型可以分几个阶段拼搭。
权利要求
1.一种用燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，包括平面基本几何体拼搭模型和曲面基本几何体拼搭模型，平面基本几何体拼搭模型包括各种正多面体(正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体)、长方体、正棱柱体(包括正三棱柱、正四棱柱、正五棱柱、正六棱柱)、正棱锥体(包括正四棱锥、正五棱锥、正六棱锥)、正棱台体(包括正三棱台、正四棱台、正五棱台、正六棱台)拼搭模型；曲面基本几何体拼搭模型包括可展曲面基本几何体拼搭模型和不可展曲面基本几何体拼搭模型，可展曲面基本几何体拼搭模型包括各种圆柱体、圆锥体、圆台体拼搭模型，不可展曲面基本几何体拼搭模型包括球体、球台体和圆环体拼搭模型；其特征是所述拼搭模型所用的材料具有质轻、环保、弹性好、柔软性好、抗撕裂强的特点；所述平面基本几何体拼搭模型面板之间的连接采用燕尾榫的方式连接；可展曲面基本几何体拼搭模型的底面板与侧曲面板之间的连接采用燕尾榫方式连接，侧曲面板的合拢连接采用条形圆头榫的方式连接；不可展曲面几何体拼搭模型的面板之间的连接采用条形圆头榫方式连接；所述模型在拼搭时充分利用材料的柔软性，适时岔开两相连接面板之间的相对位置，使相邻边上的有规律分布的榫头和榫眼一一配对，相互紧密榫合连接而成为结实的模型；所述拼搭模型连接紧密，结构结实，外形标准，可以反复拆装。
2.根据权利要求I所述的几何体拼搭模型的面板具有相应规则的形状，其特征是所述平面几何体拼搭模型的所有面板是具有相应规则的多边形形状(指还没开榫头或榫眼前的相应面板的形状)的平面面板，每块面板的每边上分布着相应的燕尾榫头和(或)燕尾榫槽，每块面板的边上同时分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每个多边形平面面板的顶点上分布着相应数量的顶角，一个模型中所有面板的顶角总数等于相应几何体模型的顶角总数，这样可以补全模型的所有顶点，使相应模型具有规则的顶点形状；所述可展曲面几何体模型的上和(或)下底面面板是圆形平面面板，圆形平面面板圆周上分布着弧形燕尾榫槽，与其相榫合的侧曲面面板的底边分布着相应的燕尾榫头，其中圆柱体的侧面板是长方形形状的面板，圆锥体的侧面板是沿圆心尖端处渐薄的扇形面板，圆台体的侧面板是扇环状(一个大的扇形截去同一圆心角的扇形后的剩余部分)面板，圆柱体、圆锥体、圆台体的侧曲面面板是侧曲面合拢处的两侧边的外表面带有一定曲度(曲度与相应模型的侧曲面的曲度相同)的近似平面面板，以使面板容易弯曲成相应规则的侧曲面，相应模型的侧曲面面板的两侧边(侧曲面合拢处)分别分布着条形圆头榫头和条形圆头榫眼；所述不可展曲面拼搭模型的面板组成和形状分别是球面体模型面板由三块四分之一不可展球面面板、一块十六分之三不可展球面面板和一块十六分之一球面的近似平面面板(可弯曲成相应的球面)组成，球台模型面板是由两块平面圆形底面板和四块四等分的不可展球面板组成，圆环体模型是一个四分之一圆环体，该模型的面板是一块十六分之三圆环体不可展面板和一块构成十六分之一圆环体的近似平面面板(可弯曲成相应的圆环曲面)，各模型的相应连接边上分别分布着条形圆头榫头和条形圆头榫眼，以达到各模型体的完整连接。
3.根据权利要求I所述的几何体拼搭模型的面板的每边的侧面(包括燕尾榫头的端面、燕尾榫槽的底面、条形圆头榫的侧端面)与正面(外表面)和背面(内表面)成一定的角度，以使每个面的连接处达到紧密的无缝连接，其特征是所述平面几何体模型的面板的侧面与正面(外表面)所成的角度等于两连接面之间所成的二面角；圆锥体的圆形底面面板的侧面、与它相榫合的侧曲面面板的侧底面与其正面所成的角等于圆锥的母线与底面所成的角度；圆台的上下底面面板的侧面、与其相榫合的侧曲面面板的侧底面与其正面所成的角度等于圆台母线与上下底面所成的角度；球台的上下底面面板的的侧面与正面所成的角等于球面的相应连接处的纵向的切线方向与上下底面的正面所成的角，圆锥、圆柱、圆台的侧曲面的合拢处两边的侧面和不可展几何体模型侧曲面合拢处两边的侧面与其正面所成的角度正好使两榫合侧面紧密合拢。
4.根据权利要求I所述的几何体拼搭模型相应面板的每边上分布着燕尾榫，包括燕尾榫头和(或)燕尾榫槽；每块面板上同时分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，这样可使相互连接的面板之间相互牵制，使连接更为牢固，从而使相应的拼搭模型更加结实牢固；每种模型的面板的种类随着相应面板的每边上的燕尾榫头和燕尾榫槽的分布情况的不同而不同，其特征是1、所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每边上间隔地分布着燕尾榫头(可以是单个或连续多个的)和燕尾榫槽(与相邻的燕尾榫头的分布相对应，可以是单个或连续多个的)；如果面板的每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数相同，则每种模型只需用一种这样的面板；如果每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数不同，即燕尾榫头多一个或燕尾榫槽多一个，则面板的种类有下面几种类型(I)如果多边形面板的边数是偶数，则面板的相邻边中一边间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽中燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一边间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽中燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，这样每种模型只需用一种这样的面板；(2)如果面板的边数是奇数，则有如下两种相应类型的面板每种面板的每边燕尾榫头和燕尾榫槽分布情况同(1)，但其中一种面板有两条相邻边的每边上燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一种面板有两条相邻边的每边上燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，这样一个模型中要用到两类这样的面板；2、所述平面几何体拼搭模型的相应面板的每一边上的燕尾榫头或燕尾榫槽分布的另一种形式是相应面板的每一边上只分布燕尾榫头或燕尾榫槽，如果多边形面板的边数是偶数，则相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每个模型只需用一种这样的面板；如果面板的边数是奇数，则面板有两种类型一种是相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，但有两条相邻边都分布着燕尾榫头；另一种是相邻边间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，但有两条相邻边都分布着燕尾榫槽，每个模型要用到两种这样的面板，不管是采用上述何种类型的面板一个模型中的燕尾榫头和燕尾榫槽的数量相等，并且可以对应、紧密榫合拼接。
5.根据权利要求I所述的几何体拼搭模型中的相应模型的平面面板上分布的燕尾榫头 和燕尾榫槽有一定的形状和尺寸要求，其特征是平面几何体拼搭模型的面板上分布的燕尾榫头长度和燕尾榫槽的深度相同，尺寸与面板的厚度相同，这样榫合连接时，榫头的端面正好落在与它相匹配的面板的外表面上，保证模型的各个面是平整的；燕尾榫槽的底面与侧面所成的标准角度是60°，也可以是45° 60°之间的任意一个，燕尾榫头的相关部位的角度与相榫合的燕尾榫槽的相应部位角度相同，燕尾榫头的其他相关部位的线性尺寸与相榫合的燕尾榫槽的相应部位线性尺寸相匹配，以达到紧闭榫合拼接；所述可展几何体拼搭模型和圆台的圆形底面板沿圆周分布着弧形(燕尾榫槽底面)燕尾榫槽，与它相匹配的侧曲面面板的底边上分布着相应的燕尾榫头，在连接时，燕尾榫头卷成相应的弧形燕尾榫头与底面的弧形燕尾榫槽相互紧密榫合。
6.根据权利要求I所述的几何体拼搭模型所述可展几何体拼搭模型的侧曲面的合拢连接处的两边和不可展几何体拼搭模型的曲面的合拢连接处的两边分布着条形圆头榫，一边分布着圆柱状条形圆头榫榫头，另一边分布着圆筒状条形圆头榫榫眼，其特征是所述条形圆头榫由条形圆头榫榫头和条形圆头榫榫眼构成，条形圆头榫榫头呈长条圆柱状，条形圆头榫榫眼构成呈长条圆筒状，分别分布在平面面板弯曲成侧曲面的合拢处的两边的背面(模型侧曲面的内表面)上，圆柱体和圆台体的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫眼的圆筒体长度与两侧边的长度相同，圆锥体和不可展曲面几何体模型的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫眼的圆筒体长度在靠近模型侧曲面的尖端一侧有所缩短，榫头的圆柱直径等于榫眼圆筒的内径，圆筒状榫眼在连接处有开槽，连接时榫头的圆柱体通过开槽嵌入到榫眼的圆筒内，达到侧曲面的封闭连接和紧密连接。
7.根据权利要求1、2所述的几何体拼搭模型的外表面上画有色彩鲜艳图线或者图案，用来演示有关几何体的有关性质及表达一定思想主题，其特征是在相应的正多面体拼搭模型的外表面画上或印上或刻上相关的图案，以表达相应的思想主题；在相应可展曲面几何体模型的侧表面上画上色彩鲜明的相应形体的母线，以演示相关几何体的有关性质；在相应平面几何体模型的展开面上、可展曲面几何体模型的侧表面的展开面上画上经过两点的直线，以演示立体几何体表面上的两点间的最短距离。
8.根据权利要求1、4、5、6所述的燕尾榫和条形圆头榫的连接方式适用于其他几何体模型的面板间的连接。
9.根据权利要求I所述的几何体拼搭模型所用的材料是EVA橡塑发泡材料，也可用其他类似性质的材料。
全文摘要
本发明公开了一种基于用燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，属于一般的物理方法和装置；所述模型包括各种正多面体、正棱柱体、正棱锥体、台体、球面体和圆环体等基本几何体模型；所述模型的面与面之间的连接采用燕尾榫和条形圆头榫的紧密连接的方式连接；所述模型在拼搭时，充分利用材料的柔软性，使相邻边上的有规律分布的榫头和榫眼一一紧密榫合而成为结实的模型；所述拼搭模型具有结构结实，外形标准，可以反复拆装等特点。该模型可以作为进行立体形体、空间形体建构教学的工具和练习的载体。
文档编号G09B23/04GK102779448SQ20121001874
公开日2012年11月14日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者吴联进 申请人:吴联进