专利名称：空间变形折叠机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间变形折叠机构，特别涉及一种空间可折叠机构，实现自身几何外 形的变化，适用于制作几何教具、机构教具和玩具。
背景技术：
缩放机构有很多在玩具观赏性上的应用，如魔术花球、魔盘等，但他们由于结构形 式固定却无法进行拆卸和拼装。还有如七巧板、积木这种可以任意组合的玩具，但是它们的 模块一旦机械化连接后，将不可以再改变外在形状。中国专利CN 101980322A提出了一种 八边形折叠机构，它在实现折叠效果的同时，就方便拆卸，连接牢固的优点，它可以将处于 不同层的八边形机构在平面内进行变形，最终折叠成小正方形。发明内容
本发明要解决的技术问题变形机构结构形式固定，或不可拆卸，或局限于平面内 的变形，提出一种空间变形折叠机构。
本发明的技术方案空间变形折叠机构包括八个等腰直角三角片，通过一个U型 连接件、五个顶点连接件和四个斜边连接件，构成空间变形折叠机构；每两个等腰直角三角 片通过一个斜边连接件在直斜边处活动连接在一起构成一个组件，八个等腰直角三角片形 成第一至第四组件，四个组件通过三个顶点连接件在直角顶点处以转动副形式依次串连在 一起，U型连接件和两个顶点连接件将串连的四个组件首尾连接在一起形成一个闭环。
第一至第四组件由两个等腰直角三角片和一个斜边连接件构成，斜边连接件两侧 的凸点分别和两个等腰直角三角片斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起。
顶点连接件将四个组件的等腰直角三角片的直角顶点活动连接在一起，构成转动 畐IJ，两个顶点连接件和U型连接件将第四组件和第一组件的等腰直角三角片的两个等腰直 角三角片活动连接在一起，构成两个同一轴线的转动副。
通过上述零件之间的连接完成空间变形折叠机构的组装。
本发明的有益效果本发明所述的空间变形折叠机构，在可以方便拆卸，连接固定 的同时，具有空间变形和折叠的效果。该机构可以将空间上的八个等腰直角三角片，通过平 面大四边形状态和两个平面小四边形状态，最终变为一个平面小四边形。该机构结构简单， 成本低廉，易于制造和工程实现。为中小学生提供了一个对几何形体及折叠机构的认识，可 用于制作益智玩具和几何教学教具。
图1空间变形折叠机构的整体三维图
图2等腰直角三角片与斜边连接件的连接示意图
图3 U型连接件剖面图
图4组件与顶点连接件的连接示意图
图5顶点连接件三维图
图6 (a)、图6 (b)、图6 (c)是空间变形折叠机构变形过程示意图
图6 (a)构成平面大四边形状态示意图
图6 (b)构成两个平面小四边形状态示意图
图6 (C)构成平面小四边形状态示意图
图中等腰直角三角片1、顶点连接件2、等腰直角三角片3、斜边连接件4、等腰直 角三角片5、顶点连接件6、等腰直角三角片7、斜边连接件8、等腰直角三角片9、顶点连接 件10、等腰直角三角片11、斜边连接件12、等腰直角三角片13、顶点连接件14、U型连接件 15、顶点连接件16、等腰直角三角片17、斜边连接件18。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，空间变形折叠机构包括八个等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、 17)，通过一个U型连接件(15)、五个顶点连接件(2、6、10、14、16)和四个斜边连接件(4、8、12、18)，构成空间变形折叠机构；每两个等腰直角三角片通过一个斜边连接件在直斜边处 活动连接在一起构成一个组件，八个等腰直角三角片形成第一至第四组件，四个组件通过 三个顶点连接件在直角顶点处以转动副形式依次串连在一起，U型连接件和两个顶点连接 件将串连的四个组件首尾连接在一起形成一个闭环。
如图2所示，第一组件由等腰直角三角片(17)、(I)和斜边连接件(18)构成，斜边 连接件(18)—侧的两个凸点和等腰直角三角片(17)斜边处的两个凹点以转动副形式连接 在一起，斜边连接件(18)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(I)斜边处的两个凹点以转 动副形式连接在一起。
第二组件由等腰直角三角片(3 )、( 5 )和斜边连接件(4 )构成，斜边连接件(4 ) 一侧 的两个凸点和等腰直角三角片(3)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起，斜边连接 件(4)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(5)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一 起。
第三组件由等腰直角三角片(7 )、( 9 )和斜边连接件(8 )构成，斜边连接件(8 ) —侧 的两个凸点和等腰直角三角片(7)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起，斜边连接 件(8)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(9)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一 起。
第四组件由等腰直角三角片(11 )、( 13 )和斜边连接件(12 )构成，斜边连接件(12) 一侧的两个凸点和等腰直角三角片(11)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起，斜边 连接件(12)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(13)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起。
如图3所示，顶点连接件(2)将第一组件的等腰直角三角片(I)和第二组件的等腰 直角三角片(3)的两个等腰直角三角片的直角顶点活动连接在一起，构成一个转动副。
顶点连接件(6)将第二组件的等腰直角三角片(5)和第三组件的等腰直角三角片(7)的两个等腰直角三角片的直角顶点活动连接在一起，构成一个转动副。
顶点连接件(10)将第三组件的等腰直角三角片(9)和第四组件的等腰直角三角片(11)的两个等腰直角三角片的直角顶点活动连接在一起，构成一个转动副。
顶点连接件(14)、( 16)和U型连接件(15)将第四组件的等腰直角三角片(13)和 第一组件的等腰直角三角片(17)的两个等腰直角三角片活动连接在一起，构成两个同一轴 线的转动副，其中顶点连接件(14)将等腰直角三角片(13)的直角顶点和如图4所示的U型 连接件(15)的一端连接在一起，构成一个转动副，顶点连接件(16)将等腰直角三角片(17) 的直角顶点和U型连接件(15)的另一端连接在一起,构成一个转动副。
等腰直角三角片斜边处的两段具有一定倒角，使等腰直角三角片间不会产生运动 时的干涉。
等腰直角三角片具有微小的弹性变形量，可以使等腰直角三角片斜边处的两个凹 点卡住斜边连接件的两个凸点，能够灵活转动并不会轻易拆开。
顶点连接件的转轴处具有如图5所示的开槽，以满足微小的弹性变形量，可以使 顶点连接件的转轴卡入等腰直角三角片的直角顶点，能够灵活转动并不会轻易拆开。
具体的使用方法
空间变形折叠机构可以通过转动顶点连接件处的转轴，将第一至第四组件分别变 成一个平面，四个组件分别处于不同的分层，此时折叠机构外形如图6 (a)构成平面大四边 形状态；转动第一组件和第二组件间的转动轴，和转动第三组件和第四组件间的转动轴，使 U型连接件的转动轴线与第二组件和第三组件间的转动轴轴线重合，此时折叠机构外形如 图6 (b)构成两个平面小四边形状态；转动两个小四边形间的转轴，使两个小四边形两端的 端点重合，此时折叠机构外形如图6 (c)构成一个平面小四边形状态。
权利要求
1.空间变形折叠机构，其特征在于该折叠机构包括八个等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、17)，通过一个U型连接件(15)、五个顶点连接件(2、6、10、14、16)和四个斜边连接件(4、8、12、18)，构成空间变形折叠机构；每两个等腰直角三角片通过一个斜边连接件在直斜边处活动连接在一起构成一个组件，八个等腰直角三角片形成第一至第四组件，四个组件通过三个顶点连接件在直角顶点处以转动副形式依次串连在一起，U型连接件和两个顶点连接件将串连的四个组件首尾连接在一起形成一个闭环；第一组件由等腰直角三角片(17)、( I)和斜边连接件(18)构成，斜边连接件(18) —侧的两个凸点和等腰直角三角片(17)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起，斜边连接件(18)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(I)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起;第二组件由等腰直角三角片(3 )、( 5 )和斜边连接件(4)构成，斜边连接件(4) 一侧的两个凸点和等腰直角三角片(3)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起，斜边连接件(4)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(5)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起;第三组件由等腰直角三角片(7)、(9)和斜边连接件(8)构成，斜边连接件(8) —侧的两个凸点和等腰直角三角片(7)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起，斜边连接件 (8)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(9)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起;第四组件由等腰直角三角片(11 )、( 13 )和斜边连接件(12 )构成，斜边连接件(12 ) —侧的两个凸点和等腰直角三角片(11)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起，斜边连接件(12)另一侧的两个凸点和等腰直角三角片(13)斜边处的两个凹点以转动副形式连接在一起;顶点连接件(2)将第一组件的等腰直角三角片(I)和第二组件的等腰直角三角片(3) 的两个等腰直角三角片的直角顶点活动连接在一起，构成一个转动副；顶点连接件(6)将第二组件的等腰直角三角片(5)和第三组件的等腰直角三角片(7) 的两个等腰直角三角片的直角顶点活动连接在一起，构成一个转动副；顶点连接件(10)将第三组件的等腰直角三角片(9)和第四组件的等腰直角三角片 (11)的两个等腰直角三角片的直角顶点活动连接在一起，构成一个转动副；顶点连接件(14)、( 16)和U型连接件(15)将第四组件的等腰直角三角片(13)和第一组件的等腰直角三角片(17)的两个等腰直角三角片活动连接在一起，构成两个同一轴线的转动副，其中顶点连接件(14)将等腰直角三角片(13)的直角顶点和U型连接件(15)的一端连接在一起，构成一个转动副，顶点连接件(16)将等腰直角三角片(17)的直角顶点和U 型连接件(15)的另一端连接在一起，构成一个转动副。
2.如权利要求1所述的空间变形折叠机构，其特征在于等腰直角三角片斜边处的两段具有一定倒角，使等腰直角三角片间不会产生运动时的干涉。
3.如权利要求1所述的空间变形折叠机构，其特征在于等腰直角三角片具有微小的弹性变形量，可以使等腰直角三角片斜边处的两个凹点卡住斜边连接件的两个凸点，能够灵活转动并不会轻易拆开。
4.如权利要求1所述的空间变形折叠机构，其特征在于顶点连接件的转轴处具有开.槽，以满足微小的弹性变形量，可以使顶点连接件的转轴卡入等腰直角三角片的直角顶点， 能够灵活转动并不会轻易拆开。
全文摘要
空间变形折叠机构包括八个等腰直角三角片(1、3、5、7、9、11、13、17)、一个U型连接件(15)、五个顶点连接件(2、6、10、14、16)和四个斜边连接件(4、8、12、18)组成。每两个等腰直角三角片通过一个斜边连接件在直斜边处活动连接在一起构成一个组件，八个等腰直角三角片形成第一至第四组件，四个组件通过三个顶点连接件在直角顶点处以转动副形式依次串连在一起，U型连接件和两个顶点连接件将串连的四个组件首尾连接在一起形成一个闭环，构成空间变形折叠机构。本机构适用于制作几何教具、机构教具和玩具，易于自行组装，在实现折叠效果的同时，具有方便拆卸，连接牢固的优点。
文档编号G09B23/04GK103000069SQ20121052083
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者姚燕安, 田耀斌, 王洁羽, 宋鹏超, 李晔卓 申请人:北京交通大学