一种可用于手工绘制椭圆的双齿条椭圆规的制作方法
【专利摘要】一种可用于手工绘制椭圆的双齿条椭圆规。由四个分度圆大小相等的齿轮：上动齿轮、下动齿轮、上静齿轮、下静齿轮和两条齿条：上齿条、下齿条及附属部件组成。上动齿轮和下动齿轮同轴固定在一起，轴下端装上划笔，上动齿轮和上静齿轮在同一高度同时与上齿条保持啮合，下动齿轮和下静齿轮同在另一高度同时与下齿条保持啮合，且上齿条和下齿条齿侧相对。当上动齿轮、下动齿轮、上齿条、下齿条四者一起围绕上静齿轮和下静齿轮旋转一周，可以一笔绘制出椭圆。
【专利说明】—种可用于手工绘制椭圆的双齿条椭圆规
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可用于学习、教学和专业制图的手工绘图工具，尤其涉及可手工精确地绘制出指定椭圆的双齿条椭圆规。
【背景技术】
[0002]长期以来，圆规是人们不可缺少的手工绘图工具，但绘图工具中一直缺少有效的手工绘制椭圆的工具。现有各种椭圆规的设计发明，或者结构复杂，或者精确度不够，或者操作使用不方便等，缺乏实际推广价值，手工绘制椭圆只能凭借圆规采用近似画法，不但绘制步骤繁琐不易掌握，还存在所绘椭圆不准确的缺点。缺少有效的绘制椭圆的工具是学生学习、老师教学以及其他手工绘图领域的一大遗憾。
【发明内容】
[0003]本实用新型旨在针对目前缺乏有效的绘制椭圆的手工绘图工具的现状，克服近似法绘制椭圆步骤繁琐、画线不准的缺点，而提供一种双齿条椭圆规，该双齿条椭圆规能够方便地确定需绘制椭圆的焦距和长轴长度，可一笔准确地绘制出期望规格的椭圆。
[0004]本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是:一种用于手工绘制椭圆的双齿条椭圆规，包括第一动齿轮、第二动齿轮、第一静齿轮、第二静齿轮、第一齿条、第二齿条、动轴、第一静轴以及第二静轴，其中所述第一动齿轮和所述第二动齿轮同轴设置在所述动轴上，所述第一静齿轮设置在所述第一静轴上且所述第二静齿轮设置在所述第二静轴上，所述第一动齿轮和所述第一静齿轮同时与所述第一齿条啮合，所述第二动齿轮和所述第二静齿轮同时与所述第二齿条啮合。
[0005]进一步地，所述第一动齿轮、第二动齿轮、第一静齿轮、第二静齿轮四者的分度圆大小相等。
[0006]进一步地，所述第一静轴和所述第二静轴通过一调节件连接。
[0007]进一步地，所述调节件为焦距调节尺。
[0008]进一步地,所述双齿条椭圆规还包括曲轴焦点针,所述曲轴焦点针的一端在绘制椭圆时与待绘制椭圆的工作面接触，另一端与所述第一静轴和所述第二静轴之一通过活动接头相连接。
[0009]进一步地，所述双齿条椭圆规还包括限位机构，所述限位机构包括一对限位板和纵向穿透所述一对限位板的限位槽，所述一对限位板沿纵向分别设置于齿条的两侧，所述一对限位板与齿条具有一致的延展方向，所述限位槽沿齿条的延展方向形成且设置成允许动轴和静轴通过。
[0010]进一步地，所述限位槽的长度小于所述一对限位板中任一限位板的长度。
[0011]进一步地，所述限位机构还包括一对限位板固定件，所述一对限位板固定件沿所述一对限位板的延展方向分别设置在所述一对限位板的两侧，且与所述一对限位板固定连接。
[0012]进一步地，所述限位机构的数量为两个，分别为第一限位机构和第二限位机构，所述第一齿条配备所述第一限位机构，所述动轴和所述第一静轴穿过所述第一限位机构的限位槽；所述第二齿条配备所述第二限位机构，所述动轴和所述第二静轴穿过所述第二限位机构的限位槽。
[0013]进一步地，所述第一齿条和第二齿条分别配备有刻度尺。
[0014]根据本实用新型的椭圆规，两个动齿轮同心地装配在动轴上，两个静齿轮分别装配在两条静轴上，第一动齿轮和第一静齿轮处于同一高度且同时与第一齿条保持哨合，第二动齿轮和第二静齿轮处于另一高度且同时与第二齿条保持啮合，第一齿条和第二齿条不处于同一高度且其齿侧处于相对状态。
[0015]根据椭圆的定义，平面内到两定点距离之和为一定值的点的集合为椭圆，则动轴的运动轨迹在平面内的投影即为一个椭圆。在使用本实用新型的椭圆规绘制椭圆时，第一静轴和第二静轴用于确定两定点，第一静齿轮和第二静齿轮分别位于第一静轴和第二静轴上，且在一个绘制周期内第一静齿轮和第二静齿轮之间的距离不变，第一静齿轮到第一动齿轮的距离与第二静齿轮到第二动齿轮的距离之和为定值，位于第一齿条上的第一动齿轮和位于第二齿条上的第二动齿轮围绕第一静齿轮和第二静齿轮旋转一周，完成椭圆的绘制。
[0016]为了保证第一动齿轮和第二动齿轮两者的旋转角速度和线速度相同，即在绘制椭圆过程中第一动齿轮和第二动齿轮之间保持相对静止的同步运动，两者的分度圆大小相等。第一动齿轮和第二动齿轮分别在第一齿条和第二齿条上啮合的位置此增彼减，以保证第一动齿轮到第一静齿轮的距离与第二动齿轮到第二静齿轮的距离之和为定值，此时第一静齿轮和第二静齿轮刚好补偿第一齿条和第二齿条因为旋转的瞬时角速度不同而引起的误差。
[0017]本实用新型的有益效果是，结构简单，使用方便，划线精确，可以用手工一笔准确地绘制出指定的椭圆，为所有手工绘图人员带来方便，有利于提高学生的学习兴趣，更加深入地认识椭圆，提高学校的教学质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和一些实施例对本实用新型进一步说明。可以理解的是，以下描述的附图仅仅是为了清楚地描述本实用新型，但本实用新型并不局限于此，附图中:
[0019]图1是根据本实用新型的双齿条椭圆规的工作原理示意图；
[0020]图2是根据本实用新型的双齿条椭圆规的工作原理俯视示意图，图中该双齿条椭圆规处于第一工作位置；
[0021]图3是根据本实用新型的双齿条椭圆规的工作原理俯视示意图，图中该双齿条椭圆规处于第二工作位置；
[0022]图4是根据本实用新型的双齿条椭圆规第一个实施例的局部剖视构造图；
[0023]图5是图4的A—A剖视图；
[0024]图6是图5的B—B剖视图；
[0025]图7是根据本实用新型的双齿条椭圆规第二个实施例的局部剖视构造图。
[0026]图中1.上动齿轮，2.下动齿轮，3.上静齿轮，4.下静齿轮，5.上齿条，6.下齿条，7.下静轴，8.焦距调节尺，9.静手柄，10.上静轴，11.动手柄，12.上刻度尺，13.上动轴，14.长轴调节旋钮，15.下动轴，16.稳压弹簧，17.划笔，18.下刻度尺，19.活动接头，20.曲轴焦点针，21.直轴焦点针，22.限位机构，23.限位槽，24.限位板固定块，221.上限位板，222.下限位板。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图，对本实用新型示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。这里，所涉及的“上”、“下”等方位词以产品使用时的惯常状态或附图限定，举例来说，在利用本实用新型的椭圆规绘制椭圆时，与下齿轮相比，上齿轮距离如纸面这样的待绘制椭圆的工作面更远，而“纵向”、“横向”皆相对于工作面来说，其中纵向垂直于工作面，而横向则平行于工作面，同样，“左”、“右”皆以附图为参照，即当描述一部件位于另一部件的左侧时，其意为上述一部件在所示附图中位于上述另一部件的左侧，当描述一部件位于另一部件的右侧时，其意为上述一部件在所示附图中位于上述另一部件的右侧。另外为清楚起见，省略对于完整理解所不必要的一些部件。
[0028]图1是根据本实用新型的双齿条椭圆规的工作原理示意图。在图1中，上动齿轮I和下动齿轮2的轴线重合且垂直于某一平面，如纸面，上静齿轮3和下静齿轮4的两条轴线分别垂直于该平面内的两个定点上，上动齿轮I和上静齿轮3在同一高度同时与上齿条5保持啮合，下动齿轮2和下静齿轮4同在另一高度同时与下齿条6保持啮合，且上齿条5和下齿条6齿侧相对，上动齿轮1、下动齿轮2、上静齿轮3、下静齿轮4四者分度圆大小相等。
[0029]图2和图3分别为本实用新型的双齿条椭圆规在不同工作位置的工作原理俯视示意图。其中，上动齿轮1、下动齿轮2、上齿条5以及下齿条6自图2所示的第一工作位置转动到图3所示的第二工作位置。在转动过程中，上静齿轮3和下静齿轮4保持相对静止状态，换句话说，上静齿轮3和下静齿轮4之间的距离不变。这里，上动齿轮I和下动齿轮2的旋转角速度和线速度相同，即两者做保持相对静止的同步运动，上动齿轮I和下动齿轮2在上齿条5和下齿条6上啮合的位置此增彼减，而且在运动过程中上静齿轮3和下静齿轮4刚好补偿上齿条5和下齿条6因为旋转时的瞬时角速度不同而引起的误差，其结果是上静齿轮3到上动齿轮I的距离与下静齿轮4到下动齿轮2的距离之和为定值。位于上齿条5上的上动齿轮I和位于下齿条6上的下动齿轮2围绕上静齿轮3和下静齿轮4旋转一周，完成椭圆的绘制。根据椭圆的定义，平面内到两定点距离之和为一定值的点的集合为椭圆，则上动齿轮I和下动齿轮2的轴线的运动轨迹在该平面内的投影即为一个椭圆。
[0030]图4是根据本实用新型的双齿条椭圆规第一个实施例的局部剖视构造图。在图4中，上动齿轮I固定在上动轴13上，下动齿轮2固定在下动轴15上，上静齿轮3固定在上静轴10上，下静齿轮4固定在下静轴7上。划笔17、曲轴焦点针20和直轴焦点针21的下稍端位于某一平面内，上动轴13和下动轴15通过长轴调节旋钮14固定，两轴中心线重合且垂直于该平面。上静轴10和下静轴7也垂直于该平面的两个定点，且由可伸缩的焦距调节尺8固定在一起。上动齿轮I和上静齿轮3在同一高度同时与上齿条5保持啮合，下动齿轮2和下静齿轮4在另一高度同时与下齿条6保持啮合，上齿条5和下齿条6匀在横向上延展，且上齿条5和下齿条6的齿侧相对，上动齿轮1、下动齿轮2、上静齿轮3、下静齿轮4四者分度圆大小相等。
[0031]绘制椭圆时，一手捏住装在上静轴10上的静手柄9，另一手捏住装在上动轴13上的动手柄11，驱动动手柄11带动上动齿轮1、下动齿轮2、上齿条5、下齿条6四者一起围绕上静齿轮3和下静齿轮4旋转一周，则划笔17即可在平面内画出一个椭圆。
[0032]通过焦距调节尺8的伸缩可以调节椭圆的焦距。另外，松开长轴调节旋钮14，上动齿轮I和下动齿轮2能够在上齿条5和下齿条6上按照相反方向转动，对照上刻度尺12和下刻度尺18上的数值可以调节椭圆的长轴长度。稳压弹簧16可以以适当的弹力压住划笔17，以便于划笔17能够和工作面保持充分接触。曲轴焦点针20通过活动接头19与上静轴10相连，该活动接头19设置成曲轴焦点针20能够围绕其进行360°转动的同时与其相连。该曲轴焦点针20围绕活动接头19旋转，以便于下齿条6能够进入曲轴内，达到可以一笔绘制出完整的椭圆的目的。
[0033]为了实现各齿轮与相应齿条始终保持啮合状态，使各齿轮在运动过程中不脱离相应齿条，还提出一种限位机构，其包括一对限位板和在纵向上穿透所述一对限位板的限位槽。现结合下静齿轮4和下齿条6进行说明。图5是图4的A-A剖视图，图6是图5的B-B剖视图。如图5和图6所示，下静齿轮4和下齿条6相互啮合，下静齿轮4和下静轴7固定在一起，限位机构22的上限位板221和下限位板222沿纵向方向分置于下齿条6的上下两侧，三者类似三明治的结构，上限位板221和下限位板222对下静齿轮4起到纵向限定作用。上限位板221、下齿条6和下限位板222三者具有一致的延展方向，此处将上限位板221和下限位板222在上述延展方向上延展的距离定义为上限位板221和下限位板222的长度。限位槽23沿下齿条6的延展方向(即图5中的左右方向)形成且在纵向上穿透上限位板221和下限位板222。限位槽23的延伸方向与下齿条6的延展方向一致，此处将限位槽23在上述延伸方向上延伸的距离定义为限位槽23的长度。下静轴7沿纵向穿过上限位板221和下限位板222且容纳于限位槽23内，其中下静轴7的直径略小于限位槽23的宽度，两者为间隙配合，限位槽23对下静轴7及下静齿轮4起到横向限定作用，使它们在横向方向上仅能够沿着限位槽23的延伸方向(即图5中的左右方向)运动。限位槽23的延伸方向限定了限位槽23的长度，该限位槽23的长度小于上限位板221和下限位板222的长度，限位槽23的左、右两端部分别距上限位板221和下限位板222左、右两端部一定的距离。
[0034]为了获得更好的效果，还提供限位板固定块24。限位板固定块24成对设置，分置于上、下限位板221、222的左右两侧。图5和图6仅示出位于下齿条6左侧的限位板固定块24，本领域技术人员应当理解，在未示出的下齿条6右侧亦配备限位板固定块24。限位板固定块24同时接触上限位板221和下限位板222并与上限位板221和下限位板222通过诸如螺钉这样的连接件固定连接。通过设计不同规格的限位板固定块24，能够调节上限位板221和下限位板222之间的距离。另外，下齿条6也可以采用螺钉或其它方式固定于上、下限位板221、222或限位板固定块24上。
[0035]在使用时，随着齿轮与齿条的不断啮合一分离，齿轮带动相应轴始终沿限位槽的延伸方向(即图5中的左右方向)在限位槽内运动，当齿轮和相应轴运动到一定的程度，如靠近限位板的边缘处，相应轴受到限位槽端部的止挡，不再向前运动，而限位板固定块与上、下限位板之间形成的类似“凹”形的空间保证了相应轴与限位槽端部接触时齿轮不会碰撞限位板固定块从而使限位板固定块免受冲击，避免损坏。这样的设计保证齿轮及相应轴不会脱离该齿条。
[0036]以上通过下静齿轮4和下齿条6对限位机构进行了说明，其余齿轮和齿条啮合的情况与下静齿轮4和下齿条6啮合的情况相同，因此可以理解，上述限位机构的数量可以为两个，上齿条5和下齿条6各配备一个限位机构，即上动齿轮I和上动轴13以及上静齿轮3和上静轴10共享一个限位机构，下动齿轮2和下动轴15以及下静齿轮4和下静轴7共享一个限位机构。作为另一种选择，限位机构的数量可以为更多，即分别为上动齿轮I和上动轴13、下动齿轮2和下动轴15、上静齿轮3和上静轴10以及下静齿轮4和下静轴7中的三组或全部分别配备限位机构。为了说明书的简洁，此处不再赘述。
[0037]图7是根据本实用新型的双齿条椭圆规第二个实施例的局部剖视构造图。在图7所示的另一个实施例中，上动齿轮I和下动齿轮2分别通过轴承安装在同一条动轴上。绘制椭圆时，在动手柄11带动上动齿轮1、下动齿轮2、上齿条5、下齿条6四者一起围绕上静齿轮3和下静齿轮4旋转的过程中，动手柄11和划笔17可以只做平移运动，不做旋转运动。
[0038]以上所述仅是本实用新型的优选实施例，而非全部实施例。多种改变是允许的，例如，为了加工和组装的便利，上、下两个齿条设置成一样的，但是作为另一种选择，上、下齿条可以设置为不同；再例如，本文采用活动接头19来实现静轴与曲轴焦点针的连接，但是作为另一种选择，可以采用其他类似元件替代，只要能够实现曲轴绕该元件旋转而又与之相连接即可。因此，本实用新型的保护范围不限于以上说明书中示出的实施例，结合说明书及附图所记载的内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于手工绘制椭圆的双齿条椭圆规，其特征在于: 包括第一动齿轮、第二动齿轮、第一静齿轮、第二静齿轮、第一齿条、第二齿条、动轴、第一静轴以及第二静轴，其中所述第一动齿轮和所述第二动齿轮同轴设置在所述动轴上，所述第一静齿轮设置在所述第一静轴上且所述第二静齿轮设置在所述第二静轴上，所述第一动齿轮和所述第一静齿轮同时与所述第一齿条啮合，所述第二动齿轮和所述第二静齿轮同时与所述第二齿条哨合。
2.根据权利要求1所述的双齿条椭圆规，其特征在于:所述第一动齿轮、第二动齿轮、第一静齿轮、第二静齿轮四者的分度圆大小相等。
3.根据权利要求1所述的双齿条椭圆规，其特征在于:所述第一静轴和所述第二静轴通过一调节件连接。
4.根据权利要求3所述的双齿条椭圆规，其特征在于:所述调节件为焦距调节尺。
5.根据权利要求1所述的双齿条椭圆规，其特征在于:还包括曲轴焦点针，所述曲轴焦点针的一端在绘制椭圆时与待绘制椭圆的工作面接触，另一端与所述第一静轴和所述第二静轴之一通过活动接头相连接。
6.根据权利要求1所述的双齿条椭圆规，其特征在于:还包括限位机构，所述限位机构包括一对限位板和纵向穿透所述一对限位板的限位槽，所述一对限位板沿纵向分别设置于齿条的两侧，所述一对限位板与齿条具有一致的延展方向，所述限位槽沿齿条的延展方向形成且设置成允许动轴和静轴通过。
7.根据权利要求6所述的双齿条椭圆规，其特征在于:所述限位槽的长度小于所述一对限位板中任一限位板的长度。
8.根据权利要求7所述的双齿条椭圆规，其特征在于:所述限位机构还包括一对限位板固定件，所述一对限位板固定件沿所述一对限位板的延展方向分别设置在所述一对限位板的两侧，且与所述一对限位板固定连接。
9.根据权利要求7或8所述的双齿条椭圆规，其特征在于:所述限位机构的数量为两个，分别为第一限位机构和第二限位机构，所述第一齿条配备所述第一限位机构，所述动轴和所述第一静轴穿过所述第一限位机构的限位槽；所述第二齿条配备所述第二限位机构，所述动轴和所述第二静轴穿过所述第二限位机构的限位槽。
10.根据权利要求1所述的双齿条椭圆规，其特征在于:所述第一齿条和第二齿条分别配备有刻度尺。
【文档编号】B43L11/04GK204020332SQ201420501195
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】周正全 申请人:周正全