一种抛物线规和学生多用规尺及其使用方法与流程

本发明涉及一种抛物线规和学生多用规尺及其使用方法，属于机械制造和绘图工具领域。

背景技术：

抛物线的定义：同一平面上到一定点和一定直线的距离相等的点的轨迹。定点称为焦点，定直线称为准线。抛物线规的设计与制作充分依据了这一定义的性质。根据抛物线的定义如图1所示，与抛物线在一平面上，ac是抛物线的准线，o是抛物线的焦点，在抛物线的开口侧做一直线fg，并使fg平行于准线ac，连接af并使af垂直于准线ac，则af与抛物线相交于e点，则ae=eo，af=ef+eo；同理，连接gc相交于抛物线d点，也有gc=gd+do。与现有技术相比，本发明抛物线规和学生多用规尺是目前结构最简单、部件数量最少、操作最方便灵活的一款。

技术实现要素：

本发明为了解决上述现有技术中存在问题，提供一种抛物线规和学生多用规尺及其使用方法，以解决现在结构复杂、不便收纳、不便携带，性能稳定性低、精度低、不便操作的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了一种抛物线规，包括：第一本体，所述第一本体上设有横向的第一滑轨，第一滑块，所述第一滑块上设有十字键，且保证第一滑块在第一滑轨内横向自由滑动。第二本体，所述第二本体上设有与所述第一滑块十字键相配合的十字孔，且第二本体上设有第二滑轨，所述第二滑轨与所述第一滑轨相垂直，所述第二滑轨上设有与之相配合的第二滑块，所述第二滑块上设有丝线绕过点和用于安装笔的笔架，第二本体上还设有第一丝线固定端和对所述第二滑块施加向下弹力的弹性件，第一丝线固定端位于丝线绕过点上方，且第一丝线固定端与丝线绕过点之间连线与所述第二滑轨相平行。第三本体，所述第三本体与第一本体呈相对固定设置，第三本体上设有第二丝线固定端。丝线，所述丝线一端连接在第一丝线固定端，另一端滑动绕过丝线绕过点与第二丝线固定端相连。

这样，通过使用本发明的抛物线规，可以使绘制的抛物线精度更高，整体稳定性更高，绘制更加方便，采用可折叠的结构，使携带更加方便，采用本发明的结构使结构更加简单，操作更加方便。根据抛物线的定义如图1所示，与抛物线在一平面上，ac是抛物线的准线，o是抛物线的焦点，在抛物线的开口侧做一直线fg，并使fg平行于准线ac，连接af并使af垂直于准线ac，则af与抛物线相交于e点，则ae=eo，af=ef+eo，同理，连接gc相交于抛物线d点，也有gc=gd+do，抛物线上任何一点到直线fg的距离与到焦点的距离之和都等于直线ac与直线fg之间的距离，因此，如需绘制这样一条抛物线，只需满足一个关键条件，任何一个点到直线fg的垂直距离与到焦点的距离之和是一个定值且等于直线ac与直线fg之间的距离，将这些符合条件的点连接起来就是一条抛物线，要满足这一条件，只要将直线fg做成水平滑轨，将垂直于直线fg的直线gc做成竖直滑臂，滑臂gc在保证与直线fg垂直的前提下，可沿着直线fg左右自由滑动，另外滑臂gc上的d点是一个可以沿着滑臂gc上下自由滑动的滑块，只要将一根尼龙丝绳一端固定在焦点o点，另一端固定在滑臂gc的g点，中间绕过滑块d点且在d点能够自由滑动，在保证尼龙丝绳绷紧的前提下左右移动滑臂gc，d点会随着滑臂gc位置的不同，上下沿着滑臂gc变化自己的位置，那么d点所经过的位置轨迹便形成了一条标准抛物线。

另外，根据本发明实施例的抛物线规还可以具有以下附加技术特征：

优选的，所述第二滑块上开有丝线穿孔，所述丝线穿过所述丝线穿孔并能够在丝线穿孔内自由滑动，所述丝线穿孔形成所述丝线绕过点。

优选的，所述第一丝线固定端包括压线螺栓和压线螺帽，所述丝线穿过所述压线螺栓上的穿孔并通过压线螺帽固定在第二本体上。

优选的，所述第三本体上设有第一丝线端柱插孔，所述第二丝线固定端包括丝线端柱，丝线端柱的底端安装在所述第一丝线端柱插孔内，丝线端柱的上端与所述丝线固接。

优选的，所述丝线端柱的底端是尖的，这样方便固定在抛物线的焦点上。

优选的，所述弹性件是拉簧，拉簧一端固定在第二本体下端，另一端与第二滑块相连。

优选的，所述笔架安装笔后，笔尖与所述丝线绕过点重合，这样可以使绘制的精度更高。

优选的，所述第一滑轨与第一滑块和/或第二滑轨与第二滑块的接触面之间加装滑动轴承，这样可以减小摩擦力，使用起来更加省劲，绘制抛物线时更加顺畅，精度更容易保证。

优选的，所述第三本体有多个第一丝线端柱插孔，多个第一丝线端柱插孔竖向分布在第三本体上，根据焦距大小将丝线端柱插入合适的第一丝线端柱插孔内，便可画出不同焦点的抛物线。

优选的，所述第一本体和第二本体为可拆卸连接，这样两大部件都能方便的放进盒子中，便于携带。

优选的，所述第二本体上设有与所述十字键相配合的十字孔，所述十字键穿过所述十字孔并通过压帽紧固，这样装配在一起能够保证第一滑轨与第二滑轨的始终相互垂直。

本发明抛物线规的使用方法包括以下步骤：

将第一本体和第二体装配在一起；

将第二丝线固定端的丝线端柱顶尖置于抛物线焦点上，将第二本体移动至第三本体正上方，使过丝线绕过点的垂线与过焦点的垂线重合；调节第二滑块的上下位置，使第二丝线固定端至丝线绕过点的距离等于待画抛物线的焦点至抛物线顶点的距离；调节丝线，使其处于绷紧状态并拧紧第一丝线固定端上的压线螺帽，在第二本体左右移动过程中，丝线的长度不再发生变化；

保持第一本体不动，左右移动第二本体，第二滑块会带动笔架上下自由滑动，便会自动画出需要的抛物线。

本发明提供了一种学生多用规尺，包括所述的抛物线规的任意一项结构，还包括以下结构：

直尺结构：所述第一本体和/或第二本体的一侧或两侧形成有直尺；

量角器结构：所述第一本体的一侧形成有量角器；

所述第一本体（直尺）、量角器和第三本体连接为一体。

优选的，所述第二本体上设有与所述丝线端柱相配合的第二丝线端柱插孔，丝线端柱平时插在第二丝线端柱插孔内。

优选的，在所述滑块上丝线绕过点处设有丝线穿孔。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的抛物线规的原理示意图；

图2是本发明实施例的抛物线规的结构示意图；

图3是本发明实施例的学生多用规尺的结构示意图。

附图标记说明：

在图2-图3中，第一本体1；第一滑轨2；第二本体3；第一滑块4；第二滑轨5；第二滑块6；第三本体7；丝线8；丝线端柱9；拉簧10；压帽11；压线螺栓18；压线螺帽12；直尺13；量角器14；第一丝线固定端15；第二丝线固定端16；滑键17；第一丝线端柱插孔20；笔架19；第二丝线端柱插孔24；十字键21；十字孔22；丝线穿孔23。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考的附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面结合附图进一步说明。

实施例1

在图2-图3中，第一本体1；第一滑轨2；第二本体3；第一滑块4；第二滑轨5；第二滑块6；第三本体7；丝线8；丝线端柱9；拉簧10；压帽11；压线螺栓18；压线螺帽12；直尺13；量角器14；第一丝线固定端15；第二丝线固定端16；滑键17；第一丝线端柱插孔20；笔架19；第二丝线端柱插孔24；十字键21；十字孔22；丝线穿孔23。

具体地：

第一本体1上设有横向的第一滑轨2，保证第一滑块4在第一滑轨2内横向自由滑动。第二本体3上设有与第一滑轨2相配合的第一滑块4，且第二本体3上设有第二滑轨5，第二滑轨5与第一滑轨2相垂直，第二滑轨5上设有与之相配合的第二滑块6。

第二滑块6上设有丝线绕过点和用于安装笔的笔架19，第二滑块6上开有丝线穿孔23，丝线8穿过丝线穿孔23并能够在丝线穿孔23内自由滑动，丝线穿孔23形成丝线绕过点。笔架19安装笔后，笔尖与丝线绕过点重合，这样可以使绘制的精度更高。

第二本体3上还设有第一丝线固定端15和对所述第二滑块6施加向下弹力的弹性件，第一丝线固定端15位于丝线绕过点上方，且第一丝线固定端15与丝线绕过点之间连线与第二滑轨5相平行，如图1，这样可以保证任何一个点到直线fg的垂直距离与焦点的距离之和是一个定值且等于直线ac与直线fg之间的距离。有利地，弹性件是拉簧10，拉簧10一端固定在第二本体3下端，另一端与第二滑块6相连，拉簧10的作用是使丝线8始终绷紧状态。

第一本体1和第二本体3为可拆卸连接，以便于携带。具体可以为：第一滑块4上设有十字键21，第二本体3上设有与十字键21相配合的十字孔22。十字键21穿过十字孔22并通过压帽11紧固，这样既可将第一本体1、第二本体3拆卸，又可使装配在一起能够保证第一滑轨2与第二滑轨5的始终相互垂直。

第三本体7与第一本体1呈相对固定设置，即第三本体7可与第一本体1成一体设计或固定连接。第三本体7上设有第二丝线固定端16，丝线8一端连接在第一丝线固定端15，另一端滑动绕过丝线绕过点与第二丝线固定端16相连。

具体的，第一丝线固定端15包括压线螺栓18和压线螺帽12，丝线8穿过压线螺栓18上的孔并通过压线螺帽12固定在第二本体3上。第三本体7上设有第一丝线端柱插孔20，第二丝线固定端16包括丝线端柱9，丝线端柱9的底端安装在第一丝线端柱插孔20内，丝线端柱9的上端与丝线8固接。有利地，丝线端柱9的底端是尖的，这样方便固定在抛物线的焦点上。第三本体7有多个第一丝线端柱插孔20，多个第一丝线端柱插孔20竖向分布在第三本体7上，根据焦距大小将丝线端柱9插入合适的第一丝线端柱插孔20内，便可画出不同焦点的抛物线。

本实施例抛物线规的使用方法如下：

装配第一本体1和第二本体3，将第一滑块4的十字键21插入第二本体3的十字孔22中，拧上压帽11，再将第一滑块4装入第一滑轨2中。然后将丝线端柱9插入第三本体7上任意一个第一丝线端柱插孔20中并将丝线端柱9固定在抛物线焦点上，再将第二本体3移动到丝线端柱9正上方，调节第二滑块6的上下位置，使丝线穿孔23到焦点的距离等于焦点至抛物线顶点的距离，拉紧丝线8的另一端，拧紧压线螺帽12，保证在第二本体3左右移动过程中，丝线8的长度不再发生变化，然后按住第一本体1不动，左右移动第二本体3，第二滑块6会带动笔架19上下自由滑动，便会自动画出需要的抛物线。第一丝线端柱插孔20有多个，根据焦距大小选择更合适的第一丝线端柱插孔20将丝线端柱9插入即可画出不同焦点的抛物线。

在绘制抛物线过程中，必须保持第一滑轨2与第二滑轨5始终垂直，且第一滑块4沿着第一滑轨2左右滑动保持自由、顺畅；第二滑块6必须能沿着第二滑轨5上下自由且顺畅的滑动，并且丝线8能在丝线穿孔23中自由的滑动；丝线8的长度始终保持不变且时刻保持绷紧状态。

要画不同焦点尺寸的抛物线，焦点o到抛物线顶点i的距离要可调，需要将第二本体3移动到焦点o的正上方，调整第二滑块6上下位置使第二滑块6上丝线绕过点到达抛物线顶点i位置，使第二滑块6上丝线绕过点至焦点的距离等于焦点至抛物线顶点的距离时，再将丝线8拉紧并拧紧压线螺帽12加以固定，便可画出符合要求的抛物线。

本实施例抛物线规的影响因素如下：

根据抛物线原理，焦点o与直线fg的距离只影响抛物线轴线方向的深度，不影响抛物线的形状，因此丝线端柱9所在孔位只影响抛物线轴线方向的深度。焦距的大小只与丝线端柱9与丝线穿孔23的距离（第二滑块6处于抛物线顶点i位置时）有关，与丝线端柱9所在孔位无关，如果绘制的抛物线焦距很大时，可选择最上面的第一丝线端柱插孔20，以保证第二本体3长度足够用，如果绘制的抛物线焦距很小时，可选择最下面的第一丝线端柱插孔20，以保证第三本体7下部不会阻碍笔架19的左右移动，需要绘制抛物线的场合、领域很多，对稳定性、绘制精度、方便携带要求不尽相同，因此根据这些不同的要求设计结构细节上不同的抛物线规是十分有必要的。

丝线8的长度也不是影响抛物线形状的因素。在焦距确定后，抛物线形状就确定，不会随着直线fg位置上下不同而改变，唯一影响的是抛物线的上下范围大小，要将抛物线轴线方向上画的长一些，如图1，可以将fg位置往上一些，丝线8长一点即可，反之丝线8短一点即可。

本实施例抛物线规的适应范围如下：

（1）建筑、桥梁设计、木工制作、机械加工技术领域，需要绘制较大型的抛物线，使用本实施例图2所示结构比较适宜，这种抛物线规的尺寸比较大，可以在第一滑轨2与第一滑块4之间、第二滑轨5与第二滑块6之间加装滑动轴承，减少摩擦阻力，使用起来更省劲，在第二滑块6中增加滑轮组减少第二滑块6与丝线8间的摩擦，绘制抛物线时更顺畅、精度更容易保证。

（2）教学演示工具，尺寸中等，且宜做的重量比较轻，因此也可以使用本实施例图2的结构，但不宜加装滑动轴承和滑轮组，可以选用摩擦系数小、重量比较轻的材料。

（3）再就是学生用绘图工具，这类工具最大的特点是：尺寸小、需要携带方便、最好能集成学生常用的多种工具。为此对图2的结构进行改进，设计出图3所示的学生多用规尺，见实施例2。

实施例2

如图3所示，本实施例还提供了一种学生多用规尺，学生多用规尺特点：结构简单、部件少（两大部件）、便于携带（文具盒里能放得下）。本实施例2的学生多用规尺有四个功能：①直尺②量角器③抛物线规④圆规。

本实施例2的学生多用规尺结构同实施例1，区别在于：

直尺结构：在第一本体1和/或第二本体3的一侧或两侧形成有直尺13。

量角器结构：在第一本体1的一侧形成有量角器14，为减少体积，量角器14与第一本体1（直尺13）、第三本体7连接为一体，量角器14形成第三本体7的一部分。

第一本体1和第二本体3的连接结构：第一本体1上设有平行的两个滑槽（相当于第一滑轨2），第二本体3（即滑臂）上底面凸出有两个滑键（相对于第一滑块4），滑键与第二本体3为一体设计。使用时将两个滑键放入第一本体1上的两个滑槽中，左右移动第二本体3即可保证第一体体1与第二本体3始终垂直。

另外，第二本体3（滑臂）上设有与丝线端柱9相配合的第二丝线端柱插孔24。当放置时，丝线端柱9插在第二丝线端柱插孔24内。当使用时，将丝线端柱9从第二丝线端柱插孔24上取下来插在第三本体7上适合的第一丝线端柱插孔20中。

由此可知，该学生多用规尺不用的时候是分两大部件存放携带的，直尺和量角器是一体的，丝线端柱9平时是插在滑臂上的第二丝线端柱插孔24里的，因此整个滑臂组合是一体的。这两个大部件尺寸都能方便的放进文具盒中的，非常方便携带。

圆规的用法，绘制圆时，只需用到第二本体3组合，将丝线端柱9的顶尖按在圆心位置，看着第二本体3上的刻度将第二滑块6滑动到需要的半径，拉紧丝线8、拧紧压线螺帽12，按住丝线端柱9回转第二本体3，就可以绘制出需要的圆或圆弧。圆心周围空间需要足够大，不能有阻碍第二本体3旋转的障碍物。

本实施例学生多用规尺具有结构简单、部件少、便于携带的优点，该学生多用规尺不用的时候可分两大部件存放携带的，直尺13和量角器14是一体的，丝线端柱9平时插在第二本体3上的第二丝线端柱插孔24里的，整个第二本体3组合是一体的，这两个大部件尺寸都能方便的放进文具盒中的，非常方便携带。

本抛物线规和学生多用规尺具有结构简单、构件少、稳定性高、操作灵活、精度高、方便存放和携带、制作简单、成本低的优点。本抛物线规只有两大部件构成，不存在倾斜交叉且在交叉点相互滑动的机构，因此整体刚度比较大、变形小、操作灵活，所以整体稳定性高、绘图精度高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。