专利名称：圆锥曲线绘制仪的制作方法
技术领域：
圆锥曲线绘制仪是一种曲线绘图工具。
在数学教学和工程制图中，常常会遇到椭圆、抛物线、双曲线等圆锥曲线的绘制问题。当然可以根据这些曲线的定义来画出，即椭圆，用一定长的线，两端固定在焦点，用笔拉紧线画成；双曲线，是用一条拉链，在拉开一端的两边各选择一点，使它们至拉链开合处的距离差为常数，将笔放在开合处画出；抛物线则用一无伸缩性的线，再配合一三角板画出的。这样尽管用具十分简单，但具体的实际操作却十分不便。目前，已制出了专门用于画椭圆的工具——椭圆规，但它只能画椭圆，对其它两种圆锥曲线却无能为力。绘图模板也只能画出圆锥曲线中极有限的几条，仍不甚理想。在这方面，虽然人们进行了一定的改进，但都不能从其根本上解决问题。
本实用新型的目的，就是由圆锥曲线的本质特征出发，要用一个制图装置，比较方便地把圆锥曲线的三种形式能够全部绘出来，并且操作简便，给人们从事教学或工程制图带来方便。
本实用新型的原理是用平面直角坐标系中直线的定比来控制圆锥曲线的离心率，同时定出焦点的相应位置，从而画出相应的圆锥曲线。我们知道在圆锥曲线中，离心率e是个很重要的参数
即圆锥曲线的种类完全取决于曲线上的点到焦点的距离ρ与同一点至准线的距离d的比值e。在平面直角坐标系中，过原点的直线是正比曲线Y＝KX，即直线上的点到Y轴的距离与X轴的距离成正比，并且其比值K可分为大于1、等于1、小于1三种。如果用此直线的比值K来控制圆锥曲线的离心率e。问题就解决了，本实用新型就是实现这种控制的。如果再同时定出焦点的位置，就可以绘出相应各条圆锥曲线。
本实用新型的结构概括起来，主要由四部分组成，即曲线机、直线控制机、传动结构1、传动结构2。直线控制机由X－基尺、Y－基尺、横尺齿条、竖尺齿条、比例尺组成。比例尺可绕两基尺的固定点转动，用它来控制其中的横尺齿条和竖尺齿条的运动，当这两齿条的交点沿着比例尺运动时，可以保证交点到X、Y－基尺距离的比值保持不变。曲线机由准线尺、平动尺齿条、转动尺齿条构成。平动尺齿条沿准线尺做平动，转动尺齿条可沿焦点(某一固定点)转动，且经过焦点。当这两齿条的交点运动轨迹描出某一条圆锥曲线时，则该交点距焦点的距离ρ与距准线尺的距离d的比即离心率e始终保持一固定值。为此我们用传动结构1把横尺齿条移动的距离传递给平动尺齿条，传动结构2把竖尺齿条移动的距离传递给转动尺齿条，从而保证离心率e不变。为了实现直线控制机对曲线机的控制，保持比值离心率e的不变性，在整体结构上，把直线控制机置于曲线机的上方，使Y－基尺与准线尺正对，传动结构1位于两者之间；把传动结构2固定于X－基尺上，位于竖尺齿条与转动尺齿条之间。在各齿条移动过程中，转动尺齿条移过的距离与平动尺齿条移过距离的比，即离心率e，总是与竖尺齿条移过的距离与横尺齿条移过距离的比即K相同，这样所作出的曲线必定为圆锥曲线。具体作图步骤是，定出e，由K＝e来确定出直线Y＝KX的位置，即比例尺位置，再定出靠近准线尺的焦点位置，并使指针按在焦点上；然后用手移动比例尺中间的小螺钉，沿比例尺来回移动即可。由于直角坐标系中直线Y＝KX的比值K的连续性，可以根据需要任意选取参数e＝K，并且焦点位置可随意调节，从而可以画出任意的圆锥曲线。从而得到本实用新型的目的。
本实用新型将圆锥曲线除圆以外三种形式，即椭圆、抛物线、双曲线用一个独立的制图装置来实现。同现有技术相比，使圆锥曲线的绘制问题，由分立装置或原始方法提高到同一个装置的综合水平，具有使用方便，操作简单、灵活的特点。
现在对附图进行说明附
图1为曲线机示意图，1为准线尺；2为平动尺齿条；3为转动尺齿条。准线尺为一直薄板，平动尺齿条上有直齿且有一窄缝，准线尺可穿过，使平动尺齿条既能沿准线尺上下移动，也可左右移动。直齿采用特定的结构，即在直齿正中削一沟至齿根，再用相同材料整个填至分度线处，如剖视图所示，A－A为齿顶剖面，B－B为齿槽剖面。转动尺齿条一边有直齿，另一边有一直缝，其一端与平动尺齿条用销相联，使转动尺齿条自如转动，再在联接点处按上一支笔，以备作图用。若确定出圆锥曲线的焦点，并在焦点上穿过转动尺齿条的直缝按上一个钉，则联接点到焦点的距离与至准线尺的距离的比值就是离心率e，则在这两齿条同时运动过程中，联接点的轨迹就是一条圆锥曲线。
附图2为直线控制机示意图，4为Y－基尺，7为X－基尺固定联接在一起，结构为一直薄板，上面刻有刻度。5为横尺齿条，8为竖尺齿条，固定联接在一起，结构与
图1中平动尺齿条相同，齿面向下。6为比例尺，中间有一直缝，一端用螺钉固定于X，Y－基尺的固定点，使比例尺定位，如需转动，只要松开螺钉即可，中间用一螺钉从直缝中穿过，并固定于两齿条固定点；此螺钉带动两齿条可沿直缝运动，其轨迹为一正比直线Y＝KX，且螺钉至Y－基尺的距离与至X－基尺距离的比为一特定常数K。用此来控制曲线机可保持比值离心率e＝K不变，使曲线机作出相应的圆锥曲线。
附图3为传动结构1示意图，用它把横尺齿条5与平动尺齿条2联接起来。9为支架，10为方轴，11为大齿轮(Ⅰ)，其直齿与齿槽的结构与平动尺齿条相同；12、14为大齿轮(Ⅱ)，其直齿结构是在直齿的中央削去一部分至分度圆以下，如附图所示；13为圆轴。装配时将Y－基尺与准线尺上下固定在两支架之间，使横尺齿条5与齿轮12啮合，平动尺齿条2与齿轮14啮合。当横尺齿条5移过一个齿距时，通过三个大齿轮的传动，使得平动尺齿条2也移过一个齿距，从而保证了横尺齿条与平动尺齿条始终移过相同距离。当这两齿条(即齿条5和2)同时左右平移时，由于齿的特定结构，就带动相应的齿轮一起平移，这样就保证了这两齿条既可前后运动也可左右运动。
附图4为传动结构2示意图。15为端架，是轴的支承点；19为小齿轮(Ⅰ)，其结构与大齿轮(Ⅱ)相同，可以沿其轴17滑动；18为轴齿轮，齿轮19与锥柱联齿轮26可以在其上滑动，16为其轴；轴24与轴27相交相联，即轴24顶端做成套状，套在轴27上，并可在其上滑动，以便改变焦点的位置，轴24的下端为锥状指针，其作用是指在焦点上；20为两同轴小齿轮(Ⅱ)，21为其轴；23为控制片，其作用是使小齿轮20在转动过程中与轴24保持等距；22为底座，25为一固定螺母。装配时，只需将两端架固定在X－基尺上即可。当竖尺齿条8移过一齿距时，带动齿轮19、轴齿轮18转过一齿距，锥柱联齿轮26将此齿距传递给两同轴小齿轮20，最后带动转动尺齿条3移过一齿距，这样就保证了竖尺齿条8与平动尺齿条3移过的距离始终相等。当竖尺齿条8同时左右移动时，由于齿的特定结构，使齿轮19与其一起移动，这样竖尺齿条8既可前后移动。也可左右移动，当转动尺齿条同时转动时，由于控制片23的作用，使小齿轮20与其一起转过相同角度，这样就保证了转动齿尺条既可移动也可转动。
本实用新型的实施，可以开发出大小不同的系列，以满足不同的需要。对于一般工程制图使用而言，属于中等型号，总长即准线尺与Y－基尺的长为400mm，总宽即横尺齿条、平动尺齿条及X－基尺的长为300mm，总高即支架高为100mm，各尺及齿条宽均为10mm。转动尺齿条长220mm，宽25mm，厚10mm；大齿轮直径36mm，厚10mm；锥柱联齿轮柱轮直径33mm，锥轮直径23.12mm，总厚28.5mm；轴齿轮长265mm，直径21mm。各齿条及齿均采用相同模数2。其形状轮廓如附图所示。工艺材料方面，各齿条和齿轮均采用注塑工艺或金属制作，各尺和各轴宜用金属加工制作。
权利要求1.圆锥曲线绘制仪是一种曲线绘图工具，它是根据圆锥曲线的离心率 对于某一条特定曲线，e是定值，通过平面直角坐标系中过原点的直线Y=KX的定比K，来控制圆锥曲线的离心率e，使e=k，同时定出焦点的相应位置，从而画出相应的圆锥曲线，其特征在于该曲线绘制仪设计有曲线机、直线控制机、传动结构1、传动结构2四部分，其结构是直线控制机位于曲线机的正上方，传动结构1固定于直线控制机的Y-基尺与曲线机的准线尺之间，传动结构2固定于直线控制机的X-基尺上，并且位于两者之间，从而实现直线控制机对曲线机的控制。
2.根据权利要求1所述的曲线绘制仪，其特征在于曲线机中设计有平动尺齿条和转动尺齿条，直线控制机中设计有比例尺，用它来控制其中的横尺齿条和竖尺齿条的运动，再通过传动结构1和传动结构2分别去控制曲线机中的平动尺齿条和转动尺齿条移过的距离，从而控制圆锥曲线的离心率e。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的曲线绘制仪，其特征在于传动结构2是把只能平动的竖尺齿条移动的距离，传递给既能平动也能转动的转动尺齿条，且传动结构2中设计有位置可以调整的轴24，用以确定焦点位置。
4.根据权利要求1和权利要求2所述的曲线绘制仪，其特征在于横尺齿条、竖尺齿条、平动尺齿条及三个大齿轮、小齿轮(1)的齿均采用特定结构，使它们均有两个方向的运动。
5.根据权利要求1和权利要求2所述的曲线绘制仪，其特征在于传动结构1中设计有方轴，传动结构2中设计有轴齿轮。
专利摘要圆锥曲线绘制仪是一种曲线绘图工具。原理是用平面直角坐标系中过原点直线Y＝KX的比K来控制圆锥曲线的离心率e，再定出焦点位置，从而画出相应的圆锥曲线。其结构由曲线机，直线控制机、传动结构1、传动结构2构成。直线控制机中设计有比例尺，用以控制竖尺齿条与横尺齿条的比K。通过传动结构1、传动结构2，使曲线机中转动齿尺条与平动尺齿条移过的距离的比e＝K。本实用新型只用一个制图装置，画出椭圆、双曲线、抛物线，操作简单，给人们从事教学和工程制带来方便。
文档编号B43L11/02GK2191103SQ9322193
公开日1995年3月8日 申请日期1993年8月17日 优先权日1993年8月17日
发明者彭志刚 申请人:彭志刚