专利名称：准确椭圆抛物线规的制作方法
技术领域：
本发明涉及绘图仪器，它们是可准确地画出椭圆及抛物线的画图工具。
目前，公知技术尚没有可根据椭圆的焦距及长(或短)轴之长能准确地画出椭圆的工具(用普通拉线法欠准确，用作图法太麻烦)；也没有可根据抛物线的焦距能准确地画出抛物线的工具(用立表描点作图法太麻烦也欠准确)。
本发明的目的是提供一套画图工具，可根据椭圆的焦距及长(或短)轴之长能准确地画出椭圆；也可根据抛物线的焦距准确地画出抛物线。
本发明目的的实现分椭圆和抛物线两部分来阐述。
椭圆是到两焦点距离之和一定(不变)的点的轨迹线。我们称轨迹线上任一点到左焦点的距离为左变径，记作R1，称轨迹线上这一点到右焦点的距离为右变径，记作R2，则椭圆就是左右两变径之和(R1+R2)不变的点的轨迹线。在用本发明的椭圆规画椭圆时，把圆环(连圆环座)固定于左焦点；把线枪(连线枪座)固定于右焦点；从圆环到轨迹笔再从轨迹笔到线枪拉一条细金属线，线尾在绕过线枪后用线夹固定在右变径线上；线夹的作用一是调节长(或短)轴之长，二是使细金属线的总长度在画图过程中始终不变；手持轨迹笔，绷紧细金属线即可画出左半个椭圆，将两焦点互换，可画出另半个椭圆。在本椭圆规中圆环可在圆环座内自由转动，细金属线焊于圆环边缘，使左变径的延长线始终通过圆环轴(左焦点之与纸面的垂直线)；在轨迹笔中部装有定线套，左变径线从其下面小孔穿入再从其上面小孔穿出即为右变径线，使穿过上下两小孔的细金属线始终与轨迹笔同轴；在轨迹笔中部在左右两变径线拉出的部位开有两碉堡窗，使左右两变径线在180度张角之内无阻挡；在轨迹笔的下部装有弹性笔尖且制有一端现面可使轨迹笔始终能垂直于纸面；线枪可在线枪座内自由转动，而线枪尾孔的右变径线之折回点正位于线枪座的中心轴线(右焦点之与纸面的垂直线)上；所用细金属线要求是易弯曲而不易拉长。在整个画图过程中，因圆环座及线枪座始终不动，因细金属线始终被绷紧，因细金属线始终无丝毫的缠绕，故左右两变径线线长之和(R1+R2)始终保持不变，故本发明的椭圆规所画出的轨迹线是准确的椭圆。
抛物线是符合函数式y＝ax2的点的轨迹线。我们称抛物线上任一点到其焦点的距离为变径，记作R；称抛物线上这点到中心轴线的距离为x1；称抛物线上这点到抛物线顶点的轴向距离为y1，而到抛物线终端的轴向距离为y2，称抛物线顶点到终端的轴向距离为y，则有y＝y1+y2之关系；称从焦点到抛物线顶点的距离为焦距，记作f.先来证明抛物线存在着一个变径定律抛物线的变径始终为该变径尾端到抛物线顶点的轴向距离与其焦距之和，即R＝y1+f。证明如下因它是抛物线，故y1＝ax2及4af＝1两式成立。因R2＝x12+(y1-f)2(因是直角三角形)＝x12+(ax12-f)2＝x12+a2x14-2afx12+f2＝a2x14+2afx12+f2＝(ax12+f)2＝(y1+f)2，故在只取实值时得R＝y1+f。此变径定律为本发明的抛物线规提供了理论根据。在用本发明的抛物线规画抛物线时，把圆环(连圆环座)固定于焦点；把线尾座固定于平行滑尺的最右端；轨迹笔装于平行滑尺且可在其滑槽中作左右滑动，平行滑尺尺身可作上下平移滑动；从圆环到轨迹笔再从轨迹笔到线尾座拉一条细金属线，在调节好焦距后用小铁夹把线尾端夹固在线尾座的线尾孔上；手持轨迹笔，绷紧细金属线即可画出上下两半(即全部)抛物线。在本抛物线规中圆环的结构和作用与椭圆规中的基本上相同，仅仅是稍低一点使它不会和平行滑尺相碰即可；轨迹笔的结构和作用也和椭圆规中的差不多，因在这里轨迹笔是装在平行滑尺上的，故其定线套的长度要稍大于平行滑尺的厚度，变径线从平行滑尺下面的小孔穿入再从其上面的小孔穿出即为y2线，在轨迹笔的中部还装有一滑块，使轨迹笔既可沿平行滑尺的中心轴线左右滑动又可绕自身中心轴转动；在平行滑尺的左右两端制有与尺身相垂直的左右两滑脚，使平行滑尺可沿靠安装在画图板上的左右两条平行板条作上下平移滑动；平行滑尺尺身高于圆环座，使它们在画图时不会相碰；其它方面的情况和椭圆规中的相类同。在整个画图过程中，因细金属线始终被绷紧，因细金属线始终无丝毫缠绕，还因y2线始终保持和轨迹线的中心轴线平行，故从轨迹笔(即所画轨迹线上任一点)到圆环(即焦点)的线长(即变径R)与这点到轨迹线终端的轴向线长(即y2)之和(即R+y2)始终不变；这两个线长之和(R+y2)在轨迹笔处于轨迹线顶点时为y+f(y＝y1+y2).由R+y2＝y+f可得出R＝y1+f之结论。可见此轨迹笔所画出的轨迹线完全符合上面所说的抛物线的变径定律R＝y1+f，所以说本发明的抛物线规所画出的轨迹线是准确的抛物线。
由于采用上述方案，根据椭圆的焦距及长(或短)轴之长可有工具准确地画出椭圆；根据抛物线的焦距可有工具准确地画出抛物线。
下面结合附图用实施例对本发明作进一步说明。
图1是三点两线式椭圆规画椭圆的状况图。图2是定线套式椭圆轨迹笔总装纵剖面构造图，图3是图2的A--A剖视图，图4是图2的B--B剖视图。图5是画椭圆用圆环(连座)的纵半剖面构造图。图6是线枪(连座)的纵剖面构造图。图7是三点两线式抛物线规画抛物线的状况图。图8是定线套式抛物线轨迹笔总装纵剖面构造图。图9是画抛物线用圆环(连座)的纵半剖面构造图。图10是线尾座纵剖面构造图，图11是图10的C--C剖视图。图12是平行滑尺的俯视图，图13是图12的E--E剖视图，图14是图12的F--F剖视图。图15是三点三线式椭圆规画椭图的状况图。图16是线夹正视图，图17是图16的G--G剖视图。图18是圆环式椭圆轨迹笔总装纵半剖面构造图。图19是左线枪(连座)纵剖面构造图，图20是图19的A向视图。图21是右线枪(连座)纵剖面构造图，图22是图21的B向视图。图23是三点三线式抛物线规画抛物线的状况图。图24是圆环式抛物线轨迹笔总装纵半剖面构造图。图25是线枪与紧线左臂连接的纵剖面构造图。图26是紧线左、中臂连接的纵剖面构造图。图27是紧线中、右臂连接的纵剖面构造图。图28是紧线右臂和线尾柱连接的纵半剖面构造图。
附图中1.定线套式椭圆轨迹笔 2.圆环(连座) 3.线枪(连座)4.线夹 5.细金属线 6.定线套轴 7.上定线套片 8.下定线套片 9.上定线套压环 10.下定线套压 11.定线套身 12.螺母 13.螺母盖 14.压紧块 15.弹簧 16.笔尖 17.笔尖套 18.圆环 19.圆环座 20.圆环钉 21.线枪 22.线枪转盘 23.线枪座 24.线枪钉 25.定线套式抛物线轨迹笔 26.线尾座 27.平行滑尺 28.平行板条 29.滑块 30.线尾孔片 31.线尾块32.螺钉 33.螺母 34.左线枪(连座) 35.右线枪(连座) 36.圆环式椭圆轨迹笔 37.线夹片 38.线夹箍 39.定位螺母 40.笔身[相当于定线套身(11)] 42.上圆环 43.下圆环 44.紧线左臂 46.紧线中臀 46.紧线右臂 47.圆环式抛物线轨迹笔 48.线尾柱 49.铆钉 50.线尾柱轴图1--图6是三点两线式椭圆规的实施例。在用本规画椭圆时将圆环(连座)(2)固定于左焦点；把线枪(连座)(3)固定于右焦点；从圆环(连座)(2)到定线套式椭圆轨迹笔(1)再到线枪(连座)(3)拉一条细金属线(5)，在调节好长(或短)轴之长后，线尾在绕过线枪(21)(图6)孔后用线夹(4)固定在右变径线上[线夹(4)由线夹片(37)与线夹箍(38)组成(如图16、图17所示)]；绷紧细金属线(5)用轨迹笔(1)即可画出左半个椭圆(状况如图1所示)，另半个椭圆将左右两焦点互换后可画出。在本椭圆规中圆环(18)可在圆环座(19)内自由转动(图5)，细金属线(5)焊于圆环(18)边缘，使左变径线之延长线始终通过圆环座(19)的轴心线(即左焦点上的与画面之垂直线)(图1、图5)；在轨迹笔(1)中部装有定线套(6、7、8)，左变径线从下定线套片(8)的中心小孔穿入再从上定线套片(7)的中心小孔穿出即为右变径线(图1、图2)，上定线套片(7)及下定线套片(8)用焊或粘的方法同心地固定在定线套轴(6)上，定线套轴(6)的中心也较大(图1、图4)，这样做是为了定线套(6、7、8)容易加工，定线套的作用是使穿过其中心轴孔的细金属线(5)始终与轨迹笔(1)同轴(图2)；在轨迹笔的中部、在左右两变径线拉出的部位、在定线套身(11)及上定线套压环(9)、下定线套压环(10)上开有两个180度的碉堡窗孔(图2、图3)，可使左右两变径线在180度张角之内无阻挡；在轨迹笔(1)的下部装有笔尖(16)并有弹簧(15)把笔尖(16)弹向纸面，在定线套身(11)的下端以螺纹连接有笔尖套(17)，它一方面使更换笔尖(16)方便另一方面使整个轨迹笔(1)易于始终垂直于纸面；在定线套身(11)的上部有螺母(12)、螺母盖(13)及压紧块(14)可把定线套(6、7、8)等零件压紧固定；线枪(21)焊在线枪转盘(22)上，该焊接体可在线枪座(23)上绕中心轴转动(图6)，线枪(21)的中心孔的轴线通过线枪座的中心轴线，使右变径线(或延长线)能通过线枪座的中心轴线(右焦点上的与画面之垂直线)(图1)。
图7--图14是三点两线式抛物线规的实施例。在用本规画抛物线时，将圆环(连座)(2)固定于焦点，将线尾座(26)固定于平行滑尺(27)的最右端；定线套式抛物线轨迹笔(25)可在平行滑尺(27)的滑槽内作左右滑动，平行滑尺(27)可沿靠平行板条(28)作上下平移滑动；从圆环(2)到轨迹笔(25)再到线尾座(26)拉一细金属线(5)，在调节好焦距后用小铁夹(图中未画出)把线尾端夹固在线尾座(26)的线尾孔片(30)(图10)上；绷紧细金属线(5)用轨迹笔(25)即可画出上下两半(即全部)抛物线(状况如图7所示)。在本抛物线规中圆环(连座)(2)的结构和作用与椭圆规中的基本相同，仅仅是改变了一点圆环(18)、圆环钉(20)的尺寸、形状，为的是使整个圆环(连座)(2)低于平行滑尺(27)，使它们在画图中不会相碰(比较图9、图5可知)；轨迹笔(25)的结构和作用也和椭圆规中的轨迹笔(1)差不多(比较图8、图2)，在轨迹笔(25)中其定线套轴(6)经轨迹笔(1)中的定线套轴(6)长，其长度要等于平行滑尺(27)的厚度；在轨迹笔(25)中部还装有一滑块(29)，其中心孔呈圆和定线套身(11)相配合，其外形呈方和平行滑尺(27)的滑槽相配合；在平行滑尺(27)上在滑槽段是宽口朝上(图8、图10)，使滑块(29)可在其中滑动；在平行滑尺(27)的右端则是宽口朝下(图10、图11)，以便于安装线尾座(26)；在轨迹笔(25)中的笔尖套(17)也和轨迹笔(1)中的笔尖套(17)有所不同(图8、图2)，在图2中的有一较大的端平面，而在图8中的则无须有；图10、图11所示的是线尾座(26)和平行滑尺(27)的连接情况，用螺钉(32)、螺母(33)把线尾块(31)固定在平行滑尺(27)的最右端，线尾块(31)其前端嵌入平行滑块(27)的固定槽中(宽口朝下)，其后端能处于平行滑尺(27)的表面，可套入螺钉(32)，线尾孔片(30)焊于线尾块(31)的前端并能使细金属线(5)(y线)与平行滑尺(27)同轴心线；在平行滑尺(27)的两端制有与尺身相垂直的左右两滑脚，可沿靠安装在画图板(图中未画出)上的平行板条(28)作上下平移滑动(图7)；其它方面的情况和椭圆规中的相类同。
图15--图22是三点三线式椭圆规的实施例。在用本规画椭圆时将左线枪(连座)(34)固定于左焦点；把右线枪(连座)(35)固定于右焦点；在左线枪(连座)(34)、右线枪(连座)(35)、圆环式椭圆轨迹笔(36)三者之间拉有细金属线(5)，在调节好长(或短)轴之长后用线夹(4)把两线尾夹固在左右两焦点之间；绷紧细金属线(5)用轨迹笔(36)即可画出左半个椭圆(状况如图15所示)，另半个椭圆将左右两焦点互换后可画出。在本椭圆规中左线枪(34)及右线枪(35)的结构和作用(图19、图21)与图6中的线枪(3)是一样的，仅仅是各自的高低有所不同而已；轨迹笔(36)(图18)与轨迹笔(1)(图2)有所不同，在图18中，上圆环(42)、下圆环(43)由于定位螺母(39)不会使它们被压紧，故可在笔身(40)上自由转动，焊于圆环边缘的细金属线(5)的延长线正通过轨迹笔(36)的中心轴线；而其它情况，如螺母(12)、螺母盖(13)、弹簧(15)、笔尖(16)及笔尖套(17)的构造和作用皆和图2中的各相应零件相同或相类同。
图23--图28是三点三线式抛物线规的实施例。在用本规画抛物线时，将线枪(连座)(3)固定于焦点，将线尾柱(48)固定于平行滑尺(27)的最右端；圆环式抛物线轨迹笔(47)可在平行滑尺(27)的滑槽内作左右滑动，平行滑尺(27)可沿靠平行板条(28)作上下平移滑动；在线枪(连座)(3)与线尾柱(48)之间装有一紧线臂(44、45、46)，紧线臂由紧线左臂(44)、紧线中臂(45)、紧线右臂(46)三臂组成(图23)；紧线左臂(44)的左端孔与线枪转盘(22)一起用线枪钉(24)固定于抛物线的焦点(图25、图23)，紧线左臀(44)的右端孔与紧线中臂(45)的左端孔以及紧线中臂(45)的右端孔与紧线右臂(46)的左端孔用铆钉(49)连接(图25、图26、图28)；紧线中臂(45)的左右两端皆装有线枪(21)，两线枪(21)尾的出线正处在其连接铆钉(49)之中心轴线上(图26、图27、图23)；紧线右臂(46)的右端孔与线尾柱轴(50)相连接(图28)，在线尾柱轴(50)的上端装有上定线套片(7)、在其中部在平行滑尺(27)之下装有下定线套片(8)(图28)，用螺母(39)把线尾柱轴(50)固定在平行滑尺(27)滑槽之右端(图28、图23)；从轨迹笔(47)到线枪(连座)(3)，从轨迹笔(47)到线尾柱(48)及在线枪(连座)(3)与线尾柱(48)之间通过紧线臂(44、45、46)拉有细金属线(5)(图23)，在调节好焦距之后用线夹(4)把两线尾夹固在紧线中臂(45)中间(图中未画出)；紧线臂(44、45、46)的作用是在线枪(连座)(3)与线尾柱(48)之间的距离变化时使它们之间拉有的细金属线(5)的长度始终不变，从而保证了(R+Y2)之和在画图过程中始终不变；线尾柱(48)可使Y2线始终在平行滑尺(27)的中心轴线上，还可使平行滑尺(27)与紧线臂(44、45、46)在画图过程中不相碰；绷紧细金属线(5)，把紧线臂(44、45、46)置于下方时可画出上半部抛物线，置于上方时可画出下半部抛物线。图24中的轨迹笔(47)与图18中的轨迹笔(36)及图8中的轨迹笔(25)在构造和作用方面相类同图24中的上圆环(42)、下圆环(43)、螺母(12)、螺母盖(13)、定位螺母(39)、弹簧(15)、笔尖(16)等皆和图18中各相应零件相同或相类同；图24中的平行滑尺(27)、滑块(29)、笔尖套(17)等皆和图8中各相应零件相同或相类同。而图24中的平行滑尺(27)及平行板条(28)皆和图7中的完全相同。
权利要求
1.一套可画椭圆及抛物线的工具，由焦点座、轨迹笔、细线等组成，其特征是a.椭圆规在左右两焦点座及轨迹笔之间拉有细金属线，在画图过程中所拉线的总长度始终无丝毫变化，轨迹笔始终易和纸面垂直；b.抛物线规在焦点座、轨迹笔及装于平行滑尺右端的线尾座(柱)之间拉有细金属线，在画图过程中所拉线的总长度始终无丝毫变化，轨迹笔始终垂直于纸面。
2.根据权利要求1(a)所述的画图工具，其特征是在左焦点座[圆环(连座)]、定线套式轨迹笔及右焦点座[线枪(连座)]之间拉有细金属线，组成三点两线式椭圆规。
3.根据权利要求1(a)所述的画图工具，其特征是在左右两焦点座[左右两线枪(连座)]及圆环式轨迹笔之间拉有细金属线，组成三点三线式椭圆规。
4.根据权利要求1(b)所述的画图工具，其特征是在焦点座[圆环(连座)]、定线套式轨迹笔及装于平行滑尺右端的线尾座之间拉有细金属线，组成三点两线式抛物线规。
5.根据权利要求1(b)所述的画图工具，其特征是在焦点座[线枪(连座)]、圆环式轨迹笔及装于平行滑尺右端的线尾柱之间并通过线枪(连座)与线尾柱之间的紧线三臂拉有细金属线，组成三点三线式抛物线规。
全文摘要
一套可画椭圆及抛物线的画图工具，根据椭圆的焦距及长(或短)轴之长能准确地画出椭圆；根据抛物线的焦距能准确地画出抛物线。在画图过程中，所拉的细金属线总长始终无丝毫变化；轨迹笔始终与纸面相垂直。附图所示是抛物线规之一例，图中1.焦点座、2.轨迹笔、3.线尾座、4.细金属线、5.平行滑尺、6.平行板条、7.所画抛物线。
文档编号B43L11/04GK1109416SQ9410367
公开日1995年10月4日 申请日期1994年3月31日 优先权日1994年3月31日
发明者陈端生 申请人:陈端生