专利名称：基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，属于一般的物理方法和装置。
背景技术：
目前市场上有各种各样的几何体模型，主要用作教学用具、儿童智力玩具等。有的模型是实体的，不可拆，虽然形体直观、结构牢固，但只能观察其外形，不能动态观察空间立体的建构过程；有的模型是通过连在一起的面板折叠而成，虽然形象直观，但模型稳固性不好，很容易散架；有的模型由一条条的杆子连接而成，不太直观形象，且结构稳固性不够；市场上也有用燕尾榫连接的拼版或拼图，如防滑的地垫，但拼接后的面是平面。
实用新型内容本实用新型的任务是所述几何体拼搭模型用燕尾榫和条形圆头榫的方式连接，利用面板材料的柔软性进行拼搭。本实用新型涉及的几何体拼搭模型包括正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体、圆柱体、圆锥体、圆台体、球体、球台体和圆环体拼搭模型，所述拼搭模型连接紧密，结构结实，外形标准，可以反复拆装。本实用新型所采取的基本的技术方案是正多面体、正棱柱体、正棱锥体和正棱台体拼搭模型面板之间的连接采用燕尾榫方式连接；圆柱体、圆锥体和圆台体拼搭模型的底面板与侧曲面板之间的连接采用燕尾榫方式连接，侧曲面板的合拢处连接采用条形圆头榫方式连接；球体、球台体和圆环体拼搭模型面板之间的连接采用条形圆头榫方式连接。所述拼搭模型在拼搭时充分利用材料的柔软性，适时岔开两相连接面板之间的相对位置，使相邻边上的有规律分布的榫头和榫槽一一配对，相互紧密榫合连接而成为结实的模型。本实用新型所采用的具体的技术方案是 所述几何体拼搭模型的面板侧面(7)与正面(8)成一定的角度，相应拼搭模型的面板之间采用燕尾榫方式连接的，其相应边上的侧面(7)与正面(8)所成的角等于两连接面板之间所成的二面角；相应拼搭模型的面板之间采用条形圆头榫方式连接的，其相应边上的侧面(7)与正面(8)所成的角正好使两榫合侧面紧密合拢。所述拼搭模型面板上分布的燕尾榫头长度和燕尾榫槽的深度相同，尺寸与相应面板的厚度相同，燕尾榫槽侧面(3)与底面(4)所成的标准角度是60°，也可以是45° 60°之间的任意一个角，燕尾榫头的相关部位的角度与相榫合的燕尾榫槽的相应部位角度相同。所述几何体拼搭模型所采用的燕尾榫包括燕尾榫头和燕尾榫槽，相应拼搭模型的面板的每边上燕尾榫头和燕尾榫槽的分布情况有以下两种1、相应面板的每边上间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每间隔单元里的燕尾榫头或燕尾榫槽数一个或多个；2、相应面板的每一边上只分布燕尾榫头或燕尾榫槽；同一个拼搭模型中燕尾榫头和燕尾榫槽的数量相等，并且可以一一对应榫合拼接。[0009]所述几何体拼搭模型所采用的条形圆头榫由条形圆头榫头和条形圆头榫槽组成，条形圆头榫头呈长条圆柱状，条形圆头榫槽呈长条圆筒状，分别分布在相应模型侧曲面的合拢处的两边内表面上，榫头的条形圆柱直径等于榫槽圆筒的内径，圆筒状榫槽在圆筒表面连接处有槽缝。所述正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体拼搭模型相应面板的顶点上分布着相应数量的顶角(5)，每个拼搭模型所有面板的顶角总数等于相应拼搭模型的顶点总数。所述几何体拼搭模型的面板材料是EVA橡塑材料，面板颜色不限，并印有相应图案。采用这种方法连接的拼搭模型，与背景技术中的相应模型相比具有如下优点所述几何体拼搭模型结构结实，外观标准，可以方便地反复拆装，可满足一般的教学演示和拼搭练习用。 所述几何体拼搭模型在拼搭的过程中，可以直观地显现相应几何体从平面到空间立体的建构过程，可直观地了解相应几何体的结构特点及相关性质。由于模型可以方便地拆装，节省了储存和运输空间，降低了使用和运输成本。
图I是某正六面体拼搭模型及其面板的立体结构图。图2是每边分别分布着燕尾榫头和燕尾榫槽的面板的正视图。图3是两种每边只分布着燕尾榫头或者燕尾榫槽的面板的正视图。图4某圆柱体拼搭模型的俯视图。图中I、燕尾榫头，2、燕尾榫槽，3、燕尾榫槽侧面，4、燕尾榫槽底面，5、面板顶角，6、燕尾榫头端面,7、面板侧面，，8、面板正面9、弧形燕尾榫槽,10、条形圆头榫头，11、条形圆头榫槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对实用新型做进一步详细的说明。本实用新型所述各种几何体拼搭模型的结构特点所述拼搭模型的组成面板的形状和数量分别为所述正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体拼搭模型面板是构成相应几何体拼搭模型的多边形平面面板，圆柱体模型面板是由两块相同的圆形平面底面板和长方形侧面板组成，圆锥体模型是由一块圆形平面底板和一块沿圆心尖端处渐薄的扇形侧面板组成，圆台体模型面板是由两块圆形平面底板和一块扇环侧面板组成，圆柱体、圆锥体、圆台体的侧曲面面板是靠近侧曲面合拢处与相应模型的侧曲面的曲度相同的近似平面面板，以使面板容易弯曲成相应规则的侧曲面；球面模型面板是由三块四分之一不可展球面面板、一块十六分之三不可展球面面板和一块构成十六分之一球面的可弯曲成相应球面的近似平面面板组成，球台模型面板是由两个圆形底面板和四块四等分的不可展球面板组成，圆环体模型是一个四分之一圆环体，该模型面板是由一块十六分之三圆环体不可展面板和一块构成十六分之一圆环体的可弯曲成圆环曲面的近似平面面板组成。如附图2所示，所述几何体拼搭模型的面板侧面7与正面8成一定的角度，所述相应拼搭模型的面板之间采用燕尾榫方式连接的，其相应边上的侧面7与正面8所成的角等于两连接面板之间所成的二面角；所述相应拼搭模型的面板之间采用条形圆头榫方式连接的，其相应边上的侧面7与正面8所成的角正好使两榫合侧面紧密合拢。所述正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体拼搭模型的相应面板的每边上分布着燕尾榫头或燕尾槽，圆柱体、圆锥体和圆台体的底面圆周上分布着弧形燕尾榫槽9，而与它们相匹配面板的边上分布相应的燕尾榫头，圆柱体、圆锥体和圆台体的侧曲面的合拢处的两边内表面上、球体、球台体和圆环体曲面的合拢处的两边内表面上分别分布着条形圆头榫的榫头和榫槽。如附图2所示，所述拼搭模型的面板的每边上分布的燕尾榫头长度和燕尾榫槽的深度相同，尺寸与相应面板的厚度相同；以保证榫合连接时，榫头的端面正好落在与它相匹配的面板的外表面上，保证模型的各个面是平整的；燕尾榫槽侧面(3)与其底面(4)所成的标准角度是60°，也可以是45° 60°之间的任一角度，燕尾榫头的相关部位的角度与燕尾榫槽的相应部位的角度相同，燕尾榫头的其他相关部位的线性尺寸与燕尾榫槽的相应部 位线性尺寸相匹配，以达到紧闭榫合拼接。所述几何体拼搭模型的相应面板的每边上燕尾榫头和燕尾榫槽的分布有以下两种情况I、相应面板的每边上间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每间隔单元里的燕尾榫头或燕尾榫槽数I个或多个，下面以每间隔单元里有I个燕尾榫头或燕尾榫槽为例具体说明如下如果面板的每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数目相同，则每种模型只需用一种这样的面板，如图I和图2的面板边上的燕尾榫的组成分布就是采用这种方式；如果每边上间隔分布的燕尾榫头和燕尾榫槽数不同，即燕尾榫头比燕尾榫槽多一个或燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，则一个模型所用的面板的种类有下面2种情况(I)如果面板的边数是偶数，则面板的两相邻边中的一边燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一边燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，这样每种拼搭模型只需用一种这样的面板；(2)如果面板的边数是奇数，则一个模型中要用到以下两种相应类型的面板其中一种面板有且只有两条相邻边的每边上燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，其余两相邻边中的一边燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一边燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，另一种面板是有且只有两条相邻边的每边上燕尾榫槽比燕尾榫头多一个，其余两相邻边中的一边燕尾榫头比燕尾榫槽多一个，另一边燕尾榫槽比燕尾榫头多一个。2、所述几何体拼搭模型的相应面板的每一边上只分布燕尾榫头或燕尾榫槽，如果多边形面板的边数是偶数，则相邻边分别分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每个模型只需用一种这样的面板；如果面板的边数是奇数，则一个模型所用的面板的种类有下面2种情况其中一种面板是除了有且只有两条相邻边都分布着燕尾榫头外，其余相邻边每边只分布着燕尾榫头或燕尾榫槽；另一种面板是有且只有两条相邻边都分布着燕尾榫槽外，其余相邻边每边只分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，如图3所示的面板边上的燕尾榫的组成分布就是采用这种方式；不管是采用上述何种类型的面板，一个模型中的燕尾榫头和燕尾榫槽的数量相等，并且可以一一对应紧密榫合拼接。所述几何体拼搭模型的面板的首选种类是每边分别分布着燕尾榫头和燕尾榫槽的面板。如图4所示，本实用新型所述的条形圆头榫由条形圆头榫头10和条形圆头榫槽11构成，条形圆头榫头呈长条圆柱状，条形圆头榫槽构成呈长条圆筒状，分别分布在相应模型侧曲面的合拢处的两边内表面上，圆柱体和圆台体的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫槽的圆筒体长度与两侧边的长度相同，圆锥体、球体、球台体和圆环体拼搭模型的圆柱状榫头的圆柱体长度和圆筒状榫槽的圆筒体长度在靠近模型尖端的一侧有所缩短；榫头的圆柱直径等于榫槽圆筒的内径，圆筒状榫槽在连接处有槽缝，连接时榫头的圆柱体通过槽缝嵌入到榫槽的圆筒内，达到侧曲面的紧密封闭连接。连接部分在侧曲面的内部，外侧面平整光滑。如附图I所示，所述正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体拼搭模型中的相应模型所有面板的顶角5总数等于相应几何体模型的顶点总数，每块面板上的顶角的分布可以根据情况而定，由于拼搭模型的每个顶点分配一个面板的顶角，使得拼搭模型有完整的顶点外形，具体为正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体、长方体拼搭模型中相应模型的所有面板的顶角总数分别为4个、6个、8个、12个、20个和8个，正棱柱体、正棱台体拼搭模型中相应模型的所有面板的顶角总数等于其底面正多边形面板的边数的两倍。 所述几何体拼搭模型的面板所用的材料是EVA橡塑材料，面板颜色不限，并印有 相应图案。如在圆锥体拼搭模型的外表面相应位置上印上色彩鲜明的相应圆锥体的母线。本实用新型所述各种几何体拼搭模型的拼搭方法所述正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体拼搭模型由组成模型的相应面板按一定的规则一块一块的拼搭而成，在拼搭时，要充分利用材料的柔软性能，适时岔开两相连接面板间位置，使榫头顺利嵌入榫槽中，达到规范紧密的连接。如所述正四面体模型拼搭顺序为以其中一块成型面板为底板，第二块面板的一条边与底板的一条边榫合连接，第三块面板的两条边分别于第一、二块面板的一空边榫合连接，第四块面板的三条边分别于前三块面板的各一条空边相榫合连接，在整个模型的连接中，第四块面板的连接难度最大，要充分利用面板材料的柔软性，适时岔开两连接面板之间的位置，使相应的榫头嵌入到相应的榫槽中，以达到规范的紧密的榫合连接。用类似的办法可拼搭其余种类几何体模型，注意拼搭时，模型的每个顶点只分配一个相应的面板顶角。所述圆柱体、圆锥体和圆台体拼搭模型的拼搭顺序是先完成侧曲面的成型和榫接，接着完成底面与侧曲面的连接，其方法是先用手用力慢慢地把相应侧平板弯曲成相应模型的侧曲面的形状，然后一只手在侧曲面的内侧托住条形圆头榫槽，另一只手在外侧用力把条形圆头榫头压入榫槽中，完成侧曲面的连接；接着把侧曲面的底边上燕尾榫头对准圆形底面的圆周上的燕尾榫槽，利用材料的柔软性，依次用手把燕尾榫头卷成相应的弧形嵌入到底面上的相应的弧形燕尾榫槽中，达到底面与侧曲面的相互紧密榫合连接。所述球体、球台体和圆环体拼搭模型拼搭顺序分别是所述球面模型的拼搭顺序是先连接好三个四等分球面和一个十六分之三球面，然后把构成十六分之一的球面平面面板逐渐弯曲榫接到到相应球面体的空缺部位,完成整个球体的拼搭；在十六分之一球体的拼搭过程中，可近似地演示不可展球面的近似展开图。所述球台模型的拼搭顺序是先拼搭好球台侧曲面，再拼搭上下底面，使成为一个完整的球台模型。所述圆环体模型的拼搭顺序是把构成十六分之一圆环面积的平面面板逐渐弯曲榫接到十六分之三的圆环体连接处，成为一个完整的四分之一的圆环体模型。在拼搭的过程中，可演示圆环体的近似展开图。
权利要求1.一种基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，所述拼搭模型包括正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体、圆柱体、圆锥体、圆台体、球体、球台体和圆环体拼搭模型；其特征在于正多面体、正棱柱体、正棱锥体和正棱台体拼搭模型面板之间的连接采用燕尾榫方式连接；圆柱体、圆锥体和圆台体拼搭模型的底面板与侧曲面板之间的连接采用燕尾榫方式连接，侧曲面板的合拢处连接采用条形圆头榫方式连接；球体、球台体和圆环体拼搭模型面板之间的连接采用条形圆头榫方式连接。
2.根据权利要求I所述的基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，其特征在于所述几何体拼搭模型的面板侧面(7)与正面(8)成一定的角度，相应拼搭模型的面板之间采用燕尾榫方式连接的，相应面板边上的侧面(7)与正面(8)所成的角等于两连接面板之间所成的二面角；相应拼搭模型的面板之间采用条形圆头榫方式连接的，相应面板边上的侧面(7)与正面(8)所成的角正好使两榫合侧面紧密合拢。
3.根据权利要求I所述的基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，其特征在于所述拼搭模型面板上分布的燕尾榫头长度和燕尾榫槽的深度相同，尺寸与相应面板的厚度相同，燕尾榫槽侧面(3)与底面(4)所成的标准角度是60°，也可以是45° 60°之间的任意一个角，燕尾榫头的相关部位的角度与相榫合的燕尾榫槽的相应部位角度相同。
4.根据权利要求I所述的基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，其特征在于所述拼搭模型采用的燕尾榫包括燕尾榫头(I)和燕尾榫槽(2)，所述拼搭模型相应面板每边上燕尾榫头和燕尾榫槽的分布有以下两种情况1、相应面板的每边上间隔地分布着燕尾榫头和燕尾榫槽，每间隔单元里的燕尾榫头或燕尾榫槽数一个或多个；2、相应面板的每一边上只分布燕尾榫头或燕尾榫槽；同一个拼搭模型中燕尾榫头和燕尾榫槽的数量相等，并且可以一一对应榫合拼接。
5.根据权利要求I所述的基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，其特征在于所述拼搭模型采用的条形圆头榫由条形圆头榫头(10)和条形圆头榫槽(11)组成，条形圆头榫头呈长条圆柱状，条形圆头榫槽呈长条圆筒状，分别分布在相应模型侧曲面的合拢处的两边内表面上，榫头的条形圆柱直径等于榫槽圆筒的内径，圆筒状榫槽在圆筒表面连接处有槽缝。
6.根据权利要求I所述的基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，其特征在于正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体拼搭模型相应面板的顶点上分布着相应数量的顶角(5)，每个拼搭模型所有面板的顶角总数等于相应拼搭模型的顶点总数。
7.根据权利要求I所述的基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，其特征在于所述几何体拼搭模型的面板所用材料是EVA橡塑材料，面板颜色不限，并印有相应图案。
专利摘要本实用新型公开了一种基于燕尾榫和条形圆头榫方式连接的几何体拼搭模型，属于一般的物理方法和装置；所述拼搭模型包括正多面体、正棱柱体、正棱锥体、正棱台体、圆柱体、圆锥体、圆台体、球体、球台体和圆环体等基本几何体拼搭模型；所述拼搭模型的面板之间采用燕尾榫和条形圆头榫的的方式连接；模型利用材料的柔软性实现反复拆装；该模型可以作为建构空间立体形体的教学工具及练习的载体。
文档编号A63H33/08GK202563756SQ201220027158
公开日2012年11月28日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者吴联进 申请人:吴联进