[其他]椭圆仪

说明书

椭圆仪是数学、物理以及机械建筑等学科常用的 绘图工具。根据国内外大量资料所知，自1874年美 国人Hazen申请了椭圆仪这方面专利(见 US3947968)此后这方面的专利就纷纷不断，查考近 十多年来的国际专利公报和国内有关会议发表文章 等，现有设计可分五种类型：

(1)绳索式：它是利用椭圆上的点到两焦点之和 为等长原理。这可以专利FR2355260及太原工学院 一教师81年底在山东工学院召开的全国工程图学会 上的展品及资料(以下国内举例均是该会议资料)的 椭圆仪为典型。

(2)靠模投影式：它是用圆模板在空间倾斜各种 角度再用笔紧靠着似投影线一般。可在纸面画出各 种椭圆的原理而设计。这可以US4194292为典型。

(3)圆柱斜切式：这是在分规的一只脚上套上一 只即可转动又可上下滑动并且与这脚的夹角为可调 的画笔而制成。这可以US4204327和合肥工业大学 一教师等的设计为典型。

以这三种原理的设计均不能画出很小或较扁的 椭圆。

(4)行星齿轮式：这以US4226022和黑龙江勃利 化肥厂一同志的设计为典型，但它总难克服爬行而使 图线出现锯齿状。

(5)十字槽式：这类的设计为最多。例如： DT2743352，SU454139，BG1754588等等。它的优 点是能画出较扁椭圆。缺点是滑动槽的配合精度难 保证。“正”“反”转时所画图线难以重合，槽架笨重， 使用时要求纸面高差小，操作定位不便。

本发明的目的是提供种能克服上述缺点的，具 有结构简单适用于工程制图并能画出任意给定长短 轴椭圆的仪器。

本发明的解决方案是运用了独特的数学原理，采 用隐性十字槽机构，实现了成图精确，绘画范围完备， 可以画出从长短轴相等的椭圆——圆，到两轴不等的 一般椭圆，直到短轴为零的椭圆——直线。不仅能画 大椭圆，又能方便地画出极小的(1～2mm)椭圆。 而且结构简单，操作方便，完全能满足各工程制图的 要求。

本发明结构可分：

(1)导杆头高度逼近直线运动的曲柄导杆机构。 它包括曲轴(12)，摆轴(11)，导杆(9)，这是应用数学 方法求出曲轴半径。曲轴与摆轴的中心距以及导杆 长度三者之比为1∶1.8∶7.84时导杆端点处主轴 (3)就以不直度为1000∶1的精度近似于直线运动 (以下有证明)这一运动副代替了十字槽结构中的横 槽，为本发明简化结构，取消笨重的十字架，提高精 度，提供了设计基础。

(2)纵向导杆机构。它是由主架(10)，导套(7)组 成，相当于十字槽结构中的纵槽。导套(7)在主架 (10)前端，它们的横剖面分别是开口半圆管和半圆扇 形。两者成微弹性轻抱合。既消除了间隙和转动，又 能方便地滑动，提高了精度和灵活性。

(3)转杆绘图机构。由手轮(8)，上轴(5)，手母(6)，尺 板(4)，主轴(3)，画杆(2)，笔架(1)组成。尺板(4)在 上轴(5)的下端滑动，并可以用手母(6)锁定于尺板 (4)任何位置。上轴(5)中部是球形轴，它被抱在导套 (7)一侧成松转配合可以与下面的主轴自动对心，又 从主架一侧越伸到上方，与手轮固定。手轮就能360° 转动，又推动了上轴(5)，沿主架前端纵向运动。主 轴(3)又将尺板(4)。画杆(2)固定在一个铅垂面内， 合成相当于十字槽原理中的转杆。因此移动画杆上 的笔架(1)和变换上轴(5)与在尺板(4)上的锁定点就 可以方便地确定椭圆上的长短轴。转动手轮(8)就能 画出全椭圆来。画杆(2)截面为直角梯形，它的斜腰 上有刻度可以确定长轴，直角腰上有顶丝槽，笔架上 有相应的直角梯形滑槽及顶丝，使笔尖能在槽板中心 同一铅直面内移动和固定。尺板(4)上有刻度可以确 定短轴。

(4)支架。它包括主架(10)，底脚(13)。两者用 螺杆连接，底脚可以转动到“顶死”于支架成角度位 置，用于绘图。并用底脚尾部两针来作两点定位，此 时绘图机构处悬伸状态，笔尖便浮动在纸上，可以适 应纸面的不平和笔尖的长短。底脚又可转动到与仪 器同平面内，用与盒装。

导杆头高度逼近直线运动的曲柄导杆机构的设 计。

主轴(3)受导杆(9)。曲轴(12)和摆轴(11)等的 约束，产生特定的曲线运动，如图4取坐标系，取曲轴 中心为原点O，OP为曲轴半径，(-x₀，0)为摆轴中 心，RP为摆杆，R(X，Y)为主轴中心。它的轨迹方程 是：