[发明专利]一种椭圆规

说明书

技术领域

本发明属于绘图器具范畴，亦涉及文教办公用具，具体为一种椭圆规。 

背景技术

椭圆规是人们期待已久的教学仪器和绘图工具。如果说圆规是伴随了人类文明史，那么对椭圆规的梦想也由来已久。古今中外不知有多少孜孜不倦的追求者，除了古代中国，史载的还有古希腊和文艺复兴时期，当时的一些科学家都参与了椭圆规的构思设计，甚至达芬奇就搞过设计方案，如传世于今的“达芬奇椭圆仪”。时至今日，仍有不少爱好者醉心于此，研发机械原理的椭圆规，相关专利层出不穷，其中不乏精巧的优秀构思。但是，由于构思设计所遵循和依存的理论原理(即数学定义、命题)没有突破传统的、经典的数学范畴，在机械表现的过程中无法简单化从而体现其实用性，进而普及推广，只能作为“概念设计”而欣赏、把玩，因此，椭圆规总的说来还是个市场空白。虽然当今设计领域已进入电脑时代，但生产实践和教学活动中仍然存在对椭圆规的需求，尤其是一种可以任意调节参数的、精准的、操作简便的、造价低廉的椭圆规。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便、易于调节、精确度高的椭圆规，以满足人们教学、设计、绘图等方面的需求，填补绘图器具的一个空白。 

为了解决上述技术问题，发明人提出并证明了一个崭新的数学命题，即“公转自转说”，从理论原理上突破，另辟蹊径构思设计了一种椭圆规，向实用方面大大迈进了一步。 

“公转自转说”的具体内容是：“一圆沿着一圆形轨道旋转(公转)，它同时自转，如果自转方向与公转方向相反，且自转角速度是公转角速度的两倍，那么此动圆上任意点的轨迹是椭圆。” 

基于此原理的椭圆规，使通过简单机械运动实现数学曲线的可视化成为可能，本发明中的“两线三级”齿轮机械传动模式是一个相对优化简约的实施例，它不仅充分体现了数学原理，具有实用功能性，还展示出一种机械结构和机械运动的美感。 

本发明椭圆规，结构上分为操控、传动和调节三部分。操控部分包括手柄和绘图旋钮；传动部分是一个综合系统，体现为“两线”“三级”传动模式；调节部分概括为“一算二移三开”的操作步骤。 

进一步，操控上表现为双手操作绘图模式，一手持紧手柄，并始终保持圆心脚的垂直状态，一手转动绘图旋钮，由于齿轮传动的可逆性，使用者可象使用普通圆规一样自由绘图，可正负360度操作；手柄兼具机械总平台功能，传动系统以此作为依靠和起点向下展开。 

进一步，传动系统的“两线”是指“公转线”和“自转线”，两线布局将绘图旋钮的旋转动能一分为二，以两条线路传递给不同的需求点：一是标尺杆的正方向旋转(公转)，二是笔杆的反方向倍速旋转(自转)。“两线”上下平行，通过共轴关联，两线上的第一齿轮为主动轮组，均为连轴轮，第二齿轮为从动轮组，上为连轴轮，下为轴承轮，轴承轮套握轴芯，与轴芯同向不同速，起支点和承前启后的作用。 

进一步，“公转线”位于结构上层，包括两个并列的直径相同的连轴齿轮，一主一从，主动齿轮的轴芯向上穿过手柄与绘图旋钮连结；从动齿轮的轴芯向下延伸与标尺杆和圆心脚连结，三者同体，转动同步。 

进一步，“自转线”位于结构下层，部件包括主动齿轮、从动齿轮、变向齿、伞齿轮、水平斜齿杆、竖直斜齿轮、旋转笔夹，其中①变向齿与从动齿轮同体，一轮两齿，上受下传；②伞齿轮与水平斜齿杆同体，一杆两型，前受后传；③竖直斜齿轮与旋转笔夹同体，一芯两接，上受下传。“自转线”全程两次变速(齿轮转动速度)、两次转轴(齿轮轴芯横直转化)，三次变向(齿轮旋转方向)，到达笔夹时旋转方向正好与标尺杆的旋转方向相反，与数学原理吻合。 

进一步，所述“三级”是“自转线”的分级：第一级为“变速级”，主动齿轮与从动齿轮的直径比为2∶1，将转速放大一倍，以此补充标尺杆转动带来的角度抵消；第二级为“变速变向级”，变向齿与伞齿轮的齿数比为2∶1，转速再次被放大一倍，这是数学原理要求所致，同时此结构使旋转轴变向90度，由竖转横；第三级为“等速变向级”，水平斜齿杆与竖直斜齿轮的传动方式再次使转轴变向90度，由横转竖，且齿条配置和直径大小均相同，成为等速传递。水平斜齿杆平行、上置于标尺杆，标尺杆两端设置有轴承座；竖直斜齿轮下端连结着旋转笔夹，笔夹的转动，带动笔杆转动，实现“自转”，完成绘图。