专利名称：一笔画任意抛物线和双曲线的曲线仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种画任意抛物线和双曲线的手动绘图工具。
背景技术：
至今，一般科技人员和在校学生还在采用几何画法画抛物线和双曲线，既繁琐又画不准，浪费人们宝贵的时间和精力。发明内容本发明的目的是提供一种一笔即可画出任意抛物线和双曲线的普及型手动的曲线仪。本发明包括由一个底盘，三个安装在底盘上的悬臂和三个分别装配在每个悬臂外端的支脚构成的机架；由底盘朝上一面的一个条形支撑导轨，一个镶有齿条的条形滑动导轨，和一个配有圆形手柄的动力齿轮构成的动力系统；引导绘图笔的运动轨迹，从而画出所求的抛物线和双曲线，是由以下一个共用定点机构，实现画抛物线的辅助定点机构和其它零部件，实现画双曲线的第二点机构和两个传动系统来实现的共用定点机构包括两个大小相同的定点齿轮，装在同一个空心的传动轴上，通过一个轴承分别配置在底盘的上、下方，称为上轮和下轮；一个轴中轴，结合在空心传动轴的空心内；一个空心圆柱件，以定点齿轮为中心固定在底盘朝下的一面，其内壁有一圈凹槽； 一个U形连接件，有一定的高度，横向内宽大于定点齿轮的外圆，厚度大于轴中轴的直径， 底部几何中心有一个与轴中轴相配合的圆孔，口朝上固定在轴中轴的下端；一块其中的一条边为弧线的四边形摆动平板，平行于底盘并高于定点齿轮的下轮，弧形边伸向空心圆柱件内壁的凹槽内，弧形边的对边在U形连接件的上端与之连接，工作时绕定点齿轮的轴线摆动；一个摆动支撑导轨，固定在摆动平板朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨，结合在摆动支撑导轨上，齿条与定点齿轮的下轮啮合；滑动悬臂导轨朝下一面的一端固定有一块小平板，小平板平面上离开滑动悬臂导轨的一端有一圆孔，此圆孔的圆心与定点齿轮圆心的连线和滑动悬臂导轨平行；一个有缺口的空心圆柱件，以定点齿轮为中心，缺口朝下固定的底盘朝上的一面，其内壁也有一圈凹槽；一个传动齿轮，在有缺口的空心圆柱件内与定点齿轮的上轮啮合，并通过空心圆柱件的缺口与条形滑动导轨上的齿条啮合；一块扇形摆动平板，其弧形边伸向有缺口的空心圆柱件内壁的凹槽内，扇形的顶部固定在轴中轴的上端，与底盘平行并高于定点齿轮的上轮；一个中介齿轮，装配于扇形摆动平板朝下的一面，与定点齿轮的上轮啮合，工作时除了绕自己的轴心旋转外，还会随同固定在轴中轴下端的U形连接件和摆动平板一道绕定点齿轮的轴线摆动；一个传动轴支架，固定在有缺口的空心圆柱件外围的底盘上；一个悬空的直立传动轴，上端装有齿轮，配置于传动轴支架上， 其轴线与定点齿轮的轴线重合；一个微型的万向联轴器，配置在中介齿轮的传动轴和直立传动轴之间；一个摆动齿轮，配置在能够绕直立传动轴摆动的一块平板上，与直立传动轴上端的齿轮永久啮合，通过摆动，将直立传动轴的动力按需要传递给第一或第二传动系统。实现画抛物线的辅助定点机构包括两个大小相同的定点齿轮，装在同一个传动轴上，通过一个轴承分别配置在底盘的上、下方，称为上轮和下轮；一个空心圆柱件，以定点齿轮为中心固定在底盘朝下的一面，其内壁也有一圈凹槽；一块其中的一边为弧线的四边形摆动平板，平行于底盘并高于定点齿轮的下轮，弧形边伸向空心圆柱件内壁的凹槽内，靠近弧形边对边的中点有一圆孔，利用此圆孔将摆动平板套在定点齿轮的传动轴上，可绕此传动轴摆动；一个摆动支撑导轨，固定在摆动平板朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨，结合在摆动支撑导轨上，齿条与定点齿轮的下轨啮合；一块小平板，固定在滑动悬臂导轨朝下一面的一端，其平面上离开滑动悬臂导轨的一端有一圆孔，此圆孔的圆心与定点齿轮圆心的连线和滑动悬臂导轨平行；一个传动齿轮，配置在底盘的上方，与条形滑动导轨的齿条和定点齿轮的上轮啮合。实现画抛物线的其它零部件包括一个齿条连杆，朝下的一面镶有齿条，两端分别与共用定点机构和辅助定点机构中的两个滑动悬臂导轨于小平板的圆孔处铰接相连，铰接轴为空心轴，两个空心铰接轴轴线间的距离等于共用定点机构中定点齿轮的轴线和辅助定点机构中定点齿轮的轴线之间的距离；一个画抛物和双曲线共用的绘图笔，垂直向下装配在任意一个空心铰接轴的空心内，笔尖可起落；一个细长的圆柱齿轮轴，配置在底盘朝下的一面，在齿条连杆的下方与之垂直相交并与之齿条啮合；两根可绕自己轴心旋转的细长圆杠，紧贴齿条连杆朝上的一面配置在圆柱齿轮轴的两侧并与之平行。实现画双曲线的第二定点机构包括两个相同的支撑导轨，在底盘朝下一面平行固定在底盘上一个长方形开口的两侧；两个相同的移置导轨，分别结合在两个支撑导轨上； 一个滚动轴承，外圈固定在两个移置导轨上将两个移置导轨连为一体；一块平行于底盘的圆形转动平板，固定于滚动轴承内圈朝下的一面，随轴承内圈的转动而转动；一个转动支撑导轨，其几何中心对准圆形转动平板的中心，固定于转动平板朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨，结合在转动支撑导轨上，其朝上的一面和共用定点机构中滑动悬臂导轨上的小平板朝下的一面处于同一平面，其对称轴的一端有一竖直的圆孔，画双曲线时，与共用定点机构中滑动悬臂导轨上的小平板在此圆孔铰接，铰接轴为空心轴，并且绘图笔也应该垂直向下装配在这个空心轴的空心内；一个中介齿轮，通过一个轴承配置在圆形转动平板朝下的一面，与滑动悬臂导轨的齿条啮合；一个传动轴支架，对准底盘上的长方形开口固定于底盘朝上的一面；一个高位支撑导轨，一端固定在传动轴支架上，另一端固定在共用定点机构中的另一个传动轴支架上，在其对称轴的中间部分有一个条形开口 ；一个高位移置导轨，结合在高位支撑导轨上；一个直立的传动轴，配置在高位移置导轨上，上端高于高位移置导轨，下端通过高位支撑导轨上的开口伸向开口的下方，其轴线与其下方的圆形转动平板的轴线重合；一个微型万向联轴器，配置在中介齿轮的传动轴和直立传动轴之间。第一传动系统是在画抛物线时，将共用定点机构中摆动齿轮的动力传递给圆柱齿轮轴，以推动齿条连杆做与条形滑动导轨的直线运动等速但方向相反的直线运动；第二传动系统是在画双曲线时，将摆动齿轮的动力传递给第二定点机构中的直立传动轴，从而带动第二定点机构中的中介齿轮以与共用定点机构中的中介齿轮相同的线速度和方向旋转。画抛物线时，首先转动圆形手柄，使动力齿轮获得动力，并由条形滑动导轨将动力传递给共用定点机构和辅助定点机构，使两机构中的两个滑动悬臂导轨作同速同方向的直线运动，同时由第一传动系统将动力传递给圆柱齿轮轴，以带动齿条连杆作与条形滑动导轨等速但方向相反的直线运动，这样，配置于任意一个空心铰接轴内的绘图笔的运行轨迹， 都会是一个标准的抛物线；而当取下齿条连杆，将共用定点机构中的滑动悬臂导轨与第二定点机构中的滑动悬臂导轨铰接相连，并由第二传动系统将动力传递给第二定点机构，使第二定点机构中的中介齿轮以与共用定点机构中的中介齿轮相同的速度和方向旋转，这样，绘图笔的运行轨迹，会是一个标准双曲线的一支。
因为本发明一笔即可快速准确地画出所求抛物线和双曲线的一支，从而会为有关科技人员和在校学生节省宝贵的作图时间及精力。将本发明作为教具，对于启迪学生的观察力、想象力和创造力，可起到潜移默化的作用。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是本发明的(顶视)示意图。
具体实施方式
本发明包括一个机架、一个动力系统、一个共用定点机构、实现画抛物线的辅助定点机构及其它零部件、实现画双曲线的第二定点机构和两个传动系统， 其中一个机架，包括一个底盘(1)，形状为由一个大椭圆的两部分和两条凸起的小抛物线围成的关于X轴的对称图形；三个平行于底盘(1)的悬臂O)，其中相互对称的两个垂直于χ轴，安装在底盘(1)的左半边，而安装在底盘(1)右端的另一个的对称轴则与χ轴重合；三个直脚(3)，分别垂直向下装配在每个悬臂(2)的外端。一个动力系统，包括一个平行于χ轴的支撑导轨G)，安装在底盘(1)朝上的一面；一个镶有齿条的条形滑动导轨(5)，结合在条形支撑导轨(4)上；一个动力齿轮(6)，配置在底盘(1)朝上的一面，与条形滑动导轨(5)的齿条啮合；一个圆形手柄(7)，安装在动力齿轮(6)的传动轴上，转动此手柄，动力齿轮(6)会获得动力并由条形滑动导轨( 将动力传送出去。一个共用定点机构，包括两个大小相同的定点齿轮(8)，装在同一个空心的传动轴上，分别配置在底盘(1)的上、下方，称为上轮和下轮，其轴心在两个支脚(3)的垂直于χ 轴的连线与χ轴的交点；一个轴中轴，配置在空心传动轴的空心内；一个空心圆柱件(9)， 以定点齿轮(8)为中心固定在底盘(1)朝下的一面，其内壁有一圈凹槽；一个U形连接件 (10)，有一定的高度，横向内宽大于定点齿轮(8)的外圆，厚度大于轴中轴的直径，底部几何中心有一个与轴中轴相配合的圆孔，口朝上固定在轴中轴的下端；一块其中的一条边为弧线的四边形摆动平板(11)，平行于底盘⑴并高于定点齿轮⑶的下轮，弧形边伸向空心圆柱件(9)内壁的凹槽内，弧形边的对边在U形连接件(10)的上端与之连为一体，工作时绕定点齿轮(8)的轴线摆动，其上配有一个制动器，用以控制其摆动；一个摆动支撑导轨 (12)，固定在摆动平板(11)朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨(13)，结合在摆动支撑导轨(12)上，齿条与定点齿轮(8)的下轮啮合；一块小平板(14)，固定在滑动悬臂导轨(13)朝下一面的一端，其平面上离开滑动悬臂导轨(13)的一端有一圆孔，此圆孔的圆心与定点齿轮⑶圆心的连线和滑动悬臂导轨(13)平行；一个有缺口的空心圆柱件(15)，以定点齿轮(8)为中心，缺口朝下固定在底盘(1)朝上的一面，其内壁也有一圈凹槽；一个传动齿轮(16)，在有缺口的空心圆柱件(15)内与定点齿轮⑶的上轮啮合，并通过空心圆柱件(1 的缺口与条形滑动导轨( 上的齿条啮合；一块扇形摆动平板(17)，其弧形边伸向空心圆柱件(1 内壁的凹槽内，扇形顶部固定在轴中轴的上端，与底盘(1)平行且高于定点齿轮(8)的上轮；一个中介齿轮(18)，装配于扇形摆动平板(17)朝下的一面，与定点齿轮(8)的上轮啮合，工作时除了绕自己的轴心旋转外，还会随同固定在轴中轴下端的U形连接件(10)和摆动平板(11) 一道绕定点齿轮(8)的轴线摆动，其传动轴的上端在扇形摆动平板(17)的上方；一个传动轴支架，固定在空心圆柱件(1 外围的底盘上；一个悬空的直立传动轴，上端装有齿轮，配置于传动轴支架上，其轴线与定点齿轮(8)的轴线重合；一个
6微型的万向联轴器，配置在中介齿轮(18)的传动轴和直立传动轴之间；一个摆动齿轮，配置在能够绕直立传动轴摆动的一块平板上，与直立传动轴上端的齿轮永久啮合，通过摆动， 将直立传动轴的动力按需要传递给第一或第二传动系统；滑动悬臂导轨(13)朝下的一面和条形滑动导轨( 朝上的一面各有一组相同的刻度，刻度的读数为所作抛物线的焦点与顶点间的距离和所作双曲线的一个焦点与较近的一个顶点间的距离，这个距离等于滑动悬臂导轨(13) —端的空心铰接轴的轴线对准χ轴时与定点齿轮⑶的轴线间的距离，摆动支撑导轨(1 和支撑导轨(4)上各有一个标记对准这两组刻度。实现画抛物线的辅助定点机构，包括两个大小相同的定点齿轮(19)，装在同一个传动轴上，通过一个轴承分别配置在底盘(1)的上、下方，称为上轮和下轮，其轴心在X轴上；一个空心圆柱件00)，以定点齿轮(19)为中心固定在底盘(1)朝下的一面，其内壁也有一圈凹槽；一块其中的一边为弧线的四边形摆动平板(21)，平行于底盘(1)并高于定点齿轮(19)的下轮，弧形边伸向空心圆柱件00)内壁的凹槽内，靠近弧形边对边的中点有一圆孔，利用此圆孔将摆动平板套在定点齿轮(19)的传动轴上，可绕此传动轴摆动，其上配有一个制动器，以控制其摆动；一个摆动支撑导轨(22)，固定在摆动平板朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨(23)，结合在摆动支撑导轨0 上，齿条与定点齿轮的下轮啮合；一块与小平板(14)处于同一平面的小平板(M)，固定在滑动悬臂导轨03) 朝下一面的一端，其平面上离开滑动悬臂导轨03)的一端有一圆孔，此圆孔的圆心与定点齿轮(19)圆心的连线和滑动悬臂导轨平行；一个传动齿轮(25)，配置在底盘(1)的上方，与条形滑动导轨(5)的齿条和定点齿轮(19)的上轨啮合。实现画抛物线的其它零部件，包括一个齿条连杆( )，朝下的一面镶有齿条，两端分别于小平板(14)、(24)朝下一面的圆孔处与之铰接相连，铰接轴为空心轴，两个空心铰接轴轴线间的连线与定点齿轮(8)和(19)的轴线间的连线长度相等且相互平行；一个共用的绘图笔，垂直向下装配在任意一个空心铰接轴的空心内，其笔尖可起落；一个细长的圆柱齿轮轴(27)，配置在底盘(1)朝下的一面，在齿条连杆06)的下方与之垂直相交并与之齿条啮合；两个细长的圆杠( )，在外力作用下可绕自己的轴心旋转，紧贴齿条连杆06) 朝上的一面配置在圆柱齿轮轴(XT)的两侧并与之平行，用以保证齿条连杆06)始终与底盘(1)盘面保持平行，并保证齿条连杆06)的齿条与圆柱齿轮轴(XT)轮齿的良好啮合。实现画双曲线的第二定点机构，包括两个相同的支撑导轨(四)，在底盘(1)朝下一面平行于X轴固定在底盘(1)上的一个长方形开口(30)的两侧；两个相同的移置导轨(31)，分别结合在两个支撑导轨09)上；一个滚动轴承(32)，外圈固定在两个移置导轨 (31)上并将它们连为一体，其轴心在χ轴上；一块平行于底盘(1)的圆形转动平板，固定于滚动轴承(3 内圈朝下的一面，随滚动轴承(3 内圈的转动而转动；一个可取代滚动轴承(3 的空心圆柱件，其内壁有一圈凹槽，工作时圆形转动平板在此凹槽内滑动；一个转动支撑导轨(33)，其几何中心对准圆形转动平板的圆心，固定于圆形转动平板朝下的一面； 一个镶有齿条的滑动悬臂导轨(34)，结合在转动支撑导轨(3 上，其朝上的一面和小平板(14)朝下的一面处在同一平面，其对称轴的一端有一个竖直的圆孔，画双曲线时与小平板(14)在此圆孔铰接，铰接轴为空心轴，绘图笔垂直向下装配在这个空心轴的空心内；一个中介齿轮(35)，通过一个轴承配置在圆形转动平板朝下的一面，与滑动悬臂导轨(34)的齿条啮合，其传动轴的上端在圆形转动平板的上方；一个传动轴支架，对准底盘(1)上的长方形开口固定于底盘(1)朝上的一面；一个高位支撑导轨，平行于底盘(1)，一端固定在传动轴支架上，另一端固定在共用定点机构中的另一个传动轴支架上，其对称轴的中间部分有一个条形开口 ；一个高位移置导轨，结合在高位支撑导轨上，通过连接件与两个移置导轨 (31)相连，以随它们的移动而移动；一个直立传动轴，配置在高位移置导轨上的一个圆孔内，上端装有齿轮，下端通过高位支撑导轨上的开口伸向开口的下方，其轴线与圆形转动平板的轴线重合；一个微型万向联轴器，配置在中介齿轮(3 的传动轴和直立传动轴之间； 两个相同的支撑导轨09)朝下的一面，各有一组相同的刻度，刻度的读数为所作双曲线的焦距，等于定点齿轮(8)的轴线与滚动轴承(32)轴线间的距离，两个移置导轨(31)上各有一个相同的标记分别对准这两组刻度。两个传动系统分别由不同数量的传动轴和齿轮构成，第一传动系统是在画抛物线时，将共用定点机构中摆动齿轮的动力传递给圆柱齿轮轴(27)，以推动齿条连杆06)做与条形滑动导轨(5)的直线运动等速但方向相反的直线运动；第二传动系统是在画双曲线时，将摆动齿轮的动力传递给第二定点机构中的直立传动轴，从而带动中介齿轮(3 以与中介齿轮(18)相同的线速度和方向旋转，此系统中，有一个移置齿轮，装在第二定点机构中直立传动轴的上方平行于高位支撑导轨的一根高位传动轴上，针对所求双曲线不同的焦距，通过调整移置齿轮在高位传动轴上的位置，以保证其与第二定点机构中直立传动轴上端的齿轮啮合。本发明的工作原理是，当转动手柄(7)时，条形滑动导轨( 会带动共用定点机构和辅助定点机构中的各轮运转，并由定点齿轮(8)、(19)的下轮分别推动滑动悬臂导轨 (13),(23)作同速同方向的直线运动，这样，配置在滑动悬臂导轨(13)或03)与齿条连杆 (26)的空心铰接轴内的绘图笔，就会以滑动悬臂导轨(13) “23)做直线运动的速度和方向作离开或靠近定点齿轮(8)或(19)的轴线的直线运动，同时，共用定点机构中的直立传动轴所获得的动力，会通过第一传动系统传递给圆柱齿轮轴(27)，以推动齿条连杆06)两端的铰接轴做作与条形滑动导轨(5)的直线运动同速但方向相反的离开或靠近平行于y轴的一条定直线的直线运动，其结果，绘图笔的运行轨迹会是焦点在定点齿轮(8)或(19)的轴线上，准线为平行于y轴的一条定直线的抛物线；但如果滑动悬臂导轨(13)不是与齿条连杆06)铰接，而是与滑动悬臂导轨(34)铰接相连，并且共用定点机构中直立传动轴所获得的动力，是通过第二传动系统传递给第二定点机构中的直立传动轴，这样，装配在铰接轴空心内的绘图笔在作离开或靠近定点齿轮(8)的轴线的直线运动的同时，还会以同速作离开或靠近轴承(3 的轴线的直线运动，其结果，绘图笔的运动轨迹会是两个焦点分别在定点齿轮(8)和轴承(32)的轴线上，实轴为绘图笔笔尖分别至这两个焦点的距离的差得绝对值的双曲线的一支。画抛物线的步骤①通过转动手柄(7)，使齿条连杆06)两端的两个空心铰接轴的轴心均对准χ轴，然后将摆动平板(11)、(21)上的制动器均调整为制动状态；②将摆动齿轮与第一传动系统分离，然后继续通过转动手柄(7)以调整铰接轴轴心在χ轴上的位置， 使摆动支撑导轨(1 上的标记所对准的滑动悬臂导轨(1 上的刻度的读数为所求抛物线的焦点与顶点间的距离；③重新将摆动齿轮与第一传动系统相结合，然后将两个制动器均调整为松间状态；④将绘图笔装配于一个空心铰接轴内，三个支脚C3)对准绘图纸面画好的辅助丁字线把机架平放于绘图纸面，然后放下绘图笔的笔尖；⑤用一只手以顺时针方向转动手柄(7)并轻轻压住机架，同时用另一只手的手指或辅助物轻轻推动或拉动齿条连杆06)的中间部位，以引导空心铰接轴的轴心离开χ轴，然后继续以顺时针方向转动手柄 (7)，这样，绘图笔笔尖就会在绘图纸面画出所求抛物线的一半，之后抬起绘图笔笔尖并以逆时针方向转动手柄(7)，当绘图笔重新接近χ轴时，再用另一只手的手指或辅助物轻轻拉动或推动齿条连杆06)的中间部位，以引导空心铰接轴轴心重新对准χ轴，而后放下绘图笔笔尖重新实施步骤⑤，即可画出所求抛物线的另一半。图1中所示的起始点为A点的抛物线，是在开始实施步骤⑤时，装配在齿条连杆06)右侧空心铰接轴空心内的绘图笔的笔尖没有放下，机架也没有平放于绘图纸面，而是当空心铰接轴轴心到达A点时，才按步骤④ 将机架平放于绘图纸面，并放下绘图笔的笔尖，然后以逆时针方向转动手柄(7)，当铰接轴轴心接近χ轴时，用另一只手的手指或辅助物轻轻推动齿条连杆06)的中间部位，以引导空心铰接轴轴心到达并越过χ轴，但当到达χ轴时，要立即改为以顺时针方向转动手柄(7)， 使空心铰接轴继续以所求抛物线的轨迹运行，这样，绘图笔笔尖从A点开始，一笔便可画出所求的抛物线。 画双曲线的步骤；①通过转动手柄(7)，使齿条连杆06)左端的空心铰接轴轴心于定点齿轮(8)的左侧对准χ轴，然后将摆动平板(11)、(21)上的制动器均调整为制动状态，并将齿条连杆06)从滑动悬臂导轨(1；3)“2；3)上取下；②继续转动手柄(7)，使摆动支撑导轨(1 上的标记所对准的滑动悬臂导轨(1 上的刻度的读数为所求双曲线的一个焦点和与其较近的一个顶点间的距离，然后经调整使两个移置导轨(31)上的两个标记分别对准的两个支撑导轨09)上的两个刻度的读数均为所求双曲线的焦距；③调整第二传动系统中的移置齿轮在高位传动轴上的位置，使之与第二定点机构中直立传动轴上端的齿轮啮合，而后将滑动悬臂导轨(13)、(34)铰接相连，并将绘图笔装配于铰接轴的空心内，然后调整摆动齿轮的位置，使其与第二传动系统相结合；④将摆动平板(11)上的制动器调整为松闸状态，三个支脚C3)对准绘图纸面画好的辅助十字线，把机架平放于绘图纸面，然后放下绘图笔笔尖；⑤用一只手以顺时针方向转动手柄(7)并轻轻压住机架，同时用另一只手的手指或辅助物轻轻推动或拉动铰接轴的所在部位，以引导空心铰接轴的轴心离开χ轴， 然后继续以顺时针方向转动手柄(7)，这样，绘图笔笔尖就会在绘图纸面画出所求双曲线一支的一半，之后抬起绘图笔笔尖并以逆时针方向转动手柄(7)，当绘图笔重新接近χ轴时， 再用另一只手的手指或辅助物轻轻拉动或推动铰接轴的所在部位，以引导空心铰接轴轴心重新对准χ轴，而后放下绘图笔笔尖重新实施步骤⑤，即可画出所求双曲线的一支的另一半。图1中所示的起始点为B点的双曲线的一支，为假设滑动悬臂导轨(13)、(34)已经铰接相连的条件下，在开始实施步骤⑤时，没有放下绘图笔的笔尖，机架也没有平放于绘图纸面，而是当空心铰接轴轴心到达B点时，才按步骤④将机架平放于绘图纸面并放下绘图笔笔尖，然后以逆时针方向转动手柄(7)，当铰接轴轴心接近χ轴时，用另一只手的手指或辅助物轻轻推动空心铰接轴的所在部位，以引导空心铰接轴轴心到达并越过χ轴，但当到达 χ轴时，要立即改为以顺时针方向转动手柄(7)，使空心铰接轴继续以所求双曲线的轨迹运行，这样，绘图笔笔尖从B点开始，一笔便可画出所求的双曲线的一支。
权利要求
1. 一种一笔画任意抛物线和双曲线的曲线仪，其特征在于一个机架包括一个底盘(1)，形状为由一个大椭圆的两部分和两条凸起的小抛物线围成的关于X轴的对称图形；三个平行于底盘(1)的悬臂O)，其中相互对称的两个垂直于 χ轴，安装在底盘(1)的左半边，而安装在底盘(1)的右端的另一个的对称轴则与χ轴重合； 三个支脚(3)，分别垂直向下装配在每个悬臂O)的外端；一个动力系统包括一个平行于χ轴的支撑导轨G)，安装在底盘(1)朝上的一面；一个镶有齿条的条形滑动导轨( ，结合在条形支撑导轨(4)上；一个动力齿轮(6)，配置在底盘(1)朝上的一面，与条形滑动导轨(5)的齿条啮合；一个圆形手柄(7)，安装在动力齿轮 (6)的传动轴上，转动此手柄，动力齿轮(6)会获得动力并由条形滑动导轨( 将动力传送出去；一个共用定点机构包括两个大小相同的定点齿轮(8)，装在同一个空心的传动轴上， 分别配置在底盘(1)的上、下方，称为上轮和下轮，其轴心在两个支脚(3)的垂直于χ轴的连线与χ轴的交点；一个轴中轴，配置在空心传动轴的空心内；一个空心圆柱件(9)，以定点齿轮(8)为中心固定在底盘(1)朝下的一面，其内壁有一圈凹槽；一个U形连接件(10)， 有一定的高度，横向内宽大于定点齿轮(8)的外圆，厚度大于轴中的直径，底部几何中心有一个与轴中轴相配合的圆孔，口朝上固定在轴中轴的下端；一块其中的一条边为弧线的四边形摆动平板(11)，平行于底盘(1)并高于定点齿轮(8)的下轮，弧形边伸向空心圆柱件 (9)内壁的凹槽内，弧形边的对边在U形连接件(10)的上端与之连为一体，工作时绕定点齿轮(8)的轴线摆动，其上配有一个制动器，用以控制其摆动；一个摆动支撑导轨(12)，固定在摆动平板(11)朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨(13)，结合在摆动支撑导轨 (12)上，齿条与定点齿轮(8)的下轮啮合；一块小平板(14)，固定在滑动悬臂导轨(13)朝下一面的一端，其平面上离开滑动悬臂导轨(13)的一端有一圆孔，此圆孔的圆心与定点齿轮⑶圆心的连线和滑动悬臂导轨(13)平行；一个有缺口的空心圆柱件(15)，以定点齿轮(8)为中心，缺口朝下固定在底盘(1)朝上的一面，其内壁也有一圈凹槽；一个传动齿轮 (16)，在空心圆柱件(15)内与定点齿轮⑶的上轮啮合，并通过空心圆柱件(15)的缺口与条形滑动导轨( 上的齿条啮合；一块扇形摆动平板(17)，其弧形边伸向空心圆柱件(15) 内壁的凹槽内，扇形顶部固定在轴中轴的上端，与底盘(1)平行且高于定点齿轮(8)的上轮；一个中介齿轮(18)，装配于扇形摆动平板(17)朝下的一面，与定点齿轮(8)的上轮啮合，工作时除了绕自己的轴心旋转外，还会随同固定在轴中轴下端的U形连接件(10)和摆动平板(11) 一道绕定点齿轮(8)的轴线摆动，其传动轴的上端在扇形摆动平板(17)的上方；一个传动轴支架，固定在空心圆柱件(1 外围的底盘上；一个悬空的直立传动轴，上端装有齿轮，配置于传动轴支架上，其轴线与定点齿轮(8)的轴线重合；一个微型的万向联轴器，配置在中介齿轮(18)的传动轴和直立传动轴之间；一个摆动齿轮，配置在能够绕直立传动轴摆动的一块平板上，与直立传动轴上端的齿轮永久啮合，通过摆动，将直立传动轴的动力按需要传递给第一或第二传动系统；实现画抛物线的辅助定点机构包括两个大小相同的定点齿轮(19)，装在同一个传动轴上，通过一个轴承分别配置在底盘(1)的上、下方，称为上轮和下轮，其轴心在χ轴上；一个空心圆柱件00)，以定点齿轮(19)为中心固定在底盘(1)朝下的一面，其内壁也有一圈凹槽；一块其中的一边为弧线的四边形摆动平板(21)，平行于底盘(1)并高于定点齿轮(19)的下轮，弧形边伸向空心圆柱件00)内壁的凹槽内，靠近弧形边对边的中点有一圆孔，利用此圆孔将摆动平板套在定点齿轮(19)的传动轴上，可绕此传动轴摆动，其上配有一个制动器，以控制其摆动；一个摆动支撑导轨(22)，固定在摆动平板朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨(23)，结合在摆动支撑导轨0 上，齿条与定点齿轮的下轮啮合；一块与小平板(14)处于同一平面的小平板(M)，固定在滑动悬臂导轨03)朝下一面的一端，其平面上离开滑动悬臂导轨03)的一端有一圆孔，此圆孔的圆心与定点齿轮(19)轴心的连线和滑动悬臂导轨平行；一个传动齿轮(25)，配置在底盘(1)的上方，与条形滑动导轨(5)的齿条和定点齿轮(19)的上轨啮合；实现画抛物线的其它零部件包括一个齿轮连杆( )，朝下的一面镶有齿条，两端分别于小平板(14)、(24)朝下一面的圆孔处与之铰接相连，铰接轴为空心轴，两个空心铰接轴轴线间的连线与定点齿轮(8)和(19)的轴线间的连线长度相等且相互平行；一个共用的绘图笔，垂直向下装配在任意一个空心铰接轴的空心内，其笔尖可起落；一个细长的圆柱齿轮轴(27)，配置在底盘(1)朝下的一面，在齿条连杆06)的下方与之垂直相交并与之齿条啮合；两个细长的圆杠( )，在外力作用下可绕自己的轴心旋转，紧贴齿条连杆06)朝上的一面配置在圆柱齿轮轴(XT)的两侧并与之平行；实现画双曲线的第二定点机构包括两个相同的支撑导轨(四)，在底盘(1)朝下的一面平行于χ轴固定在底盘(1)上的一个长方形开口(30)的两侧；两个相同的移置导轨 (31)，分别结合在两个支撑导轨09)上；一个滚动轴承(32)，外圈固定在两个移置导轨 (31)上并将它们连为一体，其轴心在χ轴上；一块平行于底盘(1)的圆形转动平板，固定于滚动轴承(3 内圈朝下的一面，随滚动轴承(3 内圈的转动而转动；一个转动支撑导轨 (33)，其几何中心对准圆形转动平板的圆心，固定于转动平板朝下的一面；一个镶有齿条的滑动悬臂导轨(34)，结合在转动支撑导轨(3 上，其朝上的一面和小平板(14)朝下的一面处在同一平面，其对称轴的一端有一个竖直的圆孔，画双曲线时与小平板(14)在此圆孔铰接，铰接轴为空心轴，绘图笔垂直向下装配在这个空心轴的空心内；一个中介齿轮(35)，通过一个轴承配置在圆形转动平板朝下的一面，与滑动悬臂导轨(34)的齿条啮合，其传动轴的上端在圆形转动平板的上方；一个传动轴支架，对准底盘(1)上的长方形开口固定于底盘(1)朝上的一面；一个高位支撑导轨，平行于底盘(1)，一端固定在传动轴支架上，另一端固定在共用定点机构中的另一个传动轴支架上，其对称轴的中间部分有一个条形开口 ；一个高位移置导轨，结合在高位支撑导轨上，通过连接件与两个移置导轨(31)相连，以随它们的移动而移动；一个直立传动轴，配置在高位移置导轨上的一个圆孔内，上端装有齿轮， 下端通过高位支撑导轨上的开口伸向开口的下方，其轴线与其下方的圆形转动平板的轴线重合；一个微型万向联轴器，配置在中介齿轮(3 的传动轴和直立传动轴之间；两个传动系统分别由不同数量的传动轴和齿轮构成，其中第二传动系统中，有一个移置齿轮，装在第二定点机构中的直立传动轴的上方平行于高位支撑导轨的一根高位传动轴上，针对所求双曲线不同的焦距，通过调整移置齿轮在高位传动轴上的位置，以保证其与第二定点机构中直立传动轴上端的齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的曲线仪，其特征在于一个可取代滚动轴承(32)的空心圆柱件，其内壁有一圈凹槽，工作时圆形转动平板在此凹槽内滑动。
全文摘要
本发明提供了一种一笔画任意抛物线和双曲线的曲线仪，包括一个底盘1，三个悬臂2，三个支脚3，当转动底盘朝上一面的手柄7时，动力齿轮6会推动滑动导轨5作直线运动，从而带动传动齿轮16和25将动力传递给定点齿轮8和19的上轮，因而底盘1朝下一面的定点齿轮8和19的下轮会分别推动与齿条连杆26铰接相连的滑动悬臂导轨13和23作用速同方向的直线运动，与此同时，与定点齿轮8的上轮啮合的中介齿轮18会将动力通过第一传动系统传递给齿轮轴27，以推动齿条连杆26作直线运动，这样，装配于齿条连杆26任意一端的铰接轴空心内的绘图笔在滑动悬臂导轨13、23的直线运动和齿条连杆26的直线运动的共同作用下的运行轨迹就是抛物线。
文档编号B43L11/00GK102501687SQ20111034883
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者董国奇 申请人:董国奇