专利名称：一种多功能内旋轮线绘制工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及儿童教育领域的曲线绘制工具和图案组合绘制方法，特别涉及一种多功能内旋轮线绘制工具。
背景技术：
内旋轮线(hypotrochoid)是一种数学曲线，定义描述为追踪附着在围绕半径为 R的固定的圆内侧滚转的半径为r的圆上的一个点得到的转迹线，这个点到内部滚动的圆的中心的距离是d。内旋轮线的参数方程是
特殊情况包括d=r的内摆线和R=2r的椭圆。经典的螺旋图玩具追踪出内旋轮线和外旋轮线。传统绘制内旋轮线的工具，多采用一块曲线板，内部镂空圆孔，孔上有轮齿，与小齿轮配合，通过齿轮啮合的方法绘制。但是，上述现有的绘图工具，孔与小齿轮无紧密结合关系，绘制图形时容易产生齿轮偏离轨道；受此限制，其所绘图案的数量有限，各种叠加式内旋轮线绘制无法实现，单调的曲线无法更多地激起儿童的学习兴趣。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于包括一组环和一组齿轮，所述环中的最外环内缘具有轮齿；中间环内缘和外缘都具有轮齿；所述齿轮的外缘具有轮齿，轮身上具有各种镂空形状；所述齿轮中大、小齿轮的齿数之比，化简为最简分数时，其分母就是小齿轮的自转数，分子就是小齿轮沿着大齿轮的公转数；绘图时，必须至少取用所述一组环中的一个，以及一组齿轮环中的一个。所述外环外形是波噜噜头形状。所述镂空形状包括圆形、正方形、三角形、四角梅花形、心形、椭圆形、水滴形，这些镂空形状在每一齿轮上为单一一种，或几种的组合。除最外一个环，其他各环上均设有定位孔。所有环内侧轮廓上均设置有防止齿轮偏离的环形台阶面。所有环上和齿轮上的轮齿齿形均为三角形。本发明由于采取以上技术方案，其具有如下有益效果1、本发明由一组具有内轮齿的环和一组具有外轮齿的齿轮组成，齿形均为三角形，可以无动力连续啮合更流畅。外轮廓有轮齿的组件，放入直接较大的内轮廓有轮齿的组件中，通过齿轮啮合往复运动，内圆组
发明内容
3件上的一个点运动轨迹可形成内旋轮线；采用内部组件上不同的点，形成的运动曲线不同。
2、外环、中环、内环、齿轮可以构成完整的无间隙整体，便于收纳和拼组。3、中间环内、外均有轮齿，使其可以作为绘制内旋轮线的外环使用，同时内环还可以与齿轮一组合成整体，作为绘制内旋轮线的内部齿轮使用。4、内环可以与齿轮一组成一个整体齿轮,作为齿数为内环的齿轮使用。5、齿轮内部有心形、三角形、梅花形等各种形状，当绘图笔在这些形状内绘制内旋轮线时，笔尖在齿轮运行到某一位置时会自动移到下一可停驻点，继续绘制图形，这时可以形成叠加式的复杂内旋轮线，图案变化多样。6、在环内可以放置几个齿轮，可以绘制叠加的内旋轮线。7、在环的内轮廓上,均设计有台阶面，防止内部齿轮啮合时齿轮偏离运行轨迹。8、总之，该工具既可以作为儿童活动的教具，灵活应用于儿童教育活动中，通过各种针对性的题目和游戏，全方位地开发儿童的大脑思维，激发孩子创作的热情，并提升其自主学习能力。并且，该多功能绘图工具，结构简单、组组合灵活、功能齐全，使用方便，形式变化多样，适用于艺术、数学、科学等儿童教育学科的教学和作品创作中，通过丰富的图案设计和展现，全方位地开发儿童的大脑思维，提升儿童的自主学习能力和艺术创作素养。
图I为表示本发明结构的正视图。图2为表示构成本发明的各个组件的正视图。图3为本发明中，外环和齿轮的台阶面局剖图。
图4为本发明中，外环、中环、内环、齿轮一组件组合时的正、反面视图。
图5为本发明中，中环、内环、齿轮一组合时的正、反面视图。图6为本发明中，中环与齿轮一组合时的正、反面视图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。如图I、图2所示，本发明由一组环和一组齿轮组成，例如环包括外环I、中环2和内环3，甚至是更多；齿轮有齿轮一 4、齿轮二 5、齿轮三6、齿轮四7，甚至是更多。但是，对于绘制内旋轮线来讲，必须至少有一个环和一个齿轮组合才能完成绘图。本发明以三环四齿轮为例予以介绍，作为最外面的一个环一外环1，外形是波噜噜 (BoIooIoo)头的形状，内缘具有轮齿；位于里面的中环2和内环3的内缘和外缘都具有轮齿。齿轮一 4、齿轮二 5、齿轮三6、齿轮四7外缘有都轮齿，用于与环啮合，或齿轮与齿轮之间啮合。齿轮轮身上有小圆孔和/或其他各种有一定规则的镂空形状包括正方形、三角形、四角梅花形、心形、椭圆形、水滴形等。所有的环和齿轮上的轮齿齿形一致，均为三角形。进一步地，作为中间环的中环2、内环3上均设有定位孔8 (如图I所示)，定位孔8 是便于孩子先确定几个点的位置，然后在上面分别绘制图形。进一步地，所有环的内侧轮廓上均可设计有环形台阶面9，如图3所示，防止内部齿轮啮合时齿轮偏离运行轨迹。本发明一实施例中，外环I的内缘轮齿齿数与中环2的外缘轮齿齿数相等，中环2 的内缘轮齿齿数与内环3的外缘轮齿齿数相等，内环3的内缘轮齿齿数与齿轮一 4的轮齿齿数相等，齿轮二 5、齿轮三6、齿轮四7的轮齿齿数与内环3的内缘轮齿齿数不相等。分别选取外环I内缘轮齿齿数为140 ;中环2外缘轮齿齿数为140,内缘轮齿齿数为96 ;内环 3外缘轮齿齿数为96,内缘轮齿齿数为63 ;齿轮一 4轮齿齿数为63 ;齿轮二 5轮齿齿数为 52 ;齿轮三6轮齿齿数为36 ;齿轮四7轮齿齿数为28。轮齿齿数和绘制的曲线间的关系为 大小齿轮的齿数之比，约为最简分数时，其分母就是小齿轮的自转数，也就是图案中的花瓣数；分子就是小齿轮沿着大齿轮的公转数。根据最简分数，设计出合适的齿数，选择不同的齿轮与不同的孔，使得绘制出来的图案形状各不相同。绘图时，外环I、中环2和内环3中，可以任取一个环，或任取两个环的组合，或取三个环的组合都可以。同样，齿轮一 4、齿轮二 5、齿轮三6、齿轮四7中，也是至少取一个才可实现画图，当然根据画图需要，可取几个的组合。总之，至少有一个环和一个齿轮才能实现绘图。但是，如果环与齿轮的半径差距过小，控制难度加大，不利于绘图。图4所示为外环I、中环2、内环3和齿轮一 4组成完整无间隙的图案。图5所示为中环2、内环3和齿轮一 4组成的一个完整的大齿轮,作为齿数为中环2外缘齿数的齿轮使用。图6所示为内环3与齿轮一 4组成的一个完整的大齿轮,作为齿数为内环3外缘齿数的齿轮使用。中环2、内环3具有外缘轮齿，外缘可以啮合齿轮，可以在绘制外旋轮线时， 作为内部大齿轮使用。利用外环、中环、内环其一或几个的组合作为曲线绘制的外部定圆，齿轮一 齿轮四其一或几个的组合作为内部动圆。内部动圆放入外部定圆中，通过齿轮的啮合往复运动。 制图时，将工具放在纸上，按住外部定圆，使其紧贴在纸上，不能移动，笔取内部动圆上的一个点(从齿轮内侧的孔取点)，动圆紧贴定圆内壁滚动，这时笔尖的运动轨迹就可形成内旋轮线。齿轮内部不同的孔，距离圆心点的距离有所不同，绘制的曲线也有所不相同。画出来的图形依大小、形状和颜色不同，可以互相叠加、组合，形成美丽的图案；
还有一个绘制的实施例如下把笔放在齿轮一 4或齿轮二 5中的心形、三角形、梅花形等形状中，放入外环I或中环2中绘制内旋轮线，笔尖在齿轮运行到某一位置时会自动移到下一可停驻点，继续绘制图形，这时可以形成叠加式的复杂内旋轮线，图案变化多样。画出来的图形依大小、形状和颜色不同，可以互相叠加、组合，形成美丽的图案。当将齿轮置于环的外部，把笔尖插入齿轮的某个小孔中，使齿轮与环啮合运转时， 会画出各种形状的外旋轮线，此可作为绘制内旋轮线方法的扩展。
权利要求
1.一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于包括一组环和一组齿轮，所述环中的最外环内缘具有轮齿；中间环内缘和外缘都具有轮齿；所述齿轮的外缘具有轮齿，轮身上具有各种镂空形状；所述齿轮中大、小齿轮的齿数之比，化简为最简分数时，其分母就是小齿轮的自转数， 分子就是小齿轮沿着大齿轮的公转数；绘图时，必须至少取用所述一组环中的一个，以及一组齿轮环中的一个。
2.如权利要求I所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于所述外环外形是波噜噜头形状。
3.如权利要求I所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于所述镂空形状包括圆形、正方形、三角形、四角梅花形、心形、椭圆形、水滴形，这些镂空形状在每一齿轮上为单 种，或几种的组合。
4.如权利要求2所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于所述镂空形状包括圆形、正方形、三角形、四角梅花形、心形、椭圆形、水滴形，这些镂空形状在每一齿轮上为单 种，或几种的组合。
5.如权利要求I或2或3或4所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于除最外一个环，其他各环上均设有定位孔。
6.如权利要求I或2或3或4所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于所有环内侧轮廓上均设置有防止齿轮偏离的环形台阶面。
7.如权利要求5所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于所有环内侧轮廓上均设置有防止齿轮偏离的环形台阶面。
8.如权利要求I或2或3或4或7所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于 所有环上和齿轮上的轮齿齿形均为三角形。
9.如权利要求5所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于所有环上和齿轮上的轮齿齿形均为三角形。
10.如权利要求6所述的一种多功能内旋轮线绘制工具，其特征在于所有环上和齿轮上的轮齿齿形均为三角形。
全文摘要
本发明提供了一种多功能内旋轮线绘制工具，由一组环和一组齿轮组成，所述环中的最外环内缘具有轮齿；中间环内缘和外缘都具有轮齿；齿轮的外缘具有轮齿，轮身上具有各种镂空形状；所述齿轮中大、小齿轮的齿数之比，化简为最简分数时，其分母就是小齿轮的自转数，分子就是小齿轮沿着大齿轮的公转数；绘图时，必须至少取用所述一组环中的一个，以及一组齿轮环中的一个。将笔插入齿轮或环上不同孔位和不同形状中，利用内外齿轮啮合往复运动，创作出封闭的内旋轮线。本工具结构简单，功能齐全，使用方便，形式变化多样，适用于艺术、数学、科学等儿童教育学科的教学和作品创作。
文档编号B43L13/00GK102582327SQ20121005120
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者丁雪卿, 刘进新, 李宏明 申请人:北京洪恩教育科技股份有限公司