門型多能圓柱圓錐截面曲線規的制作方法

專利名稱:門型多能圓柱圓錐截面曲線規的制作方法
一種繪圖規的改進。
現有繪制圓錐曲線的儀器和規有三類一是單功能的，僅能繪橢圓或雙曲線或拋物線等；二是圓錐曲線繪圖儀，帶有比例尺等復雜結構的繪圖儀器(西德的，專利號為DT－2325782)和帶有直尺，劃線板、拉桿等復雜結構的繪圖儀器(蘇聯的，專利號SU－539790)；三是圓錐曲線規(中國的，專利申請號為85200874)雖能畫橢圓、雙曲線、拋物線，但其結構較復雜，沒有保證規體平面垂直于紙平面π的裝置，且需間接作圖換祘等。
本實用新型綜合正圓柱和多種正圓錐截面曲線成圖規律，用簡單的結構和方法按多種類型已知條件用相應通用方法繪制雙曲線、拋物線和橢圓。是一種具有一線多法成圖功能和把圓錐平面曲線投
繪制到曲面上成空間立體曲線的實用繪圖規。
本實用新型的結構是主腿(5)系統和三叉副腿(15)系統分別由螺帽(8)和螺釘(13)固定在定位板(12)，主腿(5)的軸線和三叉副腿(15)的軸線均垂直于定位板(12)的下平面。在三叉副腿(15)系統中，定位套筒(16)套在三叉副腿(15)上，可繞其轉動和沿其軸向滑動。定位套筒(16)下端和支撐腿(18)上端的側面貼緊，由螺釘(17)把其鉸鏈在一起可成任一張角。三叉副腿(15)的下端是三叉尖形的，其三叉尖三點共線，此線垂直于三叉副腿(15)軸線。三叉副腿(15)系統是支撐規體并使規體平面與繪圖面構成傾角，即主腿(5)軸線與繪圖面之間的傾角。主腿(5)系統中，附有規柄(10)的主腿(5)裝在主套筒(7)中，而主套筒(7)裝在定位板(12)的槽中，由螺帽(8)固定。這就是說，繪圖過程中，三叉副腿(15)系統與定位板(12)及主套筒(7)在空間靜止不動，運動的部分僅僅是主腿(5)系統。主腿(5)在主套筒(7)中可自由旋轉和軸向滑動。當二個定位環(6)和(9)向主套筒(7)靠攏并分別由螺釘(14)和(11)固緊時，主腿(5)只能轉動。主腿(5)下端的軸線側面跟筆套筒(2)上端的軸線側面由螺釘(4)鉸鏈可成任一張角。當主腿(5)運動就帶動筆套筒(2)內只能伸縮的或由螺釘(3)固緊的繪筆(1)作復合運動，從而完成繪制橢圓、拋物線、雙曲線等功能。由于這樣的結構中具有繪筆(1)的筆桿是可伸長縮短的。因此，當在平面上調整好規體各部件角度和長度等達到繪制所需平面圓錐曲線圖形后，只要固定三叉副腿(15)尖和支撐腿(18)尖于曲面上，就可把平面圓錐曲線投影繪制在曲面上成為空間立體曲線。這是現有技術未能達到的。
與現有技術比較，除結構簡單外，還具有一線多法成圖功能，操作便利，對多種類型的已知條件，一般無需間接作圖等換算就可直接利用，只調整二個張角便能靈活地繪出所需圓錐曲線。
附圖圖1、門形多能圓柱圓錐曲線規示意圖圖2、正圓錐截面法(一)繪橢圓和雙曲線示意圖圖3、正圓錐截面法(一)繪拋物線示意圖圖4、正圓錐截面法(二)繪橢圓、雙曲線、拋物線示意圖圖5、正圓柱截面法繪橢圓示意圖甲、正圓錐截面法(一)繪圓錐曲線在平面π上已知圓錐曲線上相異的二點H和F，其到曲線的對稱軸LG的距離分別為HG＝h，FL＝l，LG＝f，而O≤l＜h，其中當曲線為有心的橢圓和雙曲線時，則取FL，HG為曲線對稱軸同側(橢圓則在長短軸同側)的情形，欲繪出此圓錐曲線。
在該條件下，可繪制橢圓、雙曲線、拋物線各一條。而在繪圖過程中，適當控制截取二個張角α＜ (π)/2 (正圓錐的母線與錐軸交角)和β≤ (π)/2 (錐軸與π面交角)，則當α＜β時為橢圓，α＞β時為雙曲線，α＝β時為拋物線。這就是據三個已知長度，先α后β調這二個張角實現繪圖的思路。
一、繪制橢圓和雙曲線的步驟如下(圖2的說明)步1、在平面π上作FL和HG均垂直于LG，使FL＝l，HG＝h，LG＝f，其中O≤l＜h。
步2、使筆套筒(2)與主腿(5)同軸，鎖緊螺釘(4)，把繪筆(1)尖放在G上，再把三叉副腿(15)的三叉尖放在HG的延線上固定不變。繪橢圓時，把主腿(5)向上滑些，以保證α＜β；繪雙曲線時，把主腿(5)向下滑些，以保證α＞β(繪拋物線時，應使主腿(5)適中些，以保證α＝β)松開螺釘(4)，兩定位環(6)和(9)靠攏主套筒(7)，由螺釘(14)和(11)鎖緊，使主腿(5)只能旋轉。把繪筆(1)尖放在H點上，鎖緊螺釘(4)，傾斜規體，把繪筆(1)尖放在F點上，且把支撐腿(18)尖放在π上，鎖緊螺釘(17)，支撐規體。旋轉繪筆(1)則筆尖在π上繪出所需橢圓和雙曲線。
二、繪制拋物線的步驟如下由于繪制拋物線時，錐軸不能過焦點，且必須α＝β，現以嘗試法為例(圖3的說明)
步驟1在平面π上作FL和HG均垂直于LG，MN平行于LG，使FL＝l，HG＝h，LG＝f，其中O≤l＜h，在LG上先任選點E，過E作ER垂直于LG，把繪筆(1)尖放在E上，三叉副腿(15)的三叉尖放在ER上，過這三點作三條均平行于LG的線n1，n2，n3。
步驟2微傾規體，把支撐腿(18)尖放在π上，鎖緊螺釘(17)松開螺釘(4)，把筆套筒(2)放在MN上，使其軸線平行于MN，鎖緊螺釘(4)，微鎖緊靠攏的二定位環(6)和(9)的螺釘(14)和(11)，使得對主腿(5)軸向用力時仍可沿主套筒(7)軸向滑動，不用力時不能滑動只可轉動。
步驟3靠主腿(5)在主套筒(7)中用力滑動，把繪筆(1)尖放在H點上，旋轉繪筆(1)，若繪筆(1)尖落到F點，則轉步4；否則，讓三叉副腿(15)的三叉尖在n1，n2，n3滑動一點，支撐腿(18)尖仍在π上，重做步3。
步驟4鎖緊螺釘(14)和(11)，旋轉繪筆(1)，則可在π上繪出所需拋物線來。
三、該圓錐截面法(一)繪圓錐曲線，包括了已知曲線上點H到對稱軸的距離HG＝h，F為曲線頂點，FL＝l＝0，G到曲線頂點F距離FG＝f這特殊情況繪制諸曲線步驟簡單些。而LF＝l＝0這情形，又包括了已知曲線的焦點G到頂點F距離GF＝f和過焦點的半正焦弦長HG＝P時的繪圖。此時只能繪出一個特殊的圓錐曲線來，當P＜2f時為橢圓，P＞2f時為雙曲線，P＝2f時為拋物線。
乙、正圓錐截面法(二)繪圓錐曲線(圖4的說明)在平面π上已知曲線的焦點到準線距離m，又已知曲線過焦點的半正焦弦長為P，在這樣已知條件下，只可作唯一的圓錐曲線。因當P＜m時為橢圓，P＞m時為雙曲線。P＝m時為拋物線。又當正圓錐只一條母線垂直于平面π并交于F，且在此母線上，錐頂S到π距離SF＝m，錐軸交π于G，FG＝P，則截線在π上為唯一的符合已知條件的圓錐曲線。步驟如下步驟1、在平面π上作EB垂直于BG，使EB＝P，BG＝m，連接EG，作GL垂直于EG，在EG內取點R和F，使GF＝FR＝EB＝P，再在π上作MN平行于GE。
步驟2、狀態1中，讓主腿(5)和筆套筒(2)同軸，鎖緊螺釘(4)，把繪筆(1)尖放在G上，再把三叉副腿(15)的三叉尖放在GL上固定不變，狀態Ⅱ中，松開螺釘(4)，稍微傾斜規體，把支撐腿(18)尖放在π上，鎖緊螺釘(17)，把筆套筒(2)平放在MN上，使其軸線平行于MN，鎖緊螺釘(4)，再把繪筆(1)尖放在E點上，鎖緊螺釘(3)，松開螺釘(4)。狀態Ⅲ中，把繪筆(1)尖放在G點上，把二定位環(6)和(9)向主套筒(7)靠攏并由螺釘(14)和(11)鎖緊，使得主腿(5)只能轉動。松開螺釘(17)，把繪筆(1)尖放在R點上，讓支撐腿(18)尖放在π面上，鎖緊螺釘(17)，松開螺釘(3)，把繪筆(1)尖放在F點上，鎖緊螺釘(4)，旋轉主腿(5)，則繪筆(1)尖在π面上繪出符合條件的圓錐曲線。
丙、正圓柱截面法繪橢圓(圖5的說明)平面π與正圓柱軸線交角在0～ (π)/2 間，則π截正圓柱面的截線是橢圓，橢心O正好在軸線上。
已知長半軸a和短半軸b，欲繪出橢圓其步驟如下
在平面π上作OB垂直于OA。使OB＝b，OA＝a，讓主腿(5)與筆套筒(2)同軸，鎖緊螺釘(4)，把繪筆(1)尖放在O點，再把三叉副腿(15)的三叉尖放在BO的延線上固定不變。鎖緊螺釘(3)，松開螺釘(4)，把繪筆(1)尖放在B點上，鎖緊螺釘(4)，再把繪筆(1)尖放在A點，支撐腿(18)尖放在π上，鎖緊螺釘(17)，使規體定位。讓主腿(5)在主套筒(7)內轉動和軸向滑動，則繪筆(1)尖在π面上可繪出所需橢圓。
權利要求
1.一種由主腿(5)、筆套筒(2)、繪筆(1)、三叉副腿(15)、支撐腿(18)和定位板(12)所組成的繪圖規。其特征是主腿(5)在裝于定位板(12)槽內的主套筒(7)中轉動和軸向滑動，其下端軸線側面與筆套筒(2)上端軸線側面鉸接，兩軸線可成任一張角，繪筆(1)在筆套筒(2)中軸向滑動或固定；三叉副腿(15)上端裝入定位板(12)，中間套裝著對其轉動和滑動的并與支撐腿(18)鉸接的定位套(16)，下端三叉尖三點共線。
2.按權利要求
1所述的繪圖規，其特征是主腿(5)的軸線和三叉副腿(15)的軸線均垂直于定位板(12)的下平面；三叉副腿(15)下端三叉尖三點共線平行于定位板(12)槽的中心線。
專利摘要
本實用新型屬繪圖儀器。據圓柱及多種正圓錐截面曲線成圖規律，設計附有主套筒、筆套筒、繪筆的主腿與附有支撐腿的三叉副腿，通過定位板組成的門形多能圓柱圓錐截面曲線規。從而在一種繪圖規上解決了繪制符合多類已知條件的橢圓、雙曲線、拋物線，且可一線多法繪制，還可把這些平面曲線投影到空間曲面上使曲線立體化。由于結構簡單，制造容易，使用靈活方便，可廣泛用于科研、生產、工藝美術、教學等方面。
文檔編號B43L11/02GK86200441SQ86200441
公開日1986年12月24日 申請日期1986年2月6日
發明者萬金華 申請人:萬金華