CN102582327A - 一种多功能内旋轮线绘制工具 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
发明内容
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。
附图说明
图1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。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的实施方式进行说明。
如图1、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1、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—外环1,外形是波噜噜(Bolooloo)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1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1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1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1、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1、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1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。
Claims (10)
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1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1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一一种,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一一种,或几种的组合。
5.如权利要求1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1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1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。
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