CN115083242B - 高等数学曲线建模装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高等数学曲线建模装置，本发明有效解决了现有曲线绘制方式不便于让学生直观了解到函数曲线的具体走向和形态，且教学人员绘制双曲线不能使双曲线完全对称，同时不便于将空间曲线的三维坐标展示出来，无法让学生直观的了解到空间曲线各个方位的坐标和轨迹走向的问题；解决的技术方案包括：该高等数学曲线建模装置通过第二驱动组件、第一画线组件、第二画线组件和坐标板的设置，通过控制第二驱动组件能使第一画线组件和第二画线组件同步向一侧移动，从而能在坐标板的正面和背同时画出相互对称的双曲线，更便于学生得知和了解所画出的曲线以及相应的函数关系，让学生直观的看到曲线的走向。

Description

高等数学曲线建模装置

技术领域

本发明涉及曲线建模装置技术领域，尤其涉及高等数学曲线建模装置。

背景技术

通常认为，高等数学是由微积分学，较深入的代数学、几何学以及它们之间的交叉内容所形成的一门基础学科，主要内容包括：数列、极限、微积分、空间解析几何与线性代数、级数、常微分方程，工科、理科、财经类研究生考试的基础科目，高等数学中所涉及的函数曲线种类繁多，其中保护二维曲线和空间曲线，教学人员在进行高数教学时，往往需要将相对应的曲线展示出来，以便于让学生能更直观的对函数曲线进行了解，但是仅凭教学人员难以将曲线的走向绘制出来。

现有的曲线绘制方式大都是教学人员直接用手在教学板上绘制，这种方式不便于让学生们能直观的了解到相应函数曲线的具体走向和形态，并且教学人员手动绘制相互对称的双曲线时，需要手动操作画线装置在黑板上画线，可能会因为手抖而在绘制双曲线时产生偏差，不利于对双曲线进行绘制，同时不便于将空间曲线的三维坐标展示出来，无法让学生直观的了解到空间曲线各个方位的坐标和轨迹走向，影响学生对高数曲线的具体了解。

鉴于以上我们提供高等数学曲线建模装置用于解决以上问题。

发明内容

针对上述情况，本发明提供高等数学曲线建模装置，该装置通过第二驱动组件能带动第一画线组件和第二划线组件在坐标板的正面和背同时画出相互对称的双曲线，能保证画线的平稳，且能使曲线与坐标对应，不会发生晃动，画出的双曲线更准确，更便于学生得知和了解所画出的曲线以及相应的函数关系，可以让学生直观的看到曲线的走向，并且可以将第二画线组件单独取下，能使第一画线组件单独画线，从而能实现绘制单条曲线的目的，更便于高数曲线建模时使用。

高等数学曲线建模装置，包括支撑架，所述支撑架的上方设置有旋转架且旋转架的顶端固定连接有顶板，所述顶板下表面的一侧设置有第一驱动组件且第一驱动组件传动连接有第一丝杠，所述第一丝杠的外部传动连接有活动架且活动架的内部设置有第二驱动组件，所述活动架的内部卡接有螺纹套管且螺纹套管的一侧插接有第一画线组件，所述第一画线组件与第二驱动组件传动连接，所述顶板内侧壁靠近第一驱动组件的一侧卡接有滑动块且滑动块与螺纹套管卡接，所述滑动块的内部插接有第二画线组件且第二画线组件与第二驱动组件传动连接，所述顶板的上表面固定连接有坐标板且坐标板的一侧铰接有辅助坐标板，所述活动架靠近辅助坐标板的一侧固定连接有插块。

上述技术方案有益效果在于：

（1）该高等数学曲线建模装置通过第二驱动组件、第一画线组件、第二画线组件和坐标板的设置，通过控制第二驱动组件能带动第一画线组件和第二划线组件向竖向相反的方向移动，同时能使第一画线组件和第二画线组件同步向一侧移动，从而能在坐标板的正面和背同时画出相互对称的双曲线，能保证画线的平稳，且能使曲线与坐标对应，通过驱动组件控制其移动，运行轨迹不会发生偏差，画出的双曲线更准确，更便于学生得知和了解所画出的曲线以及相应的函数关系，可以让学生直观的看到曲线的走向，并且可以将第二画线组件单独取下，能使第一画线组件单独画线，从而能实现绘制单条曲线的目的，更便于高数曲线建模时使用；

（2）通过第一驱动组件、活动架、第二画线组件、辅助坐标板和插块的设置，使用人员可以将将第二画线组件从滑动块内取出并插接在插块内，并将第一驱动组件和第二驱动组件的高度调整一致，先运行第二驱动组件，能使第一画线组件在坐标板上画出空间曲线三维坐标中其中两组坐标的轨迹，然后再通过第一驱动组件能使第二画线组件在辅助坐标板上将空间曲线的另一组坐标轨迹画出，从而能让学生对空间曲线的三维坐标更加了解。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明显示屏展开状态示意图；

图3为本发明支撑架示意图；

图4为本发明第一画线组件和第二画线组件示意图；

图5为本发明第二画线组件拆分示意图；

图6为本发明第一驱动组件示意图；

图7为本发明第一画线组件拆分示意图；

图8为本发明活动架示意图；

图9为本发明插块拆分示意图；

图10为本发明第二驱动组件示意图；

图11为本发明第一画线组件展开状态示意图；

图12为本发明转动板示意图；

图13为本发明画线结构拆分示意图；

图14为本发明顶板剖面示意图；

图15为本发明双曲线绘制示意图。

图中：1、支撑架；2、旋转架；3、顶板；4、第一丝杠；5、活动架；6、螺纹套管；7、滑动块；8、坐标板；9、辅助坐标板；10、插块；11、第一电机；12、驱动轴；13、第二电机；14、第二丝杠；15、第三电机；16、直齿轮杆；17、第一齿条；18、升降板；19、转动板；20、调节板；21、第二齿条；22、转动块；23、拉板；24、卡座；25、画线笔头。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图14对实施例的详细说明中，可清楚的呈现，以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

本实施例提供高等数学曲线建模装置，如附图1-14所示，包括支撑架1，支撑架1底端的四角处均设置有滚轮，支撑架1的上方设置有旋转架2且旋转架2的顶端固定连接有顶板3，支撑架1上表面的圆心处固定连接有卡板且卡板卡接在旋转架2的下表面，支撑架1上表面的两侧均固定连接有卡柱，旋转架2下表面的两侧开设有弧形卡槽，两个卡柱分别穿设在两个弧形卡槽的内部，旋转架2通过卡块可以在支撑架1上滑动，卡柱与弧形卡槽配合能对旋转架2的转动角度进行限位且能保证旋转架2 的稳定性，顶板3下表面的一侧设置有第一驱动组件且第一驱动组件传动连接有第一丝杠4，第一驱动组件包括第一电机11和驱动轴12，顶板3的下表面固定连接有防护壳，第一电机11驱动有驱动轴12且驱动轴12穿设在防护壳的内部，驱动轴12表面的两端均通过直角传动齿轮与第一丝杠4传动连接，第一丝杠4的数量为两个，两个第一丝杠4分别插接在防护壳的两侧，且第一丝杠4穿设在防护壳内部的一端固定连接有直角传动齿轮且与驱动轴12侧面的直角传动齿轮啮合，第一电机11固定连接在防护壳的侧面，顶板3的内部开设有放置槽且放置槽的内部插接有显示屏，显示屏的一端铰接有连接板，连接板卡接在放置槽的内部，当第一驱动组件不运行时，显示屏存放在放置槽内不用动，当第一驱动组件运行时，可以先将显示屏向外拉出并通过连接板使显示屏竖直挂起，能起到辅助展示的作用且不会影响活动架5移动，第一丝杠4的外部传动连接有活动架5且活动架5的内部设置有第二驱动组件，第二驱动组件包括第二电机13、第二丝杠14、第三电机15和直齿轮杆16，第二电机13驱动有第二丝杠14且第三电机15驱动有直齿轮杆16，第二丝杠14和直齿轮杆16均穿设在活动架5的内部，螺纹套管6套接在第二丝杠14的外部，活动架5的内部卡接有螺纹套管6且螺纹套管6的一侧插接有第一画线组件，第二电机13和第三电机15均固定连接在活动架5的侧面，第一电机11、第二电机13和第三电机15均为调速电机，且其型号均为5IK120RGN-UF/5GU25KB，第一电机11、第二电机13和第三电机15均与外部的控制单元电连接，通过外部控制单元可以分别控制第一电机11、第二电机13和第三电机15的运行速度和旋转方向，第一画线组件与第二驱动组件传动连接，第一画线组件包括第一齿条17、升降板18、转动板19和调节板20，第一齿条17插接在螺纹套管6的一侧且与直齿轮杆16啮合，升降板18插接在第一齿条17的内部且顶端卡接有转动板19，升降板18的底端卡接有固定板，当需要手动绘制正下方的曲线时，升降板18插接在第一齿条17内时，转动板19转动至底端时会受到第一齿条17的影响，此时可以将升降板18向外拉出，并通过卡紧螺栓将固定板固定，升降板18便能向两侧摆动至水平状态，然后以此时的画线结构为圆心将画线结构对准需要绘制曲线的圆心部位，从而操作转动板19便能在不受第一齿条17影响的情况下绘制下方的曲线，调节板20插接在转动板19的内部，第一齿条17.第二齿条21和转动板19的侧面均螺纹穿设有卡紧螺栓，对升降板18和调节板20起到了卡紧固定作用，转动板19的一端和中部均设置有画线结构，转动板19一端的画线结构包括画笔和压缩弹簧，画笔的两侧均固定连接有卡条，压缩弹簧套接在画笔的外部，画笔插接在转动板19的内部且画笔的一端穿设在转动板19的另一侧并与坐标板8抵紧，压缩弹簧卡接在转动板19的内部且对画笔起到了弹力作用，向外拉动画笔并转动，使卡条卡接在转动板19的外部便能使画笔与坐标板8分离，转动板19中部卡接的画线结构包括拉板23、拉伸弹簧、卡座24、连接块和画线笔头25，拉板23的一端固定连接有拉伸弹簧且插接在卡座24的内部，拉伸弹簧的一端固定连接在卡座24的内侧壁，拉板23和卡座24分别卡紧在转动板19的两侧并可沿转动板19滑动，连接块螺纹连接在卡座24的侧面，连接块的一端固定连接有压缩弹簧且压缩弹簧的另一端与画线笔头25固定连接，连接块可以从卡座24上取下，当需要使用时可以将其安装，调节板20的一端设置有按压画线结构，按压画线结构包括套管、画笔和拉伸弹簧，套管固定连接在调节板20远离转动板19的一侧，画笔插接在套管内部且外部套接有拉伸弹簧且拉伸弹簧的一端与画笔固定连接，当需要使用按压画线结构时，可以按压画笔，使画笔与坐标板8接触，从而能在坐标板上画线，不使用时松手便能使画笔复位，升降板18、转动板19和调节板20的侧面均设置有刻度线，顶板3内侧壁靠近第一驱动组件的一侧卡接有滑动块7且滑动块7与螺纹套管6卡接，滑动块7卡接在防护壳的侧面且可沿其侧面滑动，滑动块7的侧面开设有插槽，螺纹套管6靠近滑动块7的一侧设置有插板且插板插接在插槽内部，滑动块7的内部插接有第二画线组件且第二画线组件与第二驱动组件传动连接，第二画线组件包括第二齿条21、升降板18、转动块22和画线结构，第二齿条21插接在滑动块7的内部且与直齿轮杆16啮合，升降板18插接在第二齿条21的内部且顶端固定连接有方板，方板的上表面开设有螺纹孔且螺纹孔的数量为四个，四个螺纹孔以矩形阵列的形式设置在方板的表面，方板的上表面卡接有可旋转的转动块22，与转动块22对应的螺纹孔内螺纹连接有固定螺栓，固定螺栓贯穿螺纹孔与转动块22连接，对转动块22起到了固定作用，转动块22的侧面插接有画线结构，转动块22上的划线结构与转动板19一端的画线结构的组成结构一样，顶板3的上表面固定连接有坐标板8且坐标板8的一侧铰接有辅助坐标板9，坐标板8为透明板，能看到正面和背面的线条，初始状态下，第一画线组件和第二画线组件的高度相同，螺纹套管6与滑动块7卡接，升降板18均处于落下状态并通过螺栓固定，当需要绘制二维曲线时，使用人员可以根据需要绘制曲线的坐标点控制第二驱动组件运行，从而使画线结构在坐标板8上进行画线，根据所要绘制的曲线坐标移动画线结构，将画线结构与组成曲线的坐标对应画过，从而能在坐标板8上绘制出相应的曲线，而且滑动块7与螺纹套管6同步移动，而第二齿条21与第一齿条17在直齿轮杆16的作用下其上下移动的方向相反，但是第二齿条21与第一齿条17始终同步移动，从而便能使第一齿条17和第二齿条21上的画线结构分别在坐标板8的正面和背面绘制出相互对称的曲线，这样有利于使用人员同时绘制出双曲线（该结构仅限于绘制上下对称的双曲线函数，不能针对于左右对称或者第一象限和第三象限对称以及第二象限和第四象限对称的双曲线），既保证双曲线完全对称且为使用人员提供了方便；而且使用人员可以自己动手在坐标板8的正面绘制曲线，需要自己绘制曲线时，第二电机13和第三电机15均不工作且转轴处于可活动状态，可以手动移动第一齿条17的上下和左右位置，第一齿条17的重力小于第二电机13和第三电机15转轴转动的力，所以不移动第一齿条17时第一齿条17的位置也不会发生改变，将第一齿条17正上方的画线结构对准需要绘制曲线的圆心处，然后调整转动板19中部的画线结构或者调节板20的长度，能调整需要画线的半径，然后旋转转动板19便能画出对应半径的曲线，需要使用按压画线结构画线时，可以按下按压画线结构内的画笔，使其与坐标板8接触，然后转动，便能画出以转动板19一端的画线结构为圆心的弧形曲线，然后调节画线结构对应的坐标，便能使画出的曲线相交，从而形成一段曲线；

顶板3上表面靠近辅助坐标板9的一侧固定连接有固定块，固定块的侧面螺纹穿设有用于固定辅助坐标板9的连接螺栓，连接螺栓贯穿固定块的一端与辅助坐标板9螺纹连接，将辅助坐标板9固定至与坐标板8垂直的状态，第一画线组件内的画线结构和按压画线结构均与坐标板8的正面抵紧，第二画线组件内的画线结构与坐标板8的背面抵紧，活动架5靠近辅助坐标板9的一侧固定连接有插块10，第二画线组件与插块10相适配，直齿轮杆16贯穿活动架5的一端穿设在插块10的内部，顶板3上表面靠近辅助坐标板9的一侧开设有卡槽，插块10卡接在卡槽的内部，当需要绘制出空间曲线的三维坐标曲线时，先将显示屏从放置槽内拉出并调整为竖直状态，然后使第一电机11通过驱动轴12带动第一丝杠4旋转，将活动架5向外侧移动一小段距离，使螺纹套管6与滑动块7分离，然后将滑动块7内的第二齿条21取出，调整转动块22，使第二齿条21插入插块10内并与直齿轮杆16啮合时其顶端的画线结构能抵紧在辅助坐标板9上，然后将第二齿条21插入插块10内，并将第二齿条21与第一齿条17的高度调整一致具体的调整方法为：在将第二齿条21插入插块10之前，运行第三电机15，使直齿轮杆16顺时针旋转，将第一齿条17顶起至最顶端，使第一齿条17的底端与直齿轮杆16脱离但仍接触，然后将第二齿条21插入插块10内并与直齿轮杆16接触，此时第一齿条17和第二齿条21的状态一样，手扶着第一齿条17和第二齿条21，然后使第三电机15驱动直齿轮杆16逆时针旋转，直齿轮杆16便能重新与第一齿条17和第二齿条21啮合，此时第一齿条17和第二齿条21的高度便一致，两个升降板18在除了人为操作画线之外均处于同一高度，因此第一齿条17和第二齿条21的顶端高度一致且在同一直线上，将第一齿条17和第二齿条21的高度调节一致后，重新驱动第一电机11将活动架5移动至初始位置，第一齿条17上的画线结构与坐标板8抵紧，可以设定坐标板8上的坐标为三维坐标X、Y、Z中的任意两组坐标，且辅助坐标板9上的坐标为另一组坐标和与坐标板8上竖向相同的坐标，在此设定坐标板8上的横向坐标和竖向坐标为X、Y，辅助坐标板9上的横向坐标便为Z，竖向坐标为Y，使用人员可以先根据三维坐标中的多组X、Y坐标控制第二驱动组件运行，使画线结构在坐标板8上画出多组X、Y坐标相应的大致曲线，当X、Y的坐标曲线画完后，使第一齿条17回到初始位置，然后根据三维曲线坐标中的多组Z、Y坐标通过控制第一驱动组件使第二齿条21沿着坐标点移动，便能使画线结构在辅助坐标板9上画出空间曲线Z轴方向大致的曲线轨迹，然后通过转动旋转架2，能使学生充分看到和了解空间曲线的三维坐标以及曲线轨迹，更有利于高数曲线建模时使用。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.高等数学曲线建模装置，包括支撑架（1），其特征在于，所述支撑架（1）的上方设置有旋转架（2）且旋转架（2）的顶端固定连接有顶板（3），所述顶板（3）下表面的一侧设置有第一驱动组件且第一驱动组件传动连接有第一丝杠（4），所述第一丝杠（4）的外部传动连接有活动架（5）且活动架（5）的内部设置有第二驱动组件，所述活动架（5）的内部卡接有螺纹套管（6）且螺纹套管（6）的一侧插接有第一画线组件，所述第一画线组件与第二驱动组件传动连接，所述顶板（3）内侧壁靠近第一驱动组件的一侧卡接有滑动块（7）且滑动块（7）与螺纹套管（6）卡接，所述滑动块（7）的内部插接有第二画线组件且第二画线组件与第二驱动组件传动连接，所述顶板（3）的上表面固定连接有坐标板（8）且坐标板（8）的一侧铰接有辅助坐标板（9），所述活动架（5）靠近辅助坐标板（9）的一侧固定连接有插块（10）。

2.根据权利要求1所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述第一驱动组件包括第一电机（11）和驱动轴（12），所述顶板（3）的下表面固定连接有防护壳，所述第一电机（11）驱动有驱动轴（12）且驱动轴（12）穿设在防护壳的内部，所述驱动轴（12）表面的两端均通过直角传动齿轮与第一丝杠（4）传动连接，所述第一电机（11）固定连接在防护壳的侧面。

3.根据权利要求1所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述第二驱动组件包括第二电机（13）、第二丝杠（14）、第三电机（15）和直齿轮杆（16），所述第二电机（13）驱动有第二丝杠（14）且第三电机（15）驱动有直齿轮杆（16），所述第二丝杠（14）和直齿轮杆（16）均穿设在活动架（5）的内部，所述螺纹套管（6）套接在第二丝杠（14）的外部。

4.根据权利要求3所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述第一画线组件包括第一齿条（17）、升降板（18）、转动板（19）和调节板（20），所述第一齿条（17）插接在螺纹套管（6）的一侧且与直齿轮杆（16）啮合，所述升降板（18）插接在第一齿条（17）的内部且顶端卡接有转动板（19），所述调节板（20）插接在转动板（19）的内部，所述转动板（19）的一端和中部均设置有画线结构，所述调节板（20）的一端设置有按压画线结构。

5.根据权利要求4所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述第二画线组件包括第二齿条（21）、升降板（18）、转动块（22）和画线结构，所述第二齿条（21）插接在滑动块（7）的内部且与直齿轮杆（16）啮合，所述升降板（18）插接在第二齿条（21）的内部且顶端固定连接有方板，所述方板的上表面卡接有可旋转的转动块（22），所述转动块（22）的侧面插接有画线结构。

6.根据权利要求5所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述第一画线组件内的画线结构和按压画线结构均与坐标板（8）的正面抵紧，所述第二画线组件内的画线结构与坐标板（8）的背面抵紧。

7.根据权利要求2所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述滑动块（7）卡接在防护壳的侧面且可沿其侧面滑动，所述滑动块（7）的侧面开设有插槽，所述螺纹套管（6）靠近滑动块（7）的一侧设置有插板且插板插接在插槽内部。

8.根据权利要求2所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述第一丝杠（4）的数量为两个，两个所述第一丝杠（4）分别插接在防护壳的两侧，且第一丝杠（4）穿设在防护壳内部的一端固定连接有直角传动齿轮且与驱动轴（12）侧面的直角传动齿轮啮合。

9.根据权利要求3所述的高等数学曲线建模装置，其特征在于，所述第二画线组件与插块（10）相适配，所述直齿轮杆（16）贯穿活动架（5）的一端穿设在插块（10）的内部，所述顶板（3）上表面靠近辅助坐标板（9）的一侧开设有卡槽，所述插块（10）卡接在卡槽的内部。