CN211455015U - 椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，提供一种能通过机构内部之间的相对运动直观表现极坐标下椭圆形成原因及内在规律，真实反映各参数间的关系，能将动点的运行轨迹直接绘制成图像，能在有平面的原材料上或固定平面上进行绘图，能作为工具长期广泛使用，包括底盘、焦点定位架、焦点定位管、准线滑板、平移轨杆、焦径转杆、第一齿条齿轮组、第二齿条齿轮组、内插摇杆、绘图器、双轮显尺、移动辅板，本装置具有：操作简单，功能齐全，结构紧凑成本低廉携带方便，绘图准确精度高；适用性强：能在多种场合任意角度演示与绘图，适用于教学、工程设计及固定场所图形加工等，既是教具也是常用绘图工具。

Description

椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪

技术领域

本实用新型涉及一种教学仪器，尤其是一种椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪。

背景技术

椭圆在实际中应用广泛，如工程设计、机械加工、服装裁剪等都用到，但是人们对它形成的原因及由参数确定的特征了解不多，因此它作为中学生必须掌握的一种曲线，通常情况下用双焦点定义椭圆印象较深，但对于用极坐标方式(极坐标方程为ρ＝p/(1-ecosθ)的椭圆，离心率e<1)定义椭圆理解困难，其图像的绘制更加困难，尤其在参数的选择、绘图的快捷准确性、自动化程度及使用场合等都受限制，目前采用极坐标方式演示和绘制椭圆的工具不多，会影响教学效果。工程设计人员绘制图纸、工人进行工件加工等都需要快速便利的绘图工具提高效率和精度。

为了解决上述问题，近阶段也出现了少数的关于椭圆方面的装置，如，专利申请号为201710379698.6的文献中给出了“渐开线与椭圆的组合式绘图仪”，包括齿轮箱、竖向支撑件、渐开线绘图装置、椭圆绘图装置。此曲线绘图仪只能绘制固定参数的两种曲线，不能通过单焦点及准线形式表现椭圆的极坐标特征。专利申请号为201820149220.4的文献中给出了“一种圆锥曲线定义演示板”，是在画板的一个面上固定有两个轴，形成两个定点，一画笔，该画笔连接有画绳，画绳套设在两个轴上；椭圆定义演示时，画绳为无伸缩性的封闭型细绳，所述封闭型细绳的长度大于两个轴之间的距离；此技术重要用绳与画笔间的滚动完成绘图，而且定位系统不全，椭圆参数不好快速确定，只能演示简单的椭圆，不能用于精确绘图、机械加工等方面，适用性不足。专利申请号为201610230017.5的文献中给出了“一体化绘图仪”，包括包括两个基座，连接两个基座的第一光杆轴和第二光杆轴，第二光杆轴的一端通过滑块与第一光杆轴铰接在一起，利用滑动槽下方的M杆及N杆通过轴套铰接，在N杆的一端设有粉笔支撑架。此曲线绘图仪只能用于课堂教学，在工程技术和工农业生产中技术精度不足。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，包括底盘、焦点定位架、焦点定位管、准线滑板、平移轨杆、焦径转杆、第一齿条齿轮组、第二齿条齿轮组、内插摇杆、绘图器、双轮显尺、移动辅板，所述移动辅板置于底盘的中部，所述准线滑板置于底盘上，所述焦点定位架置于底盘上面，所述焦点定位管置于焦点定位架上，所述平移轨杆置于准线滑板及底盘上，所述焦径转杆置于焦点定位管上，所述第一齿条齿轮组7置于平移轨杆上，所述第二齿条齿轮组置于焦径转杆上，所述内插摇杆是第一齿条齿轮组和第二齿条齿轮组的中心转轴，所述绘图器置于内插摇杆下端，所述双轮显尺分别置于准线滑板和焦点定位管上，都与内插摇杆相连。

进一步的技术方案，所述平移轨杆包括第一矩形杆、第一滑块拉环、第二滑块拉环，所述第一矩形杆表面中间设有第一滑槽，所述第一滑槽中设有第一滑块拉环，所述第一滑块拉环包括第六滑块、第三撑杆、第三圆环盘，所述第六滑块的近外端处设有第七槽沟，所述第七槽沟内设有第三撑杆，所述第三撑杆的一端设有第三圆环盘，所述第六滑块的外端面上设有第一销钉，所述第一滑槽顶面前后两端分别设有固定的第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板卡在第六滑块中间的凹槽内，所述第一矩形杆表面前端设有第二刻度，所述第一矩形杆底面中部设有第二滑槽，所述第二滑槽内设有第二滑块拉环，所述第二滑槽底面前后两端设有固定的第三挡板和第四挡板，所述第一矩形杆前侧面两端依次设有第一直角轨板和第二直角轨板，所述第一直角轨板和第二直角轨板的下端设有固定的第五挡板，所述第一直角轨板、第二直角轨板、第五挡板构成有限插槽，所述第一矩形杆的左端面上设有第二钉孔。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、本实用新型的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，操作简单，只要摇转把手就能完成极坐标定义演示、椭圆绘制等。

2、本实用新型的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，功能齐全：能完成任意参数抛物线的定义演示、轨迹曲线绘制；绘图准确精度高，结构紧凑成本低廉携带方便；适用性强：能在多种场合任意角度演示与绘制。适用于教学、工程设计及固定场所加工等，既是教具也是常用绘图工具。

3、目前市面上没有该种产品出现，椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪结构紧凑成本低廉安全可靠装置轻巧。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中底盘的结构示意图。

图3是本实用新型中焦点定位架的结构示意图。

图4是本实用新型中焦点定位管的结构示意图。

图5是本实用新型中准线滑板的结构示意图。

图6是本实用新型中平移轨杆的结构示意图。

图7是本实用新型中焦径转杆的结构示意图。

图8是本实用新型中第一齿条齿轮组示意图。

图9是本实用新型中第二齿条齿轮组示意图。

图10是本实用新型中内插摇杆的结构示意图。

图11是本实用新型中绘图器的结构示意图。

图12是本实用新型中双轮显尺的结构示意图。

图13是本实用新型中移动辅板的结构示意图。

附图中：1-底盘、11-第一矩形板、12-调节支脚、13-矩形管框、14-第一螺杆、15-第一螺母、16-棱台底座、17-球面吸盘、18-第二螺母、19-第二矩形板、 110-第一槽沟、111-第二槽沟、112-第三槽沟、113-第四槽沟、114-第一滑块、115- 第二滑块、116-第三滑块、117-第一杆孔；2-焦点定位架、21-第三矩形板、22- 第四矩形板、23-第五矩形板、24-第一指示灯、25-第一刻度、26-第四滑块、27- 第五槽沟；3-焦点定位管、31-第一圆管、32-第一圆环盘、33-第二圆环盘、34- 第二圆管、35-第二杆孔、36-第一钉孔；4-准线滑板、41-第六矩形板、42-第五滑块、43-第三圆管、44-第一撑杆、45-第二撑杆、46-第六槽沟；5-平移轨杆、51-第一矩形杆、52-第一滑块拉环、53-第二滑块拉环、54-第一滑槽、55-第一挡板、56-第二挡板、57-第二滑槽、58-第三挡板、59-第四挡板、510-第一直角轨板、511-第二直角轨板、512-第五挡板、513-第二刻度、514-第二钉孔、521-第六滑块、522-第三撑杆、523-第三圆环盘、524-第七槽沟、525-第一销钉；6-焦径转杆、61-第二矩形杆、62-第三滑块拉环、63-第四滑块拉环、64-第三滑槽、 65-第六挡板、66-第七挡板、67-第四滑槽、68-第八挡板、69-第九挡板、610-第三直角轨板、611-第四直角轨板、612-第三矩形杆、613-第三刻度、614-第三钉孔、621-第七滑块、622-第四撑杆、623-第一半环套、624-第一钉轴、625-第二半环套、626-环套锁卡、627-第八槽沟、628-第二销钉；7-第一齿条齿轮组、71- 第一齿条副、72-第二齿条副、73-第三齿条副、711-第一齿条基板、712-第一直齿、713-第一圆环齿轮、714-第一直角滑槽、715-第四圆管、716-第一豁口、721- 第二齿条基板、722-第二直齿、723-第二圆环齿轮、724-第二直角滑槽、725-第五圆管、726-第二豁口、731-第三齿条基板、732-第三直齿、733-第三圆环齿轮、 734-第三直角滑槽、735-第六圆管、736-第三豁口；8-第二齿条齿轮组、81-第四齿条副、82-第五齿条副、83-第六齿条副、811-第四齿条基板、812-第一直齿条、 813-第四圆环齿轮、814-第四钉孔、815-第七圆管、816-第四豁口、817-第四圆环盘、818-第五圆环盘、821-第五齿条基板、822-第二直齿条、823-第五圆环齿轮、824-第五钉孔、825-第八圆管、826-第五豁口、827-第六圆环盘、828-第七圆环盘、831-第六齿条基板、832-第三直齿条、833-第六圆环齿轮、834-第六钉孔、835-第九圆管、836-第六豁口、837-第八圆环盘、838-第九圆环盘；9-内插摇杆、91-第十圆管、92-第十一圆管、93-透明圆盘、94-第二指示灯、95-第一方形楔块、96-圆螺孔、97-第二螺杆、98-圆管摇把、99-第三销钉、910-第二方形楔块、911-第四销钉、912-第七钉孔、913-第八钉孔、914-外套管、915-内插管； 100-绘图器、1001-第十二圆管、1002-第九圆环盘、1003-第一弹簧、1004-圆笔杆、1005-第十圆环盘、1006-圆锥笔尖、1007-第五销钉；200-双轮显尺、2001- 第十三圆管、2002-第十一圆环盘、2003-第十四圆管、2004-第十二圆环盘、2005- 第十五圆管、2006-第十三圆环盘、2007-第二弹簧、2008-带尺、2009-第四刻度、 20010-显尺辅轮、20011-第一压条、20012-圆弧挡板、20013-第五销钉、20014- 第十六圆管、20015-第十七圆管、20016-第十四圆环盘、20017-第十五圆环盘、 20018-第九钉孔、20019-第二压条；300-移动辅板、3001-第七矩形板、3002-第一夹具、3003-坐标系。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

如图1-13所示，椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，包括底盘1、焦点定位架2、焦点定位管3、准线滑板4、平移轨杆5、焦径转杆6、第一齿条齿轮组 7、第二齿条齿轮组8、内插摇杆9、绘图器100、双轮显尺200和移动辅板300，所述移动辅板300置于底盘1的中部，所述准线滑板4置于底盘1上，所述焦点定位架2置于底盘1上面，所述焦点定位管3置于焦点定位架2上，所述平移轨杆5置于准线滑板4及底盘1上，所述焦径转杆6置于焦点定位管3上，所述第一齿条齿轮组7置于平移轨杆5上，所述第二齿条齿轮组8置于焦径转杆6上，所述内插摇杆9是第一齿条齿轮组7和第二齿条齿轮组8的中心转轴，所述绘图器100置于内插摇杆9下端，所述双轮显尺200分别置于准线滑板4和焦点定位管3上，都与内插摇杆9相连。

如图1-2所示，底盘1包括第一矩形板11、调节支脚12、矩形管框13和第二矩形板19，所述第一矩形板11是平直硬板，所述第一矩形板11底面设有调节支脚12，所述调节支脚12包括第一螺杆14、棱台底座16和球面吸盘17，所述第一螺杆14从上至下依次设有第二螺母18、球面吸盘17、第一螺母15和棱台底座16，所述第一螺母15下端设有棱台底座16，所述第二螺母18上设有球面吸盘17，所述调节支脚12分别位于第一矩形板11四个角。所述第一矩形板 11中部设有第一槽沟110。所述第一矩形板11四个侧面设有矩形管框13，所述矩形管框13是横截面为矩形的框架，其下端固定在第一矩形板11侧面。所述矩形管框13的前立板上中间设有第二槽沟111，后立板上设有第三槽沟112，所述第二槽沟111和第三槽沟112中依次设有第一滑块114和第二滑块115。所述矩形管框13的右立板上设有第二矩形板19，所述第二矩形板19中间设有第四槽沟113，所述第四槽沟113中设有第三滑块116，所述第三滑块116上设有第一杆孔117。所述第一滑块114、第二滑块115和第三滑块116上都设有销钉锁具。

如图1-3所示，焦点定位架2包括第三矩形板21、第四矩形板22、第五矩形板23和第四滑块26，所述第三矩形板21是平直的透明硬板条，所述第三矩形板21的中部设有第五槽沟27，所述第五槽沟27是矩形槽孔，所述第五槽沟 27中设有第四滑块26，所述第四滑块26表面设有第一指示灯24，所述第一指示灯24是光线向下直射的圆管射灯。所述第三矩形板21表面后端设有第一刻度 25，所述第三矩形板21底面左右两端依次设有垂直第四矩形板22和第五矩形板 23。所述第四滑块26上设有销钉锁具。

所述焦点定位架2是将第四矩形板22和第五矩形板23依次固定在底盘1 第一矩形板11左端和右端中部，所述第一刻度25在上方。

如图1、3、4所示，焦点定位管3包括第一圆管31、第一圆环盘32、第二圆环盘33和第二圆管34，所述第二圆管31和第二圆管34都是硬直圆轴管，所述第一圆管31圆周面从上至下依次设有第一圆环盘32和第二圆环盘33，所述第一圆环盘32和第二圆环盘33的内圆周固定在第一圆管31的外管壁上，所述第一圆环盘32和第二圆环盘33中间设有第三圆管34，所述第二圆管34套在第一圆管31上以第一圆管31为轴自由转动，所述第三圆管34上设有第二杆孔35，所述第一圆管31的上端设有第一钉孔36。

所述焦点定位管3是将第一圆管31的上端垂直固定在焦点定位架2第四滑块26下面，所述第一圆管31的上管口套在第一指示灯24外。

如图1、2、5所示，准线滑板4包括第六矩形板41、第五滑块42、第三圆管43、第一撑杆44和第二撑杆45，所述第六矩形板41是硬直板条，所述第六矩形板41的中部设有第六槽沟46，所述第六槽沟46内设有第五滑块42，所述第五滑块42表面设有垂直的第三圆管43，所述第六矩形板41底面两端依次分别设有垂直第一撑杆44和第二撑杆45。

所述准线滑板4是将第一撑杆44和第二撑杆45依次固定在底盘1的第一滑块114和第二滑块115上，所述第三圆管43处在上方。

如图1、5、6所示，平移轨杆5包括第一矩形杆51、第一滑块拉环52和第二滑块拉环53，所述第一矩形杆51是直硬杆，所述第一矩形杆51表面中间设有第一滑槽54，所述第一滑槽54是直角光滑凹槽，所述第一滑槽54中设有第一滑块拉环52，所述第一滑块拉环52包括第六滑块521、第三撑杆522和第三圆环盘523，所述第六滑块521是中间设有凹槽的长方体滑块，所述第六滑块521 的近外端处设有第七槽沟524，所述第七槽沟524内设有第三撑杆522，所述第三撑杆522的一端设有第三圆环盘523。所述第六滑块521的外端面上设有第一销钉525，所述转动第一销钉525可以控制第三撑杆522在第七槽沟524内的位置。所述第一滑槽54顶面前后两端分别设有固定的第一挡板55和第二挡板56，所述第一挡板55和第二挡板56卡在第六滑块521中间的凹槽内，所述第一滑块拉环52能在第一滑槽54中滑动。所述第一矩形杆51表面前端设有第二刻度513。所述第一矩形杆51底面中部设有第二滑槽57，第二滑槽57与第一滑槽54相同，所述第二滑槽57内设有第二滑块拉环53，所述第二滑块拉环53与第一滑块拉环52相同，所述第二滑槽57底面前后两端设有固定的第三挡板58和第四挡板59，所述第三挡板58和第四挡板59分别与第一挡板55和第二挡板56相同。所述第一矩形杆51前侧面两端依次设有第一直角轨板510和第二直角轨板511，所述第一直角轨板510和第二直角轨板511的下端设有固定的第五挡板512，所述第一直角轨板510、第二直角轨板511和第五挡板512构成有限插槽。所述第一矩形杆51的左端面上设有第二钉孔514。

所述平移轨杆5是将第一矩形杆51的左端用螺钉固定在准线滑板4的第五滑块42上，所述第一矩形杆51的右端插入底盘1内第三滑块116上的第一杆孔 117内，所述第二刻度513在上方，所述第一矩形杆51在第一杆孔117内能自由滑动。

如图1、4、7所示，焦径转杆6包括第二矩形杆61、第三滑块拉环62和第四滑块拉环63，所述第二矩形杆61是轻型硬直杆，所述第二矩形杆61表面中部设有第三滑槽64，所述第三滑槽64是直角光滑凹槽，所述第三滑槽64中设有第三滑块拉环62，所述第三滑块拉环62包括第七滑块621、第四撑杆622、第一半环套623和第二半环套624，所述第七滑块621是中间设有横向凹槽的长方体滑块，所述第七滑块621的近外端处设有第八槽沟627，所述第八槽沟627 内设有第四撑杆622，所述第四撑杆622的前端设有固定的第一半环套623，所述第一半环套623是半圆形圆管套，所述第四撑杆622的前端边缘设有第一钉轴 624，所述第一钉轴624上设有第二半环套624，所述第二半环套624与第一半环套623同半径，所述第二半环套624的外端设有环套锁卡626，关闭环套锁卡 626，所述第一半环套623和第二半环套624构成闭合的圆环套，打开环套锁卡 626转动第二半环套624成为开口环套。所述第七滑块621的外端面上设有第二销钉628，转动第二销钉628可以控制第四撑杆622在第三滑槽64内的位置。所述第二矩形杆61上面第三滑槽64的两个外边沿分别设有固定的第六挡板65和第七挡板66，所述第六挡板65和第七挡板66与第一挡板55和第二挡板56 的功能相同。所述第二矩形杆61表面前端设有第三刻度613。所述第二矩形杆 61下面中部设有第四滑槽67，所述第四滑槽67与第三滑槽64相同，所述第四滑槽67内设有第四滑块拉环63，所述第四滑块拉环63与第三滑块拉环62相同，所述第四滑槽67的两个外边沿分别设有固定的第八挡板68和第九挡板69，所述第八挡板68和第九挡板69分别与第六挡板65和第七挡板66相同。所述第二矩形杆61前侧面分下上依次设有第三直角轨板610、第三钉孔614、第四直角轨板611，所述第三直角轨板610和第四直角轨板611与第一直角轨板57和第二直角轨板57形状相同，但在一端设有挡板，所述第三直角轨板610和第四直角轨板611构成单向插槽。所述第二矩形杆61的左端面上设有第三矩形杆612。

所述焦径转杆6是将第三矩形杆612插入焦点定位管3的第二杆孔35内并固定，所述第三刻度613在上方。

如图1、6、8所示，第一齿条齿轮组7包括第一齿条副71、第二齿条副72 和第三齿条副73，所述第一齿条副71包括第一齿条基板711、第一直齿712、第一圆环齿轮713和第四圆管715，所述第一齿条基板711是矩形直硬板，所述第一齿条基板711的前侧面两端设有第一直角滑槽714，所述第一直角滑槽714 中间设有第一直齿712，所述第一直齿712表面设有与之啮合的第一圆环齿轮 713，第一圆环齿轮713是外节圆半径为R₁内圆环半径为r的圆环齿轮，所述第一圆环齿轮713内圆环套设有第四圆管715，所述第四圆管715固定在内圆环上成为管轴，所述第四圆管715上端设有对称第一豁口716，所述第二齿条副72 包括第二齿条基板721、第二直齿722、第二圆环齿轮723、第二直角滑槽724、第五圆管725和第二豁口726，所述第二齿条副72的结构与第一齿条副71相同，即第二齿条基板721及第二直角滑槽724与第一齿条基板711及第一直角滑槽 714相同，所述第五圆管725及第二豁口726与第四圆管715及第一豁口716相同，所述第二圆环齿轮723是外节圆半径为R₂R₂小于R₁内圆环半径为r的圆环齿轮，所述第二圆环齿轮723与第二直齿722啮合。所述第三齿条副73包括第三齿条基板731、第三直齿732、第三圆环齿轮733、第三直角滑槽734、第六圆管735和第三豁口736，所述第三齿条副73的结构与第一齿条副71相同，即第三齿条基板731及第三直角滑槽734与第一齿条基板711及第一直角滑槽714相同，所述第六圆管735及第三豁口736与第四圆管715及第一豁口716相同，所述第三圆环齿轮733是外节圆半径为R₃R₃小于R₂内圆环半径为r的圆环齿轮，所述第三圆环齿轮733与第三直齿732啮合。

所述第一齿条齿轮组7的第一齿条副71是将第一齿条基板711及第一直角滑槽714插入平移轨杆5上第一直角轨板510、第二直角轨板511和第五挡板512 构成的插槽中，所述第一直齿712朝外，平移轨杆5上的第一滑块拉环52、第二滑块拉环53分别套在第四圆管715的上下两端，所述第一齿条副71与第一滑块拉环52和第二滑块拉环53成为运动统一体。所述第一齿条齿轮组7的第二齿条副72、第三齿条副73同第一齿条副71一样也可以与第一滑块拉环52和第二滑块拉环53成为运动统一体。

如图1、7、9所示，第二齿条齿轮组8包括第四齿条副81、第五齿条副82、第六齿条副83，所述第四齿条副81包括第四齿条基板811、第一直齿条812、第四圆环齿轮813、第七圆管815、第四圆环盘817和第五圆环盘818，所述第四齿条基板811是长方体硬直板，所述第四齿条基板811表面设有固定的第一直齿条812，所述第一直齿条812的直齿上设有与之啮合的第四圆环齿轮813，所述第四圆环齿轮813是外节圆半径为R₄R₄小于R₃内圆环半径为r的圆环齿轮，所述第四圆环齿轮813内圆环套设有第七圆管815，所述第七圆管815固定在内圆环上成为管轴，所述第七圆管815上分别设有第四圆环盘817和第五圆环盘 818，所述第四圆环盘817和第五圆环盘818的内圆周固定在第七圆管815外侧面，分别位于第四圆环齿轮813的上端和下端，所述第七圆管815下端设有对称第四豁口816，所述第七圆管815及第四豁口816与第四圆管715及第一豁口716 相同，所述第四齿条基板811的右端设有第四钉孔814。所述第五齿条副82包括第五齿条基板821、第二直齿条822、第五圆环齿轮823、第七圆管825、第五豁口826、第六圆环盘827、第七圆环盘828和第五钉孔824，所述第五齿条副 82的结构与第四齿条副81相同，即第五齿条基板821与第四齿条基板811相同，所述第七圆管825及第五豁口826、第六圆环盘827、第七圆环盘828与第七圆管815及第四豁口816、第四圆环盘817、第五圆环盘818完全相同，所述第五圆环齿轮823是外节圆半径为R₅R₅小于R₄内圆环半径为r的圆环齿轮，所述第五圆环齿轮823与第二直齿条822啮合。所述第六齿条副83包括第六齿条基板 831、第三直齿条832、第六圆环齿轮833、第八圆管835、第六豁口836、第八圆环盘837、第九圆环盘838和第六钉孔824，所述第六齿条副83的结构与第四齿条副81相同，即第六齿条基板831与第四齿条基板811相同，所述第八圆管 835及第六豁口836、第八圆环盘837、第九圆环盘838与第七圆管815及第四豁口816、第四圆环盘817、第五圆环盘818完全相同，所述第六圆环齿轮833 是外节圆半径为R₆R₆小于R₅内圆环半径为r的圆环齿轮，所述第六圆环齿轮833 与第三直齿条832啮合。

所述第二齿条齿轮组8的第四齿条副81是将第四齿条基板811插入焦径转杆6上由第三直角轨板610和第四直角轨板611构成的单向插槽内，所述第一直齿条812朝外，用螺钉通过第四钉孔814固定在第三钉孔614处，所述焦径转杆 6上的第三滑块拉环62、第四滑块拉环63分别套在第七圆管815的第四圆环盘 817和第五圆环盘818内，所述第四齿条副81与第三滑块拉环62和第四滑块拉环63成为运动统一体。所述第二齿条齿轮组8的第五齿条副82和第六齿条副83分别同第四齿条副81一样也可以与第三滑块拉环62和第四滑块拉环63成为运动统一体。

如图1、8、9、10所示，内插摇杆9包括外套管914和内插管915两部分合成，所述外套管914包括第十圆管91、透明圆盘93、第二指示灯94、第一方形楔块95、圆螺孔96、第二螺杆97和圆管摇把98，所述第十圆管91是硬直圆管轴，所述第十圆管91的上端管口内设有透明圆盘93，所述透明圆盘93表面设有第二指示灯94，所述第二指示灯94与第一指示灯24相同，所述第十圆管91 上端圆周面设有圆螺孔96，所述圆螺孔96内设有便于装卸的第二螺杆97，所述第二螺杆97圆周面设有圆管摇把98。所述第十圆管91的中部外面设有第一方形楔块95，所述第一方形楔块95与圆螺孔96间设有第七钉孔912，所述第十圆管91下端设有第三销钉99。所述内插管915包括第十一圆管92、第二方形楔块 910，所述第十一圆管92是硬直圆管轴，所述第十一圆管92上设有第八钉孔913、第二方形楔块910和第四销钉911，第八钉孔913、第四销钉911依次处于中上部和下端，所述第二方形楔块910在第十一圆管92外侧中下部。将内插管915 的第十一圆管92上端插入外套管914第十圆管91下端管口内，通过第三销钉 99组成可分合的内插管。

所述内插摇杆9是先将外套管914和内插管915分开，把外套管914插入第一齿条齿轮组7第一齿条副71的第四圆管715内使第一方形楔块95楔入第一豁口716中，把内插管915插入第二齿条齿轮组8第四齿条副81的第七圆管815 内使第二方形楔块910楔入第四豁口816中，再将外套管914和内插管915合成内插杆，用第三销钉99固定。

如图1、10、11所示，绘图器100包括第十二圆管1001、第九圆环盘1002、第一弹簧1003、圆笔杆1004、第十圆环盘1005、圆锥笔尖1006和第三销钉1007，所述第十二圆管1001圆周面下端设有第五销钉1007，所述第十二圆管1001的下端设有第九圆环盘1002，所述第九圆环盘1002的内圆周固定在第十二圆管 1001上，所述第九圆环盘1002底面设有螺旋式第一弹簧1003，所述第一弹簧 1003的下端设有固定的第十圆环盘1005，所述第十圆环盘1005是透明硬板，所述第十圆环盘1005的内圆孔中设有固定的圆笔杆1004，所述圆笔杆1004的上端穿过第一弹簧1003插在第十二圆管1001内，所述圆笔杆1004的下端设有圆锥笔尖1006。

绘图器100是将第十二圆管1001上端套在内插摇杆9第十一圆管92下端管口外，圆笔杆1004插入第十一圆管92内，用第四销钉911固定，圆笔杆1004 处于第十一圆管92的中心，与第十一圆管92的内管壁平行且两者之间保持有相同距离。

如图1、4、5、10、12所示，双轮显尺200包括第十三圆管2001、第十一圆环盘2002、第十四圆管2003、第十二圆环盘2004、第十五圆管2005、第十三圆环盘2006、第二弹簧2007、带尺2008和显尺辅轮20010，所述第十三圆管2001 是直圆轴管，所述第十三圆管2001下端设有第十一圆环盘2002，所述第十一圆环盘2002的内圆周固定在第十三圆管2001外面，所述第十一圆环盘2002的外圆周上设有固定的圆弧挡板20012，所述圆弧挡板20012上端设有豁口。所述第十一圆环盘2002表面设有第十四圆管2003，所述第十四圆管2003套在第十三圆管2001圆周面能自由转动，所述第十四圆管2003圆周面设有第一压条20011，所述第一压条20011内设有带尺2008，所述带尺2008的侧面上设有第四刻度 2009。所述第十四圆管2003的上端设有第十二圆环盘2004，所述第十二圆环盘 2004的内圆周固定在第十四圆管2003外面，所述第十二圆环盘2004的外圆周上设有固定的第十五圆管2005，所述第十五圆管2005内壁上设有第二弹簧2007，所述第二弹簧2007包括弹性簧片缠绕而成的螺线弹簧，所述第二弹簧2007的里端固定在第十三圆管2001上。包括第十四圆管2003、第十二圆环盘2004和第十五圆管2005形成的统一体称为回转轮套，拉动带尺2008回转轮套绕第十三圆管2001转动，松开带尺2008回转轮套在第二弹簧2007作用下可以自动回转。所述第十三圆管2001上回转轮套上方设有第十三圆环盘2006，所述第十三圆环盘2006是透明板，所述第十三圆环盘2006的内圆周固定在第十三圆管2001的外面，所述第十三圆环盘2006上端设有第五销钉20013，所述第五销钉20013 用于固定回转轮套位置即带尺2008拉出的长度。所述带尺2008的外端设有显尺辅轮20010，所述显尺辅轮20010包括第十六圆管20014、第十七圆管20015、第十四圆环盘20016、第十五圆环盘20017，所述第十六圆管20014是圆管套，所述第十六圆管20014上设有第十四圆环盘20016和第十五圆环盘20017，所述第十四圆环盘20016和第十五圆环盘20017的内圆周分别固定在第十六圆管 20014外，所述第十四圆环盘20016和第十五圆环盘20017间设有第十七圆管 20015，所述第十七圆管20015能以第十六圆管20014为轴自由转动，所述第十七圆管20015上设有第二压条20019，所述第十六圆管20014的一端设有第九钉孔20018。所述显尺辅轮20010是将带尺2008的外端链接在第二压条20019上。

所述双轮显尺200有两只，一只是将第十三圆管2001上端插入焦点定位管 3第一圆管31的第一钉孔36处并用螺钉固定，所述显尺辅轮20010套在内插摇杆9第十圆管91的第七钉孔912处并用螺钉固定。另一只是将第十三圆管2001 下端固定在准线滑板4第三圆管43内，所述显尺辅轮20010套在内插摇杆9第十一圆管92的第八钉孔913处并用螺钉固定。

如图1、2、13所示，移动辅板300包括第七矩形板3001和第一夹具3002，所述第七矩形板3001是硬直厚板，所述第七矩形板3001表面四个角设有第一夹具3002，中间设有坐标系3003。

所述移动辅板300是将第七矩形板3001置于底盘1第一矩形板11上的矩形管框13内，所述坐标系3003处在上方。

本实用新型的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪的工作原理是，根据同一轴上不同节圆半径圆齿轮啮合点处线速度之比为常数的特点，通过不同方向的两根直齿条的不距离运动轨迹形成椭圆。其特点是：操作简单，在初始条件下只要摇动把手就能完成所有功能。功能齐全：能完成任意参数椭圆的定义演示、轨迹绘制；曲线绘制准确精度高，结构紧凑成本低廉携带方便；适用性强：能在多种场合任意角度演示与绘制。适用于教学、雕刻、工程设计及机械加工等。

本实用新型的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，具有显示椭圆极坐标定义的功能，操作步骤是：

一、仪器组装，1]将底盘1的棱台底座16置于固定的四个点上，拧动第一螺母15使第一矩形板11处于平稳状态。2]将移动辅板300置于底盘1上。3] 将焦点定位架2置于底盘1上。4]将准线滑板4置于底盘1上。5]先将一只未连接显尺辅轮20010的双轮显尺200置于焦点定位管3上，再将焦点定位管3固定在焦点定位架2上。6]把平移轨杆5置于准线滑板4上。7]把焦径转杆6置于焦点定位管3上。8]将第一齿条齿轮组7中的第一齿条副71置于平移轨杆5上。 9]将第二齿条齿轮组8中的第四齿条副81置于焦径转杆6上。10]松开第三销钉 99使内插摇杆9分为外套管914和内插管915，将一只未连接带尺2008的显尺辅轮20010置于外套管914上并固定，把外套管914连接在第一齿条齿轮组7 上，将另一只未连接带尺2008的显尺辅轮20010置于内插管915上并固定，把内插管915连接在第二齿条齿轮组8上并固定，用第三销钉99将外套管914和内插管915合成为内插摇杆9。11]将绘图器100置于内插摇杆9上并固定。12] 取另一只未连接显尺辅轮20010的双轮显尺200置于准线滑板4上，把带尺2008 与内插管915连接构成第一只双轮显尺200，再把焦点定位管3上的带尺2008 与外套管914连接构成第二只双轮显尺200。

二、符号设置：1]垫板300上的坐标系设为Oxy，在Oxy中以原点O为左焦点所画的椭圆记为椭圆OQ，Q为椭圆上点。2]焦点定位架2上第一刻度25、平移轨杆5上第二刻度513、焦径转杆6上第三刻度613、双轮显尺200上第四刻度2009与Ox轴平行时投影值一致。3]焦点定位管3的圆管中心线与Oxy面垂直。 4]第一指示灯27、第二指示灯94在Oxy中的射影点依次分别为椭圆左焦点F和椭圆上的动点P。5]绘图器100的圆锥笔尖1006在坐标系Oxy中设为点Q。6] 在垫板300上纸张的坐标系投影与Oxy重合。7]椭圆极坐标方程为ρ＝p/(1-ecosθ)，a为椭圆半长轴长，c为椭圆半焦距长,离心率e＝c/a(<1),OQ左焦点O到准线的距离为p。

三、初始位置调整：1]确定椭圆OQ的参数a，c，求解p。2]在第一齿条齿轮组7中和第二齿条齿轮组8中，分别选定一齿条齿轮副使它们中圆齿轮节圆半径之比为e＝c/a，假定所用齿条齿轮副分别是第二齿条副72和第四齿条副81。 3]将画有坐标系Oxy、原点O、准线x＝-a(1-e²)的纸张固定在垫板300上。4] 松开第三销钉99，卸下内插管915、带尺2008及第一齿条副71。5]打开所有指示灯电源开关，松开第四滑块26的销钉移动第一指示灯27的光点对准纸张上的原点O(椭圆左焦点)后固定。6]松开第一滑块114、第二滑块115上的销钉移动准线滑板4使第六矩形板41与纸张上的准线x＝-a(1-e²)重合后固定。7]松开准线滑板4上的第五滑块42及第三滑块116，移动平移轨杆5与Oxy中的横轴Ox重合后固定。8]移动外套管914使第二指示灯94的光点对准横轴Ox的c-a 处后固定。9]将第二齿条副72置于平移轨杆5上。10]将套有显尺辅轮20010 及绘图器100的内插管915连接在第二齿条副72上。11]移动内插管915与外套管914形成内插摇杆9，焦径转杆6的外端与Ox轴负方向一致，连接带尺2008。 12]调整圆锥笔尖1006远离纸张后用第五销钉1007固定。13]关闭所有指示灯。

四、显示椭圆极坐标定义特征：平面上动点到一个定点的距离与到定直线的距离之比为小于1的常数，动点的轨迹就是椭圆，常数为椭圆离心率，定点就是椭圆的一个焦点，定直线为椭圆准线。1]打开指示灯开关。2]一手向后轻推焦径转杆6的外端，另一只手抓住圆管摇把98逆时针摇转，内插摇杆9转动后停止轻推焦径转杆6，继续摇转圆管摇把98，第二齿条副72上的第二圆环齿轮723 和第四齿条副81上的第四圆环齿轮813以相同的角速度ω转动，焦径转杆6绕焦点定位管3转动，平移轨杆5垂直准线滑板4向后移动，内插摇杆9的中心线以线速度ωR₁沿平移轨杆5向右移动，同时又以线速度ωR₄沿焦径转杆6向外移动，中心线与第二指示灯94的光柱重合，第二指示灯94的光柱在纸张上的投射点就表示动点，随光点的运动，两只双轮显尺200上带尺2008伸出的长度分别为ωR₁t和ωR₄t，两者的长度比保持不变，等于离心率e。3]在焦径转杆6转至与Ox轴正方向接近一致时停止摇转，光点轨迹是Ox轴上方的半支椭圆弧。4] 一手向前轻拉焦径转杆6的外端，另一只手抓住圆管摇把98顺时针摇转，内插摇杆9转动后停止轻推焦径转杆6，继续摇转圆管摇把98至初始位置时停止，光点轨迹是Ox轴下方的半支椭圆弧。5]在整个过程中，两只双轮显尺200上带尺2008伸出的长度在变，但两者的长度比保持不变，一致等于离心率e，第二指示灯94的投射点的轨迹就是半长轴长为a椭圆半焦距长为c的椭圆。

五、演示结束：关闭指示灯，将装置恢复到初始状态。

本实用新型的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，具有按极坐标定义方式绘制椭圆的功能，操作步骤是：

一、仪器组装：与显示椭圆极坐标定义的相同。

二、符号设置：与显示椭圆极坐标定义的相同。

三、初始位置调整：与显示椭圆极坐标定义的相同。

四、绘制椭圆：1]调整圆锥笔尖1006与纸张接触后用第五销钉1007固定。 2]打开指示灯开关。3]一手向后轻推焦径转杆6的外端，另一只手抓住圆管摇把 98逆时针摇转，内插摇杆9转动后停止轻推焦径转杆6，继续摇转圆管摇把98 至焦径转杆6与Ox轴正方向接近一致时停止，曲线是Ox轴上方的半支椭圆弧。 4]一手向前轻拉焦径转杆6的外端，另一只手抓住圆管摇把98顺时针摇转，内插摇杆9转动后停止轻推焦径转杆6，继续摇转圆管摇把98至初始位置时停止，曲线是Ox轴下方的半支椭圆。5]在整个过程中，两只双轮显尺200上带尺2008 伸出的长度在变，但两者的长度比保持不变，一致等于离心率e，圆锥笔尖1006 绘制的曲线就是半长轴长为a椭圆半焦距长为c的椭圆。

五、演示结束：关闭指示灯，取出画有抛物线的纸张，将装置恢复到初始状态。

本实用新型的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，能在任何固定平面上绘图的功能，只要将底盘1上的球面吸盘17吸附在固定平面上，拧动第二螺母18 使第一矩形板11处于平稳状态，仿照在移动辅板300上绘图的方法，可以在任意方向的固定平面上绘出多参数的椭圆。

本实用新型椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪的经济价值和应用前景：随着技术进步和经济发展，越来越需要先进的装备提高教学效果、产品质量及工作效率，急需一种操作简单使用方便的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，仅基础教育全国共有学校几千所，还有众多的工程设计及制造企业，数量相当可观，其市场前景非常广阔，具有良好的经济收益和社会效益。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (2)

1.椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，其特征在于：包括底盘、焦点定位架、焦点定位管、准线滑板、平移轨杆、焦径转杆、第一齿条齿轮组、第二齿条齿轮组、内插摇杆、绘图器、双轮显尺和移动辅板，所述移动辅板置于底盘的中部，所述准线滑板置于底盘上，所述焦点定位架置于底盘上面，所述焦点定位管置于焦点定位架上，所述平移轨杆置于准线滑板及底盘上，所述焦径转杆置于焦点定位管上，所述第一齿条齿轮组置于平移轨杆上，所述第二齿条齿轮组置于焦径转杆上，所述内插摇杆是第一齿条齿轮组和第二齿条齿轮组的中心转轴，所述绘图器置于内插摇杆下端，所述双轮显尺分别置于准线滑板和焦点定位管上，都与内插摇杆相连。

2.根据权利要求1所述的椭圆极坐标定义演示及曲线绘制仪，其特征在于：所述平移轨杆包括第一矩形杆、第一滑块拉环和第二滑块拉环，所述第一矩形杆表面中间设有第一滑槽，所述第一滑槽中设有第一滑块拉环，所述第一滑块拉环包括第六滑块、第三撑杆和第三圆环盘，所述第六滑块的近外端处设有第七槽沟，所述第七槽沟内设有第三撑杆，所述第三撑杆的一端设有第三圆环盘，所述第六滑块的外端面上设有第一销钉，所述第一滑槽顶面前后两端分别设有固定的第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板卡在第六滑块中间的凹槽内，所述第一矩形杆表面前端设有第二刻度，所述第一矩形杆底面中部设有第二滑槽，所述第二滑槽内设有第二滑块拉环，所述第二滑槽底面前后两端设有固定的第三挡板和第四挡板，所述第一矩形杆前侧面两端依次设有第一直角轨板和第二直角轨板，所述第一直角轨板和第二直角轨板的下端设有固定的第五挡板，所述第一直角轨板、第二直角轨板、第五挡板构成有限插槽，所述第一矩形杆的左端面上设有第二钉孔。

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