CN2244424Y - 两层魔球 - Google Patents

Abstract

一种全自由度两层魔球，属偶层魔方范畴。具有导槽的七个角块中依次交替插入浮动弧形导向定位轨块和中心轨块，装入最后一块有固定三维轨块的角块后，轨块在导槽中组成三维轨环，可使各层角块沿分离面任意回转。本专利魔球可制成球状或正方体外观。各部件用硬塑料压铸成型，组装后表面饰以彩色画面。达到标定画面组合的机率远高于三层魔方，可成为具有知识性、趣味性的一种新颖的智力、健身玩具。

Description

两层魔球

一种两层魔球，属于偶层魔方范畴中新颖性结构。

本实用新型主要适用于智力玩具系列，它不仅锻练智力和思维反应速度，也训练手的灵巧，对青少年乃至老年人的智力开发、技巧运用具有促进作用。

匈牙利鲁毕克发明的三层魔方曾风靡世界，对启迪智力、发展空间想象力和严谨的科学思维方法，培养坚强的成功毅力等方面均有很大的促进。三层魔方立方体的六个面由26个小体组成(图1)。每个面有一个居中的中心小体(1)，无论如何旋转，小体仅能看见的一个面的颜色不变；立方体有12个棱，每个棱的中部各有一个棱上小体(2)，只能看见两个面，任意旋转魔方，棱上小体总在棱上；立方体有8个角，每个角上各有一个角小体(3)，可看见3个面，回转时角小体总在角上。三层魔方26个小块组成的六个面涂有6种颜色，任意旋转，其图案排列变化，可达4.325×10¹⁹个。

中国温金纯在三层魔方的结构基础上，利用联想发明法制成了五层魔方，由98个小块组成正方体的六个面，其图案排列变化达3.466×10⁹⁷个，曾在第二届全国发明展览会中展出，但未见进入商品领域。

上述两种魔方属奇层魔方范畴。分析其内部结构均有一个三维座标定轴，如图1三层魔方结构图所示，三维定轴轴端部各卡入安装一个可沿三维定轴(4)回转的中心小体(1)，共六个；三层魔方边棱部中间的棱上小体(2)设有两维凸块，与相邻的中心小体(1)的内球面曲线相配合，以保证回转变化时相互卡紧不脱落；角部八个角小体(3)设有延伸至三个相邻棱上小体内球面中的球面角突块，嵌入配合。由此，形成各相互嵌入的小体可沿三维整体回转的自由度，实现上述三层魔方的26个小体的多样排列组合变化。五层魔方结构原理与三层魔方相似，中心具有三维定轴，内部三层表面为球形，作为外层镶嵌轨道，其角块和中心块以外的棱上小体结构不同，但原理仍与三层魔方的棱上小体相类似，从而使表面98个小块组成的魔方具有更多的变化机率。由上可看出奇层魔方均以固定三维轴作为支撑架，使其它棱上小体和角块以内球面为轨道，形成沿中心轴回转的变位，以达到任意的排列组合。偶层魔方不能具有固定三维中心轴，各小块仅能浮动回转，从而具有更大的结构设计难度。因此，发明三层魔方的鲁毕克至今仍未解决偶层魔方的结构，可见难度之大。

近期，德国麦菲尔(MEFTTRT)教授发明的魔球如图9所示，由6个正方球面和8个三角形球面交错相接组成球体。由于正方形球面与三角形球面的边长均为魔球表面周长的1/6，因此，球体可沿四个半球分割面任意交替回转，但是，每次回转必须移动偶位，即将正方形球面与正三角形球面旋至交错排列状态，才能改变为另一分割面的回转，以达到标定图案状态。属有制约条件的组合机率。

本实用新型在考虑了魔方的层数愈多，各小块图案排列组成的变化率愈高，其排列组合的数字惊人的现实。为使魔方打乱后达到某一标定的排列(如三层魔方达到六个面的六种颜色一致的排列)，尽管三层魔方的世界记录为25.79秒，对于掌握三层魔方复原算法者，复原三层魔方仍需回转50～150次。但是，多数人仍难于使打乱的魔方复原。因此，对于启迪智力、发展空间想象、严谨科学思维、培养毅力等独特效果的三层魔方，因其复原成功率过低，仅风靡很短时间即失去了吸引力，三层以上魔方更是如此了。魔方作为智力玩具适应于各年龄层次，尤其青少年利用魔方启迪思维和训练手部灵活过程中，当达到标定的排列时，更能获得成功的欣慰。

本实用新型的目的是在风靡世界的三层魔方引起注目的影响之后而引伸设计的最小偶数层魔方，填补了魔方类别的完整性。其图案变化为2.465×10⁸个，远小于三层魔方的变化，较易于达到标定的排列，以获得成功欣喜。

由于上述三层和三层以上魔方不能适应更大范围使用者在既有一定技巧难度、又有标定排列机率以及为避免麦菲尔发明的不对等角块所造成的有制约条件的旋转组合对自由度的限制，填补全自由度偶数魔方的空白，而研究设计了本实用新型所述的两层魔球。为使本实用新型魔球具有新颖性和趣味性，在相同内部结构条件下将外观制成正方体或球面体几何形状，并可饰以平面或球面的多种图案、卡通画等美术式样。

本实用新型的解决方案是：

本实用新型的两层魔球属偶数层魔方范围，由八个角块组成外观几何体，通过9个具有燕尾的浮动弧形导向定位块(9)、3个具有双向燕尾的中心轨块(10)和第八个角块(7)中固定的三维弧形轨块，将7个具有相应导槽的角块(8)和最后装入的第八个角块(7)组成不可拆卸的魔球整体。中心轨块(10)具有与弧形导向定位块(9)同样宽度的正方形尺寸，在顶部两维燕尾作用下，可使各角块沿轨槽作两维回转。组装时，先将弧形轨块(9)插入相邻两个角块(8)的环形轨槽中，而后插入中心轨块(10)，依次将9个弧形轨块(9)和3个中心轨块(10)插入相邻角块(8)的轨槽中。此时，将要与第八个角块(7)联接的相邻三个角块(8)的导向燕尾槽中无弧形轨块(9)和中心轨块(10)，已装的7个角块(8)与定位导块(9)和中心轨块(8)处于相对浮动位置，一旦中心角块(10)不处在角块分界面时，角块(8)则不能改向回转。为使各弧形轨块(9)和中心轨块(10)均能处于图示固定位置，以保证角块回转自由度，为此，最后组装的第八个角块(7)必须将与其相配合的3个弧形轨块和3个中心轨块固接为一体，如图5件号7所示。此具有三维弧形导向轨块的第八个角块(7)可通过材料的弹性变形和角块配合间隙挤压至相邻三个角块的轨槽中；同时，亦可采用分解具有三维弧形轨块的第八个角块(7)的结构，装入就位后再粘结或固接的工艺方法，达到装入第八个角块的目的。当第八个角块装入后，其固定的三段弧形轨块始终与第八个角块处于同步、同相位置，其余七个角块弧形导槽中浮动导向定位轨块和中心轨块受第八个角块中固接轨块的制约，在任意回转角块达到半球至三维中心线位置时，角块均与导向、中心轨块间的分离面处于图示相应分离面位置，从而保证了角块处于三维自由回转状态。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1为三层魔方结构图。

图2为件号(2)棱上小体轴侧图。

图3为件号(3)角小体轴侧图。

图4为本实用新型魔球结构图。

图5为件号(7)结构图。

图6为件号(8)结构图。

图7为件号(9)结构图。

图8为件号(10)结构图。

图9为麦菲尔魔球外观图。

其中：1-中心小体；2-棱上小体；3-角小体；4-三维定轴；5-正三角球面角块；6-正方球面角块；7-第八个角块；8-第1～7个角块；9-浮动弧形导向定位轨块；10-中心轨块。

本实用新型的两层魔球属偶层魔方范畴，由8个角块组成外观形状，其中：第1～7个角块(8)均具有三维弧形单燕尾槽，将浮动导向定位轨块(9)和中心轨块(10)依次交替插入上述三维相邻角块(8)燕尾导向槽中，组成7/8球体，最后通过挤压或分解组合工艺，将具有三维轨块的第8个角块(7)装入魔球中，由于第8个角块(7)的三维轨块与角块的固接而处于同步、同相位置，亦制约了第1～7个角块(8)三维导向槽中的浮动弧形导向定位轨块(9)和中心轨块(10)始终处于三维90°状态，即中心轨块(10)始终处于三维90°的交点位置。当任意回转各层角块使边界线与三维座标轴相一致时，亦同时与各中心轨块(10)的中心线相一致，由于中心轨块(10)具有与弧形导向定位轨块(9)的宽度相同的两维尺寸(即正方形)和两维导向燕尾，因此，保证了魔球按任意轴线改向回转的自由度。

本实用新型中导向轨块与角块中导槽的三维配合面积大，且间隙小，角块回转平稳、灵活，更有利于使用。

实施例

本实用新型的最小偶位数的魔方其外观可制成球体或正方体，其图案最大变化次数均为2.465×10⁸个。各角块、轨块可采用塑料材料通过模具压铸成形。为增加组装后魔球的新颖性、趣味性的外观视觉效果，表面饰以彩色画面或图案。对于正方体的两层魔方，表面采用平面印刷、粘贴或烫画工艺依次对六个面饰以按八个小块界面分割的整体画面；即成为有装饰效果的两层魔方；对于球体的两层魔球，因其曲线表面难于粘贴、印刷平面图案，否则，产生趋折和画面变形，为消除此后患，对其贴饰的图案应按曲率绘制具有预变形格的变形画面，制成烫画图案，而后采用专用球状烫画模具将烫画图案转烫至魔球表面，而后依球体各角块界面分割整体画面。可获得画面精确且新颖的效果。整体画面即为打乱各角块后标定的组合要求。

此实用新型作为智力玩具，具有潜在的巨大市场，改变了鲁毕克原三层魔方仅有六种颜色的单调效果，可饰以多种类型画面，增加了使用者的趣味性和知识性。加至两层魔球达到标定组合的回转机率远高于三层魔方，更能普及到各年龄结构对趣味性、知识性、智力开发和手的健康保护等具有促进作用。

Claims (3)

1.一种全自由度两层魔球，属偶层魔方范畴，其特征在于：

两层魔球由八个角块组成中心对称的球形或立方形的几何体外观，两层间可三维任意回转。其内部结构是：第1～7个角块均具有三维弧形单燕尾槽，9个浮动导向定位轨块和3个中心轨块依次交替插入上述三维相邻角块燕尾槽中组成7/8球体，最后通过挤压或分解组合工艺将具有三维弧形轨块的第八个角块装入已组装的7/8球体空位相对应的燕尾槽中。由于第八个角块中的三维导向轨与角块为一体结构，则处于同步、同相位置，亦制约了第1～7个角块三维燕尾槽中浮动插入的弧形导向定位轨块和中心轨块始终处于三维90°状态，即保证中心轨块始终处于三维90°交点位置。当任意回转各层角块边界线与三维座标一致时，从而达到各层角块可任意回转的自由度。

2、根据权利要求1所述的两层魔球，其特征是浮动弧形导向定位轨块其曲率半径与角块中导槽曲率半径相一致；导向定位轨块的弧长为角块中相邻两维导槽底部对应的弧长相一致；导向定位轨块的燕尾与导槽单燕尾相配合，同时卡入相邻角块对应的导槽内。

3、根据权利要求1所述的两层魔球，其特征是中心轨块具有与弧形导向定位轨块宽度相同的两维尺寸，并具有双向燕尾结构。

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