專利名稱：六棱魔方的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智力玩具，具體地說是指一種六棱魔方。
背景技術(shù)：
魔方(如常見的正方體三層魔方)是匈牙利建筑師愛爾諾魯畢克(Rubik)在1975年發(fā)明的，至今已經(jīng)20多年過去了。它曾經(jīng)掀起了一波又一波熱潮，至今仍在生產(chǎn)、銷售中。玩過的人都知道，它不僅僅是一件普通的玩具，而且還是一件益智的數(shù)學工具，它的最快復原方法已經(jīng)成為一個經(jīng)典的數(shù)學問題，在數(shù)學殿堂留下趣味的一章。
匈牙利人魯畢克發(fā)明的智力玩具魔方，風靡世界十幾年，是一種成功的鍛煉人們空間想象能力的智力玩具和教具。但由于魯畢克魔方由26個轉(zhuǎn)動塊組成，轉(zhuǎn)動時26個轉(zhuǎn)動塊的運動規(guī)律較復雜，不易被人們掌握。
又如，在中國申請?zhí)枮?0105608.1，申請人為戴峰，發(fā)明名稱為新型智力魔方，該專利文件中公開了一種由八個轉(zhuǎn)動塊和一個芯軸部件組成的智力玩具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計的六棱魔方打破了現(xiàn)有魔方的制作規(guī)律、轉(zhuǎn)動規(guī)律，能夠制作出一系列新型的魔方。
本發(fā)明的魔方由六個轉(zhuǎn)動塊構(gòu)成，有四十八種排列組合，是較為簡單的玩具魔方。
本發(fā)明的一種六棱魔方，其包括有轉(zhuǎn)動塊、芯軸，轉(zhuǎn)動塊分為定軸轉(zhuǎn)動塊和自由轉(zhuǎn)動塊共計六塊，轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面為球形弧面。芯軸由一個芯軸中心體和三個芯軸端部構(gòu)成。定軸轉(zhuǎn)動塊上各設(shè)有軸孔，軸孔的大小同芯軸端部的大小適配。每兩個定軸轉(zhuǎn)動塊之間安放一個自由轉(zhuǎn)動塊，定軸轉(zhuǎn)動塊與自由轉(zhuǎn)動塊之間不發(fā)生連接，芯軸上的三個芯軸端部分別安裝于定軸轉(zhuǎn)動塊上的軸孔中。其對應(yīng)的幾何關(guān)系是轉(zhuǎn)動塊截面等邊三角形的邊長限定為a，魔方高度大約為2a，轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球形弧面半徑應(yīng) 芯軸端部到芯軸中心距離應(yīng) 其芯軸端部與芯軸端部之間的夾角α＝120°。
所述的六棱魔方，其定軸轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面有一段球形弧面和一個與芯軸連接的軸孔，球型弧面包容芯軸、自由轉(zhuǎn)動塊轉(zhuǎn)動所需的空間，并扣接自由轉(zhuǎn)動塊。
所述的六棱魔方，其自由轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面有兩段凹陷的球型弧面和兩段突出的球型弧面，凹面承接定軸轉(zhuǎn)動塊的轉(zhuǎn)動空間，凸面用于被定軸轉(zhuǎn)動塊扣接。
所述的六棱魔方，其芯軸端部與軸孔之間的連接方式可以采用螺紋-彈簧、銷釘、榫頭連接。
所述的六棱魔方，其外形可以是圓柱體。圓柱體對應(yīng)的幾何關(guān)系為，圓柱體半徑為r，圓柱體高度約為2r，轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球形弧面半徑應(yīng)＜r，芯軸端部到芯軸中心距離應(yīng)≤r。
所述的六棱魔方，其外形可以是球體。球體對應(yīng)的幾何關(guān)系為，球體半徑為r，轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球形弧面半徑應(yīng)＜r，芯軸端部到芯軸中心距離應(yīng)≤r。
本發(fā)明的六棱魔方具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，玩者易掌握的特點。


圖1是本發(fā)明的六棱魔方立體圖。
圖2是取出一個定軸轉(zhuǎn)動塊后的立體圖。
圖3是在組合轉(zhuǎn)動時由一個自由轉(zhuǎn)動塊、兩個定軸轉(zhuǎn)動塊和芯軸所組成的固定單位示意圖。
圖4是在組合轉(zhuǎn)動時由兩個自由轉(zhuǎn)動塊和一個定軸轉(zhuǎn)動塊所組成的轉(zhuǎn)動單位示意圖。
圖5是芯軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是定軸轉(zhuǎn)動塊的六面圖。
圖6(a)是定軸轉(zhuǎn)動塊同芯軸連接面的正視圖。
圖6(b)是圖6(a)的后視圖。
圖6(c)是圖6(a)的右視圖。
圖6(d)是圖6(a)的左視圖。
圖6(e)是圖6(a)的俯視圖。
圖6(f)是圖6(a)的仰視圖。
圖7是自由轉(zhuǎn)動塊的六面視圖。
圖7(a)是自由轉(zhuǎn)動塊向芯軸面的正視圖。
圖7(b)是圖7(a)的后視圖。
圖7(c)是圖7(a)的右視圖。
圖7(d)是圖7(a)的左視圖。
圖7(e)是圖7(a)的俯視圖。
圖7(f)是圖7(a)的仰視圖。
圖8是芯軸的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是芯軸的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10(a)是采用螺紋-防松彈簧芯軸與定軸轉(zhuǎn)動塊的連接方式示意圖。
圖10(b)是采用銷釘芯軸與定軸轉(zhuǎn)動塊的連接方式示意圖。
圖10(c)是采用榫頭芯軸與定軸轉(zhuǎn)動塊的連接方式示意圖。
圖11是六棱魔方幾何關(guān)系限定示意圖(半剖)。
在圖中1.定軸轉(zhuǎn)動塊2.自由轉(zhuǎn)動塊3.定軸轉(zhuǎn)動塊4.自由轉(zhuǎn)動塊5.定軸轉(zhuǎn)動塊6.自由轉(zhuǎn)動塊7.芯軸8.芯軸端部9.芯軸端部10.芯軸端部11.軸孔12.定軸轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面13.自由轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面14.芯軸中心體108.芯軸端部109.芯軸端部110.芯軸端部114.芯軸中心體208.芯軸端部 209.芯軸端部 210.芯軸端部 214.芯軸中心體
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
請參見圖1～7所示，本發(fā)明的六棱魔方，由一個芯軸7、三個定軸轉(zhuǎn)動塊1、3、5和三個自由轉(zhuǎn)動塊2、4、6組成，轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面為球形弧面。芯軸7由一個芯軸中心體14和三個芯軸端部8、9、10構(gòu)成，定軸轉(zhuǎn)動塊1、3、5 上設(shè)有軸孔11，軸孔11的大小同芯軸端部8、9、10的大小適配。每兩個定軸轉(zhuǎn)動塊之間安放一個自由轉(zhuǎn)動塊，定軸轉(zhuǎn)動塊與自由轉(zhuǎn)動塊之間不發(fā)生連接，芯軸7上的三個芯軸端部8、9、10分別安裝于定軸轉(zhuǎn)動塊1、3、5上的軸孔11中。
請參見圖8、9所示，只要芯軸端部8與芯軸端部9之間的夾角，芯軸端部9與芯軸端部10之間的夾角，芯軸端部10與芯軸端部8之間的夾角α＝120°就可符合要求，不需考慮芯軸中心體14、114、214的形狀，任何形狀都是可以的。
請參見圖6所示，定軸轉(zhuǎn)動塊內(nèi)表面12有一段球形弧面和一個與芯軸7連接的軸孔11(連接方式參見圖10)。球形弧面用于包容芯軸7、自由轉(zhuǎn)動塊2轉(zhuǎn)動所需的空間；同時還有扣接自由轉(zhuǎn)動塊2、保持緊密的功能。
請參見圖7所示，自由轉(zhuǎn)動塊內(nèi)表面13有兩段凹陷的球型弧面和兩段突出的球型弧面。凹面用于承接定軸轉(zhuǎn)動塊1的轉(zhuǎn)動空間。凸面用于被定軸轉(zhuǎn)動塊1扣接、保持緊密；同時還有在轉(zhuǎn)動空間導動轉(zhuǎn)動的功能。
請參見圖10所示，連接方式可以采用螺紋-彈簧、銷釘、榫接等；只需滿足軸芯端部8、9、10與軸孔11以可轉(zhuǎn)動的方式配合、同時滿足定軸轉(zhuǎn)動塊與芯軸不脫離即可。
請參見圖11所示，如果要以六棱柱的方式表現(xiàn)該魔方，對其幾何關(guān)系需服從以下限制如果把轉(zhuǎn)動塊截面等邊三角形的邊長限定為a，魔方高度大約為2a；轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球面半徑應(yīng)小于 芯軸端部到中心距離應(yīng)小于等于 如果以棱柱、球體的方式表現(xiàn)該魔方，對其幾何關(guān)系需服從以下限制如果球體半徑(圓柱體半徑)為r，圓柱體高度大約為2r；轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球面半徑應(yīng)小于r，軸芯端部到中心距離應(yīng)小于等于r。
本發(fā)明的六棱魔方在裝配時，以芯軸7為中心，先裝入自由轉(zhuǎn)動塊2、4、6；再裝入定軸轉(zhuǎn)動塊1、3、5，然后連接定軸轉(zhuǎn)動塊1、3、5與芯軸7即可。這時候，自由轉(zhuǎn)動塊2、4、6并沒有和芯軸7或者定軸轉(zhuǎn)動塊1有直接的固接關(guān)系，但是據(jù)幾何關(guān)系確定，每個自由轉(zhuǎn)動塊2、4、6均被相鄰的定軸轉(zhuǎn)動塊1、3、5扣接、保持緊密、并且可以轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動時，以任何一個定軸轉(zhuǎn)動塊1或3或5為基礎(chǔ)、相鄰的兩個自由轉(zhuǎn)動塊2、4或4、6或6、2配合成一個轉(zhuǎn)動單位(如圖4所示)；此轉(zhuǎn)動單位可以延芯軸7的一條軸轉(zhuǎn)動180°，重新配合成對稱的狀態(tài)。除此轉(zhuǎn)動單位外的另外三個轉(zhuǎn)動件也可構(gòu)成另一個相對此單位轉(zhuǎn)動的固定單位(如圖3所示)、并且從內(nèi)部拼接成一段完整的環(huán)型球面供轉(zhuǎn)動單位轉(zhuǎn)動。
轉(zhuǎn)動單位和固定單位可以互相交互成員。因此，六個轉(zhuǎn)動塊可以實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)動或組合。
六棱魔方三個定軸轉(zhuǎn)動塊相對芯軸7有一個轉(zhuǎn)動自由度；三個自由轉(zhuǎn)動塊相對芯軸7有三個轉(zhuǎn)動自由度。
本發(fā)明的魔方可以加工制作成六棱柱、圓柱體或者球體，外部也可以帶有色彩或圖案。
如果在六個轉(zhuǎn)動塊的各個表面繪上連續(xù)的圖案，游戲的目的就在于如何打亂圖案和如何重新組合圖案六棱柱有8個表面，可以參考上下表面的圖案為重新組合的依據(jù)；圓柱體有3個表面，可以參考3個表面的圖案為重新組合依據(jù)；球體的魔方有一個表面；如果繪上世界地圖，就可以做成一個以經(jīng)度為分界的立體地球拼圖玩具。
本發(fā)明的魔方可用塑料、金屬材料或其他適合的材料制造，取材廣泛。
本發(fā)明的產(chǎn)品與現(xiàn)有魔方相比，具有結(jié)構(gòu)簡潔，轉(zhuǎn)動靈活，制造容易，更適合開發(fā)兒童智力的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種六棱魔方，其包括有轉(zhuǎn)動塊、芯軸，其特征在于轉(zhuǎn)動塊分為定軸轉(zhuǎn)動塊(1、3、5)和自由轉(zhuǎn)動塊(2、4、6)共計六塊，轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面為球形弧面；芯軸(7)由一個芯軸中心體(14)和三個芯軸端部(8、9、10)構(gòu)成；定軸轉(zhuǎn)動塊(1、3、5)上設(shè)有軸孔(11)，軸孔(11)的大小同芯軸端部(8、9、10)的大小適配；每兩個定軸轉(zhuǎn)動塊之間安放一個自由轉(zhuǎn)動塊，定軸轉(zhuǎn)動塊與自由轉(zhuǎn)動塊之間不發(fā)生連接，芯軸(7)上的三個芯軸端部(8、9、10)分別安裝于定軸轉(zhuǎn)動塊(1、3、5)上的軸孔(11)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六棱魔方，其特征在于外形為正六棱柱體對應(yīng)的幾何關(guān)系是轉(zhuǎn)動塊截面等邊三角形的邊長限定為a，魔方高度大約為2a，轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球形弧面半徑應(yīng) 芯軸端部到芯軸中心距離應(yīng)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六棱魔方，其特征在于芯軸端部與芯軸端部之間的夾角α＝120°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的六棱魔方，其特征在于定軸轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面(12)有一段球形弧面和一個與芯軸(7)連接的軸孔(11)，型弧面包容芯軸(7)、自由轉(zhuǎn)動塊(2)轉(zhuǎn)動所需的空間，并扣接自由轉(zhuǎn)動塊(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的六棱魔方，其特征在于自由轉(zhuǎn)動塊的內(nèi)表面(13)有兩段凹陷的球型弧面和兩段突出的球型弧面，凹面承接定軸轉(zhuǎn)動塊(1)的轉(zhuǎn)動空間，凸面用于被定軸轉(zhuǎn)動塊(1)扣接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的六棱魔方，其特征在于芯軸端部與軸孔(11)之間的連接方式可以采用螺紋-彈簧、銷釘、榫頭連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的六棱魔方，其特征在于外形可以是圓柱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的六棱魔方，其特征在于圓柱體對應(yīng)的幾何關(guān)系為，圓柱體半徑為r，圓柱體高度約為2r，轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球形弧面半徑應(yīng)＜r，芯軸端部到芯軸中心距離應(yīng)≤r。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的六棱魔方，其特征在于外形可以是球體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的六棱魔方，其特征在于球體對應(yīng)的幾何關(guān)系為，球體半徑為r，轉(zhuǎn)動塊內(nèi)接球形弧面半徑應(yīng)＜r，芯軸端部到芯軸中心距離應(yīng)≤r。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種六棱魔方，它屬于智力玩具領(lǐng)域，它由轉(zhuǎn)動塊、芯軸組成，其中，轉(zhuǎn)動塊分為定軸轉(zhuǎn)動塊和自由轉(zhuǎn)動塊，芯軸由一個芯軸中心體和三個芯軸端部構(gòu)成。每兩個定軸轉(zhuǎn)動塊之間安放一個自由轉(zhuǎn)動，定軸轉(zhuǎn)動塊與自由轉(zhuǎn)動塊之間不發(fā)生連接，芯軸上的三個芯軸端部分別安裝于定軸轉(zhuǎn)動塊的軸孔中。本發(fā)明的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡潔，轉(zhuǎn)動靈活，制造容易，更適合開發(fā)兒童智力等優(yōu)點。
文檔編號A63F9/06GK1416930SQ0215328
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者杜遂熒, 張欣, 張寶江 申請人:北京航空航天大學