冪函數(shù)演示及圖像繪制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種教學儀器和工程制圖儀，是把非線性運動轉(zhuǎn)化為正交合成運動的裝置，具體地說是一種能直觀演示冪函數(shù)關(guān)系并繪制出相應圖像的冪函數(shù)演示及圖像繪制
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國中高等教育事業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步，教師教學、學生學習、工程設計、現(xiàn)場施工等都需要快捷方便多功能的繪圖儀器。冪函數(shù)是常用的函數(shù)之一，在中等數(shù)學和大學數(shù)學中占有重要的地位。通過直觀演示函數(shù)關(guān)系并描繪出相應的圖像，既能減輕教師的教學壓力也能幫助學生理解和領(lǐng)會，是提高冪函數(shù)教學質(zhì)量的重要手段。工程技術(shù)人員在進行產(chǎn)品設計、圖紙繪制，施工人員在板材或面料畫線裁剪或在固定平面上繪制圖案時，經(jīng)常用到冪函數(shù)曲線，他們急需一種操作簡單使用方便的演示和繪圖儀器。目前主要采用手工列表描點、計算機軟件賦值打印等方法畫圖，取點繁瑣計算結(jié)果主要為近似值，定點間的連線多用折線或離散點代替，看不到真實曲線形成的全貌，繪畫效率低且聯(lián)動性和通用性差。
[0003]為了解決上述問題，近階段也出現(xiàn)了少數(shù)涉及冪函數(shù)的裝置，如，專利號為CN200410006356.2的文獻中給出了“一種能畫多種函數(shù)曲線的模板”，它是一個含有個別冪函數(shù)局部曲線段的模板，不能演示冪函數(shù)關(guān)系，也不能根據(jù)函數(shù)關(guān)系自動繪制函數(shù)圖像；專利號為201320648009的文獻中給出了 “一種函數(shù)圖像演示裝置”，實現(xiàn)方式是:利用有源晶振邏輯控制模塊、驅(qū)動模塊等電子信息技術(shù)材料，只能在點陣液晶顯示模塊上觀看對數(shù)函數(shù)圖像的視頻資料，不能直接反映動點的變化過程及描圖過程；專利號為201410577646的文獻中給出了 “一種凸輪輪廓曲線繪制演示儀”，只能繪制凸輪閉曲線圖形，難以完成冪函數(shù)圖像繪制。
[0004]綜上所述文獻存在如下不足:不能通過簡單的機械構(gòu)件直觀演示冪函數(shù)的直角對應關(guān)系，不能通過簡單操作親手自動繪制出冪函數(shù)圖像，尤其是不利于學生個人用于學習領(lǐng)會，也不易在固定平面或工作現(xiàn)場繪制曲線，功能不足適用性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服手工畫圖做不到或現(xiàn)有儀器中缺少的功能，本發(fā)明的目的是提供一種冪函數(shù)演示及圖像繪制裝置，該裝置能在教室、繪圖室、施工現(xiàn)場、學生自習場所使用，且繪圖效率高、圖像清晰準確、操作簡單、攜帶方便、功能齊全。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]—種冪函數(shù)演示及圖像繪制裝置，其特征在于:該裝置包括支架、滾輪導向板、旋轉(zhuǎn)導桿、繪圖機構(gòu)、連接系統(tǒng)、畫板，所述支架包括下地腳，在兩個下地腳上分別設有左立桿、右立桿，左立桿、右立桿通過下橫桿、中橫桿、上橫桿垂直固連，在左立桿上固定一根主槽桿，主槽桿中嵌有帶鎖主滑塊，在中橫桿上有左軸孔、右軸孔，在下橫桿、中橫桿、上橫桿的后面均設有后地腳，每個后地腳上有地腳吸盤；滾輪導向板固定在左立桿和中橫桿上，旋轉(zhuǎn)導桿的轉(zhuǎn)軸固定在中橫桿的左軸孔內(nèi)，繪圖機構(gòu)固定在支架右立桿及下橫桿、中橫桿、上橫桿上，在繪圖機構(gòu)的后面裝有畫板，繪圖機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)導桿、滾輪導向板之間通過由線繩和滑輪組成的連接系統(tǒng)連接。
[0008]本發(fā)明中，滾輪導向板由矩形硬板、圓柱滾輪、固定卡構(gòu)成，矩形硬板具有一定厚度，在其上有穿透的定位孔，過定位孔有一條鏤空的軌線，在軌線的內(nèi)側(cè)凸形壁面上開有一條槽溝，圓柱滾輪嵌在鏤空軌線內(nèi)，在矩形硬板的兩邊設有多個固定孔。鏤空軌線的邊線方程是y = f(t),其中，直角坐標系原點在定位孔，坐標軸與導向板邊平行，曲線y = f(t)滿足初始條件為y(0) = 0，Y' (O) = O的微分方程
[0009]ty(ty, ~y)y' y" +t2y' 4+(t2-y2_t2y-a2-(t2+y)y- α O0
[0010]其中，y'，y"分別表示一、二階導數(shù)，y' 4表示一階導數(shù)的4次方。
[0011]本發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)導桿由內(nèi)槽桿、上滑塊、釘軸、紅指示燈、下滑塊、銷釘軸、蘭指示燈、軸承、帶卡轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，內(nèi)槽連桿是一根有內(nèi)槽的直長桿，在內(nèi)槽中嵌有上滑塊和下滑塊，上滑塊上有銷釘穿過，銷釘?shù)那岸嗽O有紅指示燈；下滑塊上有銷釘軸穿過，銷釘軸的前端設有蘭指示燈；在內(nèi)槽桿中下部固定一只軸承，軸承中設有帶卡轉(zhuǎn)軸；上滑塊上的銷釘與支架上主槽桿中的帶鎖主滑塊垂直相連；下滑塊上的銷釘軸與滾輪導向板上的圓柱滾輪的軸相連，在內(nèi)槽桿的上端有一垂直的手搖柄。
[0012]本發(fā)明中，繪圖機構(gòu)由左滑道撐桿、右滑道撐桿、下滑道橫桿、上滑道橫桿、縱向?qū)U、橫向?qū)U、畫筆和多個滑塊等構(gòu)成。左右滑道撐桿、下上滑道橫桿呈矩形構(gòu)成繪圖機構(gòu)的外邊框，在四根邊框的滑槽中依次嵌入左滑塊、右滑塊、下滑塊、上滑塊；縱向?qū)U和橫向?qū)U呈垂直狀態(tài)，橫向?qū)U的內(nèi)滑槽中設有橫向滑塊，橫向?qū)U的左右兩端分別與左右滑道撐桿上的滑塊相連，并在上下兩側(cè)開有線孔；縱向?qū)U的內(nèi)滑槽中設有縱向滑塊，縱向?qū)U的上下兩端分別與上下滑道橫桿上的滑塊相連，并在左右兩側(cè)開有線孔；在縱橫導桿的兩個內(nèi)部滑塊之間有垂直的銷釘從前往后穿過，在垂直銷釘?shù)暮蠖诉B接畫筆，畫筆的支架上有螺栓和彈簧調(diào)節(jié)長度。
[0013]本發(fā)明中，連接系統(tǒng)由七只定滑輪和四根拉線組成，七只定滑輪中，三只固定在支架中的上橫桿上，從左到右分別是左滑輪、上中滑輪和上右滑輪，三只固定在支架中的下橫桿上，從左到右分別是下左滑輪、下中滑輪和下右滑輪，一只固定在支架的中橫桿的右端(右滑輪)；在圓柱滾輪與縱向?qū)U之間有兩根橫向拉線，橫向右拉線的左端固定在旋轉(zhuǎn)導桿中的銷釘軸上，右端依次經(jīng)過軌線槽溝、帶卡轉(zhuǎn)軸、右滑輪后固定在縱向?qū)U右側(cè)的線孔上；在左立桿上的帶鎖主滑塊與橫向?qū)U之間有兩根縱向拉線，縱向上升拉線的左端固定在主槽桿中帶鎖主滑塊上的銷釘上，右端依次經(jīng)過下左滑輪、上中滑輪和上右滑輪后分兩條固定在橫向?qū)U兩端的線孔上。
[0014]本發(fā)明中，畫板由一塊矩形平板和多個卡紙器組成，畫板光滑且保持形狀不變，卡紙器便于固定紙張。
[0015]本發(fā)明中，滾輪導向板上的直角坐標系與畫圖板上的直角坐標系同向同單位。
[0016]實際操作時，可以選擇不同的軌線，或改變連接系統(tǒng)中拉繩的連接方式，或調(diào)節(jié)繪圖機構(gòu)中導桿的初始位置，既能演示冪函數(shù)關(guān)系，也能繪制出冪函數(shù)曲線，還可以計算冪函數(shù)值，由此可以解決冪函數(shù)y = X° (a ^O)的相關(guān)問題。支架、滑桿、導桿等所用材料為剛性。
[0017]本發(fā)明把滑塊連桿上滑塊的非線性運動轉(zhuǎn)換成等長的正交合成運動。具有如下優(yōu)點:操作簡單，組裝完成后只要推動手柄就能完成演示和繪圖；適用性強:選擇不同參數(shù)的滾輪導向板、改變拉繩的連接方法，能完成多種參數(shù)演示、計算和繪圖功能；成本低廉，把工業(yè)用的余料或生活中的某些廢舊物品經(jīng)簡單加工就能組裝成產(chǎn)品；攜帶方便，主要部件拆卸后可以放在一只文具盒中，使用時經(jīng)簡單拼裝即可完成。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明中支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明中滾輪導向板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)導桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明中繪圖機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是本發(fā)明中連接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7是本發(fā)明中畫板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1-支架、11-左立桿、12-右立桿、13-下橫桿、14-中橫桿、15-上橫桿、16-主槽連桿、17-主滑塊、18-左軸孔、19-右軸孔、110-下地腳、111-后地腳吸盤；2_滾輪導向板、21-矩形硬板、22-鏤空軌線、23-圓柱滾輪、24-定位孔、25-固定卡、26-槽溝；3-旋轉(zhuǎn)導桿、31-內(nèi)槽桿、32-上滑塊、