非三角周期函數(shù)演示及圖像繪制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種教學儀器和工程制圖儀，是把周期運動轉化為多個正交合成運動 的裝置，具體地說是一種能直觀演示周期函數(shù)并繪制出圖像的非三角周期函數(shù)演示及圖像 繪制裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著我國高等教育事業(yè)的發(fā)展和技術進步，教師教學、學生學習、工程設計與施工 等都需要快捷方便多功能的繪圖儀器。周期函數(shù)是最常見應用最多的函數(shù)，是中等數(shù)學的 重點內容，是大學數(shù)學研究的核心內容（如傅立葉級數(shù)），其中非三角函數(shù)形式的周期函 數(shù)，表達復雜而應用廣泛。通過直觀演示周期過程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會，是提高大學數(shù)學教學質量的重要手段。工程技術人員在 進行產品設計、圖紙繪制，施工人員進行施工前的畫線，經常用到周期函數(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)涉及周期函數(shù)的裝置，如，專利申請?zhí)枮?2014100997388的文獻中給出了 "正弦曲線繪圖儀"，采用連接桿連為一體的調速機構和正 弦機構，只能繪制正弦曲線；專利號為201320208106的文獻中給出了 "三角函數(shù)曲線繪圖 儀"實現(xiàn)方式是：采用齒輪圓盤和齒條，通過三層板中的相對運動繪制正弦、余弦曲線；專利 申請?zhí)枮?014201226960的文獻中給出了"一種正切余切函數(shù)曲線輔助作圖儀"，把動滑輪 和單位圓結合起來，通過驅動線和滑輪來完成正切余切函數(shù)曲線的繪制。
[0004] 綜上所述文獻存在如下不足：不能通過自變量的旋轉運動表現(xiàn)非三角周期函數(shù)的 直角映射關系，繪制的圖像只是三角函數(shù)曲線，不能繪制出如矩形波、三角形波等周期函數(shù) 的圖像，更不能繪制其它形式的非三角周期函數(shù)圖像，尤其是不利于學生個人用于學習，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非 三角周期函數(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、功能齊全、攜帶方便。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0007] -種非三角周期函數(shù)演示及圖像繪制裝置，其特征在于：該裝置包括支架、軌線導 向板、橋式支架、旋轉導桿、繪圖機構、矩形滑道、柱面軌道、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和右立桿，左立桿和右立桿與下橫桿、上橫桿垂直 固連，形成井字形結構，在左立桿、右立桿、下橫桿和上橫桿的四個交點處設有后地腳，每個 后地腳上裝有后地腳吸盤；軌線導向板固定在支架的左立桿、下橫桿、上橫桿上，在軌線導 向板的前面中部固定有柱面軌道，在軌線導向板的外邊緣設有橋式支架，旋轉導桿安裝在 橋式支架和軌線導向板上，矩形滑道固定在支架的右立桿、下橫桿、上橫桿上，在矩形滑道 內裝有繪圖機構，在繪圖機構的后面裝有畫板；旋轉導桿、柱面軌道、繪圖機構之間通過由 拉線和滑輪組成的連接系統(tǒng)連接。
[0008] 本發(fā)明中，軌線導向板由矩形硬板、軸承、轉軸、固定卡構成，矩形硬板具有一定厚 度的剛性材料板，在其中部設有軸承，軸承內裝有轉軸，以轉軸為中心畫有三角形軌線、內 圓軌線、矩形軌線、外圓軌線等常用曲線（軌線設為1，方程為F( x，y) =0, 1是閉曲線，其 周長就是周期，1的周長可以是有理數(shù)如邊長為1的正三角形周長為3,也可以是無理數(shù)如 半徑為1的圓周長為2 π )，在軌線導向板的周邊設有固定卡。
[0009] 本發(fā)明中，橋式支架由左滑塊連桿、右滑塊連桿、上滑道、下滑道和二個翹板等構 成，左滑塊連桿和右滑塊連桿平行固定在軌線導向板的左右邊緣，用于定向及滑道。左右滑 塊連桿上各有二只帶鎖滑塊；上滑道和下滑道的滑槽中分別有一只上滑塊和下滑塊，在上 滑塊和下滑塊上各裝有一只帶燈銷釘，二個帶燈銷釘?shù)那岸烁饔幸恢患t指示燈；在上滑道 的上部設有一只兩端可以上下滑動的翹板，翹板由翹板桿、左楔塊、右楔塊、梯形支架、轉軸 組成，翹板桿是一根有彈性的弧形桿，在它的兩端上部分別設有左楔塊和右楔塊，在翹板桿 的中部有一根垂直轉軸，垂直轉軸的兩端固定在梯形支架的上部，梯形支架的下部置于軌 線導向板上。在下滑道的下方設有下翹板，下翹板的結構與上翹板相同，是由長桿、短桿、長 短桿鏈軸等構成，長桿和短桿通過長短桿連軸連接在一起，并能夠自由轉動，在長桿和短桿 的中部下方分別有梯形帶軸支架和三角形帶軸支架，在長、短桿的上方有左錐形楔塊、中錐 形楔塊、右錐形楔塊。上下滑道的兩端與左右滑塊連桿上的帶鎖滑塊相連，滑道的位置能自 由調節(jié)，上下滑塊之間有細繩通過連桿迂回相連。
[0010] 本發(fā)明中，旋轉導桿由內槽桿、帶鎖滑塊、夾具滑塊、銷釘軸、滾輪、紅指示燈、開口 槽桿等構成，內槽桿是一根有內槽的直長桿，在其內槽中嵌有帶鎖滑塊和夾具滑塊，帶鎖滑 塊上有銷釘軸穿過，在銷釘軸的前端設有紅指示燈，銷釘軸的后端有滾輪；在夾具滑塊上有 夾具銷釘穿過，通過夾具銷釘垂直固定一開口槽桿，開口槽桿的兩根基桿兩端錯位，在兩根 基桿的上方有弧梁固定，兩根基桿之間的滑槽兩端不封閉；在旋轉導桿的下端開有軸孔，上 端設有手搖柄；旋轉導桿通過軸孔套在軌線導向板的轉軸上，開口槽桿能與橋式支架上的 帶燈銷釘接觸，在旋轉導桿轉動時能推動上滑道或下滑道的滑塊做直線運動。
[0011] 本發(fā)明中，繪圖機構由上橫向導桿、縱向導桿、下橫向導桿、左帶鎖滑塊、右?guī)фi滑 塊、滑塊組、銷釘軸、彈性畫筆等構成，上橫向導桿和下橫向導桿平行，并與縱向導桿垂直， 二根橫向導桿與縱向導桿都通過滑塊組形成正交獨立運動系，滑塊組是兩塊互相垂直的滑 塊經銷釘軸穿過而成，銷釘軸的前端裝有指示燈，后端設有彈性畫筆；在二根橫向導桿上分 別有左帶鎖滑塊和右?guī)фi滑塊，在縱向導桿上有夾具滑塊，夾具滑塊上面置指示燈。在上下 橫向導桿的左端各有一個軸孔，軸孔分別與橋式支架的上下滑道相連。
[0012] 本發(fā)明中，矩形滑道由左滑塊連桿、右滑塊連桿、下滑塊連桿、上滑塊連桿及多個 滑塊構成，這四根連桿呈矩形，左滑塊連桿的滑槽中有左上滑塊和左下滑塊，右滑塊連桿的 滑槽中有右上滑塊和右下滑塊，在上滑塊連桿和下滑塊連桿的滑槽中分別有上滑塊和下滑 塊。左滑塊連桿上的二個滑塊分別與繪圖機構中二根橫向導桿的二個左帶鎖滑塊相連，右 滑塊連桿上的二個滑塊分別與繪圖機構中二根橫向導桿上的二個右?guī)фi滑塊相連，上下二 根滑塊連桿中滑塊分別與繪圖機構中縱向導桿的上下兩端相連，矩形滑道與繪圖機構構成 直角坐標繪圖器。
[0013] 本發(fā)明中，柱面軌道由底座、軌道面、前旋轉套環(huán)、后旋轉套環(huán)、套環(huán)柄、上彈簧卡、 下彈簧卡構成，在底座上垂直固定柱面軌道面，在軌道面上設有前旋轉套環(huán)和后旋轉套環(huán)， 在前后旋轉套環(huán)上各有一個套環(huán)柄，在軌道面的中部設有上彈簧卡和下彈簧卡。柱面導軌 通過底座固定在軌線導向板的軌線上，柱面軌道可以根據需要制作成多種形狀。
[0014] 本發(fā)明中，連接系統(tǒng)由十一只滑輪和三根拉線組成，其中，內滑輪組和外滑輪組是 同軸滑輪組，它們固定在軌線導向板上，右下滑輪和右上滑輪固定在支架的右立桿上，左上 滑輪和左下滑輪固定在支架的左立桿上，上左滑輪和上右滑輪固定在支架的上橫桿上，下 左滑輪、下中滑輪、下右滑輪固定在支架的下橫桿上。在旋轉導桿的銷釘軸到繪圖機構的縱 向導桿之間設有橫向右拉繩，橫向右拉繩左端固定在銷釘軸上，右端沿軌道面線槽依次經 過內滑輪組、下中滑輪、右下滑輪、右上滑輪后固定在縱向導桿上；在柱面軌道的套環(huán)柄到 繪圖機構的二根橫向導桿之間設有縱向上拉繩和縱向下拉繩，縱向上拉繩上端固定在后旋 轉套環(huán)的套環(huán)柄上，沿旋轉套環(huán)的線槽依次經過外滑輪組、左上滑輪、上左滑輪、上右滑輪 后固定在上橫向導桿上；縱向下拉繩上端固定在前旋轉套環(huán)的套環(huán)柄上，下端沿旋轉套環(huán) 的線槽依次經過外滑輪組、左下滑輪、下左滑輪、下右滑輪后固定在上橫向導桿上。
[0015] 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。在矩形平板的周邊設有多個固定卡，用于連接在支架上。
[0016] 本發(fā)明中，軌線導向板上的直角坐標系與各畫板上的直角坐標系同向同單位。
[0017] 實際操作時，可以選擇不同的