椭圆规机构的设计与制作
1概述
对于机械专业类的学生和岗位来说，绘图是必不可少的经常性工作。对于一般的直线、圆弧或圆，利用直尺、圆规即可马上绘制，但在绘制椭圆的时候，一般的作法是利用“四弧连接原理”借助圆规绘制、甚至徒手绘图，可以近视画出来，但毕竟最近似的也不光滑而且难看又费时。如果有椭圆绘图仪，就可以方便地进行椭圆绘制，而且光滑好看。这里介绍本人设计的一种椭圆绘图仪及其使用说明。
椭圆规机构的设计涉及原理设计、结构设计及机械加工等多方面专业知识，通过对常用结构件或装置的分析，可以检验我对本专业相关基础专业知识掌握情况，学会理论联系实际，提高综合知识应用能力，通过独立完成设计内容，为未来就业打下一定基础。但是由于水平有限，在整个设计过程中难免有不足之处，还望老师加以批评指正。
1.1 本课题涉及的问题在国内（外）研究状况综述与发展趋势
椭圆规有着广泛的应用,但其作图颇为繁琐,且不易准确.多年来国内外有不少人从事这方面的探讨和研究。 它属于一种画椭圆的工具，适用于教学、工程制图、工程制造以及需要画椭圆的地方。只要已知椭圆的长轴、短轴、焦距三个量中的两个量，即可准确画出具有准确焦点位置的椭圆。本设计实用新型具有制作简单、使用方便、画出来的椭圆精确、应用领域广等特点。
椭圆规机构的设计制作涉及原理设计、结构设计及机械加工制造等多方面专业知识，通过对常用结构件或装置的分析，可以检验学生对本专业相关基础专业知识掌握情况，学会理论联系实际，提高综合知识应用能力，通过独立完成设计内容，为未来就业打下一定基础。椭圆规机构的设计主要是其零部件的设计制作，所制作零件应符合造价低廉、设计及制作简易等条件，以便适用与学生。
现代机械设计中，为了适应日益激烈的市场竞争，公司为了快速地占领市场，实现企业效益，必须要使用快速的设计方法。现代公司机械设计过程中，很多都使用三维软件进行设计，并进行调试，使椭圆规机构的结构简单，转动灵活，适用方便，减少设计周期，降低设计成本。
1.2 本人对课题任务书提出的任务要求
根据任务书和预期目标的要求，通过搜集和整理椭圆规机构及工艺的有关资料，结合自己所学知识，确定整体设计方案，并依次进行椭圆规机构的设计，使所设计的椭圆规机构结构简单，转动灵活，使用方便，能准确完成椭圆的绘制。通过对椭圆规机构的使用现状、需求情况以及使用寿命的调查，以及对常用结构件或装置的分析，查看相关资料，结合自己所学的《机械设计》、《机械制图》、《机械原理》等专业课程，掌握一定
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的相关信息，在比较和借鉴的基础上，设计制造出一种机构更加简单合理、高质量、高效率、以及使用成本更加低廉的椭圆规机构，来满足现在市场的不断需求。
对于椭圆规机构的设计与制造，我想通过指导教师的精心指导，再结合查阅的相关资料及自己所学本专业相关基础知识、专业知识和技能，利用现有的工具书，根据分析结果提出椭圆规机构的设计方案。
运用学过的三维制作软件对所设计的椭圆规机构进行三维设计和分析。对椭圆规机构来说，为演示它的运动可行性来进行数据分析，可选用PRO/E进行设计。
总的来说，椭圆规机构的设计与制作课题设计制作可行。
1.3 课题重点研究问题及解决的思路
1）本课题重点及关键在于： ①、椭圆方程的计算； ②、椭圆规的连杆设计； ③、椭圆规的支架设计； ④、椭圆规制作 2）解决的思路：
①、考虑到椭圆规的应用，计算椭圆上各点的方程及椭圆的圆心率；
②、以动力学和运动学的理论知识为依据，本设计决定采用连杆的连接方式完成椭圆规的设计，所设计的连杆机构能够画出不同圆心率的椭圆； ③、考虑到连杆的设计方式为连杆机构，支架的设计必须满足连杆连接的基本需求； ④、考虑到学习实用性，结合专业理论知识使椭圆规机构的设计能画出不同圆心率的椭圆；
⑤、考虑到椭圆规制作的简易适用性、灵活性及受力等综合性能方面的要求，制作的椭圆规的整体厚度、重量，材料的确定就显得很重要。 ⑥、椭圆规零部件制作及组装。
1.4 完成本课题所必须的工作条件
工作条件： 完成本课题需要有相关的专业技术书籍如《机械设计》、《机械原理》、
《机械制图》、《工程材料及成型技术》。为了对本设计的结果进行验证及完成相应的工作，需要一个固定的设计场所、绘图设备、制造车间等。
2 椭圆规机构原理设计
2.1椭圆规机构的工作原理
椭圆规的工作原理是两个滑块在十字槽中直线滑动，滑块上的连接杆除连杆中点外的点的轨迹都是椭圆。
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2.2 椭圆形成轨迹分析
连杆滑块式的原理图如下图2.1所示，设AM=BM=0M，M为AB的中点，OM的长度不变。滑块B沿X轴水平移动，滑块A沿Y水平移动，那么AB上任一点P相对于定坐标的运动轨迹为：
x?a?cos??b?cos? y?a?sin??b?sin?
两式移项后的平方和为：
x2y2??1 22(a?b)(a?b)
图2.1 椭圆原理图
2.3 拟定设计实物工作原理图
如下图2.3所示，通过摇动组合件（11）、（12）带动连接轴1（7）转动，使连接板（6）转动促使螺纹连接杆（14）转动，两个滑块（19）在十字板（2）中沿直线滑动（两滑块的移动方向垂直），滑块移动的同时传动杆（24）上的任意一点做出椭圆轨迹的转动。在使用该仪器时需保证连接轴1（7）到螺纹连接杆（14）的距离为两滑块间的中点，所以除两滑块间的中点的轨迹为圆。可以通过移动套筒（15）的位置来调节椭圆中的长短轴来确定椭圆方程的准确性。
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图2.3 工作原理图
1 支架 2 十字板 3 开槽螺钉M4×8 4开槽螺钉M8×13 5 支撑架 6连接板 7连接轴1 8 转动板 9六角螺母M6 10连接轴2 11 连接轴3 12 手柄 13六角螺母M4 14螺纹连接杆15 套筒 16 空心螺柱 17 夹紧套 18 铅笔芯 19 滑块 20 紧定螺钉M2 21 滑块连接杆 22 紧定螺钉M4 23 挡圈 24 传动杆 25 垫圈 26 圆柱销
2.4 实现椭圆轨迹的分析
x2y2由图2.1，公式则（a+b）为长半轴长，（/a-b/）??1为点P的椭圆轨迹方程，22(a?b)(a?b)4
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为短半轴长。只要把椭圆规的套筒调节到水平距离为a，垂直距离为b，固定好后就可以绘制出所想要的椭圆。
3 椭圆规机构各部件的设计
3.1 十字板的设计
十字板是椭圆规机构的基本零件，有椭圆形成原理可知，绘制椭圆的零件都是在十字板中的。十字板最大的设计特点是在十字中是斜槽，设计斜槽是因为这可以使滑块在斜槽上运动的时候更加顺畅，这同时这也有一个缺点，那就是加工不易，需设计专门的
洗内槽的道具。同时由于所设计的是测量仪则使用的材料最好为不锈钢。
图3.1 十字板
3.2 滑块的设计
滑块是椭圆规中的原理运动部件，带点斜度可在十字板中自然的滑动。
图3.2 滑块
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