專利名稱：一種八邊形折疊機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種八邊形折疊機構(gòu)，特別涉及一種多層可折疊縮放機構(gòu)，實現(xiàn)多種 幾何形狀的變化，適用于制作幾何教具、機構(gòu)教具和玩具。
背景技術(shù)：
目前市場上有單自由度的縮放機構(gòu)，如魔術(shù)花球、魔盤等，可實現(xiàn)機構(gòu)整體的縮 放，但只能作為觀賞性的玩具，其結(jié)構(gòu)形式固定，不可拆卸。另外一些可分離式的幾何玩具， 如積木，七巧板，各個模塊之間通過機械方式可以固定，一旦連接關(guān)系固定，整體則不可再 變化，完成其他形狀變化需要重新連接多個模塊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，結(jié)構(gòu)形式固定，不可拆卸，提出一種單自由度的八 邊形折疊機構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種八邊形折疊機構(gòu)，該折疊機構(gòu)包括一個正方形片，第一至第四三角片，第一 至第四彎桿，通過第一至第六短轉(zhuǎn)接頭，第一至第四中轉(zhuǎn)接頭，第一、第二長轉(zhuǎn)接頭，連接成 八邊形折疊機構(gòu)。以正方形片為基層，正方形片的四個直角處的孔，以順時針從第一到第四標號；第 四中轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第四三角片的直角處的孔，第四中轉(zhuǎn)接頭的下端穿過正方形片的第 一個直角處的孔，將第四三角片和正方形片連接，第四中轉(zhuǎn)接頭與第四三角片的直角處的 孔和正方形片的第一個直角處的孔為動配合。第二彎桿的弧形部分朝外，第六短轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第二彎桿直線端處的孔，第 六短轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第四三角片一銳角處的孔，將第四三角片和第二彎桿連接，第六短 轉(zhuǎn)接頭與第四三角片一銳角處的孔和第二彎桿直線端處的孔為動配合。第一長轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第二彎桿的彎鉤端的孔，第一長轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第 二三角片一銳角處的孔，將第二三角片和第二彎桿連接，第一長轉(zhuǎn)接頭與第二彎桿的彎鉤 端的孔和第二三角片一銳角處的孔為動配合。第二中轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第二三角片直角處的孔，第二中轉(zhuǎn)接頭的上端穿過正方 形片第二個直角處的孔，將第二三角片和正方形片連接，第二中轉(zhuǎn)接頭與第二三角片的直 角處的孔和正方形片第二個直角處的孔為動配合。第一彎桿的弧形部分朝外，第三短轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第一彎桿的直線端處的孔， 第三短轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第二三角片另一銳角處的孔，將第二三角片和第一彎桿連接，第 三短轉(zhuǎn)接頭與第二三角片另一銳角處的孔和第一彎桿的直線端處的孔為動配合。第一中轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第一三角片一銳角處的孔，第一中轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第 一彎桿的彎鉤端處的孔，將第一三角片和第一彎桿連接，第一中轉(zhuǎn)接頭與第一三角片一銳 角處的孔和第一彎桿的彎鉤端處的孔為動配合。
第二短轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第一三角片直角處的孔，第二短轉(zhuǎn)接頭的下端穿過正方 形片第三個直角處的孔，將第一三角片和正方形片連接，第二短轉(zhuǎn)接頭與第一三角片直角 處的孔和正方形片第三個直角處的孔為動配合。第三彎桿的弧形部分朝外，第一短轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第三彎桿的直線端處的孔， 第一短轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第一三角片的另一銳角處的孔，將第一三角片和第三彎桿連接， 第一短轉(zhuǎn)接頭與第一三角片的另一銳角處的孔和第一彎桿的直線端處的孔為動配合。第三中轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第三彎桿的彎鉤端處的孔，第三中轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第 三三角片一銳角處的孔，將第三彎桿和第三三角片連接，第三中轉(zhuǎn)接頭與第三彎桿的彎鉤 端處的孔和第三三角片一銳角處的孔為動配合。第四短轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第三三角片的直角處的孔，第四短轉(zhuǎn)接頭的上端穿過正 方形片第四個直角處的孔，將第三三角片和正方形片連接，第四短轉(zhuǎn)接頭與第三三角片的 直角處的孔和正方形片第四個直角處的孔為動配合。第四彎桿的弧形部分朝外，第五短轉(zhuǎn)接頭的下端穿過第四彎桿的直線端的孔，第 五短轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第三三角片另一銳角處的孔，將第三三角片和第四彎桿連接，第五 短轉(zhuǎn)接頭與第三三角片另一銳角處的孔和第四彎桿的直線端的孔為動配合。第二長轉(zhuǎn)接頭的上端穿過第四三角片另一銳角處的孔，第二長轉(zhuǎn)接頭的下端穿過 第四彎桿的彎鉤端的孔，將第四三角片和第四彎桿連接，第二長轉(zhuǎn)接頭與第四三角片另一 銳角處的孔和第四彎桿的彎鉤端的孔為動配合。通過對上述零件之間的連接完成八邊形折疊機構(gòu)的組裝。本發(fā)明的有益效果本八邊形折疊機構(gòu)，在可實現(xiàn)折疊效果的同時，具有方便拆 卸，連接牢固的優(yōu)點?？蓪⒏鳂?gòu)件處于不同層面的八邊形機構(gòu)經(jīng)過正四邊形，飛鏢形，風車 形，最終折疊成近似的小正方形，易于自行組裝，拆卸方便，它提供了一種全新的折疊桿機 構(gòu)的方案，開發(fā)兒童的空間想象能力，同時對中小學生提供一個對幾何形體及折疊機構(gòu)的 認識幫助，可以開發(fā)為一種趣味性較強的兒童益智玩具和幾何教具。


圖1八邊形折疊機構(gòu)示意圖。圖2長、中、短轉(zhuǎn)接頭三維圖。圖3正方形片與第二三角片的連接示意圖。圖4圖3的A-A剖面圖。圖5正方形片與第三三角片的連接示意圖。圖6圖5的B-B剖面圖。圖7第二三角片和第二彎桿的連接示意圖。圖8圖7的C-C剖面圖。圖9運動初始狀態(tài)示意圖。圖10三角片底邊與彎桿成同一直線狀態(tài)示意圖。圖11三角片腰與彎桿重合狀態(tài)示意圖。圖12三角片底邊與彎桿重合狀態(tài)示意圖。圖13折疊最終狀態(tài)示意圖。
圖14逆時針折疊最終狀態(tài)三維示意圖。圖15逆時針折疊最終狀態(tài)俯視圖。圖中正方形片16，第一至第四三角片2、8、13、19，第一至第四彎桿5、10、11、17， 第一至第六短轉(zhuǎn)接頭1、3、7、14、15、21，第一至第四中轉(zhuǎn)接頭4、6、12、20，第一、第二長轉(zhuǎn)接 頭 9、18。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明?！N八邊形折疊機構(gòu)，該折疊機構(gòu)包括一個正方形片16，第一至第四三角片2、 8、13、19，第一至第四彎桿5、10、11、17，通過第一至第六短轉(zhuǎn)接頭1、3、7、14、15、21，第一至 第四中轉(zhuǎn)接頭4、6、12、20，第一、第二長轉(zhuǎn)接頭9、18，連接成八邊形折疊機構(gòu)。以正方形片16為基層，正方形片16的四個直角處的孔，以順時針從第一到第四標 號；第四中轉(zhuǎn)接頭20的上端穿過第四三角片19的直角處的孔，第四中轉(zhuǎn)接頭20的下端穿 過正方形片16的第一個直角處的孔，將第四三角片19和正方形片16連接，第四中轉(zhuǎn)接頭 20與第四三角片19的直角處的孔和正方形片16的第一個直角處的孔為動配合。第二彎桿10的弧形部分朝外，第六短轉(zhuǎn)接頭21的下端穿過第二彎桿10直線端處 的孔，第六短轉(zhuǎn)接頭21的上端穿過第四三角片19 一銳角處的孔，將第四三角片19和第二 彎桿10連接，第六短轉(zhuǎn)接頭21與第四三角片19 一銳角處的孔和第二彎桿10直線端處的 孔為動配合。第一長轉(zhuǎn)接頭9的上端穿過第二彎桿10的彎鉤端的孔，第一長轉(zhuǎn)接頭9的下端穿 過第二三角片8 —銳角處的孔，將第二三角片8和第二彎桿10連接，第一長轉(zhuǎn)接頭9與第 二彎桿10的彎鉤端的孔和第二三角片8 一銳角處的孔為動配合，見圖7、8。第二中轉(zhuǎn)接頭6的下端穿過第二三角片8直角處的孔，第二中轉(zhuǎn)接頭6的上端穿 過正方形片16第二個直角處的孔，將第二三角片8和正方形片16連接，第二中轉(zhuǎn)接頭6與 第二三角片8的直角處的孔和正方形片16第二個直角處的孔為動配合，見圖3、4。第一彎桿5的弧形部分朝外，第三短轉(zhuǎn)接頭7的上端穿過第一彎桿5的直線端處 的孔，第三短轉(zhuǎn)接頭7的下端穿過第二三角片8另一銳角處的孔，將第二三角片8和第一彎 桿5連接，第三短轉(zhuǎn)接頭7與第二三角片8另一銳角處的孔和第一彎桿5的直線端處的孔 為動配合。第一中轉(zhuǎn)接頭4的上端穿過第一三角片2 —銳角處的孔，第一中轉(zhuǎn)接頭4的下端 穿過第一彎桿5的彎鉤端處的孔，將第一三角片2和第一彎桿5連接，第一中轉(zhuǎn)接頭4與第 一三角片2 —銳角處的孔和第一彎桿5的彎鉤端處的孔為動配合。第二短轉(zhuǎn)接頭3的上端穿過第一三角片2直角處的孔，第二短轉(zhuǎn)接頭3的下端穿 過正方形片16第三個直角處的孔，將第一三角片2和正方形片16連接，第二短轉(zhuǎn)接頭3與 第一三角片2直角處的孔和正方形片16第三個直角處的孔為動配合。第三彎桿11的弧形部分朝外，第一短轉(zhuǎn)接頭1的上端穿過第三彎桿11的直線端 處的孔，第一短轉(zhuǎn)接頭1的下端穿過第一三角片2的另一銳角處的孔，將第一三角片2和第 三彎桿11連接，第一短轉(zhuǎn)接頭1與第一三角片2的另一銳角處的孔和第一彎桿5的直線端 處的孔為動配合。
第三中轉(zhuǎn)接頭I2的上端穿過第三彎桿11的彎鉤端處的孔，第三中轉(zhuǎn)接頭12的下 端穿過第三三角片13 —銳角處的孔，將第三彎桿11和第三三角片13連接，第三中轉(zhuǎn)接頭 12與第三彎桿11的彎鉤端處的孔和第三三角片13 —銳角處的孔為動配合。第四短轉(zhuǎn)接頭14的下端穿過第三三角片13的直角處的孔，第四短轉(zhuǎn)接頭14的上 端穿過正方形片16第四個直角處的孔，將第三三角片13和正方形片16連接，第四短轉(zhuǎn)接 頭14與第三三角片13的直角處的孔和正方形片16第四個直角處的孔為動配合，見圖5、6。第四彎桿17的弧形部分朝外，第五短轉(zhuǎn)接頭15的下端穿過第四彎桿17的直線端 的孔，第五短轉(zhuǎn)接頭15的上端穿過第三三角片13另一銳角處的孔，將第三三角片13和第 四彎桿17連接，第五短轉(zhuǎn)接頭15與第三三角片13另一銳角處的孔和第四彎桿17的直線 端的孔為動配合。第二長轉(zhuǎn)接頭I8的上端穿過第四三角片19另一銳角處的孔，第二長轉(zhuǎn)接頭18的 下端穿過第四彎桿17的彎鉤端的孔，將第四三角片19和第四彎桿17連接，第二長轉(zhuǎn)接頭 18與第四三角片19另一銳角處的孔和第四彎桿17的彎鉤端的孔為動配合。通過對上述零件之間的連接完成八邊形折疊機構(gòu)的組裝。第一至第四三角片2、8、13、19上三個孔的中心線的連線為一個等腰直角三角形， 直角邊長和正方形片16的邊長相等。正方形片16和第一至第四三角片2、8、13、19厚度相同；第一至第六短轉(zhuǎn)接頭1、3、7、14、15、21、第一至第四中轉(zhuǎn)接頭4、6、12、20和第一、 第二長轉(zhuǎn)接頭9、18，它們在兩端與孔配合部分結(jié)構(gòu)尺寸相同及中間段的直徑相同，只是在 中間段的長度不相同，現(xiàn)將第一至第六短轉(zhuǎn)接頭的中間段的長度設(shè)為L1，正方形片厚度設(shè) 為L2，第一至第四中轉(zhuǎn)接頭的中間段長度設(shè)為LpLt=SXLAZXL2，第一、第二長轉(zhuǎn)接頭中 間段的長度設(shè)為LpL*= 5X1^+4X1^。為了防止兩相鄰層之間的摩擦，同時考慮到機構(gòu)體 積緊湊，第一至第六短轉(zhuǎn)接頭的中間段的長度最小為1mm，最大為2mm。通過對上述零件之間的連接完成八邊形折疊機構(gòu)的組裝。零件上的所有通孔的兩端加工有倒角，以便于和轉(zhuǎn)接頭的組裝。長、中、短轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)，見圖2，呈中空的階梯軸狀，兩端軸段用于和孔配合，在轉(zhuǎn)接 頭的兩端加工有一周與零件孔的倒角相應(yīng)的鼓狀突起，便于卡在孔中，兩端開槽，使得兩端 有一定彈性，便于卡入孔中。下面分五步來介紹此八邊形折疊機構(gòu)從初始的八邊形狀態(tài)到最后折疊成最小面 積狀態(tài)的過程(1)如圖9所示為八邊形折疊機構(gòu)的初始狀態(tài)俯視圖。(2)圖9狀態(tài)時，若在任一三角片上施加一順時針力矩，整個機構(gòu)開始運動，第一 至第四三角片(2、8、13、19)均沿順時針方向轉(zhuǎn)動，第一至第四三角片斜邊與彎桿所夾角逐 漸變大，當其變成180°時，整個機構(gòu)的外輪廓近似呈正方形，如圖10所示為三角片底邊與 彎桿成同一直線狀態(tài)。(3)如圖11所示為三角片直角邊與彎桿重合狀態(tài)。繼續(xù)施加順時針力矩，當夾角 減小到135°時，第一至第四三角片的一直角邊與正方形的邊重合，整個機構(gòu)形狀似一把 “飛鏢”。(4)圖12所示是一個一般的狀態(tài)，此時第一至第四個三角片向內(nèi)收縮，其底邊與
7彎桿重合，機構(gòu)的外輪廓慢慢開始變小。(5)如圖13所示為機構(gòu)折疊的最終狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)接頭的徑向尺寸的不可忽略，機 構(gòu)不能完全地折疊成一個正方形。以上五種狀態(tài)均為施加順時針力矩的情況，可達到預(yù)期效果，即圖10的八邊形狀 態(tài)可最終折疊成圖13所示的最小折疊狀態(tài)。如在初始狀態(tài)施加逆時針力矩則會出現(xiàn)圖14 所示的干涉臨界狀態(tài)，圖15為三維示意圖，此時機構(gòu)不能繼續(xù)運動。
權(quán)利要求
一種八邊形折疊機構(gòu)，其特征在于該折疊機構(gòu)包括一個正方形片(16)，第一至第四三角片(2、8、13、19)，第一至第四彎桿(5、10、11、17)，通過第一至第六短轉(zhuǎn)接頭(1、3、7、14、15、21)，第一至第四中轉(zhuǎn)接頭(4、6、12、20)，第一、第二長轉(zhuǎn)接頭(9、18)，連接成八邊形折疊機構(gòu)；以正方形片(16)為基層，正方形片(16)的四個直角處的孔，以順時針從第一到第四標號；第四中轉(zhuǎn)接頭(20)的上端穿過第四三角片(19)的直角處的孔，第四中轉(zhuǎn)接頭(20)的下端穿過正方形片(16)的第一個直角處的孔，將第四三角片(19)和正方形片(16)連接，第四中轉(zhuǎn)接頭(20)與第四三角片(19)的直角處的孔和正方形片(16)的第一個直角處的孔為動配合；第二彎桿(10)的弧形部分朝外，第六短轉(zhuǎn)接頭(21)的下端穿過第二彎桿(10)直線端處的孔，第六短轉(zhuǎn)接頭(21)的上端穿過第四三角片(19)一銳角處的孔，將第四三角片(19)和第二彎桿(10)連接，第六短轉(zhuǎn)接頭(21)與第四三角片(19)一銳角處的孔和第二彎桿(10)直線端處的孔為動配合；第一長轉(zhuǎn)接頭(9)的上端穿過第二彎桿(10)的彎鉤端的孔，第一長轉(zhuǎn)接頭(9)的下端穿過第二三角片(8)一銳角處的孔，將第二三角片(8)和第二彎桿(10)連接，第一長轉(zhuǎn)接頭(9)與第二彎桿(10)的彎鉤端的孔和第二三角片(8)一銳角處的孔為動配合；第二中轉(zhuǎn)接頭(6)的下端穿過第二三角片(8)直角處的孔，第二中轉(zhuǎn)接頭(6)的上端穿過正方形片(16)第二個直角處的孔，將第二三角片(8)和正方形片(16)連接，第二中轉(zhuǎn)接頭(6)與第二三角片(8)的直角處的孔和正方形片(16)第二個直角處的孔為動配合；第一彎桿(5)的弧形部分朝外，第三短轉(zhuǎn)接頭(7)的上端穿過第一彎桿(5)的直線端處的孔，第三短轉(zhuǎn)接頭(7)的下端穿過第二三角片(8)另一銳角處的孔，將第二三角片(8)和第一彎桿(5)連接，第三短轉(zhuǎn)接頭(7)與第二三角片(8)另一銳角處的孔和第一彎桿(5)的直線端處的孔為動配合；第一中轉(zhuǎn)接頭(4)的上端穿過第一三角片(2)一銳角處的孔，第一中轉(zhuǎn)接頭(4)的下端穿過第一彎桿(5)的彎鉤端處的孔，將第一三角片(2)和第一彎桿(5)連接，第一中轉(zhuǎn)接頭(4)與第一三角片(2)一銳角處的孔和第一彎桿(5)的彎鉤端處的孔為動配合；第二短轉(zhuǎn)接頭(3)的上端穿過第一三角片(2)直角處的孔，第二短轉(zhuǎn)接頭(3)的下端穿過正方形片(16)第三個直角處的孔，將第一三角片(2)和正方形片(16)連接，第二短轉(zhuǎn)接頭(3)與第一三角片(2)直角處的孔和正方形片(16)第三個直角處的孔為動配合；第三彎桿(11)的弧形部分朝外，第一短轉(zhuǎn)接頭(1)的上端穿過第三彎桿(11)的直線端處的孔，第一短轉(zhuǎn)接頭(1)的下端穿過第一三角片(2)的另一銳角處的孔，將第一三角片(2)和第三彎桿(11)連接，第一短轉(zhuǎn)接頭(1)與第一三角片(2)的另一銳角處的孔和第一彎桿(5)的直線端處的孔為動配合；第三中轉(zhuǎn)接頭(12)的上端穿過第三彎桿(11)的彎鉤端處的孔，第三中轉(zhuǎn)接頭(12)的下端穿過第三三角片(13)一銳角處的孔，將第三彎桿(11)和第三三角片(13)連接，第三中轉(zhuǎn)接頭(12)與第三彎桿(11)的彎鉤端處的孔和第三三角片(13)一銳角處的孔為動配合；第四短轉(zhuǎn)接頭(14)的下端穿過第三三角片(13)的直角處的孔，第四短轉(zhuǎn)接頭(14)的上端穿過正方形片(16)第四個直角處的孔，將第三三角片(13)和正方形片(16)連接，第四短轉(zhuǎn)接頭(14)與第三三角片(13)的直角處的孔和正方形片(16)第四個直角處的孔為動配合；第四彎桿(17)的弧形部分朝外，第五短轉(zhuǎn)接頭(15)的下端穿過第四彎桿(17)的直線端的孔，第五短轉(zhuǎn)接頭(15)的上端穿過第三三角片(13)另一銳角處的孔，將第三三角片(13)和第四彎桿(17)連接，第五短轉(zhuǎn)接頭(15)與第三三角片(13)另一銳角處的孔和第四彎桿(17)的直線端的孔為動配合；第二長轉(zhuǎn)接頭(18)的上端穿過第四三角片(19)另一銳角處的孔，第二長轉(zhuǎn)接頭(18)的下端穿過第四彎桿(17)的彎鉤端的孔，將第四三角片(19)和第四彎桿(17)連接，第二長轉(zhuǎn)接頭(18)與第四三角片(19)另一銳角處的孔和第四彎桿(17)的彎鉤端的孔為動配合；通過對上述零件之間的連接完成八邊形折疊機構(gòu)的組裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種八邊形折疊機構(gòu)，其特征在于第一至第四三角片(2、8、 13,19)上三個孔的中心線的連線為一個等腰直角三角形，直角邊長和正方形片(16)的邊 長相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種八邊形折疊機構(gòu)，其特征在于正方形片(16)和第一至 第四三角片(2、8、13、19)厚度相同；第一至第六短轉(zhuǎn)接頭(1、3、7、14、15、21)、第一至第四中轉(zhuǎn)接頭(4、6、12、20)和第一、 第二長轉(zhuǎn)接頭(9、18)，它們在兩端與孔配合部分結(jié)構(gòu)尺寸相同及中間段的直徑相同，只是 在中間段的長度不相同，現(xiàn)將第一至第六短轉(zhuǎn)接頭的中間段的長度設(shè)為L1,正方形片厚度 設(shè)為L2，第一至第四中轉(zhuǎn)接頭的中間段長度設(shè)為LpLt=SXLAZXL2，第一、第二長轉(zhuǎn)接頭 中間段的長度設(shè)為L長，L長=5Χ“+4Χ“。
全文摘要
一種八邊形折疊機構(gòu)，該機構(gòu)中，通過第四、第二中轉(zhuǎn)接頭將第四、第二三角片連接在正方形片的第一、第二直角處。通過第二、第四短轉(zhuǎn)接頭將第一、第三三角片連接在正方形片的第三、第四直角處。第一三角片的一銳角處和第二三角片的另一銳角處分別與第一彎桿的兩端連接。第三三角片的另一銳角處和第四三角片的另一銳角處分別與第四彎桿的兩端連接。第一三角片的另一銳角處和第三三角片的一銳角處分別與第三彎桿的兩端連接。第二三角片的一銳角處和第四三角片的一銳角處分別與第二彎桿的兩端連接。上述連接構(gòu)成八邊形折疊機構(gòu)。本機構(gòu)適用于制作幾何教具、機構(gòu)教具和玩具，易于自行組裝，在實現(xiàn)折疊效果的同時，具有方便拆卸，連接牢固的優(yōu)點。
文檔編號A63H33/42GK101980322SQ20101054116
公開日2011年2月23日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者姚燕安, 田耀斌 申請人:北京交通大學