УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ ТЕЛ Российский патент 1997 года по МПК A63H33/10 A63H33/08 

Изобретение относится к области предметов культурно-бытового назначения, в частности, к декоративным предметам, сборным изделиям, конструкционным наборам с помощью которых могут быть собраны геометрические фигуры различной степени сложности.

Известны устройства для формообразования объемных тел, содержащие набор упругих плоских колец, в одних из которых равномерно по периметру выполнены радиальные прорези на внешней стороне, в других на внутренней и в третьих, как на внутренней, так и на внешней стороне колец (см. а.с. СССР N 1811887, кл. A 63 H 33/00, 1990) [1]
Данное устройство позволяет получить объемные геометрические фигуры в виде решетчатых сфер, но из-за строго определенного взаимного расположения прорезей число вариантов сильно ограничено. С помощью устройства [1] нельзя собирать кольцегранные фигуры, то есть многогранные фигуры и тела, грани которых представлены кольцами, а также получать фигуры, являющиеся вогнутыми многогранниками.

Известны также устройства для формообразования объемных тел в виде конструкционного набора, содержащего гибкие трубчатые элементы различной длины и соединительные элементы с консольными стержнями (см. патент США N 3176428, кл. 46-17, 1965) [2]
Вышеназванное устройство позволяет получить различные сборно-разборные объемные конструкции с большим числом вариантов сборки. Однако устройство [2] также не позволяет получать кольцегранные фигуры, по симметрии соответствующие правильным и полуправильным многогранникам (телам Платона и Архимеда), и фигурам, образуемым от их пересечений между собой. Кроме того устройство [2] не позволяет получать фигуры, являющиеся вогнутыми многогранниками (ребра которых являются криволинейными элементами).

Это объясняется тем, что известные из [2] узлы крепления не позволяют закрепить в одном центре два и более соприкасающихся друг с другом сборных кольца, что необходимо для построения фигур, где каждая грань представлена кольцом или его частью.

Известное устройство [2] обладает наибольшим числом общих с заявленным техническим решением признаков и близко к нему по технической сущности, в силу чего было принято за прототип.

Задача, на решение которой направлено предложенное устройство, заключается в возможности сборки с его помощью объемных реберных фигур, характеризующихся выпуклой, вогнутой и выпукло-вогнутой формой; кольцегранных фигур (т.е. фигур, имеющих симметрию многогранников, грани которых выполнены в виде колец и являющихся пересечением многогранников с полой сферой); фигур, являющихся вогнутыми многогранниками и пересечение этих фигур между собой в различных комбинациях, а также сборка композиций из вышеперечисленных фигур и их пересечений.

Техническим результатом от использования заявленного устройства является получение кольцегранных фигур, грани которых представлены кольцами, повышение удобства из сборки и отсутствие искажений собираемых фигур, за счет получения колец из трубчатых элементов без искажений.

Вышеназванный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для формообразования объемных тел, содержащем помимо набора гибких трубчатых элементов различной длины, единичные и блоковые, сонаправленные и противоположно направленные соединительные элементы с консольными элементами, при этом консольные элементы выполнены криволинейными, изогнутыми по дуге окружности, причем угол α между плоскостями, в которых лежат пары противоположно направленных консольных стержней, составляет 70 170^o.

Это связано с тем, что для сборки кольцегранных фигур (фигур, грани которых представлены кольцами), по симметрии соответствующих правильным и полуправильным многогранникам (телам Платона и Архимеда), к которым относятся тетраэдр, куб, октаэдр, икосаэдр и их пересечения, необходимо, чтобы углы между соседними гранями в этих фигурах соответствовали диапазону 70-170^o.

Например, у тетраэдра этот угол составляет примерно 70^o, у куба равен 90^o, у октаэдра 109^o, у додекаэдра 138^o, у икосаэдра - 143^o. У фигур с большим числом граней этот угол увеличивается вплоть до 170^o.

Выполнение консольных стержней изогнутыми по дуге окружностей необходимо для получения из трубчатых элементов колец без искажений: при сборке различных кольцегранных фигур, их композиций и структур из колец.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен общий вид объемного тела, представляющего собой геометрическую фигуру пересечения тетраэдра с полой сферой (тетраэдр, грани которого представлены кольцами);
на фиг. 2 соединительный узел I на фиг. 1;
на фиг. 3 показан общий вид объемного тела, представляющего из себя вогнутый тетраэдр;
на фиг. 4 соединительный узел II на фиг. 3;
на фиг. 5 показан соединительный элемент с двумя парами противоположно направленных консольных стержней, перпендикулярных между собой (для сборки выпуклых многогранных фигур);
на фиг. 6 то же вид сверху;
на фиг. 7 то же вид сбоку;
на фиг. 8 показан концевой соединительный элемент для вогнутого тетраэдра;
на фиг. 9 показан блоковый сдвоенный соединительный элемент для тетраэдра из колец и других тел;
на фиг. 10 то же вид сбоку;
на фиг. 11 то же вид сверху;
на фиг. 12 сечение А-А на фиг. 11;
на фиг. 13 показан блоковый тройной соединительный элемент;
на фиг. 14 то же вид сбоку;
на фиг. 15 то же вид сверху;
на фиг. 16 разрез В-В на фиг. 15;
на фиг. 17 показан блоковый соединительный элемент (для сборки взаимно пересекающихся кольцегранников);
на фиг. 18 то же вид сбоку;
на фиг. 19 то же вид сверху;
на фиг. 20 разрез С-С на фиг. 19;
на фиг. 21 показан комбинированный блоковый соединительный элемент (для сборки взаимно пересекающихся вогнутых и выпуклых кольцегранных фигур);
на фиг. 22 то же вид сбоку;
на фиг. 23 то же вид сверху;
на фиг. 24 разрез Д-Д на фиг. 23;
на фиг. 25 показан счетверенный блоковый соединительный элемент;
на фиг. 26 то же, вид сверху.

Устройство для формообразования объемных тел состоит из набора гибких трубчатых элементов 1 различной длины и соединительных элементов 2 с консольными стержнями 3, изогнутыми по дуге окружности. В устройство входят также концевые соединительные элементы 4, которые как и все другие имеют корпус 5.

Сборка объемных тел производится следующим образом. Гибкие трубчатые элементы 1 вставляют в соединительные элементы 2 путем их надевания на консольные стержни 3, толщина которых выбрана соответствующей диаметру трубчатых элементов 1. При этом для сборки соответствующей геометрической фигуры применяют определенные соединительные элементы 2. Например, для сборки тетраэдра из колец (фиг. 1) используют сдвоенные соединительные элементы (фиг. 9), а для сборки вогнутого тетраэдра (фиг. 3) достаточно концевых соединительных элементов 4. Для построения сложных объемных тел применяют комбинированные блочные соединительные элементы в сочетании с более простыми. При этом могут быть использованы и единичные соединительные элементы (отдельно на фигурах не показаны, но они полностью соответствуют изображению на фиг. 10). Эти единичные разъемы применяют в тех случаях, когда нужно получить окружность или криволинейное ребро из нескольких трубчатых элементов 1.

Рассмотрим в качестве примера формообразование объемного тела, получаемого от пересечения тетраэдра с полой сферой (фиг. 1). Для его сборки используются сдвоенные блоковые соединительные элементы, показанные на фиг. 9, где угол a между парами противоположно направленных консольных стержней 3 для тетраэдра равен 70^o. Из трех трубчатых элементов 1 собирают кольцо, плоскость (теоретическая) которого будет представлять из себя грань кольцегранного тетраэдра (а сам трубчатый элемент линию пересечения тетраэдра с полой сферой). Затем, присоединяя к свободным консольным стержням 3 еще три кольца, получаем кольцегранник. Так как консольные стержни 3 и изогнутые по дуге окружности с кривизной (0,03 0,3), то при соединении трубчатых элементов 1 разной длины могут быть собраны фигуры различного масштаба. В зависимости от прочностных свойств и размеров трубчатых элементов 1 и соединительных элементов 2 габаритные размеры собираемых объемных тел могут колебаться от нескольких сантиметров до нескольких метров. В простейшем случае при сборке тетраэдра из колец с радиусом кривизны стержней R₁ 6 см: показанным на фигурах 9 11, радиус сферы, в которую вписывается тетраэдр из колец, равен 7,4 см.

Рекомендуемая величина кривизны стержней для сборки выпуклых фигур (фиг. 5 7) и сборки композиций вогнутых фигур (фиг. 13 16, фиг. 25 26) составляет R₂ 9 см, а радиус кривизны концевых элементов соединений (фиг. 8) R₃ 14 см.

Использование: в области предметов культурно-бытового назначения. Сущность изобретения: устройство для формообразования объемных тел содержит набор гибких трубчатых элементов различной длины и набор соединительных элементов с консольными стержнями для соединения с гибкими трубчатыми элементами. Консольные стержни соединительных элементов выполнены изогнутыми по дуге окружности. По меньшей мере у части соединительных элементов набора консольные стержни образуют противоположно направленные пары, при этом угол между плоскостями, в которых лежат пары противоположно направленных консольных стержней, составляет 70 - 170^o. 26 ил.

Устройство для формообразования объемных тел, содержащее набор гибких трубчатых элементов различной длины и набор соединительных элементов с консольными стержнями для соединения с гибкими трубчатыми элементами, отличающееся тем, что консольные стержни соединительных элементов выполнены изогнутыми по дуге окружности и по меньшей мере у части соединительных элементов набора образуют пары противоположно направленных консольных стержней, при этом угол между плоскостями, в которых лежат пары противоположно направленных консольных стержней, составляет 70 170^o.