书写时自动补铅的机械自动铅笔制造技术

公开了一种在写字时能自动补铅的机械自动铅笔，它利用了物理学中经典的欠阻尼弹簧振动系统，使得该系统从某一初始位置开如产生一个带超调的阻尼自由振动。所述振动系统由一个单向夹铅组件和位于它前面和后面的一个第一弹簧和一个第二弹簧及摩擦阻尼构成。适当选择弹簧的弹性和减少阻尼使其构成一个欠阻尼的振动系统，至使铅笔在写字的压力下先使单向夹铅组件后退到一个初始位置，然后在该压力释放时产生阻尼自由振动使该夹铅组件产生超调，即向前移动到超过其平衡点的前方位置，从而实现了自动补铅功能。（*该技术在2002年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术总的来说涉及一种机械自动铅笔，具体地说涉及一种在写字过程中能自动补铅的机械自动铅笔。普通的推进式铅笔或自动铅笔的后部通常设置一个凸出的部分，通过手指按压它来出铅。这种铅笔不太方便，因为每当要向前出铅时必须重握铅笔才能送铅。近来已提出了一种新的铅笔，当铅芯由于写字磨损而与一个穿过铅芯的铅芯保护滑套的前端接近平齐时，这时候写字时滑套和铅芯会同时与纸面接触，并且在写字的压力下，该滑套相对于铅芯或铅笔杆会退缩一个很小的量，并在该压力消失时，在一个弹簧回复力的作用下该滑套与铅芯一起伸出，完成一次送铅操作。欧洲专利申请213275公开了这样一种自动出铅的铅笔。该专利申请被结合到本申请中作为参考文献。然而，由于这种铅笔的自动补铅作用只有在铅芯与保护滑套的前端接近平齐时发生，因此书写者在书写时会感觉到一个更大的阻力，书写不流畅，而且自动出铅操作并不可靠，使写出来的字深淡不均。此外，美国专利4，478，529也提出了一种自动出铅的自动铅笔，它并不是在铅芯接近于与铅芯保护滑套平齐时才实现自动补铅的，但也有结构复杂，加工困难等问题。本技术的目的是要提供一种在写字过程中能自动补铅的铅笔。本技术的另一个目的是提供一种结构简单、易于加工和装配的自动补铅式铅笔。为了实现本技术的自动补铅的功能，本技术的机械自动铅笔包括有一个单向夹铅组件，一个对铅芯施加一定摩擦力的摩擦夹圈，铅芯穿过所述单向夹铅组件和摩擦夹圈，摩擦夹圈与所述夹铅组件之间的一次往复运动会导致一次送铅操作，本技术自动补铅式铅笔的特征在于可在铅笔杆内滑动的单向夹铅组件处在一个第一弹簧和一个第二弹簧之间，一起组成一个欠阻尼振动系统，使得夹铅组件从一个在平衡位置后面的初始位置开始的阻尼自由振动时能使它产生一个超调，即使该夹铅组件向前移动到超过其原始平衡位置的某个位置，由此实现补铅操作。所述单向夹铅组件包括一个铅芯夹夹紧圆环，它具有一个截头圆锥形的内表面，一个由对称二半部分组成的圆柱形铅芯夹，铅芯夹二半部分前部外周上有二个放置小钢珠的凹槽，带钢珠的铅芯夹受到一个弹簧力而使钢珠被紧靠在所述铅芯夹夹紧圆环的圆锥形内表面上，由此对铅芯夹的二半部分产生一个径向夹紧力，从而形成对铅芯的单向夹持作用；使钢珠紧靠在圆锥形内表面上的弹簧力可以是由位于夹铅组件迁方的第一弹簧产生的；所述铅芯夹夹紧圆环的外周上可以有几列例如三列沿圆周均匀分布的钢珠列，以便通过这些钢珠与笔杆形成滚动滑动，以减少所述振动系统的阻尼；可以使位于单向夹铅组件前面的第一弹簧比位于其后的第二弹簧具有更小的弹性；在铅笔杆内侧表面上可以有一个限制夹铅组件进一步向后滑动的凸台，从而限制夹铅组件可能的最大初始位置；所述第二弹簧后面有一个旋在笔杆上的调节环，调整该调节环可以调节铅芯夹夹紧圆环末端与所说凸台之间的距离，从而可以调整夹铅组件可能的最大初始位置，即调整补铅量；在铅笔的后部，可以具有一个象普通机械自动铅笔一样的用手按压操纵的送铅退铅机构；该送铅退铅机构可以包括一个在所述铅芯夹夹紧圆环后部的一个圆柱环中可以滑动的驱动部件，该驱动部件与该夹紧圆环之间有一个弹簧，当该驱动部件向前移动时，通过该弹簧推动所述夹铅组件向前滑动，使铅芯向前送出，当该驱动部件向前移动到一定程度时，接触并推动所述铅芯夹的末端，使铅芯夹相对于该夹紧圆环向前移动，由此松开了钢珠对圆锥形内表面的接触，使铅芯夹松开对铅芯的夹持力，从而可以将铅芯顶回铅笔中。本技术将物理学上经典的欠阻尼振动系统运用到机械自动铅笔上，提供了一种结构简单、零部件少、装配容易、自动补铅功能可靠，且能调节补铅量的自动补铅式铅笔。本技术的这些和其它的目的和优点通过以下结合附图对本技术最佳实施方案的说明将成为显然。在这些附图中附图说明图1是本技术自动补铅式机械自动铅笔一个具体实施方案的部分纵向剖面图。图2是描述本技术自动补铅原理的一个阻尼振动系统。图3是本技术自动补铅式机械自动铅笔另一个具体实施方案的纵向剖面图，在该铅笔后部设置一个用于送铅退铅的手动操纵机构。图4是本技术自动补铅式机械自动铅笔的一个横向剖面图，显示了由三列滚珠形成夹紧圆环与铅笔外壳之间的滚动滑动接触，以减小摩擦阻尼。图5是本技术自动补铅式机械自动铅笔的一个部分纵向剖面图，显示了由位于夹铅组件前面的第一弹簧使夹铅组件中的钢珠与夹紧圆环的圆锥形内表面紧靠。现在参照附图1，本技术的铅笔包括一个总的呈圆柱形的铅笔外壳1，由一个前段1a和一个后段1b组成，前段和后段可由螺纹旋在一起，前段1a的前端是一个基本呈圆锥形的笔头部分1c；一个让铅芯穿过并对它产生一定摩擦力的摩擦夹圈3被安装在笔头部分1c上，或者如图3所示，该摩擦夹圈3可以被安装在一个铅芯保护滑套2上，该铅芯保护滑套2被放置在笔头部分1c的相应的槽中；一个可在外壳前段1a中滑动的单向夹铅组件4，该单向夹铅组件包括一个铅芯夹夹紧圆环6，它有一个呈截头圆锥形的内表面6a，一个由对称二半部分7a，7b组成的圆柱形铅芯夹7，铅芯夹7二半部分的前部外周上各有一个放置钢珠8的凹槽，铅芯夹7的末端有一个凸缘7c，在该凸缘7c与铅芯夹夹紧圆环之间有一个弹簧9，用于将钢珠8紧靠在所述内表面6a上；当铅芯夹中的铅芯受到一个向后退缩的力时，此力使钢珠更加紧靠内表面6a，结果是钢珠8对铅芯夹的二半部分7a，7b产生一个更大的压紧力，使铅芯夹更加夹紧铅芯，铅芯不能退回去；当铅芯受到一个向前的拉力时，由于该力趋于使钢珠8与内表面6a脱开，结果松开钢珠对铅芯夹的径向压紧力，由此铅芯夹松开对铅芯的夹持力，使铅芯能从铅芯夹中向前抽出，因此起到了对铅芯的单向夹持作用。所述夹铅组件处于它前面的一个第一弹簧10和后面的一个第二弹簧11之间，铅笔外壳前段1a内侧有一个凸台1d，该凸台1d与铅芯夹夹紧圆环末端6b之间的间隔决定了该夹紧圆环(因而即整个夹铅组件)可能的最大后退距离，调整一个调节环12可以调整该最大后退距离。现在参照图2说明本技术自动补铅的原理图中弹簧1和2以及质量m和摩擦系数μ组成一个二阶振动系统。该系统的微分方程式是m (d2x)/(dt2) ＋μ (dx)/(dt) ＋kx＝0 (1)其中x是质量m沿x方向的位移，k＝k1＋k2，k1，k2分别是弹簧1和2的弹性系数，即对弹簧1和2而言，分别有F1＝k1x，F2＝k2x 方程式(1)可写成(d2)/(dt2) ＋2δ (dx)/(dt) ＋ω2x＝0其中δ＝ (μ)/(2m) ，ω2＝ (k)/(m)为了使系统有振动存在应满足o2－ω2＜0 (2)即应满足k＞ (μ2)/2 。若初始条件为x｜t＝0＝x0， (dx)/(dt) ｜t＝0＝0，则其解为x(t)＝e－αt〔x0cosβt＋ (αx0)/(β) sinβt〕 (3)或 x(t)＝x0 e－αtcos〔βt＋tg－1(－α)/(β) 〕 (4) 质量m从平衡位置后面x0距离开始的阻尼自由振动第一次超过平衡点到达平衡点前面的最大位移(或称超调量)约等于x(πβ)=x0e-μπ2mβ=x0e-π2μ2m(2k-&a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械自动铅笔，包括一个单向夹铅组件，一个对铅芯施加一定摩擦力的摩擦夹圈，铅芯穿过所述单向夹铅组件和摩擦夹圈，摩擦夹圈与所述夹铅组件之间的一次往复运动导致一次送铅操作，该自动铅笔的特征在于所述单向夹铅组件可在笔杆内滑动，并处于一个在它前面的第一弹簧和一个在它后面的第二弹簧之间，所述夹铅组件和所述的第一和第二弹簧以及所存在的阻尼一起构成一个欠阻尼振动系统，从而该使单向夹铅组件从一个在平衡位置后面的初始位置开始的阻尼自由振荡能使它产生一个超调，即使该夹铅组件向前移动到超过其平衡位置的某个位置，由此实现补铅操作。２、如权利要求１所述的自动铅笔，其特征在于所述单向夹铅组件包括一个铅芯夹夹紧圆环，它具有一个截头圆锥形的内表面，一个由对称二半部分组成的圆柱形铅芯夹，该铅芯夹二半部分的前部外周面上有二个放置小球珠的凹槽，带钢珠的铅芯夹受到一个弹簧力而使钢珠被紧靠在所述铅芯夹夹紧圆环的所述圆锥形内表面上，由此钢珠对铅芯夹的二半部分产生一个径向夹紧力，从而形成对铅芯的单向夹持作用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆兴卫，
申请(专利权)人：陆兴卫，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]