五层魔方制造技术

本发明专利技术是五层魔方（５×５×５魔方）．它是一种由９８个具有一、二或三个等面积方块外表面的表面块零件和一个处于它的中心位置的六向轴所组成的可绕六向轴之任一轴向沿垂直该轴向的表面块间界面任意旋转的立方体．它有１５０个等面积方块表平面．９８个表面块可分为六类：即６个０号块，２４个１号块，１２个２号块，２４个３号块，２４个４号块及８个５号块．９８个表面块以平面或曲面互相滑动衔榫接触，而不会从该魔方上松开或脱落．本发明专利技术可做为玩具、教具及科研模型．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
据信，很早就有人在地中海沿岸地区看到过木制的三层魔方(3×3×3魔方)，而在1974年匈牙利建筑师鲁毕克又将其重新发现。自此，被西方人称之为“匈牙利恐怖”的三层魔方风靡世界。继之又出现了四层魔方(4×4×4魔方)。时隔不久，1981年11月，世界上第一个采用机械结构的五层魔方(5×5×5魔方)在北京设计并制造成功。本申请所提供的就是这个专利技术。本专利技术既可作为一种高级别的智力玩具，又可作为各种学校中的教学-力学教具，也可为教学理论的研究提供具体的模型。本魔方所涉及的数学内容很丰富，它与几何、代数、运筹学等学科的知识都有联系，并且群论中许多概念在五层魔方上都得到了具体化。由于五层魔方上的表面格有150个之多，因此它的变化多彩滨纷。它的变化不少于6100·252种，这巨大的天文数字已远远超过了三层魔方的变化(三层魔方共有43，252，003，274，489，856，000种即630种变化)。因此，五层魔方的表面除了可变出各种几何图案(该魔方表面可附上各种颜色)外，还可变出各种英、俄等国字母及阿拉伯数码，这也是三层魔方所达不到的。若将五层魔方的表面的每一小格编码，那么每转动90°，就使魔方的初始状态的数学关系发生一次改变，因而就能得到魔方运转前后各面所对应的数学矩阵的变化及它们之间的关系。五层魔方是一种有趣而变化丰富的几何体。因此，它对培养人们的空间想象能力具有非常现实的意义。通过解魔方，可使人们的记忆力，空间想象力和逻辑思维能力得到培养，使智力得到发展。五层魔方的外观很象三层魔方。它也是一个正六面体，上面布满大小均等的方形小格(共150个)，且每面要比三层魔方多两层;它也可象三层魔方那样随意转动，所以1982年6月专利技术人最早在其校刊上称之为“五层魔方”。若把它的最外两层当作一层，把第三层当作一层，那么这时的五层魔方就可当作三层魔方来玩。当然此时的图案又别具一格。如“八方呼应”、“棋盘花格”、“笛卡儿式”、“破镜重圆”等奇景均可在五层魔方上税现(参见附表)。五层魔方的炫烂色彩及无穷的变化能强烈地吸引游戏者，能使任何游戏者爱不释手、兴趣盎然、久玩而不知疲倦，使人身心健康，精神愉快。因此五层魔方的使用者可以是儿童、青少年、青壮年乃至老年人。五层魔方的解题比赛可以构成一种高级的智力竞赛项目。五层魔方所涉及的许多数学内容尚未被发掘出来，还需要今后科学工作者的深入研究。目前来说，三层魔方在运筹学方面提供的数学模型已初步应用于汽车运行的网络管理中〔见《科学美国人》1981〕，五层魔方既然已包含了普通魔方的所有变化，那么它就必然蕴含着更加丰富的内容。因此五层魔方在科研中的价值以及在其他学科中的作用也是不可低估的。本专利技术的任务是参照鲁毕克魔方的内部结构，设计出一种魔方，它是一个每面都具有五层结构的正六面体，上面布满面积大小均等的150个方块小格，与三层魔方相比，这种魔方具有五层的立体结构，每面比三层魔方多两层。它能够象鲁毕克的三层魔方那样随意转动，而所述五层魔方上的任何零件都不会从其上松开或脱落;而这种魔方的表面可以变化出各种各样的图案。本专利技术的解决方案见附图1-15。本专利技术称为五层魔方，即5×5×5魔方，它是一种由98个具有一、二或三个等面积方块外表面的表面块零件和一个处于该魔方中心位置的六向轴所组成的可绕六向轴之任一轴向沿垂直该轴向的表面块间界面任意旋转的立方体，它有150个等面积方块表平面。98个表面块可分为六类(见附图1-15)即中心块(0号块)，24个心边块(也叫1号块)，12个边中块(即2号块)，24个内角块(3号块)，24个边角块(4号块)，8个角块(5号块)。98个表面块以平面或曲面互相滑动衔榫，而不会从魔方上松开或脱落。图1是五层魔方外观的示意图，图中已将该魔方的表面块按中心对称的原则以阿拉伯数码进行了编号。0代表中心块，六个中心块直接安装在六向轴的六个支轴的外端部上。中心块可以绕所在六向轴的支轴旋转而不会从该轴上松开或脱落。1代表的表面块叫心边块，2代表的表面块叫边中块，3代表的表面块叫内角块，4代表的表面块叫边角块，5代表的表面块叫角块或外角块。如图1所示，该魔方被平行于上表面的四个平面从上到下分成五层，同理，从左到右，从前到后魔方也分别被分成如图所示的五层。同时含有4个中心块(0)所在的任一层与它所直接相邻的一层(这二层互相平行)之间的接触面叫第一接触面，我们把它简记为A。该魔方角块(5)所在的任一层与它所直接相邻的一层(这二层互相平行)之间的接触面叫第二层接触面，简记为B。图2中的2.1是中心块(0)与六向轴(6)相互配合的透视图，2.2是中心块(0)的示意图，2.3是中心块(0)的主视图，2.4是中心块(0)的俯视图，2.6是中心块(0)的左视图;2.5是从下往上看的中心块(0)的视图。中心块(0)上的0-0面是正方形平面，0-1面是中心块(0)的侧面，0-2表示的是一曲面，0-3是孔。在实际制造工艺中，中心块(0)与六向轴(6)的连接可以采用多种不同的方式。如卡接(象普通三层魔方的制造工艺中所采取的那样);用螺钉、弹簧、垫片联接;利用塑料的塑性进行热压接合，胶粘等等。也可把六向轴用金属制成(如铝、铜、铁)，与中心块的联接同样可用前述的联接方法，还可用铆接的方法。图3所示的是心边块(1)的示意图和各种视图。图3中3.1图是心边块(1)的透视图。图中3-0是正方形平面;3-1是心边块(1)上的一个侧平面;3-9是外环带状曲面的一部分;3-10是内环带状曲面的一部分。3.2图是心边块(1)的左视图;3.4图是心边块(1)的主视图;3.5图是被在纸平面上旋转了180°的中心块(1)的俯视图;3.3图、3.5图是从其他方向看心边块(1)时的视图。图4所表示的是边中块(2)的透视图(图4.1)和三视图。4.2图是边中块(2)的主视图;4.3图是边中块(2)的左视图;4.4图是边中块(2)的俯视图。图5所示的是内角块(3)的透视图和视图。5.1图是内角块(3)的透视图;5.2图是内角块(3)的左视图;5.3图是内角块(3)的主视图;5.4图是被顺时针旋转了90°的内角块(3)的俯视图。图6所示的是边角块(4)的透视图(6.1图)和从三个不同方向看边角块(4)而得到的视图(6.2图、6.3图、6.4图)。图7所示的是角块(5)的透视图和三视图。7.1图是角块(5)的透视图;7.2图是角块(5)的主视图;7.3图是角块(5)的俯视图;7.4图是角块(5)的左视图。图8是六向轴(6)的立体示意图。该六向轴的六个支轴的外端部可分别制成各种适合于与中心块(0)联接的形状，以便于卡接、用螺钉、弹簧、垫片联接、粘接、热压、铆接等，还可以在上面安装轴承，安在与中心块(0)之间，以加快五层魔方的旋转，还可以开内、外螺纹，以利用螺丝、螺母。图9所示为彩色塑料贴面7的立体示意图和它的三个视图。彩色塑料贴面可用粘合剂粘在五层魔方的表面。图10所示的是第一层接触面(A)中的甲面的示意图，它是包含中心块侧平面0-1在内的接触面;图11是所示的是第一层接触面(A)中的乙面，即包含内角块(3)的部分侧面在内的那个接触面的示意图。所述甲面和乙面可以互相吻合而共处于第一层接触面(A)上。图12、图13所示的是处于第二层接触面(B)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由六向轴（６）及外部立方体元件组成的可以用手使其旋转的机械式魔方状立体玩具，其特征是：它包括６个０号块（０），２４个１号块（１），１２个２号块（２），２４个３号块（３），２４个４号块（４）及８个５号块（５），６个０号块（０）分别轴向地安装在六向轴（６）的六个分支的端部，且可以绕各自所在分支轴转动而不从轴上松开或脱落。１号块对接在０号块、２号块、３号块上；２号块对接在１号块、４号块上；３号块对接在１号块、４号块上；４号块对接在２号块、３号块、５号块上；５号块对接在３号块、４号块上。９８个表面块（即０号块、１号块、２号块、３号块、４号块、５号块的全体）之间以平面或曲面互相可滑动的衔榫接触。９８个表面块可绕六向轴（６）之任一支轴沿垂直该轴向的表面块间界面〔即第一层接触面（Ａ）及第二层接触面（Ｂ）〕任意旋转，而不会从该立体玩具上松开或脱落。该五层魔方形成正六面体后，内部含有６个相同的外环带状曲面和６个相同的内环带状曲面、每个环带状曲面所确定的平面与其环心所在轴垂直。内、外环带状曲面的环半径的长度可以根据需要进行调节（如上述二种半径互相靠近或远离）。内、外环带状曲面既可是圆柱侧面又可是圆台侧面，也可以是两个平行平面同时截球侧面而得到的环带状曲面。...

【技术特征摘要】
1.一种由六向轴(6)及外部立方体元件组成的可以用手使其旋转的机械式魔方状立体玩具，其特征是它包括6个0号块(0)，24个1号块(1)，12个2号块(2)，24个3号块(3)，24个4号块(4)及8个5号块(5)，6个0号块(0)分别轴向地安装在六向轴(6)的六个分支的端部，且可以绕各自所在分支轴转动而不从轴上松开或脱落。1号块对接在0号块、2号块、3号块上；2号块对接在1号块、4号块上；3号块对接在1号块、4号块上；4号块对接在2号块、3号块、5号块上；5号块对接在3号块、4号块上。98个表面块(即0号块、1号块、2号块、3号块、4号块、5号块的全体)之间以平面或曲面互相可滑动的衔榫接触。98个表面块可绕六向轴(6)之任一支轴沿垂直该轴向的表面块间界面[即第一层接触面(A)及第二层接触面(B)]任意旋转，而不会从该立体玩具上松开或脱落。该五层魔方形成正六面体后，内部含有6个相同的外环带状曲面和6个相同的内环带状曲面、每个环带状曲面所确定的平面与其环心所在轴垂直。内、外环带状曲面的环半径的长度可以根据需要进行调节(如上述二种半径互相靠近或远离)。内、外环带状曲面既可是圆柱侧面又可是圆台侧面，也可以是两个平行平面同时截球侧面而得到的环带状曲面。2.如权项1所述玩具，其特征是;它在形成正六面体后，其内部有六个相同的圆锥形曲面。该曲面由1号块及3号块的下面曲面形成。锥尖紧抵六向轴的几何中心部。0号块上含有部分内环带状曲面;1号块、3号块上都部分含有内、外环带状曲面;2号块、4号块、5号块上都部分含有外环带状曲面。3.如权...

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