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如何绘制齿轮链

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如何绘制齿轮链

我想画一个齿轮链，像这样： 在此处输入图片描述

我正在使用 Alain Matthes 提供的宏在 TikZ 中创建齿轮绘制一个经过修改的单个齿轮以获得“双齿轮”效果（即内/外齿轮）。

我的实际代码是这样的：

\documentclass{standalone}
\usepackage{tikz}

\newcommand{\gear}[5]{%
\foreach \i in {1,...,#1} {%
  [rotate=(\i-1)*360/#1]  (0:#2)  arc (0:#4:#2) {[rounded corners=1.5pt]
             -- (#4+#5:#3)  arc (#4+#5:360/#1-#5:#3)} --  (360/#1:#2)
}}

\begin{document}
  \begin{tikzpicture}
    \matrix[column sep=-0.1cm,draw=none,fill=none,ampersand replacement=\&] {
    %%%%%%%%%%%%%%
    % First gear %
    %%%%%%%%%%%%%%
    \node[circle,minimum size=40mm,fill=gray,shade] at (0,0){};
    \node[circle,minimum size=30mm,fill=white] at (0,0){};
    \draw[thick,rotate=10,fill=gray,shade] \gear{18}{2}{2.2}{10}{2};
    \draw[thick,rotate=22,fill=white] \gear{18}{1.5}{1.7}{6}{1};\&
    %%%%%%%%%%%%%%%
    % Second gear %
    %%%%%%%%%%%%%%%
    \node[circle,minimum size=40mm,fill=gray,shade] at (0,0){};
    \node[circle,minimum size=30mm,fill=white] at (0,0){};
    \draw[thick,rotate=10,fill=gray,shade] \gear{18}{2}{2.2}{10}{2};
    \draw[thick,rotate=22,fill=white] \gear{18}{1.5}{1.7}{6}{1};\\
    };
    \end{tikzpicture}
  \end{document}

生成结果：在此处输入图片描述

为了将第二个齿轮向左/向右移动，我将齿轮放在了中，\matrix因此我只需将第一个齿轮的代码复制到矩阵的第二个单元格中，并指定一个column sep，使齿轮处于所需的距离。但是，当您添加需要不同距离的第三个齿轮时，此方法不再有效column sep。

将第二个齿轮向上/向下移动以获得第一张图像的效果，我尝试使用xshift和yshift选项\draw（这就是我获得第一张图像的方式）但这需要大量工作并且需要多次重新编译。

所以我的问题是：
有没有更好的方法来移动一个齿轮（一个齿轮由两个\draw和两个\node命令组成，如代码所示）相对于另一个齿轮左右上下移动，而不需要手动用和定位xshift它yshift？

更通用的方法

为了使问题更加普遍，我们只考虑每个齿轮仅由一个齿轮组成的情况，没有内齿轮、背景等。tikzpicture上述代码变为：

\begin{tikzpicture}
    \matrix[column sep=-0.1cm,draw=none,fill=none,ampersand replacement=\&] {
    %%%%%%%%%%%%%%
    % First gear %
    %%%%%%%%%%%%%%
    \draw[thick] \gear{18}{2}{2.2}{10}{2};\&
    %%%%%%%%%%%%%%%
    % Second gear %
    %%%%%%%%%%%%%%%
    \draw[thick] \gear{18}{2}{2.2}{10}{2};\\
    };
  \end{tikzpicture}

在此处输入图片描述
如何像第一幅图那样将两个或多个齿轮连接起来并改变它们的位置？

答案1

这是一个起点，也是众多想法中的一个输入数据。

该next gear风格以以下形式提出论点

[<opt>:<text>]<abs angle>:<next gear’s radius>

在哪里

  • :<text>和
  • [<opt>:<text>]是可选的，
  • <abs angle>表示下一个档位的绝对角度/方向，
  • <next gear’s radius>指定下一个齿轮的半径。

该turtle库仅用于其forward样式和\tikz@lib@turtle@dir宏。说实话，如果没有该库，这也可以编码，但是哦，好吧……

更新

好吧，听到的是一个新的装备（\ngear[<options>](<point>)）和一次输出的尝试。

齿轮的组合涉及一些数学知识，因为齿数、齿宽和旋转取决于前一个齿轮及其旋转。

您可以劫持\qrr@tikz@do@nextgear@并自行插入下一个档位所需的计算。

（您甚至可以重新定义它作为TeX.sx 上\ngear已定义的宏之一的前端。）\gear

代码

\documentclass[tikz,convert=false]{standalone}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{backgrounds,turtle}
\makeatletter
\newcommand*{\gearset}{\pgfqkeys{/gear}}
\newcommand*{\geargetvalue}[1]{\pgfkeysgetvalue{/gear/#1}}
\gearset{
    outer radius/.initial=1cm,
    outer height/.initial=5cm,
    outer width/.initial=.5cm,
    outer number/.initial=10,
    outer rotate/.initial=0,
    inner radius/.initial=,
    inner rotate/.initial=0,
    inner height/.initial=.2cm,
    inner width/.initial=.2cm,
    inner number/.initial=18,
    height/.style={/gear/outer height={#1},/gear/inner height={#1}},
    width/.style={outer width={#1},inner width={#1}},
%   outer outer radius=.4pt, rounded corners?
%   inner outer radius=.2pt,
%   outer inner radius=.4pt,
%   inner inner radius=.2pt,
    /tikz/every gear/.style={draw,fill=none,even odd rule,rounded corners=.5pt},
%   /tikz/every outer gear/.style={top color=blue, bottom color=green},
%   /tikz/every inner gear/.style={draw=blue,fill=white},
}
\newcommand*{\ngear}[1][]{\begingroup\gearset{#1}\ngear@}
\def\ngear@(#1){%
    \geargetvalue{outer radius}\qrr@gear@outerR
    \geargetvalue{inner radius}\qrr@gear@innerR
    \geargetvalue{outer number}\qrr@gear@outerN
    \geargetvalue{inner number}\qrr@gear@innerN
    \geargetvalue{outer height}\qrr@gear@outerH
    \geargetvalue{inner height}\qrr@gear@innerH
    \geargetvalue{outer width}\qrr@gear@outerW
    \geargetvalue{inner width}\qrr@gear@innerW
    \geargetvalue{outer rotate}\qrr@gear@outerRot
    \geargetvalue{inner rotate}\qrr@gear@innerRot
    \pgfmathsetmacro\qrr@gear@ooArc{(\qrr@gear@outerW)/(\qrr@gear@outerR+\qrr@gear@outerH)/pi*180}%
    \pgfmathsetmacro\qrr@gear@ioArc{180/(\qrr@gear@outerN) - \qrr@gear@ooArc}%
    \pgfmathsetmacro\qrr@gear@oiArc{(\qrr@gear@innerW)/(\qrr@gear@innerR+\qrr@gear@innerH)/pi*180}%
    \pgfmathsetmacro\qrr@gear@iiArc{180/(\qrr@gear@innerN) - \qrr@gear@oiArc}%
    \pgfmathtruncatemacro\qrr@gear@outerN{\qrr@gear@outerN-1}%
    \pgfmathtruncatemacro\qrr@gear@innerN{\qrr@gear@innerN-1}%
    \scope[shift={(#1)}]%
    \path[every gear/.try, every outer gear/.try] ({\qrr@gear@outerRot}:{\qrr@gear@outerR+\qrr@gear@outerH})
        \foreach \@tooth in {0,...,\qrr@gear@outerN} {
            \pgfextra
                \pgfmathsetmacro\qrr@gear@sa{\qrr@gear@outerRot+2*\@tooth*(\qrr@gear@ooArc+\qrr@gear@ioArc)}%
            \endpgfextra
            arc[radius={\qrr@gear@outerR+\qrr@gear@outerH}, start angle=\qrr@gear@sa, delta angle=\qrr@gear@ooArc]
            -- (\qrr@gear@sa+\qrr@gear@ooArc:{\qrr@gear@outerR})
            arc[radius={\qrr@gear@outerR}, start angle=\qrr@gear@sa+\qrr@gear@ooArc, delta angle=2*\qrr@gear@ioArc]
            -- (\qrr@gear@sa+\qrr@gear@ooArc+2*\qrr@gear@ioArc:{\qrr@gear@outerR+\qrr@gear@outerH})
            arc[radius={\qrr@gear@outerR+\qrr@gear@outerH}, start angle=\qrr@gear@sa+\qrr@gear@ooArc+2*\qrr@gear@ioArc, delta angle=\qrr@gear@ooArc]
        }
        \ifx\qrr@gear@innerR\pgfutil@empty\else
%       ; % un-comment this and the next line to have two paths
%   \path[every gear/.try, every inner gear]
    (0:{\qrr@gear@innerR-\qrr@gear@innerH})
    \foreach \@tooth in {0,...,\qrr@gear@innerN} {
        \pgfextra
            \pgfmathsetmacro\qrr@gear@sa{\qrr@gear@innerRot+2*\@tooth*(\qrr@gear@oiArc+\qrr@gear@iiArc)}%
        \endpgfextra
        arc[radius={\qrr@gear@innerR-\qrr@gear@innerH}, start angle=\qrr@gear@sa, delta angle=\qrr@gear@oiArc]
        -- (\qrr@gear@sa+\qrr@gear@oiArc:{\qrr@gear@innerR})
        arc[radius={\qrr@gear@innerR}, start angle=\qrr@gear@sa+\qrr@gear@oiArc, delta angle=2*\qrr@gear@iiArc]
        -- (\qrr@gear@sa+\qrr@gear@oiArc+2*\qrr@gear@iiArc:{\qrr@gear@innerR-\qrr@gear@innerH})
        arc[radius={\qrr@gear@innerR-\qrr@gear@innerH}, start angle=\qrr@gear@sa+\qrr@gear@oiArc+2*\qrr@gear@iiArc, delta angle=\qrr@gear@oiArc]
    }
    \fi
    ;
    \endscope
    \endgroup
}
\def\qrr@tikz@gear@current@radius{0pt}
\def\qrr@tikz@do@nextgear{\pgfutil@ifnextchar[\qrr@tikz@do@nextgear@{\qrr@tikz@do@nextgear@[]}}
\def\qrr@tikz@do@nextgear@[#1]#2:#3\@qrr@tikz@do@nextgear{%
    \pgfmathsetmacro\qrr@tikz@gear@distance{\qrr@tikz@gear@current@radius+(#3)+\pgfkeysvalueof{/gear/outer height}}%
    \pgfmathsetmacro\qrr@tikz@gear@current@radius{abs(#3)}%
    \gdef\tikz@lib@turtle@dir{#2}%
    \pgfkeysalso{/tikz/turtle/forward/.expanded=\qrr@tikz@gear@distance pt}
    \pgfgetlastxy\pgf@gear@@x\pgf@gear@@y
    \pgfkeysalso{/tikz/gear={#1, outer radius=\qrr@tikz@gear@current@radius pt}{\pgf@gear@@x,\pgf@gear@@y}}
}
\tikzset{
    gear/.style 2 args={/tikz/insert path={\pgfextra{\ngear[#1](#2)}}},
    turtle/next gear/.code=\qrr@tikz@do@nextgear#1\@qrr@tikz@do@nextgear
}

\begin{document}
\begin{tikzpicture}[show background grid,/gear/height=.3cm,every gear/.append style=thick]
    \draw[dash pattern={on \pgflinewidth off 2\pgflinewidth},thin] (0,0) [turtle={
        next gear/.list={
            0:2cm,
            {[outer rotate=-90,outer width=.18cm,outer number=10]90:2cm},
            {[outer width=.49cm,outer number=14,outer rotate=0]30:3cm},
            {[outer width=.2cm,outer rotate=18]120:2cm}
        }}];
\end{tikzpicture}
\end{document}

输出

在此处输入图片描述

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