一種實用創(chuàng)新型圓規(guī)的設(shè)計與功能分析

李金耀

（石家莊市第二中學(xué)，河北 石家莊 050051）

1 組成

本實用創(chuàng)新型圓規(guī)主要由調(diào)整裝置、量角裝置、定位裝置和其他幾部分構(gòu)成。見圖1、圖2。

圖1 實用創(chuàng)新型圓規(guī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 圖1的A部局部放大圖

1.1 調(diào)整裝置

調(diào)整裝置包括與轉(zhuǎn)把（1）固定連接的上支桿（5）、與圓規(guī)支腳（2）末端鉸連的下支桿（6）以及分別與上支桿（5）和下支桿（6）的自由端鉸連的連桿（7），連桿平行設(shè)置在圓規(guī)支腳的外側(cè)。

1.2 量角裝置

量角裝置包括與下支桿（6）末端固定連接的殼體（8）、分別設(shè)置在殼體（8）底部內(nèi)外兩側(cè)的齒輪（9）和頂針、貫穿殼體（8）且固定連接所述齒輪（9）和頂針的第一轉(zhuǎn)軸（10），以及轉(zhuǎn)動設(shè)置在殼體（8）側(cè)壁且與所述齒輪（9）嚙合的錐齒輪（11），錐齒輪通過第二轉(zhuǎn)軸（18）與殼體轉(zhuǎn)動連接。殼體側(cè)壁設(shè)置有圓心角刻度盤（12），所述錐齒輪上設(shè)置有角度指針（13）。

頂針包括與第一轉(zhuǎn)軸（10）固定連接的環(huán)繞式頂針，以及固定設(shè)置在環(huán)繞式頂針一側(cè)且與環(huán)繞式頂針平行的定向頂針。

環(huán)繞式頂針包括圓柱形筒體以及設(shè)置在筒體（19）底部的針齒（20），沿所述筒體的軸向設(shè)置有中心頂針（21）。

定向頂針包括與筒體固定連接的針臂（22），以及垂直于針臂的定向針（23），所述定向針與中心頂針平行。

1.3 定位裝置

定位裝置包括套置在圓規(guī)支腳（2）上的滑套（14）以及與滑套（14）鉸連的定位桿（15），所述定位桿（15）的另一端與圓規(guī)畫腳（3）的下部鉸連；所述滑套（14）上設(shè)置有用于固定滑套（14）位置的定位螺母（16）。

1.4 其他

圓規(guī)畫腳（3）的外側(cè)平行設(shè)置有刻度尺（17）。

2 功能分析

2.1 調(diào)整裝置功能分析

在調(diào)整裝置中，圓規(guī)支腳、上支桿、下支桿和連桿形成平行四邊形，隨著圓規(guī)開度發(fā)生變化，連桿帶動上、下枝桿水平滑動，通過變換平行四邊形內(nèi)角角度使量角裝置的頂針始終與紙面垂直，以便達(dá)到精確制圖。

2.2 量角裝置功能分析

量角裝置使用時，中心頂針置于圓心處，定向針沿半徑固定，調(diào)整圓規(guī)畫腳與中心頂針的間距至半徑長度，移動圓規(guī)畫腳開始畫圓或圓弧。由于針齒通過固定筒體固定在紙面上，轉(zhuǎn)動過程中，筒體不動但帶動第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，第一轉(zhuǎn)軸帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動與其嚙合的錐齒輪轉(zhuǎn)動，錐齒輪上的角度指針開始旋轉(zhuǎn)，此時可以通過圓心角刻度盤讀取所畫圓弧對應(yīng)的圓心角數(shù)值。圓心角刻度盤采用透明材質(zhì)制作，正反兩側(cè)均可以讀取數(shù)據(jù)，操作方便。

2.3 定位裝置功能分析

在定位裝置中，滑套可沿圓規(guī)支腳移動，定位桿將圓規(guī)兩腳頂開，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定位置時，旋緊定位螺母，圓規(guī)畫腳和圓規(guī)支腳實現(xiàn)固定，防止在畫圓過程中半徑改變。

2.4 其他裝置部分功能

圓規(guī)畫腳上還帶有刻度尺，方便直接量取半徑。

3 結(jié)語

本實用創(chuàng)新型圓規(guī)的優(yōu)點在于：通過應(yīng)用連桿機構(gòu)和平行四邊形定則，使頂針始終垂直于紙面，達(dá)到制圖的精確性。通過齒輪組的應(yīng)用，將所畫圓弧所對應(yīng)的圓心角的度數(shù)轉(zhuǎn)化為豎直透明角度盤數(shù)值顯示，且所畫圓的半徑可由固定在圓規(guī)左臂的刻度尺測量出。帶有定位螺母的連桿機構(gòu)可使圓規(guī)張角大小更加穩(wěn)定精確。頂針采用密集環(huán)繞式設(shè)計，使轉(zhuǎn)動時頂針可牢固固定在紙面，不易松脫。角度刻度盤為透明材質(zhì)，方便全方位觀測。

本實用創(chuàng)新型圓規(guī)綜合了圓規(guī)、量角器、刻度尺三種儀器的功能，操作簡便，人性化，可大大提高作圖效率。目前本實用創(chuàng)新型圓規(guī)已申請國家專利。