一种实用创新型圆规的设计与功能分析

李金耀

（石家庄市第二中学，河北 石家庄 050051）

1 组成

本实用创新型圆规主要由调整装置、量角装置、定位装置和其他几部分构成。见图1、图2。

图1 实用创新型圆规结构图

图2 图1的A部局部放大图

1.1 调整装置

调整装置包括与转把（1）固定连接的上支杆（5）、与圆规支脚（2）末端铰连的下支杆（6）以及分别与上支杆（5）和下支杆（6）的自由端铰连的连杆（7），连杆平行设置在圆规支脚的外侧。

1.2 量角装置

量角装置包括与下支杆（6）末端固定连接的壳体（8）、分别设置在壳体（8）底部内外两侧的齿轮（9）和顶针、贯穿壳体（8）且固定连接所述齿轮（9）和顶针的第一转轴（10），以及转动设置在壳体（8）侧壁且与所述齿轮（9）啮合的锥齿轮（11），锥齿轮通过第二转轴（18）与壳体转动连接。壳体侧壁设置有圆心角刻度盘（12），所述锥齿轮上设置有角度指针（13）。

顶针包括与第一转轴（10）固定连接的环绕式顶针，以及固定设置在环绕式顶针一侧且与环绕式顶针平行的定向顶针。

环绕式顶针包括圆柱形筒体以及设置在筒体（19）底部的针齿（20），沿所述筒体的轴向设置有中心顶针（21）。

定向顶针包括与筒体固定连接的针臂（22），以及垂直于针臂的定向针（23），所述定向针与中心顶针平行。

1.3 定位装置

定位装置包括套置在圆规支脚（2）上的滑套（14）以及与滑套（14）铰连的定位杆（15），所述定位杆（15）的另一端与圆规画脚（3）的下部铰连；所述滑套（14）上设置有用于固定滑套（14）位置的定位螺母（16）。

1.4 其他

圆规画脚（3）的外侧平行设置有刻度尺（17）。

2 功能分析

2.1 调整装置功能分析

在调整装置中，圆规支脚、上支杆、下支杆和连杆形成平行四边形，随着圆规开度发生变化，连杆带动上、下枝杆水平滑动，通过变换平行四边形内角角度使量角装置的顶针始终与纸面垂直，以便达到精确制图。

2.2 量角装置功能分析

量角装置使用时，中心顶针置于圆心处，定向针沿半径固定，调整圆规画脚与中心顶针的间距至半径长度，移动圆规画脚开始画圆或圆弧。由于针齿通过固定筒体固定在纸面上，转动过程中，筒体不动但带动第一转轴转动，第一转轴带动齿轮转动，齿轮带动与其啮合的锥齿轮转动，锥齿轮上的角度指针开始旋转，此时可以通过圆心角刻度盘读取所画圆弧对应的圆心角数值。圆心角刻度盘采用透明材质制作，正反两侧均可以读取数据，操作方便。

2.3 定位装置功能分析

在定位装置中，滑套可沿圆规支脚移动，定位杆将圆规两脚顶开，当到达预定位置时，旋紧定位螺母，圆规画脚和圆规支脚实现固定，防止在画圆过程中半径改变。

2.4 其他装置部分功能

圆规画脚上还带有刻度尺，方便直接量取半径。

3 结语

本实用创新型圆规的优点在于：通过应用连杆机构和平行四边形定则，使顶针始终垂直于纸面，达到制图的精确性。通过齿轮组的应用，将所画圆弧所对应的圆心角的度数转化为竖直透明角度盘数值显示，且所画圆的半径可由固定在圆规左臂的刻度尺测量出。带有定位螺母的连杆机构可使圆规张角大小更加稳定精确。顶针采用密集环绕式设计，使转动时顶针可牢固固定在纸面，不易松脱。角度刻度盘为透明材质，方便全方位观测。

本实用创新型圆规综合了圆规、量角器、刻度尺三种仪器的功能，操作简便，人性化，可大大提高作图效率。目前本实用创新型圆规已申请国家专利。