CN101387488A - 圆径尺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能快速测量圆弧半径的工具。一种圆径尺，其特征在于：包括一个尺身和两个尺脚，所述尺身和尺脚外形均为直线段，两尺脚关于尺身轴对称，构成一个以尺身为上底、两尺脚为腰的等腰梯形的三边；两个尺脚的延长线的夹角是60度，尺体中段设置有可伸缩的滑尺，滑尺中心线与尺体的垂直平分线重合。凡是圆周角不小于120度的外圆形物体，都可以通过采用这样的结构制成的工具，来解决了实际工作中遇到的半径难测量的问题，并且结构简单，成本低廉，使用方便。

Description

圆径尺

技术领域

本发明涉及一种测量工具，具体涉及一种可以快速测量外圆轮廓半径的工具。

背景技术

在现代社会，各行各业往往都会遇到测量圆周直径或半径的问题。比如，建筑行业需要对圆柱体进行较精确的测量；机械行业大部分圆形或圆柱形机械零部件都需要对其圆半径或直径进行一定精度的测量，以便进行生产或检修。而在交通行业领域，在生产或使用时都需要对车轮进行半径或直径的测量，以跟踪车轮的使用程度，作为判断维修、报废或继续使用的依据。当前使用的测量圆周或圆柱的直径或半径的方式都是采用直接测量或圆弧计算法等。这些技术的缺陷在于：有些情况下测量空间太小，而测量工具本身尺寸太大，无法完成对被测圆半径或直径的测量；或者对被测圆的形状有较高要求，比如要求外圆轮廓其圆周角至少不少于180度，以便用卡尺进行直接测量；还有的测量方式，比如通过测量外圆上的几段弦长，再通过进行较繁琐的三角函数计算才能得到半径值，这样的误差也很大，效率也较低。在这种情况下，研制一种能够方便快捷测量出圆半径的工具就成为殛待解决的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够方便快捷测量出圆半径的工具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种圆径尺，其特征在于：包括一个尺身和两个尺脚，所述尺身和尺脚外形均为直线段，两尺脚关于尺身轴对称，构成一个以尺身为上底、两尺脚为腰的等腰梯形的三边；两个尺脚的延长线的夹角是60度，尺身中段设置有可伸缩的滑尺，滑尺中心线与尺身的垂直平分线重合。

使用时，将两尺脚贴在待测外圆物体上作为外圆切线段，根据几何学中的外切线定理，两尺脚内侧的延长线的交点、待测外圆物体的圆心以及其中一个切点构成一个直角三角形。在该直角三角形中，延长线的交点到圆心的距离为斜边，交点到切点的距离和圆心到切点的距离也就是半径分别为另两条直角边。半径对应的角度为两个尺脚的延长线的夹角的一半，也就是30度。根据直角三角形中30度角所对应的直角边，其长度等于斜边长度的一半的特点，可以知道相交点到圆心的距离就是待测半径的2倍，也就是说等于直径。减去半径后，相交点到圆心连线与圆的交点的距离就是半径。将位于尺身上的滑尺伸出顶在外圆上，滑尺的读数就与半径呈一定的比例关系，这样就可以很方便快速的读出待测圆的半径。

通过这样的结构，解决了实际工作中遇到的外圆物体半径难测量的问题，并且结构简单，成本低廉，使用方便。

显然，根据上述技术方案，由于测量时，两尺脚与待测外圆的切点与圆心之间连线所形成的夹角是120度，因此采用本发明测量的外圆物体其圆周角不得小于120度。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图2是本发明的结构示意图。

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

具体实施方式

如图1所示，一个圆心为“O”的圆，直线AC、BC分别为圆0的外切线，两线相交于C点，根据圆的外切线定理得到角∠OBC和∠OAC为直角，那么分别构成两个直角三角形OBC和OAC。

取直角三角形的角OCA为角度“a”，半径OA定义为半径“r”，则根据直角三角形定理：直角三角形的直角边等于斜边乘以对应角正弦值；

即OA＝OC×sin∠OCA，及OA＝r＝OC×sin a。

取角∠OCA为30°，因为sin30°＝1/2＝0.5；

有OA＝OC×0.5，及OA＝r＝OC×0.5。

再定义OC与圆O的交点为“D”，因OA＝OB＝OD；

得OD＝OA＝OC×0.5，又因为OC＝OD+DC；

从而OD＝DC，又因为OA＝OB＝OD

因此只要知道DC的长度就知道了OA的长度，也就是说半径r可以通过测量DC的长度而得到。当我们需要测量现实中不能或不便于测量的圆半径(直径)时，我们只需要测量另一个与其等长或成一定比例长度的参数即可。

图2是根据上述原理制成的本发明一个具体实施例。

圆径尺包括一个尺身1和两个尺脚2，其长度可以根据量程来确定。两个尺角关于尺身成轴对称布置，∠HEF和∠IFE大小均为120度。尺脚2上带标准刻度，可以单独作为直尺使用。

尺身1的垂直平分线定义为“G”点，标尺4固定在尺身1中部位置上，其作用为可以让滑尺3在其卡槽内上下移动，并且其0刻度与线与G点重合，线段CG的长度固定为已知数值，我们只需要测量GD的长度即可。

滑尺3作用为完成测量和读取数据使用，其位置可以一定范围内在GD方向上下滑动，当滑尺3位于最顶端时，其最小值(最小量程)刻度线(图2中X点刻度线)与标尺4的“0”刻度线重合，此时即为能够测量到的最小测量值；当滑尺3移动到最底端时，其最大值(最大量程)刻度线与小标尺“0”刻度线重合，此位置读数为最大测量值。

在滑尺3上的螺钉5其作用是确保滑尺3在标尺的卡槽内滑动，不至于从标尺4上松脱出来。

标尺4上无刻度一侧设计安装一颗定位螺栓6，螺栓6尾部在旋紧时可以达到滑尺3表面，其主要作用是当需要固定滑尺3与标尺4的相对位置时，旋紧定位螺栓6就可以实现要求。

本发明的圆径尺，其有效量程为固定长度的线段CG(见图1)和可以测量长度的线段DG的总长度(见图1)。在设计原理不变的情况下，根据尺的具体大小规格，测量范围可以为几厘米到100多厘米，因为当尺身太大或太小时已经不方便于人工使用。当通过使用其他方法进行测量时，例如激光或声纳等手段可以使量程达到更大的值。量程大小由尺脚EA、FB和滑尺3可测量长度所决定，当尺脚EA和FB越长，在CG长度固定的情况下，滑尺可以测量的范围(及DG线段)越大，则允许测量的量程也就越大。可以根据各行业对量程的要求做成各种大小型号的规格。例如铁路普通客车车轮的直径范围是915mm(新造轮对)至860mm(最小运用限度)，其半径范围就是457.5mm至430mm，那么就需要在测量时使用的圆径尺量程范围稍大于457.5mm至430mm(如470mm至420mm)即可。

测量精度说明。首先，本发明圆径尺设计的精度取决于所要测量的圆弧是否为标准圆弧弧度，如果圆弧为标准圆弧，那么测量所得数据越准确。其次，取决于圆径尺制造时尺本身的制造精度，如现在普遍使用的游标卡尺刻度线精度可以达到0.1或0.02mm等。再次，当制造CG线段固定长度的精度，标尺4和滑尺3刻度的精度都可以影响到测量数值的准确性。

测量方法和注意事项说明。

第一步：将尺脚2轻贴在需要测量的圆或圆弧外，确保其尺脚与圆的外切点在尺脚的范围内。

第二步：用手指稍用力拿住滑尺3上端螺栓6，缓慢推动滑尺到其下端轻靠到被测圆面即可。

第三步：将标尺4上定位螺钉5旋紧，确保滑尺3与标尺4相对位置不变，再将本发明的圆径尺从被测圆表面拿开，即可按正确方法从滑尺3上的刻度线读取测量所得的数值。

第四步：在被测圆上选取几个位置，重复测量几次，取几次测量的平均值。

测量时注意事项：

(1)在实际测量时，尽量选取测量多次取平均值的方式进行，以减少因测量方法和被测圆弧不标准带来的测量误差。

(2)使用本圆径尺进行测量时，两尺脚和滑尺下端轻微考在被测物件表面即可，以免尺身和被测物件形成一定的变形量，从而带来测量误差。

(3)见图1中所示，要求CA和CB线段必须延长一定短小的长度分别为线段AH和线段BI，这样清楚的找准圆切点，及确保OA和OB即为需要准确测量的半径。线段AH和线段BI线段要求在实际测量时在两只尺脚上留下的长度必须可以清楚的观察到。

(4)当测量时H点和I点已经不能确保AH和BI为正数及可观测到时，说明需要测量的圆经已经超过测量所使用的圆径尺的最大量程了。

(5)读取刻度数值时必须采用正确的方式，及眼睛与刻度尺保持垂直和与刻度线保持平行的位置时进行读数，以免带来读数误差。

(6)使用本发明的圆径尺进行测量时，不允许用力挤压尺身和滑尺，以免造成圆径尺损坏。

为了在使用一段时间后，使用者可以对圆径尺进行校验，可以随尺准备一个125～130度标准圆弧，其外圆半径设计为圆径尺最小量程，及对标准圆弧进行测量时，滑尺最小刻度线(图2中X点刻度线)应该是对准标尺0刻度线位置。以此方法可以验证本圆径尺标尺0刻度和滑尺最小刻度线对准时是否与最小量程有误差。

本发明的使用方法非常简单，使用人不需要具备很强的机械专业知识。可以得到普遍推广和大面积使用。可以生产出适用手工使用的最小尺寸到最大尺寸，比如可设计成大型、中型、小型和微型等。按照本发明结构，可以生产出以激光或声纳等为测量介质的其他距离测量工具为手段进行测量的仪器上。其精度和量程都将大幅度提高。

本发明制造时使用当前测量工具通用的材料，不需要使用到特殊的或贵重的材料；不需要异型配件加工，所有部件都可以很方便的生产得到；体积小，重量轻，便于手持和携带。

Claims (1)

1、一种圆径尺，其特征在于：包括一个尺身和两个尺脚，所述尺身和尺脚外形均为直线段，两尺脚关于尺身轴对称，构成一个以尺身为上底、两尺脚为腰的等腰梯形的三边；两个尺脚的延长线的夹角是60度，尺身中段设置有可伸缩的滑尺，滑尺中心线与尺身的垂直平分线重合。

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