CN104057754B - 一种多功能教学尺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能教学折叠尺，包括上尺、下尺、连接上尺和下尺的旋转轴和圆规脚。上尺长边上设有刻度，上尺一端设有旋转轴通孔，上尺下底面设置第一凹槽，第一凹槽内设置激光测角器、PPT翻页器、激光教鞭和自动圆规模块；下尺长边上设有刻度，下尺一端设有旋转轴通孔；旋转轴插入旋转轴通孔连接上尺和下尺，下尺以旋转轴为中心旋转；圆规脚呈尺状，一端设有伸缩轴通孔，伸缩轴插入伸缩轴通孔与旋转轴连接，圆规脚以旋转轴为中心旋转；圆规脚下底面设置以伸缩轴通孔为起点向远端延伸的滑动槽，滑动槽中设置粉笔滑块。本发明提供的多功能教学折叠尺集多种教学绘图工具于一身，结构合理、使用方便、体积小巧。

Description

一种多功能教学尺

技术领域

本发明属于教学领域，特别涉及一种多功能教学尺。

背景技术

在当今的课堂教学中，教师使用多种多样的教学工具，虽然有高科技的电脑和投影仪，但是黑板的使用仍然在教学中占据了很大的比重，尤其是数学课。在几何等需要作图的教学中，我们经常可以见到老师使用各种木质的教具。这些教具体积大，功能单一，既不便于携带，使用起来也不是很方便。鉴于现有教具的上述问题，教师在黑板上画复杂图形时，经常使用手画的方式，这种方式虽然能够很快地做出图形，但是脱离了尺规，图形难免会出现不标准的情况，严重时甚至会影响学生的理解，影响到课堂的教学。

发明内容

为了克服现有技术上的不足，本发明提供一种集多种教学绘图工具于一身，结构合理、使用方便、体积小巧的多功能教学尺。

一种多功能教学折叠尺，包括上尺、下尺、连接上尺和下尺的旋转轴和圆规脚。上尺长边上设有刻度，上尺一端设有旋转轴通孔，上尺下底面设置第一凹槽，第一凹槽内设置激光测角器、PPT翻页器、激光教鞭和自动圆规模块；下尺长边上设有刻度，下尺一端设有旋转轴通孔；旋转轴插入旋转轴通孔连接上尺和下尺，下尺以旋转轴为中心旋转；圆规脚呈尺状，一端设有伸缩轴通孔，伸缩轴插入伸缩轴通孔与旋转轴连接，圆规脚以旋转轴为中心旋转；圆规脚下底面设置以伸缩轴通孔为起点向远端延伸的滑动槽，滑动槽中设置粉笔滑块。

作为本发明的一种改进，旋转轴包括轴顶盖、旋转轴套、传动齿轮、套筒：轴顶盖，其下底面设有第二凹槽，第二凹槽内壁上设有内螺纹；旋转轴套，呈圆柱体，其径向直径与旋转轴通孔直径相同，其上底面直径小于轴顶盖下底面直径，上底面设有圆柱形的第一凸起，第一凸起侧壁设有与第二凹槽内壁内螺纹相匹配的外螺纹；下底面设有第三凹槽，第三凹槽底面的中心位置设置棘轮轴，棘轮轴垂直于旋转轴套的上底面设置；旋转轴套侧壁上设有第二凹槽的窗口；沿下底面边缘设置环形的凸起；传动齿轮，传动齿轮外圆周上设有轮齿，下底面设有棘轮凹槽，棘轮凹槽的内壁上设有棘轮轮齿，传动齿轮上底面中心设有第一棘轮轴通孔，传动齿轮通过第一棘轮轴通孔套在棘轮轴上；套筒包括呈圆柱体的底座、设置在底座下底面的圆柱形插筒，底座的径向直径大于插筒的径向直径；套筒设有套筒通孔贯穿底座和插筒，套筒通过套筒通孔套在棘轮轴上；底座下底面设置棘爪凹槽，棘爪凹槽位于插筒一侧，棘爪凹槽内设置棘爪轴，棘爪轴上设有与棘轮轮齿相匹配的棘爪；插筒一侧设置套筒键。

作为本发明的另一种改进，自动圆规模块包括减速电机、减速齿轮组、第一电源：减速齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮；所述第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与第三齿轮为同轴齿轮，第三齿轮与第四齿轮相啮合，第四齿轮与第五齿轮相啮合，第五齿轮与传动齿轮的轮齿相啮合；减速电机中的齿轮与第一齿轮相啮合；第一电源与减速电机连接并设有开关。

作为本发明的另一种改进，圆规脚的上底面设有凸台，伸缩轴通孔位于凸台的上表面，伸缩轴通孔分为内径与插筒外径相同的插筒腔和内径大于插筒外径的伸缩轴腔，在插筒腔与伸缩轴腔相接的台阶壁上设置一对以伸缩轴通孔圆心为对称点设置第一螺纹孔，该对螺纹孔的连线与滑动槽垂直，第一螺纹孔中设置第一快速调节器；凸台的上表面设置与套筒键相匹配的套筒键槽，套筒键槽与伸缩轴通孔相连通；在使用时，套筒键槽与套筒键过盈配合；圆规脚下底面设置以伸缩轴通孔为起点向远端延伸的T型滑动槽，在T型滑动槽侧壁上刻有测量距离的刻度，T型滑动槽中设置粉笔滑块；粉笔滑块包括顶盖、T型块、压簧、粉笔套、定位器；T型块与滑动槽的形状相匹配，且设有粉笔套通孔；顶盖，与T型块面积较大的上底面连接且盖在粉笔套通孔上；压簧位于粉笔套通孔内，一端与顶盖接触；粉笔套，上底面伸入粉笔套通孔与压簧另一端接触，下底面设有粉笔凹槽；定位器设置在T型块一侧，在使用时抵在滑动槽的内壁上。伸缩轴，包括基座和设置于基座上底面呈圆柱形的伸缩轴套筒；基座的上底面上设置一对与第一螺纹孔相匹配的第二螺纹孔，第二螺纹孔中设置第二快速调节器，第二快速调节器通过弹簧与第一快速调节器连接。

本发明与现有技术相比，其优点在于：(1)尺身采取两端式设计，体积小，便于携带；(2)尺身上集合了测量距离、测量角度、画圆、教鞭等功能；(3)圆规脚与电机、棘轮、齿轮相配合可以自动画出不同直径的圆形。

下面结合附图具体描述本发明提供的多功能教学折叠尺。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的仰视图；

图3是本发明的功能模块示意图；

图4是圆规脚结构示意图；

图5是轴顶盖结构示意图；

图6是旋转轴套结构示意图；

图7是传动齿轮结构示意图；

图8是套筒结构示意图；

图9是传动齿轮与套筒的组合结构示意图；

图10是减速齿轮组结构示意图；

图11是顶盖结构示意图；

图12是T型块和定位器的组合结构示意图；

图13是粉笔套结构示意图；

图14是伸缩轴结构示意图；

图15是测角度刻度板示意图；

图16是测角度刻度板刻度值算法示意图。

具体实施方式

结合图1，一种包括上尺1、下尺2、连接上尺1和下尺2的旋转轴3和旋转轴8；

上尺1一端设有旋转轴通孔；结合图3，上尺1下底面设置第一凹槽，第一凹槽内设置激光测角器4、PPT翻页器5、激光教鞭6和自动圆规模块7；下尺2一端设有旋转轴通孔，下尺2远离旋转轴孔的一端的下底面设置折叠支架11；旋转轴3插入旋转轴通孔连接上尺1和下尺2，下尺2以旋转轴3为中心旋转。上尺1下底面沿其一条长边和下尺2上底面沿一条长边设有凸起，凸起上设有测量距离的刻度，下尺2以旋转轴为中心旋转展开后，上尺1和下尺2的刻度在一条直线上且刻度顺序排列。

结合图4至图9，旋转轴3包括轴顶盖3-1、旋转轴套3-2、传动齿轮3-3、套筒3-4：

轴顶盖3-1，其下底面设有第二凹槽，第二凹槽内壁上设有螺纹；

旋转轴套3-2呈圆柱体，其径向直径与旋转轴通孔直径相同，其上底面直径小于轴顶盖3-1下底面直径，上底面设有圆柱形的第一凸起3-23，第一凸起3-23侧壁设有与第二凹槽相匹配的螺纹；下底面设有第三凹槽3-21，第三凹槽3-21底面的中心位置设置棘轮轴3-22，棘轮轴3-22垂直于旋转轴套3-2的上底面设置；旋转轴套3-2侧壁上设有第二凹槽的窗口3-22；沿下底面边缘设置环形的凸起3-24；

传动齿轮3-3，传动齿轮3-3外圆周上设有轮齿3-31，下底面设有棘轮凹槽3-32，棘轮凹槽3-32的内壁上设有棘轮轮齿3-33，传动齿轮3-3上底面中心设有第一棘轮轴通孔3-34，传动齿轮3-3通过第一棘轮轴通孔3-34套在棘轮轴3-22上；

套筒3-4，包括呈圆柱体的底座3-41、设置在底座3-41下底面的圆柱形插筒3-42，底座3-41的径向直径大于插筒3-42的径向直径；套筒3-4设有套筒通孔3-44贯穿底座3-41和插筒3-42，套筒3-4通过套筒通孔3-44套在棘轮轴3-22上；底座3-41下底面设置棘爪凹槽3-45，棘爪凹槽3-45位于插筒3-42一侧，棘爪凹槽3-45内设置棘爪轴，棘爪轴上设有与棘轮轮齿3-33相匹配的棘爪3-46；插筒3-42一侧设置套筒键3-43。

棘轮轴3-22的尾部的直径大于第一棘轮轴通孔3-34和套筒通孔3-44的内径，在加工时，棘轮轴3-22的头部依次穿过套筒通孔3-44和第一棘轮轴通孔3-34后固定连接于旋转轴套3-2上。

结合图3圆规脚8的上底面设有凸台8-1，伸缩轴通孔8-2位于凸台8-1的上表面，伸缩轴通孔8-2分为内径与插筒3-42外径相同的插筒腔8-21和内径大于插筒3-42外径的伸缩轴腔8-22，在插筒腔8-21与伸缩轴腔8-22相接的台阶壁上设置一对以伸缩轴通孔8-2圆心为对称点设置第一螺纹孔8-4，该对螺纹孔的8-4连线与滑动槽8-3垂直，第一螺纹孔8-4中设置第一快速调节器；凸台8-1的上表面设置与套筒键3-43相匹配的套筒键槽8-11，套筒键槽8-11与伸缩轴通孔8-2相连通；在使用时，套筒键槽8-11与套筒键3-43过盈配合；

结合图3，圆规脚8下底面设置以伸缩轴通孔8-2为起点向远端延伸的T型滑动槽8-3，在T型滑动槽8-3侧壁上刻有测量距离的刻度，T型滑动槽8-3中设置粉笔滑块10；

结合图11至图13，粉笔滑块10包括顶盖10-1、T型块10-2、压簧、粉笔套10-4、定位器；T型块10-2与滑动槽8-1的形状相匹配，且设有粉笔套通孔10-21；顶盖10-1位于T型滑动槽8-1与T型块10-2之间且与T型块10-2面积较大的上底面连接并盖在粉笔套通孔10-21上，顶盖10-1为圆柱体，在圆柱体的侧壁的两侧对称设置与T型块10-2连接的连接装置10-11；压簧，位于粉笔套通孔10-21内，一端与顶盖10-1接触；粉笔套10-4，上底面伸入粉笔套通孔与压簧另一端接触，下底面设有粉笔凹槽10-41；定位器设置在T型块10-2一侧，在使用时抵在滑动槽8-1的内壁上；所述定位器包括螺钉和螺钉插槽10-22；螺钉插槽10-22连接在T型块9-2的侧壁上，其沿粉笔套通孔10-21的轴向方向设置螺钉通孔10-23，螺钉旋入螺钉通孔10-23。

结合图14，伸缩轴9，包括基座9-1和设置于基座9-1上底面呈圆柱形的伸缩轴套筒9-2；基座9-1的上底面上设置一对与第一螺纹孔8-4相匹配的第二螺纹孔9-3，第二螺纹孔9-3中设置第二快速调节器，第二快速调节器通过弹簧与第一快速调节器连接。

本发明在上尺1的凹槽内集成了激光测角器4、PPT翻页器5、激光教鞭6和自动圆规模块7可以完成测量距离、测量角度、自动画圆、教鞭、PPT翻页等功能。

激光测角器4包括激光发射器4-1、第二电源4-2；激光发射器4-1发射的激光与上尺1的长边有β的倾角；第二电源4-2连接激光发射器4-1；下尺2上底面沿一侧长边设置接收激光测角器4发射的激光的第二凸起2-1，第二凸起2-1上设置测角度刻度板如图15所示，结合图16，刻度刻画位置的计算方式为：

由正弦定理可知： $\frac{m}{\sin \mathrm{\α}}=\frac{l}{\sin \mathrm{\β}};$

由余弦定理可知： $\cos \mathrm{\α}=\frac{l^2+n^2-m^2}{2l\×n};$

整理得到 $\mathrm{\α}={\cos }^{-1}\frac{2n\sin {\mathrm{\β}}^2+\sqrt{(2\mathrm{nl}\sin {\mathrm{\β}}^2-{4l}^2[(l^2+n^2)\sin {\mathrm{\β}}^2-l^2\left]\right)}}{{2l}^2};$

其中l为激光发射器4-1射到第二凸起2-1上的光点至旋转轴3中心的距离；m为激光发射器4-1到第二凸起2-1的距离；n为激光发射器4-1到旋转轴3中心的距离；根据l和常量n即可求的α的大小，然后将每个α对应的l在第二凸起2-1上做出标记。

PPT翻页器5为RF射频遥控器，包括RF射频发射器和功能按键，其接收端接于USB接口中；工作时，将接收端插入电脑主机的USB接口中，无需安装驱动即可正常工作。使用者只需点击RF射频遥控器的相关功能键便可操纵接收端，从而实现电脑上PPT展示页的前进、后退等功能。

激光教鞭6为激光笔。

自动圆规模块7包括减速电机7-1、第一电源7-2、减速齿轮组7-3：

减速齿轮组7-3包括第一齿轮7-31、第二齿轮7-32、第三齿轮7-33、第四齿轮7-34、第五齿轮7-35，所述第一齿轮7-31与第二齿轮7-32相啮合，第二齿轮7-32与第三齿轮7-33为同轴齿轮，第三齿轮7-33与第四齿轮7-34相啮合，第四齿轮7-34与第五齿轮7-35相啮合，第五齿轮7-35与传动齿轮3-31的轮齿3-311相啮合；减速电机7-1中的齿轮与第一齿轮7-31相啮合；第一电源7-2与减速电机7-1连接并设有开关。

所述第一齿轮7-31的直径5.1mm，模数0.3，齿数17；第二齿轮7-32的直径25.5mm，模数0.3，齿数85，为了能保证与第一齿轮7-31配合转动，传动比尽量接近5；第三齿轮7-33的直径15mm，模数0.5，齿数30；第四齿轮7-34的直径15mm，模数0.5，齿数30；第五齿轮7-35的直径30mm，模数0.5，齿数60。

在使用时，下尺2上的折叠支架11打开起到支撑的作用。粉笔插在粉笔套10-4内，T型块10-2在T型滑动槽8-1内滑动，通过标注在T型滑动槽8-1边上的刻度来确定圆周的半径，T型块10-2通过螺钉10-5固定。圆规脚8通过伸缩轴9插入伸缩轴通孔与旋转轴3连接，由第一电源7-2带动减速齿轮组7-3转动从而使得旋转轴3转动，进而带动圆规脚8转动，完成画圆的工作。第一电源7-2为4枚3伏纽扣电池供电，电机内部自带蜗轮蜗杆，实现初步减速，再由减速齿轮组7-3进行二级减速，最后输出达到理想的速率。旋转轴3内部有一内棘轮，可以使圆规臂以任意角度起始转动。通过减速能够使得尺子底部装有粉笔的圆规脚以πrad/s的角速度转动，即2秒即可绘制出一个完整的圆。

本发明上尺1长285mm，下尺2长240mm；折叠状态的总宽为70mm；展开总长为545mm，总宽为60mm，总高为16mm。

Claims (8)

1.一种多功能教学折叠尺，其特征在于，包括上尺[1]、下尺[2]、连接上尺[1]和下尺[2]的旋转轴[3]和圆规脚[8]：

上尺[1]长边上设有刻度，上尺[1]一端设有旋转轴通孔，上尺[1]下底面设置第一凹槽，第一凹槽内设置激光测角器[4]、PPT翻页器[5]、激光教鞭[6]和自动圆规模块[7]；

下尺[2]长边上设有刻度，下尺[2]一端设有旋转轴通孔；

旋转轴[3]插入旋转轴通孔连接上尺[1]和下尺[2]，下尺[2]以旋转轴[3]为中心旋转；

圆规脚[8]呈尺状，一端设有伸缩轴通孔[8-2]，伸缩轴[9]插入伸缩轴通孔[8-2]并与圆规脚[8]连接，圆规脚[8]下底面设置以伸缩轴通孔[8-2]为起点向远端延伸的滑动槽[8-3]，滑动槽[8-3]中设置粉笔滑块[10]；在使用时，将圆规脚[8]连接在旋转轴[3]上，圆规脚[8]以旋转轴[3]为轴旋转；

所述旋转轴[3]包括轴顶盖[3-1]、旋转轴套[3-2]、传动齿轮[3-3]、套筒[3-4]：

轴顶盖[3-1]，其下底面设有第二凹槽[3-11]，第二凹槽[3-11]内壁上设有内螺纹；

旋转轴套[3-2]，呈圆柱体，其径向直径与旋转轴通孔直径相同，其上底面直径小于轴顶盖[3-1]下底面直径，上底面设有圆柱形的第一凸起[3-23]，第一凸起[3-23]侧壁设有与第二凹槽内壁内螺纹相匹配的外螺纹；下底面设有第三凹槽[3-21]，第三凹槽[3-21]底面的中心位置设置棘轮轴[3-22]，棘轮轴[3-22]垂直于旋转轴套[3-2]的上底面设置；旋转轴套[3-2]侧壁上设有第二凹槽的窗口[3-25]；沿下底面边缘设置环形的凸起[3-24]；

传动齿轮[3-3]，传动齿轮[3-3]外圆周上设有轮齿[3-31]，下底面设有棘轮凹槽[3-32]，棘轮凹槽[3-32]的内壁上设有棘轮轮齿[3-33]，传动齿轮[3-3]上底面中心设有第一棘轮轴通孔[3-34]，传动齿轮[3-3]通过第一棘轮轴通孔[3-34]套在棘轮轴[3-22]上；

套筒[3-4]，包括呈圆柱体的底座[3-41]、设置在底座[3-41]下底面的圆柱形插筒[3-42]，底座[3-41]的径向直径大于插筒[3-42]的径向直径；套筒[3-4]设有套筒通孔[3-44]贯穿底座[3-41]和插筒[3-42]，套筒[3-4]通过套筒通孔[3-44]套在棘轮轴[3-22]上；底座[3-41]下底面设置棘爪凹槽[3-45]，棘爪凹槽[3-45]位于插筒[3-42]一侧，棘爪凹槽[3-45]内设置棘爪轴[3-47]，棘爪轴上设有与棘轮轮齿[3-33]相匹配的棘爪[3-46]；插筒[3-42]一侧设置套筒键[3-43]。

2.根据权利要求1所述的多功能教学折叠尺，其特征在于，自动圆规模块[7]包括减速电机[7-1]、第一电源[7-2]、减速齿轮组[7-3]：

减速齿轮组[7-3]包括第一齿轮[7-31]、第二齿轮[7-32]、第三齿轮[7-33]、第四齿轮[7-34]、第五齿轮[7-35]；所述第一齿轮[7-31]与第二齿轮[7-32]相啮合，第二齿轮[7-32]与第三齿轮[7-33]为同轴齿轮，第三齿轮[7-33]与第四齿轮[7-34]相啮合，第四齿轮[7-34]与第五齿轮[7-35]相啮合，第五齿轮[7-35]与传动齿轮[3-3]的轮齿[3-31]相啮合；

减速电机[7-1]中的齿轮与第一齿轮[7-31]相啮合；

第一电源[7-2]与减速电机[7-1]连接并设有开关。

3.根据权利要求1所述的多功能教学折叠尺，其特征在于，

圆规脚[8]的上底面设有凸台[8-1]，伸缩轴通孔[8-2]位于凸台[8-1]的上表面，伸缩轴通孔[8-2]分为内径与插筒[3-42]外径相同的插筒腔[8-21]和内径大于插筒[3-42]外径的伸缩轴腔[8-22]，在插筒腔[8-21]与伸缩轴腔[8-22]相接的台阶壁上设置一对以伸缩轴通孔[8-2]圆心为对称点设置第一螺纹孔[8-4]，该对螺纹孔的[8-4]连线与滑动槽[8-3]垂直，第一螺纹孔[8-4]中设置第一快速调节器；凸台[8-1]的上表面设置与套筒键[3-43]相匹配的套筒键槽[8-11]，套筒键槽[8-11]与伸缩轴通孔[8-2]相连通；在使用时，套筒键槽[8-11]与套筒键[3-43]过盈配合；

圆规脚[8]的下底面的滑动槽[8-3]呈T型，在其侧壁上刻有刻度；

粉笔滑块[10]包括顶盖[10-1]、T型块[10-2]、压簧、粉笔套[10-4]、定位器；T型块[10-2]与滑动槽[8-3]的形状相匹配，且设有粉笔套通孔[10-21]；顶盖[10-1]，与T型块[10-2]面积较大的上底面连接且盖在粉笔套通孔上；压簧，位于粉笔套通孔内，一端与顶盖[10-1]接触；粉笔套[10-4]，上底面伸入粉笔套通孔与压簧另一端接触，下底面设有粉笔凹槽[10-41]；定位器设置在T型块[10-2]一侧，在使用时抵在滑动槽[8-1]的内壁上；

伸缩轴[9]，包括基座[9-1]和设置于基座[9-1]上底面呈圆柱形的伸缩轴套筒[9-2]；基座[9-1]的上底面上设置一对与第一螺纹孔[8-4]相匹配的第二螺纹孔[9-3]，第二螺纹孔[9-3]中设置第二快速调节器，第二快速调节器通过弹簧与第一快速调节器连接。

4.根据权利要求3所述的多功能教学折叠尺，其特征在于，定位器包括螺钉螺钉插槽[10-22]；

螺钉插槽[10-22]连接在T型块[10-2]的侧壁上，其沿粉笔套通孔[9-21]的轴向方向设置螺钉通孔[10-23]，螺钉[10-5]旋入螺钉通孔[10-23]。

5.根据权利要求1所述的多功能教学折叠尺，其特征在于，激光测角器[4]包括激光发射器[4-1]、第二电源[4-2]：

激光发射器[4-1]，其发射的激光与上尺[1]的长边有β的倾角；

第二电源[4-2]，其连接激光发射器[4-1]；

所述下尺[2]上底面沿一侧长边设置接收激光发射器[4]发射的激光的第二凸起[2-1]，第二凸起[2-1]上设置测角度刻度板。

6.根据权利要求1所述的多功能教学折叠尺，其特征在于，PPT翻页器[5]为RF射频遥控器，包括RF射频发射器和功能按键，其接收端接于电脑USB接口中。

7.根据权利要求1所述的多功能教学折叠尺，其特征在于，激光教鞭[6]为激光笔。

8.根据权利要求1所述的多功能教学折叠尺，其特征在于，下尺[2]远离旋转轴[3]的一端的下底面设置折叠支架[11]。