ЧЕРТЕЖНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

Полезная модель относится к чертежно-измерительным инструментам, предназначенным для вычерчивания и измерения параметров углов, прямых линий, n-угольников и может использоваться для геометрических построений, не требующих высокой точности, преимущественно в школах.
Арсенал чертежно-измерительных инструментов, выполняющих одновременно функции линейки и транспортира очень значителен. Недостатком таких чертежно-измерительных инструментов является то, что для построения углов и геометрических фигур с заданными величинами углов требуется большое число манипуляций как чертежно-измерительным инструментом, так и пишущим инструментом, что делает построения сложными. Это увеличивает время, затрачиваемое на построение, при этом точность построения снижается.
Известен чертежный угольник (авторское свидетельство на изобретение № SU 72619 А1, МПК B43L 13/00, опубл. 00.00.1948) со сторонами, составляющими углы 45° и 90°, снабженный лекалом и транспортиром, при этом основание лекала и транспортира образуют стороны углов 5, 10, 15, 30, 40, 60 и 120°. Недостатком чертежного угольника является ограниченное количество углов, которые можно построить быстро, без большого количества манипуляций. Остальные углы, не вошедшие в указанный перечень, строят обычным образом с использованием транспортира.
Известен чертежный угольник (патент на изобретение № RU 2060905 С1, МПК B43L 7/00, опубл. 27.05.1996), который выполнен с треугольным вырезом, имеющим углы 90, 60, 30°. Наружные углы равны 45, 60, 75°. Вырез выполнен таким образом, что его малый катет и гипотенуза, образующие угол 60°, параллельны сторонам угольника, образующим угол 60°, а точка пересечения прямых, совмещенных с одной из внешних кромок и с большим катетом, расположенным под углом 15° к этой кромке, совмещена с одной из вершин внешнего треугольника. Для построения угла используют две кромки (обе внешние или обе внутренние), образующие между собой данный угол, для построения угла 15° используют одну внутреннюю и одну внешнюю кромку. Недостатком чертежного угольника является возможность быстрого построения только ограниченного количества углов. Построение углов, не вошедших в указанный перечень, не предусмотрено.
Известен чертежный угольник (патент на изобретение № RU 2060906 С1, МПК B43L 7/00, опубл. 27.05.1996), который выполнен с треугольным вырезом, имеющим углы 45, 60, 75°. Наружные углы равны 30, 60, 90°. Вырез выполнен таким образом, что две кромки, образующие угол 60°, параллельны малому катету и гипотенузе угольника, а точка пересечения прямых, совмещенных с внутренней и внешней кромками, расположенными под углом 15°, совмещена с одной из вершин внешнего треугольника. Данный чертежный угольник аналогичен выше указанному (RU 2060905) и имеет те же недостатки.
Известен транспортир с упором фирмы INCRA http://www.incra.com/measuring_marking-specialty_rules.html. Упор предназначен для фиксации транспортира на материалах, имеющих определенную толщину (упор устанавливают на торец материала), и выполнен съемным. Без упора данный инструмент можно использовать на бумаге. Транспортир содержит два ряда сквозных пазов, расположенных вдоль радиусов угломерной шкалы. Пазы первого ряда, ближнего к центру угломерной шкалы, выполнены с шагом в 5°, а пазы второго ряда, значительно более короткие по длине, - с шагом в 1°. В центре угломерной шкалы расположено отверстие для пишущего инструмента. Также фирма выпускает линейки с угломерной шкалой и одним рядом пазов, расположенных вдоль радиусов угломерной шкалы с шагом в 5° (http://www.incra.com/measuring_marking-specialty_rules.html#prettyPhoto[pp_index]/2/). Недостатком указанных инструментов является невозможность построения луча угла одним движением, т.к. пазы не имеют соединения с отверстием в центре угломерной шкалы. Для построения угла необходимо дополнительно соединить нанесенные вдоль пазов штрихи с вершиной угла, что требует дополнительных манипуляций и увеличивает время построения.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является транспортир 180° «Clear» фирмы ErichKrause (http://www.erichkrause.com/public/userfiles/catalogues/ek_cat_2017/index.html#474). Транспортир выполнен в виде пластины, состоящей из части полуокружности, ограниченной двумя дугами, исходящими из одного центра, и вытянутого прямоугольника, длинной стороной примыкающего к диаметру полуокружности. Полуокружность содержит угломерную шкалу, а прямоугольник - линейную шкалу. Прямоугольник имеет на длинной стороне, приближенной к дуге полуокружности, выступ в виде небольшой полуокружности, в центре которой расположено отверстие, являющееся центром угломерной шкалы. Таким образом, транспортир можно рассматривать как пластину, содержащую паз в виде части полуокружности, ограниченной двумя дугами, исходящими из центра угломерной шкалы. Паз имеет две прямолинейные стороны, линии которых проходят через центр угломерной шкалы в направлении 0° и 180°.
Указанный транспортир имеет следующие недостатки:
- при измерении угла с использованием острого инструмента, например, острого рабочего конца ручки или карандаша, установленного в отверстие в центре угломерной шкалы с целью точного попадания в вершину измеряемого угла, пишущий инструмент, установленный в столь малое отверстие, снижает обзор вершины угла, из-за чего транспортир может быть установлен со смещением, что снижает точность измерения;
- при измерении угла без использования дополнительного инструмента сложно быстро установить отверстие центра угломерной шкалы на вершину измеряемого угла и совместить прямолинейную сторону транспортира, направленную на 0°, с лучом угла. Из-за малой величины отверстия, через которое сложно увидеть вершину измеряемого угла, и отсутствия надежной фиксации транспортира при манипуляциях возникает смещение центра угломерной шкалы, и необходимо затрачивать дополнительное время на его установку в вершину угла. Это усложняет пользование транспортиром и снижает точность измерений;
- при построении угла способом, при котором сначала проводят линию первого луча угла, затем делают пишущим инструментом отметку, соответствующую заданной величине угла, после чего поворачивают транспортир и чертят второй луч угла, точность построения недостаточна по причинам, указанным выше, а время на построение увеличивается;
- построение угла способом, при котором в отверстие центра угломерной шкалы устанавливают пишущий инструмент для использования его в качестве оси вращения, а лучи угла проводят по прямолинейной стороне паза, которую перемещают на заданный угол вокруг оси вращения, не дает возможности построить луч угла одним движением, т.к. прямолинейная сторона паза не соединена с отверстием угломерной шкалы. Для окончания построения угла необходимо вычерченные лучи угла соединить с его вершиной, что требует дополнительных манипуляций и увеличивает время, точность и аккуратность построения.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение арсенала чертежно-измерительных инструментов и повышение простоты пользования инструментом.
Технический результат - расширение арсенала чертежно-измерительных инструментов, сокращение времени измерения и построения углов за счет уменьшения числа производимых для этого манипуляций, а также повышение точности измерения и построения углов благодаря точной и надежной фиксации чертежно-измерительного инструмента.
Технический результат достигается тем, что в чертежно-измерительном инструменте, выполненном в виде пластины, содержащей угломерную шкалу, паз с прямолинейными сторонами, линии которых проходят через центр угломерной шкалы, причем одна из линий проходит через отметку 0° угломерной шкалы, согласно полезной модели указанные прямолинейные стороны паза берут начало в центре угломерной шкалы и расположены по отношению друг к другу под углом от 30° до 90°.
При этом:
- одна из сторон внешнего контура пластины содержит линейную шкалу;
- пластина выполнена из прозрачного материала;
- пластина выполнена в виде полуокружности, к диаметру которой примыкает прямоугольник,
- пластина выполнена в виде вытянутого прямоугольника;
- пластина выполнена в виде прямоугольного треугольника, а прямолинейные стороны паза, берущие начало в центре угломерной шкалы, параллельны сторонам треугольника;
- по меньшей мере, одна из прямолинейных сторон паза, берущих начало в центре угломерной шкалы, содержит линейную шкалу с нулевым делением в центре угломерной шкалы;
- угломерная и линейные шкалы выполнены с обеих сторон пластины;
- угломерная шкала имеет двойную оцифровку, одна из которых расположена в направлении хода часовой стрелки, а другая против направления хода часовой стрелки;
- угломерная шкала в диапазоне от 30° до 60° содержит, по меньшей мере, одно сквозное отверстие;
- чертежно-измерительный инструмент содержит дополнительную угломерную шкалу, расположенную между прямолинейными сторонами паза, берущими начало в центре угломерной шкалы, при этом нулевая точка отсчета дополнительной угломерной шкалы лежит на линии прямолинейной стороны паза, не проходящей через отметку 0° основной угломерной шкалы.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
- фиг. 1, фиг. 2 - чертежно-измерительный инструмент в частном случае выполнения пластины в виде полуокружности, к диаметру которой примыкает прямоугольник;
- фиг. 3 - чертежно-измерительный инструмент в частном случае выполнения пластины в виде вытянутого прямоугольника;
- фиг. 4 - чертежно-измерительный инструмент в частном случае выполнения пластины в виде прямоугольного треугольника.
Чертежно-измерительный инструмент представляет собой тонкую пластину 1, выполненную преимущественно из прозрачного материала, например, из поливинилхлорида. Выполнение пластины прозрачной делает использование инструмента более простым, т.к. через прозрачную пластину можно легко расположить инструмент на листе в нужном для геометрического построения месте или на уже имеющемся построении для выполнения поставленной задачи. Форма выполнения пластины определяется исключительно предпочтениями пользователя и может быть как в виде вытянутого прямоугольника, прямоугольного треугольника или полуокружности, к диаметру которой примыкает прямоугольник, так и в виде другой формы, обеспечивающей сохранение инструментом своих чертежных функций.
Пластина 1 содержит угломерную шкалу 2 и паз 3. Две прямолинейные стороны 4 и 5 паза 3 берут начало в центре 6 угломерной шкалы 2. Линия прямолинейной стороны 4 проходит через отметку 0° угломерной шкалы 2. Это позволяет быстро производить измерение и построение углов без дополнительных манипуляций и вычислений. Угол наклона прямолинейных сторон 4 и 5 по отношению друг к другу составляет 30°-90°. Указанный диапазон угла наклона прямолинейных сторон 4, 5 и начало их в центре 6 угломерной шкалы 2 обусловлены способом использования чертежно-измерительного инструмента, в соответствии с которым при построении, измерении углов или других действиях, связанных с геометрическими построениями с заданными величинами углов, необходимо в качестве точки опоры и оси вращения применять пишущий инструмент, установленный острым рабочим концом в вершине угла, образованного прямолинейными сторонами 4 и 5. Угол наклона прямолинейных сторон 4 и 5 по отношению друг к другу менее 30° или более 90° приведет к погрешности при построении или измерении углов, т.к. не будет обеспечена максимально точная установка острого рабочего конца пишущего инструмента в центр 6 угломерной шкалы 2, кроме того, угол наклона более 90° не обеспечит необходимой опоры пишущему инструменту, что затруднит построения.
Предлагаемая форма выполнения паза 3 позволяет сократить время и повысить точность построения и измерения углов. Для понимания этого ниже приведено сравнение построения и измерения углов предлагаемым чертежно-измерительным инструментом и обычными транспортирами. Видео изображение такого сравнения приведено автором на сайте YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=JUEunGLcfF8). При этом под нулевой осью следует понимать линию, проходящую через центр угломерной шкалы и отметку 0° угломерной шкалы.
При измерении угла обычным транспортиром необходимо сначала навести центр угломерной шкалы на вершину угла, после чего совместить нулевую ось транспортира с лучом угла. При этом центр угломерной шкалы смещается из-за отсутствия надежной фиксации транспортира, и необходимо затратить дополнительное время на его установку в вершину угла. Это усложняет пользование транспортиром и снижает точность измерений. Наличие в центре угломерной шкалы маленького отверстия для пишущего инструмента, как в прототипе, не решает этой проблемы, т.к. пишущий инструмент, установленный в столь малое отверстие, снижает обзор вершины угла, из-за чего транспортир может быть установлен со смещением, что снижает точность измерения.
Измерение угла предлагаемым чертежно-измерительным инструментом происходит проще. Пишущий инструмент устанавливают в вершину измеряемого угла, подводят пластину 1 и прижимают ее углом, образованным прямолинейными сторонами 4 и 5, к пишущему инструменту, после чего поворачивают пластину 1 до совмещения луча измеряемого угла с прямолинейной стороной 4 (с нулевой осью чертежно-измерительного инструмента) и по второму лучу определяют величину угла. Таким образом, число манипуляций чертежно-измерительным инструментом меньше, что сокращает время измерения. Благодаря точной и надежной фиксации пластины 1 не требуется усиленное внимание при совмещении центра 6 угломерной шкалы 2 и вершины измеряемого угла, при этом точность измерения повышается.
При построении угла с помощью обычного транспортира сначала проводят линию первого луча угла, затем относительно предполагаемой вершины угла находят по угломерной шкале заданную величину угла, делают пишущим инструментом отметку, поворачивают транспортир и чертят второй луч угла.
Построение угла предлагаемым чертежно-измерительным инструментом происходит проще. Пишущим инструментом проводят первый луч угла вдоль прямолинейной стороны 4 в направлении к центру 6 угломерной шкалы 2 (точка пересечения прямолинейных сторон 4 и 5), где пишущий инструмент фиксируют и поворачивают прижатую к нему пластину 1 до совмещения заданного значения выстраиваемого угла с первым лучом, после чего проводят второй луч угла вдоль прямолинейной стороны 4 в направлении от центра 6 угломерной шкалы 2. Таким образом, построение угла происходит без отрыва пишущего инструмента от листа, отсутствует необходимость ставить метку для определения положения второго луча угла, число манипуляций меньше, что сокращает время построения угла. Благодаря точной и надежной фиксации пластины 1 в вершине выстраиваемого угла точность построения повышается.
Предпочтительнее при выполнении чертежно-измерительного инструмента располагать прямолинейные стороны 4 и 5 паза 3 взаимно перпендикулярно, т.к. визуальное восприятия прямого угла позволяет более быстро ориентироваться при построениях и измерениях углов, кроме того, прямой угол чаще других используется при решении геометрических задач.
Поскольку невозможно технологически без погрешности обеспечить выполнение прямолинейных сторон 4 и 5 паза 3 из точки, соответствующей центру угломерной шкалы, то для обеспечения точности измерений и построений данная погрешность не может быть более + 1,0 мм.
Паз 3 может быть как открытым (иметь незамкнутый контур, как на фиг. 2 и 3), так и закрытым (иметь замкнутый контур, как на фиг.1 и 4). Форма выполнения закрытого паза 3 ограничена только прямолинейными сторонами 4 и 5, а линия, соединяющая концы прямолинейных сторон 4 и 5 может быть, например, ломаной (фиг. 1), прямой (фиг. 4), дугообразной и пр.
Для измерения и построения прямых линий в чертежно-измерительном инструменте на одной из сторон внешнего контура пластины 1 предусмотрена линейная шкала 7.
Для сокращения времени построения геометрических фигур, по меньшей мере, одна из прямолинейных сторон 4 и 5 паза 3 содержит линейную шкалу 8 с нулевым делением в центре 6 угломерной шкалы 2.
Угломерная шкала 2 имеет двойную оцифровку - в направлении хода часовой стрелки и против направления, что позволяет быстро ориентироваться при построении и измерении углов в различном их положении.
В случае выполнения пластины 1 непрозрачной угломерная 2 и линейные 7 и 8 шкалы выполнены с обеих сторон пластины, что упрощает использование чертежно-измерительного инструмента.
В частном случае выполнения угломерная шкала 2 в диапазоне от 30° до 60° содержит, по меньшей мере, одно сквозное отверстие 9 для пишущего инструмента, что позволяет просто, без использования циркуля, начертить окружность или дугу, например, для круговой диаграммы. Отверстие 9 может иметь форму треугольника (фиг. 4) для быстрого и аккуратного построения стрелок векторов.
В частном случае выполнения (фиг. 1) чертежно-измерительный инструмент содержит дополнительную угломерную шкалу 10, расположенную между прямолинейными сторонами 4 и 5, с нулевой точкой отсчета на прямолинейной стороне 5. Таким образом, инструмент получает дополнительную нулевую ось, в результате чего можно производить измерения и построения углов с использованием обеих прямолинейных сторон 4, 5, что позволяет проще и быстрее ориентировать чертежно-измерительный инструмент на листе.
Предлагаемый чертежно-измерительный инструмент решает поставленную задачу, он прост в применении, позволяет быстро и точно проводить измерения и построения не только углов, но и геометрических фигур с различными параметрами.
Чертежно-измерительный инструмент (фиг. 1, 2, 3 и 4) работает следующим образом.
Видеоизображение измерения и построения угла приведено на сайте YouTube https://www.youtube.com/watch?v=JUEunGLcfF8.
Измерение угла. Пишущий инструмент устанавливают в вершину измеряемого угла, подводят пластину 1 и прижимают ее углом, образованным прямолинейными сторонами 4 и 5, к пишущему инструменту, после чего поворачивают пластину 1 до совмещения луча измеряемого угла с прямолинейной стороной 4 и по второму лучу определяют величину угла. При наличии в инструменте дополнительной угломерной шкалы 10 измерение возможно проводить также с помощью прямолинейной стороны 5, используя ее как нулевую ось.
Построение угла. Пишущим инструментом проводят первый луч угла вдоль прямолинейной стороны 4 в направлении к центру 6 угломерной шкалы 2 (точка пересечения прямолинейных сторон 4 и 5), где пишущий инструмент фиксируют и поворачивают прижатую к нему пластину 1 до совмещения заданного значения выстраиваемого угла с первым лучом, после чего проводят второй луч угла вдоль прямолинейной стороны 4 в направлении от центра 6 угломерной шкалы 2. При наличии в инструменте дополнительной угломерной шкалы 10 построение возможно проводить также с помощью прямолинейной стороны 5, используя ее как нулевую ось аналогично выше описанному.
Построение фигур.
Пример построения правильного пятиугольника.
Видеоизображение построения приведено на сайте YouTube https.//www.youtube.com/watch?v=fWU9VL1pThE
По нулевой оси (прямолинейная сторона 4 или, при наличии дополнительной угловой шкалы 10, прямолинейная сторона 5) проводят первую сторону пятиугольника в направлении к центру 6 угломерной шкалы 2. Длину стороны отмеряют при этом по линейной шкале 8. После этого пишущий инструмент фиксируют в центре 6 угломерной шкалы 2 и поворачивают прижатую к нему пластину 1 до совмещения заданного значения угла (108°) с первой стороной пятиугольника. Затем вдоль нулевой оси проводят вторую его сторону, отмеряя заданную длину также по линейной шкале 8, где фиксируют пишущий инструмент и перемещают пластину 1 до упора центра 6 угломерной шкалы 2 (точка пересечения прямолинейных сторон 4 и 5) в пишущий инструмент. Далее поворачивают прижатую пластину 1 до совмещения значения угла 108° со второй стороной пятиугольника и вычерчивают по нулевой оси третью сторону заданной длины, снова фиксируют пишущий инструмент, перемещают к нему пластину 1 и т.д. до окончания построения пятиугольника.
Построение остальных геометрических фигур производят аналогичным образом.
Построение круговой диаграммы. Для построения окружности необходимы два пишущих инструмента. Первый устанавливают в центр угломерной шкалы 6, фиксируют его там, а второй - в сквозное отверстие 9, после чего, удерживая натяг между пишущими инструментами, проводят окружность. Построение секторов заданной величины из центра вычерченной окружности проводят способом, описанным для построения углов.
Варианты сочетания форм выполнения пластины 1 и паза 3 могут быть различными и не исчерпаны представленными фигурами 1-4. В качестве примера можно привести чертежно-измерительный инструмент, представленный на фиг. 5 и 6.
На фиг. 5 представлен чертежно-измерительный инструмент, в котором взятый за основу инструмент фиг. 2 объединен со своим зеркальным отражением относительно оси, проходящей по касательной к угломерной шкале 2 перпендикулярно прямолинейной стороне 4 паза 3. Инструмент содержит две угломерные шкалы 2, что позволяет быстро ориентировать его на листе при выполнении построений и измерений. Измерения и построения углов и фигур производят аналогично инструментам, представленным на фиг. 1-4.
На фиг. 6 представлен чертежно-измерительный инструмент, в котором взятый за основу инструмент фиг.1 видоизменен в части расположения паза 3. В данном инструменте прямолинейная сторона 4 паза 3 выполнена под углом 45° к нулевой оси, при этом прямолинейные стороны 4 и 5 взаимно перпендикулярны. Измерения и построения углов производят с помощью дополнительной угломерной шкалы 10, которая выполнена с двойной оцифровкой: по часовой стрелке и против нее. Это позволяет при измерении и построении углов и фигур использовать в качестве нулевой оси обе прямолинейные стороны 4 и 5. Принцип измерения и построения углов и фигур аналогичен инструментам, представленным на фиг. 1-4.
Предлагаемый чертежно-измерительный инструмент прост в использовании и открывает широкие возможности для удовлетворения различных предпочтений потребителя.