论“引线规”的设计原理及应用

张恩南 谢蕾

内蒙古第一机械集团有限公司第三分公司技术室 内蒙古 包头 014030

在三维空间中，经常用于建立并延伸二维空间内的平面及转动直线的工具是高度尺、直角尺、三角板、直尺、卷尺、丁字尺、分规和棉线等，其方法一般采用重力挂线法和两点连线法。在机械制造、建筑施工、室内装修及几何教学等领域，经常采用基准转换来进行测量、划线等工作，目前无有效和准确的转换方法及工具，经常会增加制造和测量的人为误差，增加工作难度。

一、技术方案

通过发明一种在三维空间内建立并延伸平面及转动直线的工具，解决了传统工具无法精确建立并延伸三维空间内平面和转动直线的问题。

它由以下技术方案实现。

一种引线规，包括被引线卡爪和引出线卡爪，被引线卡爪和引出线卡爪之间的接触面位于同一个平面S面内，二者可相对转动连接。被引线卡爪的底面与被引线所在的平面接触时可形成任意倾角。引出线卡爪带有棱边，与引出线所在平面依靠该棱边形成线接触。

当被引线所在的平面和S面垂直时，被引线卡爪的横截面为矩形，引出线卡爪的横截面为梯形，梯形下底的一个棱边与引出线所在平面线接触。当被引线所在的平面和S面不垂直时，被引线卡爪的横截面为梯形，梯形下底的一个棱边与被引线所在平面线接触，被引线卡爪绕此棱边转动使S面和被引线所在平面形成任意角度，引出线卡爪的横截面仍为梯形，梯形下底的一个棱边与引出线所在平面线接触。

当被引线所在的平面和引出线所在的平面为钝角时，引出线卡爪和被引线卡爪直接通过销轴连接。当被引线所在的平面和引出线所在的平面为直角或锐角时，引出线卡爪和被引线卡爪通过连接板连接，连接板一端通过销轴和引出线卡爪连接，另一端通过另一个销轴和被引线卡爪连接。

当引出线和被引线需要通过多个中间平面（即多个S面）过渡时，多个被引线卡爪可依次直接通过销轴实现转动连接。

当引出线和被引线需要通过多个中间平面（即多个S面）过渡时，引线规的结构类似多截棍，多个被引线卡爪之间可由多个连接板依次连接，各连接板和引出线卡爪、被引线卡爪之间通过销轴实现转动连接。

二、附图说明

图1至图4中，1为被引线卡爪、2为引出线卡爪、3为销轴、4为连接板、5为挡板。

在图1中，a、b、c分别为被引线卡爪的横截面为矩形、引出线卡爪的横截面为梯形的引线规的主视图和俯视图以及侧视图，d为c的Ⅰ部放大图，e为a的A-A剖视图，f为a的B-B剖视图。

在图2中，a、b、c为用于封闭或半封闭空间且被引线卡爪为矩形的引线规的主视图、俯视图和侧视图，d为c的Ⅰ部放大图，e为c的Ⅱ部放大图，f为a的A-A剖视图，g为a的B-B剖视图。

在图3中，a、b、c为用于开放空间且被引线卡爪的横截面为梯形的引线规的主视图、俯视图和侧视图，d为c的Ⅰ部放大图，e为a的A-A剖视图，f为a的B-B剖视图，g为c的C-C剖视图，h为c的D-D剖视图。

在图4中，a、b、c为用于封闭或半封闭空间且被引线卡爪的横截面为梯形的引线规的主视图、俯视图和侧视图，d为c的Ⅰ部放大图，e为c的Ⅱ部放大图，f为a的A-A剖视图，g为a的B-B剖视图，h为c的C-C剖视图，i为c的D-D剖视图。

图1、图2、图3和图4为引出线和被引线通过1个中间平面过渡时，结构类似双截棍的引线规。

图5为图1、图2、图3和图4所示引线规的原理图。

图6、图7、图8和图9为引出线和被引线通过1个中间平面过渡时，结构类似三截棍的引线规。

图10为图6、图7、图8和图9所示引线规的原理图。

三、具体实施方式

引线规设计原理见图5。首先，假设三维空间中有两个相交平面A和平面C，交线为l0。用引线规建立一个平面B（即上文所述的S面）且平面B与平面A相交得一条直线l1。然后，随着引线规引出线卡爪的转动，将平面B分解成两个、三个或无数个重合且位于同一个平面B内的小平面。最后，随着两个、三个或无数个重合的小平面被依次展开，实现将平面B由第一个小平面延伸至第二个小平面，再由第二个小平面延伸至第三个小平面，依次类推，直至与平面C相交得一条直线l2，实现了平面B的延伸和交线l1在平面B内绕交线l0转动至交线l2。

本发明包括被引线卡爪1和引出线卡爪2，被引线卡爪1和引出线卡爪2之间的接触面位于同一个平面S面内，二者可相对转动连接，引出线卡爪2带有棱边，与引出线所在平面依靠该棱边形成线接触，被引线卡爪1的底面与被引线所在的平面接触时可形成任意倾角。

当被引线所在的平面和S面垂直时，被引线卡爪1的横截面为矩形，引出线卡爪2的横截面为梯形，梯形下底的一个棱边与引出线所在平面线接触；当被引线所在的平面和S平面不垂直时，被引线卡爪1的横截面为梯形，梯形下底的一个棱边与被引出线所在平面线接触，被引线卡爪1绕此棱边转动使S面和被引线所在平面形成任意角度，引出线卡爪2的横截面仍为梯形，梯形下底的一个棱边与引出线所在平面线接触。

当被引线所在的平面和引出线所在的平面为钝角时，引出线卡爪2和被引线卡爪1之间直接通过销轴3连接；当被引线所在的平面和引出线所在的平面为直角或锐角时，引出线卡爪2和被引线卡爪1之间通过连接板4连接，连接板4一端通过销轴3和引出线卡爪2连接，另一端通过另一个销轴3和被引线卡爪1连接。

当引出线和被引线需要通过多个中间平面过渡时，引线规的结构为类似多截棍，中间部分为多个连接板和被引线卡爪依次连接，连接板4和引出线卡爪2、被引线卡爪1通过销轴3可转动连接。

当被引线所在的平面A与引线规确定的平面B（即上文所述的S面）垂直时（见图5b、图5e），此时引线规结构如图1、图2所示，被引线卡爪1的横截面为矩形，引出线卡爪2的横截面为梯形。引线时，矩形卡爪的一个侧面与平面A上已知的一条直线l1对齐，另一个侧面使引线规确定的平面B固定，保证平面B与平面A垂直。转动梯形卡爪，使其底面的一条棱边与平面C接触，沿此棱边可作出直线l2，即为引出线。在更为特殊的情况下，平面A、平面B和平面C两两互相垂直（见图5c、图5f），这时也用上述结构的引线规。

当被引线所在的平面A与引线规确定的平面B不垂直时（见图5a、图5d），此时引线规结构如图3、图4所示，被引线卡爪1的横截面为梯形，引出线卡爪2的横截面也为梯形。引线时，被引线卡爪1梯形下底的一条棱边与平面A上已知的一条直线l1对齐，保证引线规确定的平面B与平面A成任意夹角，引出线卡爪2梯形下底的一条棱边在平面C上确定平面B与平面C的交线l2。

图1

为了更方便地操作，当被引线所在平面A和引出线所在平面C形成开放空间的凸角时（即成钝角或直角，见图 5d、e、f），被引线卡爪1和引出线卡爪2直接通过销轴3连接（如图1、图3所示）。当被引线所在平面A和引出线所在平面C形成半封闭或封闭空间内的凹角时（即成直角或锐角，见图 5a、b、c），为了防止在两平面相交的凹角处形成干涉，被引线卡爪1和引出线卡爪2不直接连接，而是通过连接板4连接，连接板4的两端分别通过销轴3与被引线卡爪1和引出线卡爪2连接（如图2、图4所示），这样就通过连接板4避开了干涉。

本发明中，利用销轴3实现卡爪之间、连接板4和卡爪之间的开合动作，而连接板4则将卡爪与卡爪连接起来。为了防止卡爪沿销轴3窜动，在销轴3的一端安装有挡板5。

当引出线和被引线需要通过多个中间平面过渡时，引线规的结构类似多截棍，多个被引出线卡爪依次可转动连接（见图6、图7、图8、图9）。相应地，通过无限增加梯形卡爪和连接板的数量，可使建立并延伸平面及转动直线的范围无限扩大。

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10