一种折叠式多功能教具

技术领域

本发明涉及教师教学专用工具技术领域，具体涉及一种折叠式多功能教具。

背景技术

虽说已进入互联网时代，但在小学或中学的数学教学中，圆规、直尺、三角板的使用依旧是必不可少的，但一般的教具实现的功能互相独立，且由于其尺身较大，不方便随时携带在身边。

现有技术中也有专门设计的教学用圆规尺和直尺，但要么过于复杂，成本高，不适合大规模推广；要么不适合于携带。

发明内容

本发明的目的在于提供一种折叠式多功能教具，旨在解决上述背景技术提出的现有技术中的问题。

为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种折叠式多功能教具，包括转动主轴、基尺、转尺、折尺以及卡紧机构，所述基尺的一端与转动主轴的相对底部侧面固定连接，所述转尺的一端顶部固定连接有圆环套，所述圆环套可转动地套接在转动主轴上并位于基尺的上方；

所述基尺、转尺和折尺的一边设有刻度，定义设有刻度的一边为刻度边，远离刻度边的一边为背边；

所述基尺和转尺的刻度边均与转动主轴的底面圆周相切，基尺和转尺的背边所在直线均穿过转动主轴的底面圆心，使得所述转尺展开至与基尺呈180°时其刻度边与基尺的刻度边对齐，折叠时转尺的背边能够与基尺的背边贴合；所述转尺的背边远离基尺的一端与所述折尺的背边一端铰接，使得所述折尺展开时其刻度边与转尺的刻度边对齐，折叠时折尺的背边与转尺的背边贴合；所述基尺和折尺的长度之和等于所述转尺的长度；

所述卡紧机构包括L型导向锁杆、摆杆、压缩弹簧以及滑动按钮，所述折尺靠近转尺的端部内设有空腔，所述L型导向锁杆可沿折尺长度方向滑动地设置于空腔内，所述转尺靠近折尺的端面开设有与L型导向锁杆对应的锁孔，所述L型导向锁杆的前端能够伸出折尺端面并插入至所述锁孔；所述滑动按钮设置于折尺外并与L型导向锁杆固定连接，所述压缩弹簧设置于L型导向锁杆的尾端与空腔内侧端面之间；所述L型导向锁杆的一侧设有锁槽薄板，锁槽薄板上开设有锁槽，所述摆杆可摆动地设置于空腔内，所述摆杆的自由端能够沿所述锁槽滑动，使得所述L型导向锁杆伸出或缩回时能够被卡位。

作为优选，所述锁槽为由导向直槽、第一导向弯折槽和第二导向弯折槽组成的类q形槽，在以折尺的刻度边朝下、背边朝上的方向上，所述导向直槽与折尺平行，所述第一导向弯折槽连接在导向直槽靠近转尺的一端下方，所述第一导向弯折槽的另一端与第二导向弯折槽的一端连接，所述第二导向弯折槽的另一端连接在导向直槽的相对中部；

所述第一导向弯折槽的相对中部向内弯折，所述第一导向弯折槽的外侧有三个拐点，从上到下依次为拐点b、拐点d、拐点y；所述第一导向弯折槽的内侧有三个拐点，从上到下依次为拐点w、拐点c、拐点x；所述拐点w高于拐点b，所述拐点d高于拐点c；

所述第二导向弯折槽与导向直槽的连接处有一内侧拐点v和外侧拐点u，所述拐点u高于拐点v。

作为优选，所述转动主轴为圆柱凸台状，依次包括从下到上外径递减的底部圆柱段、中间圆柱段和顶部圆柱段，所述基尺固定在底部圆柱段的外侧，所述圆环套套设于中间圆柱段，所述转尺靠近转动主轴的端面为圆弧面且与底部圆柱段的周侧匹配。

作为优选，所述顶部圆柱段设有外螺纹，所述顶部圆柱段螺纹匹配有角度测绘圆锥，所述角度测绘圆锥上设有0°-180°的角度刻度线，所述圆环套上设有对准线，当所述转尺与基尺呈180°时，所述对准线与角度测绘圆锥上的180°刻度对齐。

作为优选，所述圆环套上开设有径向螺纹孔，所述径向螺纹孔内螺纹匹配有转尺锁紧螺钉。

作为优选，所述转尺和折尺通过双圆头连接机构铰接。

作为优选，所述转动主轴内设有定点升降机构，所述定点升降机构包括调节旋钮、限位圆片、螺杆、准心收缩杆以及磁铁；所述转动主轴的中间沿轴向从上到下依次设有螺杆穿孔、方形导向孔和磁铁容纳腔，所述调节旋钮固定于螺杆的端部，所述限位圆片固定于螺杆上，所述螺杆穿过螺杆穿孔，并使得调节旋钮和限位圆片分别位于螺杆穿孔的上方和下方，所述调节旋钮和限位圆片的径向尺寸大于螺杆穿孔，使得螺杆的轴向自由度为0；所述准心收缩杆可上下滑动地设置于方形导向孔内，准心收缩杆的截面形状与方向导向孔匹配；所述准心收缩杆的顶部开设有与螺杆匹配的螺纹孔，所述准心收缩杆的底部与磁铁连接。

作为优选，所述转尺和折尺的背边分别设有粉笔夹滑动槽，所述粉笔夹滑动槽可滑动地设有粉笔夹机构，所述粉笔夹机构包括与粉笔夹滑动槽匹配的粉笔夹滑具、粉笔夹锁紧螺钉和粉笔锁紧螺钉，所述粉笔夹滑具的外侧设有两个平行的U形粉笔套件，两个U形粉笔套件之间固定设有粉笔锁紧螺纹孔，所述粉笔锁紧螺纹孔与粉笔锁紧螺钉螺纹匹配；所述粉笔夹滑具上开设有粉笔夹锁紧螺纹孔，所述粉笔夹锁紧螺纹孔与粉笔夹锁紧螺钉螺纹匹配。

作为优选，所述粉笔夹滑动槽包括分别设于转尺和折尺的顶部和底部的条形槽，所述粉笔夹滑具呈U形，其开口端向内弯折并与条形槽匹配。

作为优选，所述基尺远离转动主轴的端部刻度边和所述折尺自由端刻度边分别设有粉笔夹滑动短槽，当所述转尺和折尺均处于折叠状态时，将粉笔夹机构滑动至基尺和折尺的粉笔夹滑动短槽能够对折叠状态进行固定。

本发明与现有技术相对比，其有益效果在于：本发明集多功能于一体，能够实现画圆、直线和角度测量的功能，且携带方便，其结构简单、设计巧妙，并且功能稳定、动作高效，解决了现有教具使用种类繁多且不方便携带的问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1中A处的放大分解示意图。

图3是本发明的整体爆炸结构示意图。

图4是本发明中转动主轴的剖视图。

图5是本发明中卡紧机构伸出时的结构示意图。

图6是本发明中卡紧机构收回时的结构示意图。

图7是本发明中图5和图6的B处锁槽拐点位置示意图。

图8是本发明中锁槽的分段示意图。

图9是本发明中折尺的端部局部剖视图。

图10是本发明的折叠状态图。

图11是本发明的直尺状态图。

图12是本发明的角度测绘状态图。

图13是图12中C的放大示意图。

图14是本发明的圆规尺状态图。

图中：1、转动主轴，11、调节旋钮，12、限位圆片，13、螺杆，14、准心收缩杆，15、磁铁，16、角度测绘圆锥；2、基尺；3、转尺，31、圆环套，32、转尺锁紧螺钉，33、锁孔；4、折尺；5、粉笔夹机构，51、粉笔夹滑具，52、粉笔夹锁紧螺钉，53、粉笔锁紧螺钉，54、U形粉笔套件，55、粉笔夹滑动短槽；6、双圆头连接机构，61、双圆头连接块，62、子螺钉，63、母套；7、卡紧机构，71、L型导向锁杆，72、摆杆，73、压缩弹簧，74、滑动按钮，75、锁槽，76、导向直槽，77、第一导向弯折槽，78、第二导向弯折槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。

实施例：一种折叠式多功能教具，如图所示，包括转动主轴1、基尺2、转尺3以及折尺4，其中转动主轴1为圆柱凸台状，由三段直径不同的圆柱同心组成，从下到上外径递减，依次为底部圆柱段、中间圆柱段和顶部圆柱段；基尺2的一端固定连接在底部圆柱段的侧面，转尺3的一端固定连接有圆环套31，具体的，转尺3的端部固定连接在圆环套31的底部，圆环套31可自由转动地套设在中间圆柱段上，且转尺3靠近转动主轴1的端面为圆弧面，该圆弧面与底部圆柱段的周向侧面匹配。上述设置使得基尺2与转尺3通过圆环套31绕转动主轴1的转动能够相对转动，且基尺2与转尺3的高度均与底部圆柱段对应，使得二者高度一致。转尺3远离转动主轴1的一端与折尺4可转动连接，且基尺2和折尺4的长度之和相当于转尺3的长度，使得基尺2、转尺3、折尺4能够展开成一条直线，也能够将基尺2和折尺4向内折叠至与转尺3贴合，折叠后的长度为转尺3的长度。

本实施例中，基尺2、转尺3和折尺4的一边设有刻度，定义设有刻度的一边为刻度边，另一边为背边；当三者展开呈直线时，刻度边位于同一侧且连续。

上述结构中，基尺2和转尺3的刻度边均与转动主轴1的底部圆柱段的圆周相切，基尺2和转尺3的背边所在直线均穿过转动主轴1的底面圆心，使得转尺3展开至与基尺2呈180°时其刻度边与基尺2的刻度边对齐，折叠时转尺3的背边能够与基尺2的背边贴合；转尺3的背边远离基尺2的一端与折尺4的背边一端铰接，使得折尺4展开时其刻度边与转尺3的刻度边对齐，折叠时折尺4的背边与转尺3的背边贴合。

本实施例中，圆环套31上开设有径向螺纹孔，径向螺纹孔内螺纹匹配有转尺锁紧螺钉32，通过拧紧转尺锁紧螺钉32使其抵在转动主轴1上，可对转尺3的位置进行固定，通过拧松转尺锁紧螺钉32即可使转尺3能够自由转动。

本实施例中，转尺3和折尺4的背边分别设有粉笔夹滑动槽，粉笔夹滑动槽包括分别设于转尺和折尺的顶部和底部的条形槽；粉笔夹滑动槽可滑动地设有粉笔夹机构5，粉笔夹机构5包括与粉笔夹滑动槽匹配的粉笔夹滑具51、粉笔夹锁紧螺钉52和粉笔锁紧螺钉53，粉笔夹滑具51呈类U形，其开口端向内弯折并与条形槽匹配，粉笔夹滑具51从折尺4的外端部进入粉笔夹滑动槽内并可沿粉笔夹滑动槽滑动。粉笔夹滑具51的外侧设有两个平行的U形粉笔套件54，两个U形粉笔套件54之间固定设有粉笔锁紧螺纹孔，粉笔锁紧螺纹孔与粉笔锁紧螺钉53螺纹匹配，将粉笔安装于U形粉笔套件54后，拧紧粉笔锁紧螺钉53可将粉笔固定；粉笔夹滑具51上开设有粉笔夹锁紧螺纹孔，粉笔夹锁紧螺纹孔与粉笔夹锁紧螺钉52螺纹匹配，拧紧粉笔夹锁紧螺钉52可将粉笔夹机构5固定在转尺3或折尺4上任一位置。

基尺2远离转动主轴1的端部刻度边和折尺4自由端刻度边分别设有粉笔夹滑动短槽55，当转尺3和折尺4均处于折叠状态时，粉笔夹机构5能够沿粉笔夹滑动短槽55小范围滑动，将粉笔夹机构5滑动至基尺2和折尺4的粉笔夹滑动短槽55能够对折叠状态进行固定，具体地，可在教具处于展开状态时将粉笔夹机构5从折尺4或基尺2的端部划入粉笔夹滑动短槽55，在教具折叠后移动粉笔夹机构5使其移动至折尺4和基尺2的中间并通过粉笔夹锁紧螺钉52固定，从而对教具的折叠状态进行固定，防止其展开。

本实施例中，通过转尺3绕转动主轴1的转动以及粉笔夹机构5能够实现画圆，为了避免画圆时转尺3与黑板间出现摩擦，转动主轴1内设有定点升降机构，定点升降机构包括调节旋钮11、限位圆片12、螺杆13、准心收缩杆14以及磁铁15；转动主轴1的中间沿轴向从上到下依次设有螺杆穿孔、方形导向孔和磁铁容纳腔，调节旋钮11固定于螺杆13的端部，限位圆片12固定于螺杆13上，螺杆13穿过螺杆穿孔，并使得调节旋钮11和限位圆片12分别位于螺杆穿孔的上方和下方，调节旋钮11和限位圆片12的径向尺寸大于螺杆穿孔，使得螺杆13的轴向自由度为0；准心收缩杆14可上下滑动地设置于方形导向孔内，准心收缩杆14的截面形状与方形导向孔匹配，使得准心收缩杆14只能上下滑动而不能旋转；准心收缩杆14的顶部开设有与螺杆13匹配的螺纹孔，准心收缩杆14的底部与磁铁15固定连接，通过旋转调节旋钮11带动螺杆13转动，从而带动准心收缩杆14上下滑动，进而带动磁铁15上下移动，当磁铁15向上移动时能够被容纳于磁铁容纳腔，当磁铁15向下移动时能够使其低于转动主轴1的底面，画圆时将磁铁15吸合在黑板上，教具的转尺3和折尺4将与黑板间存在一定的间隙，从而避免了画圆时与黑板的摩擦。

本实施例的教具还兼具角度测绘的功能，具体而言，转动主轴1的顶部圆柱段设有外螺纹，且顶部圆柱段螺纹匹配有角度测绘圆锥16，角度测绘圆锥16同时还能够对其下方的圆环套31进行限位，并当角度测绘圆锥16处于最下极限位置时，角度测绘圆锥16底面与圆环套31的顶部端面间存在间隙，以避免其影响圆环套31的转动。角度测绘圆锥16上设有0°-180°的角度刻度线，圆环套31上设有对准线，当转尺3与基尺2呈180°时，对准线与角度测绘圆锥16上的180°刻度对齐。

角度测量时，保持转尺3与折尺4展开呈直线状态，松开转尺锁紧螺钉32，将基尺2的刻度边对准待测角度的一边，转尺3和折尺4的刻度边对准待侧角度的另一边，然后观察角度测绘圆锥16上的角度刻度与圆环套31上的刻度线所对应的角度，即可实现角度测量；通过调节基尺2与转尺3之间的角度，同时观察角度测绘圆锥16上的角度刻度与圆环套31上的刻度线所对应的角度，当达到所需刻划的角度值时，锁紧转尺锁紧螺钉32，然后将教具放在黑板上沿基尺2的刻度边和转尺3的刻度边分别画出所需角度的两边，即可实现角度的刻划。

本实施例中，转尺3和折尺4通过双圆头连接机构6铰接，双圆头连接机构6主要由双圆头连接块61、子螺钉62、母套63组成。双圆头连接块61适当位置有两通孔，转尺3远离转动主轴1的端部靠近背边上下各有一耳环且耳环适当位置有两同径通孔，折尺4靠近转尺3一端靠近背边上下也各有一耳环且耳环适当位置也同样有两同径通孔，两个母套63分别从下往上穿过转尺通孔、双圆头连接块通孔和折尺的通孔，母套63外圆与转尺通孔、双圆头连接块通孔和折尺的通孔之间均为间隙配合，母套63上端有内螺纹孔，子螺钉62外螺纹与母套63内螺纹之间为配合件，两个子螺钉62分别从上往下拧紧于母套63的螺纹孔内，转尺3的两通孔与折尺4的两通孔上下面都带有沉孔，使子螺钉62和母套63的帽端均在沉孔中，双圆头连接块61通过子螺钉62和母套63的连接，使转尺3和折尺4的连接形成铰接关系。

上述结构中，为了使转尺3和折尺4展开后能够相对固定进而便于当做直尺使用，转尺3与折尺4之间设有卡紧机构7，卡紧机构7包括L型导向锁杆71、摆杆72、压缩弹簧73以及滑动按钮74，其中L型导向锁杆71、摆杆72、压缩弹簧73设置于折尺4靠近转尺3的端部一空腔内，具体的，折尺4有上下两部分，两部分的相对面分别设有镂空，两部分的镂空组成空腔；安装卡紧机构7后再将上下两部分固定连接。L型导向锁杆71可沿折尺4长度方向滑动地设置于空腔内，转尺3靠近折尺4的端面开设有与L型导向锁杆71对应的锁孔33，当折尺4和转尺3展开后，L型导向锁杆71的前端能够伸出折尺端面并插入至锁孔33；L型导向锁杆71的另一端穿过折尺4侧壁延伸至折尺4外与滑动按钮74固定连接，折尺4的侧壁开设一条状的槽，供L型导向锁杆71前后移动。压缩弹簧73设置于L型导向锁杆71的尾端与空腔内侧端面之间，当L型导向锁杆71向后移动时，压缩弹簧73被进一步压缩；L型导向锁杆71的一侧设有锁槽薄板，锁槽薄板上开设有锁槽75；摆杆72可摆动地设置于空腔内，具体地，其一端铰接在折尺4空腔内下方的平面上，使其能够在水平方向内摆动，摆杆72的自由端向下弯折90°，使得其弯折部位于锁槽75内，并当L型导向锁杆71前后移动时，摆杆72的自由端能够在锁槽75内沿锁槽75相对滑动，并带动摆杆72摆动。

上述的锁槽75具体为由导向直槽76、第一导向弯折槽77和第二导向弯折槽78组成的类q形槽，以折尺4的刻度边朝下、背边朝上时的方向为基准，导向直槽76与折尺4平行，第一导向弯折槽77连接在导向直槽76靠近转尺3的一端下方，第一导向弯折槽77的另一端与第二导向弯折槽78的一端连接，第二导向弯折槽78的另一端连接在导向直槽76的相对中部。

该锁槽75上设有数个关键点位，需要说明的是，点位的“高”、“低”均是以图7所示的折尺4的刻度边朝下、背边朝上时的方向为基准，仅限于说明L型导向锁杆71收回和弹出的工作原理；摆杆72的摆动取决于锁槽75的形状，随着L型导向锁杆71的直线往复运动，摆动72的自由端在锁槽75内的滑动使得摆杆72摆动。

具体而言，第一导向弯折槽77的相对中部向内弯折，第一导向弯折槽77的外侧有三个拐点，从上到下依次为拐点b、拐点d、拐点y；第一导向弯折槽77的内侧有三个拐点，从上到下依次为拐点w、拐点c、拐点x；拐点w高于拐点b，拐点d高于拐点c；第二导向弯折槽78与导向直槽76的连接处有一内侧拐点v和外侧拐点u，拐点u高于拐点v。

当转尺3与折尺4从折叠状态展开至呈一条直线的过程中，摆杆72的自由端初始位于锁槽75的拐点c，压缩弹簧73处于压缩状态，使得L型导向锁杆71在压缩弹簧73作用下存在向外伸出的趋势，而摆杆72的自由端在拐点c的位置将锁槽75抵住阻止其伸出。若基于图7所示方向向右滑动滑动按钮76来带动L型导向锁杆71向右移动，压缩弹簧73被进一步压缩，由于拐点c低于拐点d，摆杆72自由端接触“d-y”段的锁槽边缘，并通过“d-y”段的导向使其由图示水平位置顺时针旋转一定角度，直至摆杆72自由端滑动至拐点y；接着松开滑动按钮74，通过压缩弹簧73的回弹作用，L型导向锁杆71将向左移动，摆杆72的自由端将沿着第二导向弯折槽78滑动，接着进入导向直槽76，即摆杆72的自由端从拐点y经拐点z滑动至最有端的拐点a，此时L型导向锁杆71插入至转尺的锁孔33内，实现转尺3与折尺4的卡紧。

当转尺3与折尺4从展开状态折叠时，摆杆72的自由端初始位于锁槽75的拐点a，向右滑动滑动按钮74来带动L型导向锁杆71右移，摆杆72的自由端将相对锁槽的导向直槽76左移，需要注意的是，由于拐点u高于拐点v，摆杆72的自由端在教具水平放置的情况下是不会向第二导向弯折槽78滑动的(只有在刻度边朝下的极端情况下可能会发生摆杆72由于自身重力的作用下滑入第二导向弯折槽78，然而根据大部分人的使用习惯，在对转尺3和折尺4进行折叠时，一般不会使其刻度边完全向下；即使在刻度边向下的姿态下，只要L型导向锁杆71的移动速度不是特别慢，由于拐点u高于拐点v，理论上摆杆72的自由端在该瞬间也不会滑入第二导向弯折槽78；进一步地，即使在极端情况下摆杆72的自由端滑入了第二导向弯折槽78，也可松开滑动按钮74使其回复到初始位置，调整教具的姿势后重新操作)，摆杆72的自由端沿导向直槽76滑动至最左端后进入第一导向弯折槽77，由于拐点b低于拐点w，摆杆72的自由端将移动至拐点b并无法继续左移，然后松开滑动按钮74，通过压缩弹簧73的回弹作用，L型导向锁杆71将向左移动，摆杆72的自由端接触第一导向弯折槽77的“w-c”段，并通过“w-c”端的导向，最终滑动至拐点c的位置，在压缩弹簧73的作用下，摆杆72的自由端在拐点c的位置将锁槽75抵住阻止L型导向锁杆71移动，此时L型导向锁杆71缩回至空腔内不再伸出；在此过程中，L型导向锁杆71缩回后，即可对折尺4进行折叠，然后通过前述的粉笔夹机构夹持在折尺和基尺的刻度边中间，即完成教具的折叠。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。