圖學課堂演示教具設計研究
——大連海事大學國家級大學生創新創業訓練計劃項目

李東吉 趙晶 王婷

(大連海事大學,遼寧大連 116026)

圖學課堂演示教具設計研究
——大連海事大學國家級大學生創新創業訓練計劃項目

李東吉 趙晶 王婷

(大連海事大學,遼寧大連 116026)

以畫法幾何與工程制圖課程所用教具為改進對象,設計出一款機械扭轉結構,實現教具的橫向和縱向各180度旋轉,方便學生觀察剖面,同時保持幾何形狀的整體感,安裝了本機械扭轉結構的教具,工作穩定,性能可靠,扭轉后觀察剖面清楚明了。

整體 扭轉 剖切面 移動凸輪 擺動從動件

1 研究內容

本作品是為了解決現有演示教具直接將幾何模型切斷成兩部分的缺陷，希望通過研究制造一種可以安裝在畫法幾何與工程制圖所用教具內部的精巧裝置，能在保持自身完整性的前提下通過兩次旋轉動作，可以直觀的觀察到橫向剖面與縱向剖面（如圖1).

此裝置主體為亞克力板材質，將教具模型沿橫向剖面與縱向剖面切為四份后，分別安裝到此機械扭轉裝置的四個連接帶動機構上。此裝置處于初始位置時，教具的四塊拼合成一個完整的整體，扭轉裝置中對應的機構旋轉180°，即可看到完整的橫向剖面或縱向剖面。

2 研究設計方案

圖學課堂演示教具中機械扭轉結構方案:

(1)將旋轉中心O1移動至如圖2所示的位置，使A，B繞O1轉動。

(2)將旋轉中心O2移動至如圖3所示位置，使B，C繞O2轉動。

(3)C與B旋轉180度后位置如圖4所示。

3 理論設計計算

圖1

圖2

圖3

圖4

3.1 分析B,C模塊的旋轉

確定B模塊上旋轉中心的位置。

B與C繞模塊B上的旋轉中心O2旋轉180度，如圖5所示。

使B繞O2轉動所需力矩一定，M=r×F，則為了使其轉動靈活，即F盡量減小，且F與r垂直，則r越大，F越小。

綜上所述，B與C繞模塊B上的旋轉中心O2需要最大限度的靠近B模塊上沿。

3.2 分析C的連接位置與機構

B與C的連接方式，根據扭轉需求，設計出一種運用移動凸輪和擺動從動件的機構（如圖6)。

活動構件數n=3，低副數PL=3，

高副數Ph=1，自由度F

圖5

圖6

4 結語

本機械扭轉機構將移動凸輪和擺動從動件相結合，完成預期運動。運用圓的三等分確定轉動中心，使轉動模塊所掃過的面積最小，縮小了結構的體積。該機械扭轉結構在不破壞模型整體結構的前提下，完成了橫縱兩個方向的剖視。扭轉結構體積小，結構巧妙，幾何形狀規整，可以推廣到多個剖切面的幾何模型，適于內部結構復雜零件教學模具，例如，相貫線的展示。

[1]楊可楨.程光蘊.李仲生.機械設計基礎.高等教育出版社,第5版(2006年5月1日).

[2]孫靖立.畫法幾何及工程制圖.機械工業出版社,第1版(2008年1月1日).