基于機(jī)械結(jié)構(gòu)制圖多功能繪圖板設(shè)計(jì)研究

楊 麗 ，劉海軍 ，周皇衛(wèi) ，楊 旭

（成都市技師學(xué)院（成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院），四川 成都 611731）

0 引言

傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)內(nèi)容枯燥、理論性強(qiáng)、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低等問(wèn)題一直是影響教學(xué)的主要因素[1-2]。以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，積極推進(jìn)機(jī)械制圖教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。“機(jī)械制圖”課程不僅是培養(yǎng)學(xué)生繪圖和識(shí)圖能力的基本功，還能培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力，提高分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力[4]。手工繪圖是工科類(lèi)學(xué)生的基本技能，繪圖桌作為重要的繪圖輔助器械，其體積大、搬運(yùn)不便、調(diào)節(jié)性差、功能缺失，繪圖時(shí)極不方便，功能也不完善[5]。為了解決上述問(wèn)題，許多學(xué)者開(kāi)始思考設(shè)計(jì)不同的多功能繪圖板，陳瑞志[6]設(shè)計(jì)了一款新型高中生用多功能繪圖板，其通過(guò)U型桿的滑動(dòng)帶動(dòng)繪圖尺移動(dòng)，讓使用者可以畫(huà)出具有“科幻感”的任意角度和位置的直線。為彌補(bǔ)現(xiàn)有繪圖桌結(jié)構(gòu)單一、使用不便等不足，姚佳[7]設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)角度進(jìn)行繪圖、具有可移動(dòng)書(shū)架、可以?xún)?chǔ)存繪圖工具、可調(diào)節(jié)高度的多功能繪圖桌；對(duì)現(xiàn)有繪圖桌的優(yōu)缺點(diǎn)、市場(chǎng)狀況進(jìn)行調(diào)查和實(shí)地考察分析，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)計(jì)算出水平作業(yè)域、垂直作業(yè)域、畫(huà)板的傾斜角度、桌洞的高度等，選用輕巧耐用的三聚氰胺板和方便簡(jiǎn)單的五金件作為多功能繪圖書(shū)桌的材料[8-9]。張兆龍等[10]設(shè)計(jì)的多功能繪圖工具既可以雙向量取直線的長(zhǎng)度，又可以對(duì)任意弧度進(jìn)行量取和標(biāo)記，尺身采用特制圓孔，以實(shí)現(xiàn)圓或弧的精確繪制，末端嵌入一個(gè)矩形滑塊以延長(zhǎng)任意所繪線段的長(zhǎng)度，有效避免制圖誤差，造價(jià)低廉，且便于攜帶和使用。

繪圖板設(shè)備是素描、繪畫(huà)以及制圖等需要時(shí)常用來(lái)墊畫(huà)紙的平板，使用者時(shí)常將其放在畫(huà)架上，然后對(duì)畫(huà)紙進(jìn)行繪制，用夾子或膠帶將畫(huà)板固定在畫(huà)架上，畫(huà)板大小隨使用者要求而定，多為木制，手感輕盈、光滑，亦可自制。然而，目前市面上畫(huà)架支撐繪圖板的角度都是固定的，無(wú)法根據(jù)使用者的需求而更改，使得繪圖板無(wú)法符合不同需求的使用者。為了解決現(xiàn)有繪圖板在使用中存在的這一問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了一款機(jī)械結(jié)構(gòu)制圖設(shè)計(jì)用多功能繪圖板。

1 多功能繪圖板結(jié)構(gòu)框架介紹

本研究主要是介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)制圖設(shè)計(jì)用多功能繪圖板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多功能繪圖板結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。其主要由底板、繪圖板和承載板等部分組成：1）底板1，該底板1上壁開(kāi)設(shè)有第一凹槽2，凹槽2內(nèi)部未用時(shí)，不妨礙其他結(jié)構(gòu)正常運(yùn)動(dòng)的地方可以為了美觀性將其填充，具體以實(shí)際設(shè)計(jì)為主。2）繪圖板3，該繪圖板3用于放置需要繪圖的圖紙，且通過(guò)驅(qū)動(dòng)組件4在第一凹槽2上滑動(dòng)。3）承載板5（2個(gè)），該承載板5通過(guò)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在底板1的一端壁處，此承載板5轉(zhuǎn)動(dòng)的角度位置只有兩個(gè)，一個(gè)是與底板1相互垂直時(shí)，另一個(gè)與底板1相互平行時(shí)，兩種狀態(tài)下的承載板5固定不動(dòng)，只有在人為驅(qū)動(dòng)時(shí)才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，在與底板1相互平行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)繪圖板的折疊狀態(tài)。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)制圖用多功能繪圖板的結(jié)構(gòu)框架示意圖

2 多功能繪圖板技術(shù)方案

為了更清晰明了地認(rèn)識(shí)多功能繪圖板的相關(guān)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)把圖1中A、B、C三處位置進(jìn)行放大，以了解相關(guān)的組成部件及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的過(guò)程，繪制A、B、C三處的放大立體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2、圖3、圖4所示。通過(guò)圖片可以清晰地了解這三部分的各構(gòu)件在操作中的作用，本研究中引用的如“上”“下”“左”“右”“中間”及“一”等用語(yǔ)，僅為便于敘述說(shuō)明，而非用以限定此多功能繪圖板可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，亦當(dāng)視為本多功能繪圖板可實(shí)施的范疇。

圖2 A處放大立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 B處放大立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 C處放大立體結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 多功能繪圖板細(xì)化設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)組件4包括螺紋桿41、第一滑塊42、調(diào)節(jié)輪43三部分。螺紋桿41可水平轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在第一凹槽2內(nèi)，靠近一側(cè)壁，且一端穿過(guò)側(cè)壁與調(diào)節(jié)輪43固定連接；第一滑塊42螺紋套接在螺紋桿41上，通過(guò)鉸鏈與繪圖板3的一壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接。當(dāng)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)輪43使其帶動(dòng)螺紋桿41轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋套接在螺紋桿41上的第一滑塊42也會(huì)隨轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生運(yùn)動(dòng)，最后，第一滑塊42將改變與其轉(zhuǎn)動(dòng)連接的繪圖板3的角度。

第一凹槽2與驅(qū)動(dòng)組件4互為對(duì)稱(chēng)處設(shè)有第一支撐組件6，第一支撐組件6包括支撐桿61和第二滑塊62兩部分。支撐桿61水平固定安裝在第一凹槽2內(nèi)部，與螺紋桿41對(duì)稱(chēng)且平行設(shè)置，第二滑塊62滑動(dòng)安裝在支撐桿61上，也是通過(guò)鉸鏈與繪圖板3的相同一側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接。當(dāng)繪圖板3受到作用力而運(yùn)動(dòng)時(shí)，與繪圖板3轉(zhuǎn)動(dòng)連接的第二滑塊62會(huì)受到相同方向的力，從而使第二滑塊62在支撐桿61上進(jìn)行移動(dòng)，一方面平衡了繪圖板3受到的作用力，另一方面對(duì)第一滑塊42在垂直方向上起到限位作用，從而使得第一滑塊42只能沿著螺紋桿41進(jìn)行水平方向的往復(fù)移動(dòng)。

每個(gè)承載板5上均設(shè)有第二支撐組件7，每個(gè)第二支撐組件7又包括第二凹槽71、滑桿72和第三滑塊73三部分。第二凹槽71設(shè)在承載板5靠近繪圖板3的一側(cè)壁上，滑桿72垂直固定安裝在第二凹槽71內(nèi)，第三滑塊73的滑動(dòng)端安裝在滑桿72上，且一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與繪圖板3背離第一支撐組件6的一側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接。此時(shí)受到作用力的繪圖板3將作用力傳遞到與第三滑塊73轉(zhuǎn)動(dòng)連接的一側(cè)壁上，使得第三滑塊73在滑桿72上進(jìn)行上下移動(dòng)，由于承載板5與底板1呈直角，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)組件4移動(dòng)，使得繪圖板3靠近第一凹槽2的一側(cè)壁往承載板5的一端移動(dòng)；此時(shí)繪圖板3的另一端與第三滑塊73轉(zhuǎn)動(dòng)連接且被第三滑塊73拉著向上移動(dòng)，最終使得繪圖板3可以呈現(xiàn)不同角度。

第一凹槽2左右兩側(cè)壁上設(shè)有兩個(gè)相互對(duì)稱(chēng)的通孔8，每個(gè)通孔8在靠近底板1的一側(cè)壁處，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)柱轉(zhuǎn)動(dòng)安裝工具盒9，工具盒9內(nèi)可以放置制圖時(shí)所需的任何器材，避免使用者對(duì)繪圖用具丟三落四、亂扔現(xiàn)象，從而體現(xiàn)繪圖板的多功能性。

每個(gè)工具盒9靠近通孔8的一側(cè)壁上均設(shè)有彈簧桿10和拉力繩11，每個(gè)彈簧桿10一端與相對(duì)應(yīng)的工具盒9側(cè)壁固定連接，彈簧桿10的另一端與第一凹槽2的相鄰側(cè)壁固定連接；拉力繩11一端與工具盒9側(cè)壁靠近彈簧桿10附近固定連接，另一端分別繞過(guò)第一凹槽2的上下側(cè)壁與相對(duì)應(yīng)的第一滑塊42和第二滑塊62固定連接。在繪圖時(shí)，當(dāng)彈簧桿10的彈力大于拉力繩11的拉力時(shí)，彈簧桿10將工具盒9從通孔8繞著轉(zhuǎn)動(dòng)柱彈出，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繪圖工具的使用。在對(duì)繪圖板進(jìn)行折疊收起時(shí)，與第一滑塊42和第二滑塊62對(duì)應(yīng)連接的拉力繩11被拉伸且大于彈簧桿10的彈力，此時(shí)，將繪圖板3收納到第一凹槽2內(nèi)的同時(shí)，也將工具盒9拉回到初始位置，即工具盒9一側(cè)壁與通孔8完全貼合。

2.2 多功能繪圖板工作原理

使用者在使用該繪圖板時(shí)，首先將水平放置的承載板5撥到與底板1相互垂直，由于第二支撐組件7中的第三滑塊73與繪圖板3鉸鏈連接，此時(shí)繪圖板3一側(cè)就會(huì)被抬起一部分，使得螺紋桿41、繪圖板3和承載板5呈三角形狀。然后通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)輪43使螺紋桿41也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，緊接著第一滑塊42在第一支撐組件6的作用下沿著螺紋桿41向背離調(diào)節(jié)輪43一端處移動(dòng)，直至將繪圖板3傾斜的角度調(diào)節(jié)至使用者需求的位置。當(dāng)收起繪圖板時(shí)，反向操作，然后將垂直放置的承載板5放平至與繪圖板3貼合即可，起到對(duì)繪圖板的折疊收納作用，也使得繪圖板3能夠滿(mǎn)足不同使用者的需求。

3 該多功能繪圖板相較于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果

1）通過(guò)驅(qū)動(dòng)組件以及第一支撐組件和第二支撐組件的相互配合使用，可以在繪圖時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件來(lái)調(diào)節(jié)繪圖板上圖紙的繪圖角度，從而達(dá)到使用者最舒服的角度，實(shí)現(xiàn)了滿(mǎn)足不同使用者對(duì)繪圖角度的要求，避免了因繪圖板的角度不能改變而導(dǎo)致使用者繪制的圖紙出現(xiàn)尺寸誤差的問(wèn)題。

2）通過(guò)彈簧桿，在使用繪圖設(shè)備時(shí)，彈簧桿的彈力大于拉力繩的拉力，使得底板左右兩端的工具盒通過(guò)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟，繪圖時(shí)就可以使用工具盒內(nèi)的工具。在收設(shè)備時(shí)，在驅(qū)動(dòng)組件和第一支撐組件的作用下使得拉力繩的拉力大于彈簧桿的彈力，從而使工具盒又回到第一凹槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)收納，此操作使得該繪圖板具有多功能性，且使用方便。

3）在繪圖板進(jìn)行收納時(shí)，此時(shí)的兩個(gè)承載板在角度以及形狀的特殊設(shè)計(jì)下，可以使承載板卡合在底板上，且與繪圖板連接處相貼合，從而使繪圖板起到很好的折疊效果，方便存放繪圖板，且占用空間小。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究為解決現(xiàn)有繪圖架使用中不靈活、無(wú)法根據(jù)使用者的需求而改變畫(huà)架支撐繪圖板的角度等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款機(jī)械結(jié)構(gòu)制圖用多功能繪圖板。該多功能繪圖板主要包括底板、繪圖板以及承載板等組成部分，底板上壁開(kāi)設(shè)有第一凹槽，繪圖板通過(guò)驅(qū)動(dòng)組件在第一凹槽上滑動(dòng)，承載板通過(guò)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在底板的一端壁處。此板通過(guò)驅(qū)動(dòng)組件、第一支撐組件和第二支撐組件的相互配合使用，在繪圖時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件可以調(diào)節(jié)繪圖板的相應(yīng)角度，達(dá)到使用者最舒服的角度，滿(mǎn)足不同使用者對(duì)繪圖板角度的要求，提高了繪圖的效率，解決了目前繪圖板在使用中的操作不靈活、運(yùn)送不方便和使用局限性等問(wèn)題，具有一定的實(shí)際運(yùn)用意義和推廣價(jià)值。