李東吉 趙晶 王婷

(大連海事大學(xué),遼寧大連 116026)

圖學(xué)課堂演示教具設(shè)計(jì)研究
——大連海事大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

李東吉 趙晶 王婷

(大連海事大學(xué),遼寧大連 116026)

以畫法幾何與工程制圖課程所用教具為改進(jìn)對象,設(shè)計(jì)出一款機(jī)械扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)教具的橫向和縱向各180度旋轉(zhuǎn),方便學(xué)生觀察剖面,同時(shí)保持幾何形狀的整體感,安裝了本機(jī)械扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的教具,工作穩(wěn)定,性能可靠,扭轉(zhuǎn)后觀察剖面清楚明了。

整體 扭轉(zhuǎn) 剖切面 移動(dòng)凸輪 擺動(dòng)從動(dòng)件

1 研究內(nèi)容

本作品是為了解決現(xiàn)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(nèi)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(zhuǎn)動(dòng)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(zhì)，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(jī)械扭轉(zhuǎn)裝置的四個(gè)連接帶動(dòng)機(jī)構(gòu)上。此裝置處于初始位置時(shí)，教具的四塊拼合成一個(gè)完整的整體，扭轉(zhuǎn)裝置中對應(yīng)的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°，即可看到完整的橫向剖面或縱向剖面。

2 研究設(shè)計(jì)方案

圖學(xué)課堂演示教具中機(jī)械扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)方案:

(1)將旋轉(zhuǎn)中心O1移動(dòng)至如圖2所示的位置，使A，B繞O1轉(zhuǎn)動(dòng)。

(2)將旋轉(zhuǎn)中心O2移動(dòng)至如圖3所示位置，使B，C繞O2轉(zhuǎn)動(dòng)。

(3)C與B旋轉(zhuǎn)180度后位置如圖4所示。

3 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

圖1

圖2

圖3

圖4

3.1 分析B,C模塊的旋轉(zhuǎn)

確定B模塊上旋轉(zhuǎn)中心的位置。

B與C繞模塊B上的旋轉(zhuǎn)中心O2旋轉(zhuǎn)180度，如圖5所示。

使B繞O2轉(zhuǎn)動(dòng)所需力矩一定，M=r×F，則為了使其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，即F盡量減小，且F與r垂直，則r越大，F(xiàn)越小。

綜上所述，B與C繞模塊B上的旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)

B與C的連接方式，根據(jù)扭轉(zhuǎn)需求，設(shè)計(jì)出一種運(yùn)用移動(dòng)凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件的機(jī)構(gòu)（如圖6)。

活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3，低副數(shù)PL=3，

高副數(shù)Ph=1，自由度F

圖5

圖6

4 結(jié)語

本機(jī)械扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將移動(dòng)凸輪和擺動(dòng)從動(dòng)件相結(jié)合，完成預(yù)期運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用圓的三等分確定轉(zhuǎn)動(dòng)中心，使轉(zhuǎn)動(dòng)模塊所掃過的面積最小，縮小了結(jié)構(gòu)的體積。該機(jī)械扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在不破壞模型整體結(jié)構(gòu)的前提下，完成了橫縱兩個(gè)方向的剖視。扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體積小，結(jié)構(gòu)巧妙，幾何形狀規(guī)整，可以推廣到多個(gè)剖切面的幾何模型，適于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件教學(xué)模具，例如，相貫線的展示。

[1]楊可楨.程光蘊(yùn).李仲生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).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(jī)械工業(yè)出版社,第1版(2008年1月1日).