多用途電動圓規(guī)輔助教具開發(fā)

畢亞東

(安徽國防科技職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系,安徽 六安 237011)

摘要：常見的圓規(guī)教具多為手動式，這種教具在使用中存在定心不準(zhǔn)、畫圖不便、精度不高等諸多缺點(diǎn).為此本設(shè)計團(tuán)隊設(shè)計了一種電動圓規(guī)方案來解決上述問題.該設(shè)計方案改變了以往教師手動畫圖的方式，采用減速電機(jī)來作為驅(qū)動力，畫圓只需要調(diào)整好半徑，定好圓心接通電源，圓就會自動繪出.本設(shè)計方案的產(chǎn)品上標(biāo)有精確的刻度標(biāo)值，相對于傳統(tǒng)的教學(xué)圓規(guī)而言，能夠較為精確的畫出所需的直徑尺寸的圓.

關(guān)鍵詞：設(shè)計開發(fā);電動式;錐齒輪傳動;多用途

中圖分類號：TH122文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DevelopmentofAuxiliaryTeachingAidofMultipurposeElectricCompass

BIYa-dong

(DepartmentofMechanicalEngineering,AnhuiVocationalCollegeofDefenseTechnology,Liu’an237011,China)

Abstract：Common teaching aid of compasses are all manual type, and this kind of teaching aid have many disadvantages such as inaccurate positioning, inconvenience drawing and low accuracy and so on. Therefore, the design team proposed a scheme of electric compass for solving this problem. This design has changed the traditional teaching way of manual drawing, and it adopts gear motor as the driving force. Drawing a circle only need to adjust the radius, set the center of the circle, switch on the power supply, and the circle will be automatically draw. The product of this design is marked with scale values accurately, compared with the traditional case of teaching compasses, the circle with the required size of the diameter could be accurately draw by using of this kind of electric compass.

Keywords：designanddevelopment;electrictype;bevelgeardrive;multipurpose

圓規(guī)是廣泛應(yīng)用于工程繪圖和制圖教學(xué)中的重要作圖工具.目前，現(xiàn)有的圓規(guī)采用一只腳固定在圓心上旋轉(zhuǎn)，另一只腳繪制圓的方式，通常需要制圖教師一只手穩(wěn)住圓心腳，盡量減小誤差，防止圓心腳隨著轉(zhuǎn)動移動位置，使得畫出的圓不準(zhǔn)確.這種情況在用圓規(guī)進(jìn)行制圖教學(xué)時，給教學(xué)帶來諸多不便，而且示范效果較差.手動圓規(guī)繪圖腳與繪圖面不垂直，導(dǎo)致畫筆會在畫圓時沿徑滑動，使得實(shí)際做出圓形的半徑與刻度尺讀數(shù)偏差較大或整圓首尾不接的情況.在垂直面畫圖時，一般需要較大扭矩，現(xiàn)有的圓規(guī)在此種條件下很難流暢地繪制出精確度高的圖形.為解決上述問題，設(shè)計了一種電動圓規(guī)，驅(qū)動力由12V的電機(jī)直接驅(qū)動，無需人工驅(qū)動.通過一對錐齒輪傳動，進(jìn)而帶動圓規(guī)進(jìn)行回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速負(fù)載為12rpm，相當(dāng)于每5秒鐘繪制一個圓，速度大小適當(dāng).[1]設(shè)計方案中的電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)殼體采用ABS材料，具有強(qiáng)度高、韌性好、使用壽命長等特點(diǎn).并且本設(shè)計方案體積精巧，便于教師攜帶.

圖1　電動圓規(guī)裝配圖

1結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計將電動式圓規(guī)設(shè)計為梁式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的圓規(guī)具有圓規(guī)定位腳和繪圖腳均與繪圖面垂直，圓心腳完全固定的特性，能夠徹底解決繪圖過程中圓心腳移位、半徑自行擴(kuò)大的問題，提高了圓規(guī)繪圓的準(zhǔn)確度，降低了操作難度，給制圖教學(xué)繪圓和工程應(yīng)用繪圓帶來便利，而且本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、使用方便.具體結(jié)構(gòu)為以下組成原理，見圖1、圖2.[2]

該電動圓規(guī)包括圓心定位桿1、橫桿2、滑塊3和動力裝置四大部分.裝配原理為，圖2中橫桿2的中部鉸接在圓心定位桿1上，橫桿2以定位桿為軸自由轉(zhuǎn)動，圖示的動力裝置與滑塊3分設(shè)在橫桿2的左右兩段，橫桿2由前后兩片組成(圖3、圖4)，其上定位槽4可以保證前后兩片正確定位結(jié)合.滑塊3在橫桿2上自由滑動，橫桿2上標(biāo)有長度刻度，可以精確得到畫圓半徑.

圖2中動力裝置包括驅(qū)動減速電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和電源.傳動原理為，安裝在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的錐齒輪與定位桿1上的錐齒輪6(圖5)相嚙合.當(dāng)定位桿1固定，電機(jī)自傳推動電機(jī)繞定位桿1的公轉(zhuǎn)，并帶動橫桿2繞定位桿1轉(zhuǎn)動.[3-5]圖2中夾持裝置包括通孔8和螺栓7，通過緊固螺栓7對穿過通孔8的繪圖筆進(jìn)行夾持.

具體使用時，根據(jù)所要繪制的圓的大小，先調(diào)整好滑塊3的位置，使其與圓心定位桿1之間的距離和圓的半徑一致，再將圓心定位桿1固定在圓心處，然后接通電源，減速電動機(jī)5即可驅(qū)動橫桿2旋轉(zhuǎn)，從而繪制出所需要的圓.[6]

圖2　電動圓規(guī)效果圖

圖3　圓規(guī)外殼后片

圖4　圓規(guī)外殼前片

圖5　錐齒輪

2產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計具有以下有益效果：

(1)為了方便控制滑塊及筆相對于圖紙的垂直性，將動力裝置設(shè)在橫桿的尾段，滑塊設(shè)在橫桿的首段，從而使橫桿保持平衡的狀態(tài)，進(jìn)而減小實(shí)際繪出圖形的半徑與刻度尺讀數(shù)的誤差；而且，在垂直面畫圖時，會遇到需要大扭矩的情況，裝置中通過平衡桿結(jié)構(gòu)，改善了此情況；

(2)結(jié)構(gòu)簡單，由微型電機(jī)的主軸帶動橫桿及設(shè)置在橫桿上的滑塊沿著圓心定位桿軸向旋轉(zhuǎn)，因而繪制圓的速度快，繪制精確度高；

(3)使用方便，橫桿上標(biāo)有長度刻度，能直接讀取滑塊與圓心定位桿之間的距離，即所要繪制的圓的半徑；

(4)對圓規(guī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計，解決了繪圖過程中圓心腳移位的問題，提高了圓規(guī)繪圓的準(zhǔn)確度，降低了操作難度，給制圖教學(xué)和工程應(yīng)用帶來便利.

3應(yīng)用前景

在社會經(jīng)濟(jì)、科技、文化水平飛速增長的當(dāng)代，人們對于教育教學(xué)愈加的重視，小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)林立，而且據(jù)有關(guān)部門發(fā)布的社會調(diào)查顯示，國內(nèi)的學(xué)校數(shù)量仍在持續(xù)增長，可見本產(chǎn)品的市場非常廣闊.

畫圓在各個科目中都屬于非常顯見的一種教學(xué)方式，如：幾何、高數(shù)、室內(nèi)設(shè)計、CAD手繪、機(jī)械設(shè)計等，這就使得學(xué)校對于教學(xué)圓規(guī)的需求量較大.而本產(chǎn)品具有傳統(tǒng)圓規(guī)所不具備的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，一定能夠在市場中迅速占據(jù)主體地位.

本產(chǎn)品是一件實(shí)用性能高、社會效益好、使用方便，且生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)要求低、市場競爭力大的良好的教學(xué)用具，必定能帶給教師更便捷的教學(xué)方式，也必定能產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益.

[參考文獻(xiàn)]

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[3]張宏新,阿達(dá)依·謝爾亞孜旦,朱平.基于AutoCAD的弧齒錐齒輪設(shè)計系統(tǒng)[J].機(jī)械傳動，2013,37(4)：49-52.

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[責(zé)任編輯王新奇]