一種工程制圖課程模型投影演示裝置的設(shè)計(jì)及其研究

馮奕暢+王松+張興麗+王程琦+戴立群+袁曉康

【摘要】本文介紹的是一種工程制圖模型投影演示裝置，通過兩個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向投影球旋轉(zhuǎn)矢量軸在二維空間內(nèi)的變化，實(shí)現(xiàn)投影模型主視圖、左視圖、俯視圖的換面投影。裝置采用兩檔手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了裝置的粗調(diào)與微調(diào)，使該裝置的可操作性增強(qiáng)。該投影演示裝置將有效提升學(xué)生對(duì)工程制圖課程換面法的學(xué)習(xí)效果。

【關(guān)鍵詞】畫法幾何教具 萬(wàn)向投影 比例控制

【基金項(xiàng)目】東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生國(guó)家級(jí)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目資助《一種新型工程制圖教具的設(shè)計(jì)與制作》（項(xiàng)目編號(hào)：201610225047）；黑龍江省高等教育學(xué)會(huì)“十三五”高等教育科研課題青年專項(xiàng)課題《CDIO工程教育模式在機(jī)械制圖課程中的應(yīng)用》（項(xiàng)目編號(hào)：16Q028）。

【中圖分類號(hào)】G484 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）25-0232-02

1.引言

工程制圖是一門較為抽象的工科專業(yè)基礎(chǔ)課，其目的是培養(yǎng)學(xué)生空間幾何想象力，而傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)主要是以板書、紙質(zhì)掛圖和單一模型為主，導(dǎo)致制圖課程枯燥無(wú)味，學(xué)生難以形成直觀的認(rèn)識(shí)。目前現(xiàn)狀是教學(xué)課時(shí)的減少，教學(xué)內(nèi)容的增加給工程制圖教師空前的壓力，為了保證教學(xué)質(zhì)量，教具革新顯得尤為重要。

本文所介紹的工程制圖模型投影演示裝置，將單一實(shí)物模型教具改變成綜合性實(shí)物模型教具，通過該教具可以演示點(diǎn)、線、面和體以及換面法的演示，使學(xué)生體會(huì)到由物到圖的轉(zhuǎn)換，以留下深刻印象，提高教學(xué)趣味性與質(zhì)量。

2.教具的組成及連接關(guān)系

2.1教具的組成

如圖2-1所示，該工程制圖萬(wàn)向投影演示裝置的機(jī)械傳動(dòng)單元包括底板、固定板、投影機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和多個(gè)萬(wàn)向輪。投影機(jī)構(gòu)為單向透視空心玻璃球，目的是為了避免外界光線對(duì)投影演示過程的影響。半徑處拆開可方便球內(nèi)部件安裝和以后的維修檢查。投影機(jī)構(gòu)的上部通過安裝在固定板下端的多個(gè)萬(wàn)向輪滑動(dòng)定位。

2.2教具機(jī)械傳動(dòng)單元

2.2.1 傳動(dòng)單元的傳動(dòng)方式

該機(jī)械傳動(dòng)單元的傳動(dòng)方式如圖2-2所示。驅(qū)動(dòng)橡膠輪與投影機(jī)構(gòu)的外側(cè)壁接觸， 第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端與主動(dòng)齒輪相連，再與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)了投影機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2.2 傳動(dòng)單元的調(diào)節(jié)方式

機(jī)械傳動(dòng)單元的傳動(dòng)調(diào)節(jié)方式如圖2-3所示，該機(jī)構(gòu)包含手動(dòng)部分與自動(dòng)部分。手動(dòng)部分的粗調(diào)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪套裝在從動(dòng)軸的一端并與轉(zhuǎn)動(dòng)部件主動(dòng)齒輪嚙合；微調(diào)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪套裝在手控機(jī)構(gòu)從動(dòng)軸的中部，調(diào)節(jié)橡膠輪套裝在手控機(jī)構(gòu)從動(dòng)軸的另一端，這樣可以在粗調(diào)后再對(duì)投影機(jī)構(gòu)進(jìn)行精調(diào)。

3.教具的預(yù)期效果

如圖3-1所示，手柄的旋轉(zhuǎn)，粗調(diào)機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪作為主動(dòng)輪與粗調(diào)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪嚙合，帶動(dòng)橡膠輪旋轉(zhuǎn)；粗調(diào)完成后，手柄向里推，微調(diào)機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪與微調(diào)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪嚙合，改變兩次嚙合的傳動(dòng)比，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)粗調(diào)微調(diào)的轉(zhuǎn)換，完成被投影物體初始位置的調(diào)節(jié)。第二步進(jìn)電機(jī)往里推，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪與粗調(diào)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪嚙合，切換到自動(dòng)控制投影模式。手動(dòng)調(diào)節(jié)手柄時(shí)， 關(guān)閉第二步進(jìn)電機(jī)電源或?qū)⒌诙竭M(jìn)電機(jī)向外移使之脫離嚙合，由光電轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)手柄的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，將脈沖信號(hào)發(fā)送給第一步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)一步的控制右側(cè)橡膠輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)橡膠輪能達(dá)到等速同向轉(zhuǎn)動(dòng)或等速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種可以作為工程制圖課程教具的投影演示裝置，它可以直觀的將三維模型轉(zhuǎn)化為三視圖，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全方位換面法演示。該投影演示裝置可以極大方便工程制圖教師的課堂教學(xué)，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

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