李东吉 赵晶 王婷
(大连海事大学,辽宁大连 116026)
图学课堂演示教具设计研究
——大连海事大学国家级大学生创新创业训练计划项目
李东吉 赵晶 王婷
(大连海事大学,辽宁大连 116026)
以画法几何与工程制图课程所用教具为改进对象,设计出一款机械扭转结构,实现教具的横向和纵向各180度旋转,方便学生观察剖面,同时保持几何形状的整体感,安装了本机械扭转结构的教具,工作稳定,性能可靠,扭转后观察剖面清楚明了。
整体 扭转 剖切面 移动凸轮 摆动从动件
1 研究内容
本作品是为了解决现有演示教具直接将几何模型切断成两部分的缺陷，希望通过研究制造一种可以安装在画法几何与工程制图所用教具内部的精巧装置，能在保持自身完整性的前提下通过两次旋转动作，可以直观的观察到横向剖面与纵向剖面（如图1).
此装置主体为亚克力板材质，将教具模型沿横向剖面与纵向剖面切为四份后，分别安装到此机械扭转装置的四个连接带动机构上。此装置处于初始位置时，教具的四块拼合成一个完整的整体，扭转装置中对应的机构旋转180°，即可看到完整的横向剖面或纵向剖面。
2 研究设计方案
图学课堂演示教具中机械扭转结构方案:
(1)将旋转中心O1移动至如图2所示的位置，使A，B绕O1转动。
(2)将旋转中心O2移动至如图3所示位置，使B，C绕O2转动。
(3)C与B旋转180度后位置如图4所示。
3 理论设计计算
图1
图2
图3
图4
3.1 分析B,C模块的旋转
确定B模块上旋转中心的位置。
B与C绕模块B上的旋转中心O2旋转180度，如图5所示。
使B绕O2转动所需力矩一定，M=r×F，则为了使其转动灵活，即F尽量减小，且F与r垂直，则r越大，F越小。
综上所述，B与C绕模块B上的旋转中心O2需要最大限度的靠近B模块上沿。
3.2 分析C的连接位置与机构
B与C的连接方式，根据扭转需求，设计出一种运用移动凸轮和摆动从动件的机构（如图6)。
活动构件数n=3，低副数PL=3，
高副数Ph=1，自由度F
图5
图6
4 结语
本机械扭转机构将移动凸轮和摆动从动件相结合，完成预期运动。运用圆的三等分确定转动中心，使转动模块所扫过的面积最小，缩小了结构的体积。该机械扭转结构在不破坏模型整体结构的前提下，完成了横纵两个方向的剖视。扭转结构体积小，结构巧妙，几何形状规整，可以推广到多个剖切面的几何模型，适于内部结构复杂零件教学模具，例如，相贯线的展示。
[1]杨可桢.程光蕴.李仲生.机械设计基础.高等教育出版社,第5版(2006年5月1日).
[2]孙靖立.画法几何及工程制图.机械工业出版社,第1版(2008年1月1日).
