一種用于制作常見回轉體相貫模型的儀器設計與開發

張穎敏

摘 要：在制圖實踐中經常會遇到需要作出相貫線的問題，一般采用二維圖描點畫線的方法來解決，然而這并不能十分準確的畫出相貫線，我們也可以借用三維軟件來完成作圖，但是軟件的操控也有一定的局限性。我們的設計應運而生，本設計不僅可以直觀形象的自己動手畫出相貫線，而且完全可以滿足所需的精確性要求。它能夠實現畫出圓柱、圓錐、球體等常見回轉面和與其軸線正交、斜交、偏置、平行等相貫位置下的相貫線，且回轉體的形狀、尺寸均可調整，對培養操作人員的動手能力和空間思維能力，加深對相貫線的理解有極大的促進作用。

關鍵詞：相貫模型；制圖實踐；精確性；可調整

制圖實踐中經常會遇到需要作出相貫線的問題，但是相貫線的制作是一個難點。我們這種設計不僅可以直觀形象的自己動手畫出相貫線，而且完全可以滿足所需的精確性要求。目前相貫線的直觀實體大多為塑料或木質的組合模型，其制作模式已經固定，對相貫線的展示有一定的局限性，觀察者不能動手實踐就難以對其有正確而深入的理解。現有模型的主要缺點如下：

（1）由于模型只能看不能動，對學生理解相貫線幫助不大，不利于培養學習者的動手實踐能力。

（2）有些大型學習機構如學校用量大，制造企業生產出大量的教學模型，成本高，價格較昂貴。

而對以上問題，本次設計所提出的用于制作常見回轉體相貫模型的儀器就可以完美解決。學習者可自己動手操作生成圓柱、圓錐、球體等常見回轉面在其軸線正交、斜交、偏置、平行等相貫位置下的相貫線，且回轉體的形狀、尺寸均可調整，基本滿足了各種學習范圍內相貫線的生成制作，對培養學習者的動手能力和空間思維能力，加深對相貫線的理解有極大的促進作用。該儀器結構簡單，功能實用，純手動操作，畫線、調節方便簡捷，成本低廉，經濟性好。下面便是我們對此設計的介紹。

1 儀器結構

一種用于制作常見回轉體相貫模型的儀器，包括底座，底座的兩側設有豎向導桿，豎向導桿的頂端設有橫向導桿，橫向導桿上設有滑塊并用鎖緊螺釘固定，滑塊下設有畫筆，其特征在于：底座中部設有轉盤，轉盤上設有導軌，導軌上設有滑板，滑板上通過調節螺栓設有工作臺，工作臺的兩端再設有支架，工作臺可以通過角度調節器調節角度，工作臺兩端設有可拆卸頂尖。裝置示意圖如下。

2 使用方法

相貫線劃線的基本過程為：通過上下調節畫筆9位置，讓其在彈簧8作用下壓緊到安裝在工作臺10上的相貫體表面（表面可包一層紙用于畫線），一手扶住畫筆以保證其穩定劃線，另一只手旋轉底部轉盤14，從而帶動其上的工作臺10及相貫體旋轉，因畫筆9相對于轉盤14軸線回轉一圈即形成一回轉面，同時在相貫體上繪制出了該回轉面與相貫體的相貫線軌跡。因畫筆可調節成豎直的或斜向的，其形成的回轉面可以是圓柱面或圓錐面，其位置也可左右調節，即畫筆到轉盤軸線距離可調，可得到不同回轉直徑的回轉面，所以畫筆形成的回轉面的形狀尺寸均可調整。

因相貫體模塊有“圓柱、圓錐、球體”，其在工作臺上可臥式、立式、斜向安裝，工作臺10及其上的相貫體還可在兩坐標調節滑板作用下讓它與轉盤14軸線（即畫筆形成的回轉面軸線）發生偏置，這樣兩相貫的回轉面可排列組合出種類繁多的相貫形式，滿足了當前《機械制圖》課程的這一知識點的教學要求。

其具體使用過程為：首先將相貫體模塊“圓柱、圓錐、球體”安裝于工作臺10上，通過支撐桿-20和支撐桿二22支撐相貫體模塊，調節螺螺桿-11。

微調相貫體長度方向上在工作臺10上的固定位置，確保其穩固安裝。

相貫體相對于工作臺10可以臥式安裝、立式安裝、斜向安裝。工作臺10由調節螺螺桿-11安裝在滑板12上，手動調節螺螺桿-11可驅動工作臺10及安裝其上的相貫體進行橫向運動。

滑板12由調節螺螺桿二18導軌13上，手動調節螺螺桿二18可驅動工作臺及相貫體進行縱向運動。通過以上兩坐標的平移調節，可實現相貫體與上部畫筆回轉所形成的回轉面軸線發生偏置。

旋轉轉盤14從而帶動其上的工作臺10及相貫體旋轉，因畫筆9相對于轉盤14軸線回轉一圈即形成一回轉面，同時在相貫體上繪制出了該回轉面與相貫體的相貫線軌跡。

3 功能特點

本發明利用轉盤的轉動以及導軌和滑板的連接，使支架不僅能夠做圓周旋轉，還能夠有縱向和橫向位移，實現全方位的調整，再與畫筆配合就可以實現圓柱、圓錐、球體等常見的回轉面相貫線的繪制，工作臺和支架的配合可以使相貫線的繪制更加方便。該儀器不僅能夠適用于教學，還能夠應用于機械制造時相貫線的制作。畫筆和彈簧的彈性設置，不僅保護了畫筆，還可以使畫筆隨著工件的旋轉而達到畫線的目的。

轉盤通過推力軸承和軸套安裝在底座中部，主要是保證轉盤的通用性和實用性。

升降式支架的設置是為了調整工件的角度，可以滿足畫任意角度的相貫線。

本發明所提出的一種用于制作常見回轉體相貫模型的儀器，學習者可動手操作生成圓柱、圓錐、球體等常見回轉面在其軸線正交、斜交、偏置、平行等相貫位置下的相貫線，且回轉體的形狀、尺寸均可調整，操作簡單。

4 主要創新點

（1）該儀器的創新點不僅在于它可以將平時難已理解的相貫線形象的畫在被相貫體上，使得相貫線能夠清晰直觀的呈現在觀察者面前。另一個創新點是可以快捷地制作紙質模型，使用者可以在被相貫體上蒙一層可拆取的紙，而筆可以在紙上畫出痕跡，然后我們將紙取下來，延著所畫的線剪下，將紙還原成被相貫體，假設是兩個圓柱相貫，在剪下來的部分中插入另一個圓柱，我們就可以將三維模型實物化的展現在使用者面前，這樣就更加方便我們理解相貫線。

（2）對于空間的理解是許多人的難點，相貫線的畫法沒有較好的空間想象能力很難用二維描點畫線的方法準確畫出，而本儀器可幫助學生形象以及深入地理解相貫線。

（3）往往相貫線的生成比較繁瑣，速度較為地下，本設計將有助于更加快速簡便的生成相貫線。

（4）本設計能夠充分發揮空間能力，可以將平面立體化，立體平面化。

（5）在設備方面，本次設計的儀器方便輕巧便于操作，方便學習者輕松上手，更好地進行實際應用。

5 應用價值

長久以來，“相貫線”的讀圖與繪圖一直是一個難點，目前因缺乏合適的學習儀器，學習者只能通過觀察三維軟件制作的模型和實物模型來加深理解，缺少動手實踐的環節，對相貫線難以有深入的理解。

該設計可以充分運用到機械制圖教學過程中，當學生學習相貫線時，老師學生面對面的進行操作，親眼見證相貫線的生成過程，這樣就更加方便學生理解相貫線。在實際制圖實踐過程中，當出現對相貫線的理解和繪制方面有疑難點時，本設計也能合理地解決這個問題。

6 結語

本儀器主要針對相貫線在想象和繪制方面存在較大問題而設計的，這項設計成果方便通過動手實踐從而有效地加深學習者對相貫線的理解。且其操作方便簡捷，耐用性強，成本適中，可進行大批量生產，十分經濟適用。

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