常見回轉面相貫線正投影畫線儀的研制

胡云飛　伍英　詹旭峰　張長宏

摘 要 三維圖形的相貫線是畫法幾何中的一大難點，是機械制圖學習過程中的一道門檻。為此研發了一種常見回轉面相貫線正投影畫線儀。介紹了其工作原理及結構。在圓柱、圓錐、球體等常見回轉面上，此儀器可以手動生成與其軸線正交、斜交、偏置、平行等相貫的相貫線正投影，且回轉體的形狀、尺寸均可調整。在動手過程中加強了對相貫線的了解，有效地輔助了課堂教學。

關鍵詞 機械制圖 相貫線 正投影 畫線儀

中圖分類號：TH126?文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.01.068

Development of Plotting Instrument for the Orthographic Projection

of the Intersecting Lines on Common Rotative Surfaces

HU Yunfei， WU Ying， ZHAN Xufeng， ZHANG Changhong

Abstract The intersection line of 3D figure is one of the difficult parts in descriptive geometry， and also a barrier in the learning process of mechanical drawing. For this reason， the plotting instrument for the orthographic projection of the intersecting lines on common rotative surfaces was developed. The work principle and construction of the instrument were introduced. By the instrument the orthographic projection of the intersecting lines on common revolution surface， such as cylinder， cone and sphere etc.， were manually generated under its intersecting position of orthometric， heterotropic， parallel and so on. Moreover， the shape and size of rotative solid were adjustable. The intersecting lines were understood well under the using process.The classroom teaching was effectively supported.

Key words mechanical drawing; intersecting line; orthographic projection; plotting instrument

機械制圖是機械類專業的基礎課程，為后續眾多專業課奠定基礎。學習本門課程的學生數量眾多。“相貫線”的讀圖與繪制一直是該課程的重點和難點之一。對其研究較多。①②③④究其原因，一是因為部分學生空間想象能力較弱。二是因為“相貫線”是在兩個形狀的表面形成的交線，研究對象是組合體，增大了空間想象的難度。三是因為“相貫線”的形狀和特性規律性不強，很難把握。⑤目前因缺乏合適的教學儀器，學生只能觀察“相貫體”的三維模型和實物模型來加深理解，缺少動手實踐環節。因此，研制了常見回轉面相貫線正投影畫線儀，能夠手動繪出常見回轉面相貫線正投影，促進了對該難點的理解和掌握。

1 基本原理介紹

常見回轉面相貫線正投影畫線儀的基本原理為：三根相互正交的畫筆為豎直畫筆，左視圖畫筆和正視圖畫筆，模擬機械制圖中正視圖、俯視圖和左視圖這三個基本視圖的投影方向。豎直畫筆繞著回轉中心線轉動一圈，形成回轉體包絡面。在轉動過程中豎直畫筆始終接觸另一回轉體，則畫筆的軌跡就是相貫線的軌跡。與之相連的左視圖畫筆和正視圖畫筆就會在左畫板和正畫板記錄相貫線的左投影和正投影。

常見回轉面相貫線正投影畫線儀的基本原理如圖1所示，主要由1底座支撐裝置、橫向導軌2、回轉臂3、豎直畫筆4、左視圖畫筆5、左畫板6、正畫板7、相貫體8等組成。轉動回轉臂3，帶動豎直畫筆4回轉，豎直畫筆4在彈簧的作用下與安裝在工作臺上的相貫體8保持接觸，從而使筆頭在相貫體的表面光順連續的畫出相貫線的軌跡。同時豎直畫筆4上固連的軸承B也會按照相同的相貫線軌跡運動，軸承外面固連的左視圖畫筆5也會隨著軸承的運動而運動，且在彈簧的作用下左視圖筆頭始終壓在左畫板6上。在轉動一圈的過程中，相貫線的左視圖就會被記錄在左畫板6上。同理，軸承外邊固接的正視圖畫筆也會在正畫板7上記錄相貫線的正視圖。

2 畫線儀結構設計

常見回轉面相貫線正投影畫線儀的結構模型如圖2所示，主要包含六大裝置：底座支撐裝置1、相貫體夾具裝置2、旋轉裝置3、和畫線裝置等。畫線裝置由豎直畫線裝置4、左視圖畫線裝置5和正視圖畫線裝置6等組成。

2.1 底座支撐裝置

底座支撐裝置如圖3所示，主要由底座1、豎直導軌2、緊定螺釘3、橫向導軌4、滑塊5等組成。底座1支撐整個畫線儀，通過緊固件與其他零件連接。橫向導軌4可在豎直導軌2上下移動，以便調節豎直畫筆的豎直位置;調節好豎直畫筆的豎直位置后，擰緊緊定螺釘3，將橫向導軌4固定在豎直導軌2上。滑塊5在導軌4上水平移動，調節豎直畫筆的水平位置，確定豎直畫筆的旋轉軸線。

2.2 相貫體夾具裝置

相貫體夾具裝置如圖4所示，主要由夾具底座1、滑動底座2、支撐板3、頂尖4、活動板5、緊定螺釘6、限位板7、螺釘8和轉軸9構成。滑動底座2通過燕尾槽與夾具底座1連接，可以調節相貫體軸線的縱向位置，并且用緊定螺釘6固定。活動板5和滑動底座2用轉軸9連接，通過旋轉限位板7，帶動滑動底座2繞著轉軸9旋轉，從而調節相貫體軸線與水平面的角度，擰緊螺釘8，將活動板5固定在某一角度，如圖5所示。

相貫體夾具裝置上可以安裝圓柱體、圓錐體和球體等。相貫體夾具裝置上安裝圓錐體如圖6所示;相貫體夾具裝置上安裝球體如圖7所示。

2.3 旋轉裝置

旋轉裝置的功用已在基本原理介紹中說明。試驗證明：旋轉盤在轉動過程中平衡效果更好，有益于相貫線的平穩繪制。所以其結構較圖1有所改變，即將圖1中旋轉臂3換成圖2中旋轉盤3。

2.4 畫線裝置

畫線裝置包含豎直畫線裝置、左視圖畫線裝置與右視圖畫線裝置。

2.4.1 限位裝置

為了保持正視圖投影畫筆和左視圖畫筆能繪制出正確的相貫線的投影，其關鍵在于要始終保持畫筆的方向與投影方向一致。限位裝置三維模型如如圖8所示，由正畫板1、直線導軌2、直線導軌3、筆夾4、正視圖畫筆5、定位塊6、左視圖畫筆7、左畫板8等組成。

對于正投影的繪制，需要始終保持正投影畫筆5的軸線與正畫板1平面垂直。該裝置安裝了兩套直線導軌，筆夾4用螺釘連接在直線導軌3的滑塊上。筆夾4內孔與正視圖畫筆5的外圓小間隙配合，正視圖畫筆5受到筆夾4限制，軸線始終與正畫板1平面垂直。

正視圖畫筆5和左視圖畫筆7通過螺紋連接在定位塊6上，且左視圖畫筆7的軸線始終垂直于正視圖畫筆5的軸線。因此，左視圖畫筆就會始終垂直于左畫板8。

2.4.2 畫線裝置結構

由于左視圖畫線裝置與右視圖畫線裝置的結構類似，只是由于投影方向的不同而導致放置方向不同。因此，只介紹豎直畫線裝置和左視圖畫線裝置的結構。

豎直畫線裝置和左視圖畫線裝置的結構如圖9所示。豎直畫線裝置由連接滑塊1、筆筒2、彈簧3、筆套4和豎直畫筆5組成。左視圖畫線裝置由筆筒8、彈簧9、筆套10、左視圖畫筆11、左畫板12組成。豎直畫線裝置和左視圖畫線裝置之間通過軸承6和定位塊7連接。

連接滑塊1將豎直畫筆裝置與旋轉裝置連接，筆筒2在連接滑塊1上滑槽的中滑動來調節豎直畫筆5轉動半徑的大小，從而改變回轉面的半徑;豎直畫筆5在彈簧3的作用下始終接觸相貫體的表面;同理，左視圖畫筆11在彈簧9的作用下始終接觸左畫板。豎直畫筆在轉動盤的帶動下轉動，并在彈簧的作用下與安裝在夾具裝置的相貫體接觸，在相貫體表面上繪制出相貫線。與此同時，軸承6和定位塊7帶動左視圖畫筆11運動，左畫板12上便會記錄下相貫線的左視圖。

正視圖畫筆裝置和豎直畫筆裝置之間的連接關系和工作原理與上述介紹相同。同理，豎直畫筆在轉動過程中就會在正畫板上就會記錄出相貫線的正視圖。

2.4.3 回轉面的形狀

豎直畫筆可以形成圓柱包絡面和圓錐包絡面。豎直畫筆形成圓錐包絡面如圖10所示。

設計制作出的此種儀器可以在圓柱、圓錐、球體等常見回轉面上手動生成與其軸線正交、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。基本包含機械制圖課程教學中各種相貫線及其正投影的生成。

3 小結

研制了一種常見回轉面相貫線正投影畫線儀。對培養當代工科學生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。該儀器結構實用，純手動操作，調節方便、畫線容易。

注釋

① 張筱潔，張爽.通過求相貫線培養學生的解題能力.新校園（閱讀），2015.368（8）：139.

② 程剛，盧淑群.工程制圖中兩正交圓柱體相貫線的教學探討.科教導刊（下旬），2015（9）：77-78.

③ 靳曉玲.兩正交圓柱相貫線教學方法探討.科技信息，2014（7）：157.

④ 周碩婷.UG 在《相貫線畫法》教學中的應用.黑龍江科技信息，2014（7）：108.

⑤ 裘國定.淺談機械制圖教學中圓柱相貫線[J].浙江工商職業技術學院學報，2010.9（1）：94-95.