一種工程制圖課程模型投影演示裝置的設計及其研究

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，通過兩個摩擦驅動輪，驅動萬向投影球旋轉矢量軸在二維空間內的變化，實現投影模型主視圖、左視圖、俯視圖的換面投影。裝置采用兩檔手動控制，實現了裝置的粗調與微調，使該裝置的可操作性增強。該投影演示裝置將有效提升學生對工程制圖課程換面法的學習效果。

【關鍵詞】畫法幾何教具 萬向投影 比例控制

【基金項目】東北林業大學大學生國家級創新訓練項目資助《一種新型工程制圖教具的設計與制作》（項目編號：201610225047）；黑龍江省高等教育學會“十三五”高等教育科研課題青年專項課題《CDIO工程教育模式在機械制圖課程中的應用》（項目編號：16Q028）。

【中圖分類號】G484 【文獻標識碼】A 【文章編號】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基礎課，其目的是培養學生空間幾何想象力，而傳統工程制圖教學主要是以板書、紙質掛圖和單一模型為主，導致制圖課程枯燥無味，學生難以形成直觀的認識。目前現狀是教學課時的減少，教學內容的增加給工程制圖教師空前的壓力，為了保證教學質量，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，將單一實物模型教具改變成綜合性實物模型教具，通過該教具可以演示點、線、面和體以及換面法的演示，使學生體會到由物到圖的轉換，以留下深刻印象，提高教學趣味性與質量。

2.教具的組成及連接關系

2.1教具的組成

如圖2-1所示，該工程制圖萬向投影演示裝置的機械傳動單元包括底板、固定板、投影機構、驅動機構、調節機構和多個萬向輪。投影機構為單向透視空心玻璃球，目的是為了避免外界光線對投影演示過程的影響。半徑處拆開可方便球內部件安裝和以后的維修檢查。投影機構的上部通過安裝在固定板下端的多個萬向輪滑動定位。

2.2教具機械傳動單元

2.2.1 傳動單元的傳動方式

該機械傳動單元的傳動方式如圖2-2所示。驅動橡膠輪與投影機構的外側壁接觸， 第一驅動電機的輸出端與主動齒輪相連，再與驅動機構從動齒輪嚙合，實現了投影機構的轉動。

2.2.2 傳動單元的調節方式

機械傳動單元的傳動調節方式如圖2-3所示，該機構包含手動部分與自動部分。手動部分的粗調機構從動齒輪套裝在從動軸的一端并與轉動部件主動齒輪嚙合；微調機構從動齒輪套裝在手控機構從動軸的中部，調節橡膠輪套裝在手控機構從動軸的另一端，這樣可以在粗調后再對投影機構進行精調。

3.教具的預期效果

如圖3-1所示，手柄的旋轉，粗調機構主動齒輪作為主動輪與粗調機構從動齒輪嚙合，帶動橡膠輪旋轉；粗調完成后，手柄向里推，微調機構主動齒輪與微調機構從動齒輪嚙合，改變兩次嚙合的傳動比，進一步實現粗調微調的轉換，完成被投影物體初始位置的調節。第二步進電機往里推，使驅動機構主動齒輪與粗調機構從動齒輪嚙合，切換到自動控制投影模式。手動調節手柄時， 關閉第二步進電機電源或將第二步進電機向外移使之脫離嚙合，由光電轉速傳感器檢測手柄的轉速，經過單片機進行信號處理，將脈沖信號發送給第一步進電機，進一步的控制右側橡膠輪轉動，使兩個橡膠輪能達到等速同向轉動或等速反向轉動。

4.結語

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化為三視圖，并且能夠實現全方位換面法演示。該投影演示裝置可以極大方便工程制圖教師的課堂教學，具有較強的實用價值。

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