基于機械結構制圖多功能繪圖板設計研究

楊 麗 ，劉海軍 ，周皇衛 ，楊 旭

（成都市技師學院（成都工貿職業技術學院），四川 成都 611731）

0 引言

傳統機械制圖教學內容枯燥、理論性強、學生學習興趣低等問題一直是影響教學的主要因素[1-2]。以學生為中心、以學習成果為導向，積極推進機械制圖教學改革，提高人才培養質量[3]。“機械制圖”課程不僅是培養學生繪圖和識圖能力的基本功，還能培養學生自我學習能力，提高分析問題與解決問題的能力[4]。手工繪圖是工科類學生的基本技能，繪圖桌作為重要的繪圖輔助器械，其體積大、搬運不便、調節性差、功能缺失，繪圖時極不方便，功能也不完善[5]。為了解決上述問題，許多學者開始思考設計不同的多功能繪圖板，陳瑞志[6]設計了一款新型高中生用多功能繪圖板，其通過U型桿的滑動帶動繪圖尺移動，讓使用者可以畫出具有“科幻感”的任意角度和位置的直線。為彌補現有繪圖桌結構單一、使用不便等不足，姚佳[7]設計了可以實現在多個角度進行繪圖、具有可移動書架、可以儲存繪圖工具、可調節高度的多功能繪圖桌；對現有繪圖桌的優缺點、市場狀況進行調查和實地考察分析，根據人機工程學計算出水平作業域、垂直作業域、畫板的傾斜角度、桌洞的高度等，選用輕巧耐用的三聚氰胺板和方便簡單的五金件作為多功能繪圖書桌的材料[8-9]。張兆龍等[10]設計的多功能繪圖工具既可以雙向量取直線的長度，又可以對任意弧度進行量取和標記，尺身采用特制圓孔，以實現圓或弧的精確繪制，末端嵌入一個矩形滑塊以延長任意所繪線段的長度，有效避免制圖誤差，造價低廉，且便于攜帶和使用。

繪圖板設備是素描、繪畫以及制圖等需要時常用來墊畫紙的平板，使用者時常將其放在畫架上，然后對畫紙進行繪制，用夾子或膠帶將畫板固定在畫架上，畫板大小隨使用者要求而定，多為木制，手感輕盈、光滑，亦可自制。然而，目前市面上畫架支撐繪圖板的角度都是固定的，無法根據使用者的需求而更改，使得繪圖板無法符合不同需求的使用者。為了解決現有繪圖板在使用中存在的這一問題，本研究設計了一款機械結構制圖設計用多功能繪圖板。

1 多功能繪圖板結構框架介紹

本研究主要是介紹機械結構制圖設計用多功能繪圖板的結構設計，多功能繪圖板結構框架如圖1所示。其主要由底板、繪圖板和承載板等部分組成：1）底板1，該底板1上壁開設有第一凹槽2，凹槽2內部未用時，不妨礙其他結構正常運動的地方可以為了美觀性將其填充，具體以實際設計為主。2）繪圖板3，該繪圖板3用于放置需要繪圖的圖紙，且通過驅動組件4在第一凹槽2上滑動。3）承載板5（2個），該承載板5通過鉸鏈轉動安裝在底板1的一端壁處，此承載板5轉動的角度位置只有兩個，一個是與底板1相互垂直時，另一個與底板1相互平行時，兩種狀態下的承載板5固定不動，只有在人為驅動時才會發生轉動，在與底板1相互平行時，可實現繪圖板的折疊狀態。

圖1 機械結構制圖用多功能繪圖板的結構框架示意圖

2 多功能繪圖板技術方案

為了更清晰明了地認識多功能繪圖板的相關結構，現把圖1中A、B、C三處位置進行放大，以了解相關的組成部件及運動執行的過程，繪制A、B、C三處的放大立體結構示意圖，如圖2、圖3、圖4所示。通過圖片可以清晰地了解這三部分的各構件在操作中的作用，本研究中引用的如“上”“下”“左”“右”“中間”及“一”等用語，僅為便于敘述說明，而非用以限定此多功能繪圖板可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，亦當視為本多功能繪圖板可實施的范疇。

圖2 A處放大立體結構示意圖

圖3 B處放大立體結構示意圖

圖4 C處放大立體結構示意圖

2.1 多功能繪圖板細化設計

驅動組件4包括螺紋桿41、第一滑塊42、調節輪43三部分。螺紋桿41可水平轉動，安裝在第一凹槽2內，靠近一側壁，且一端穿過側壁與調節輪43固定連接；第一滑塊42螺紋套接在螺紋桿41上，通過鉸鏈與繪圖板3的一壁轉動連接。當需要進行調節時，轉動調節輪43使其帶動螺紋桿41轉動，螺紋套接在螺紋桿41上的第一滑塊42也會隨轉動而發生運動，最后，第一滑塊42將改變與其轉動連接的繪圖板3的角度。

第一凹槽2與驅動組件4互為對稱處設有第一支撐組件6，第一支撐組件6包括支撐桿61和第二滑塊62兩部分。支撐桿61水平固定安裝在第一凹槽2內部，與螺紋桿41對稱且平行設置，第二滑塊62滑動安裝在支撐桿61上，也是通過鉸鏈與繪圖板3的相同一側壁轉動連接。當繪圖板3受到作用力而運動時，與繪圖板3轉動連接的第二滑塊62會受到相同方向的力，從而使第二滑塊62在支撐桿61上進行移動，一方面平衡了繪圖板3受到的作用力，另一方面對第一滑塊42在垂直方向上起到限位作用，從而使得第一滑塊42只能沿著螺紋桿41進行水平方向的往復移動。

每個承載板5上均設有第二支撐組件7，每個第二支撐組件7又包括第二凹槽71、滑桿72和第三滑塊73三部分。第二凹槽71設在承載板5靠近繪圖板3的一側壁上，滑桿72垂直固定安裝在第二凹槽71內，第三滑塊73的滑動端安裝在滑桿72上，且一端通過轉軸與繪圖板3背離第一支撐組件6的一側壁轉動連接。此時受到作用力的繪圖板3將作用力傳遞到與第三滑塊73轉動連接的一側壁上，使得第三滑塊73在滑桿72上進行上下移動，由于承載板5與底板1呈直角，導致驅動組件4移動，使得繪圖板3靠近第一凹槽2的一側壁往承載板5的一端移動；此時繪圖板3的另一端與第三滑塊73轉動連接且被第三滑塊73拉著向上移動，最終使得繪圖板3可以呈現不同角度。

第一凹槽2左右兩側壁上設有兩個相互對稱的通孔8，每個通孔8在靠近底板1的一側壁處，通過轉動柱轉動安裝工具盒9，工具盒9內可以放置制圖時所需的任何器材，避免使用者對繪圖用具丟三落四、亂扔現象，從而體現繪圖板的多功能性。

每個工具盒9靠近通孔8的一側壁上均設有彈簧桿10和拉力繩11，每個彈簧桿10一端與相對應的工具盒9側壁固定連接，彈簧桿10的另一端與第一凹槽2的相鄰側壁固定連接；拉力繩11一端與工具盒9側壁靠近彈簧桿10附近固定連接，另一端分別繞過第一凹槽2的上下側壁與相對應的第一滑塊42和第二滑塊62固定連接。在繪圖時，當彈簧桿10的彈力大于拉力繩11的拉力時，彈簧桿10將工具盒9從通孔8繞著轉動柱彈出，即可實現對繪圖工具的使用。在對繪圖板進行折疊收起時，與第一滑塊42和第二滑塊62對應連接的拉力繩11被拉伸且大于彈簧桿10的彈力，此時，將繪圖板3收納到第一凹槽2內的同時，也將工具盒9拉回到初始位置，即工具盒9一側壁與通孔8完全貼合。

2.2 多功能繪圖板工作原理

使用者在使用該繪圖板時，首先將水平放置的承載板5撥到與底板1相互垂直，由于第二支撐組件7中的第三滑塊73與繪圖板3鉸鏈連接，此時繪圖板3一側就會被抬起一部分，使得螺紋桿41、繪圖板3和承載板5呈三角形狀。然后通過轉動驅動調節輪43使螺紋桿41也隨之轉動，緊接著第一滑塊42在第一支撐組件6的作用下沿著螺紋桿41向背離調節輪43一端處移動，直至將繪圖板3傾斜的角度調節至使用者需求的位置。當收起繪圖板時，反向操作，然后將垂直放置的承載板5放平至與繪圖板3貼合即可，起到對繪圖板的折疊收納作用，也使得繪圖板3能夠滿足不同使用者的需求。

3 該多功能繪圖板相較于現有技術的有益效果

1）通過驅動組件以及第一支撐組件和第二支撐組件的相互配合使用，可以在繪圖時通過轉動驅動組件來調節繪圖板上圖紙的繪圖角度，從而達到使用者最舒服的角度，實現了滿足不同使用者對繪圖角度的要求，避免了因繪圖板的角度不能改變而導致使用者繪制的圖紙出現尺寸誤差的問題。

2）通過彈簧桿，在使用繪圖設備時，彈簧桿的彈力大于拉力繩的拉力，使得底板左右兩端的工具盒通過轉軸實現開啟，繪圖時就可以使用工具盒內的工具。在收設備時，在驅動組件和第一支撐組件的作用下使得拉力繩的拉力大于彈簧桿的彈力，從而使工具盒又回到第一凹槽內，實現收納，此操作使得該繪圖板具有多功能性，且使用方便。

3）在繪圖板進行收納時，此時的兩個承載板在角度以及形狀的特殊設計下，可以使承載板卡合在底板上，且與繪圖板連接處相貼合，從而使繪圖板起到很好的折疊效果，方便存放繪圖板，且占用空間小。

4 結語

本研究為解決現有繪圖架使用中不靈活、無法根據使用者的需求而改變畫架支撐繪圖板的角度等問題，設計了一款機械結構制圖用多功能繪圖板。該多功能繪圖板主要包括底板、繪圖板以及承載板等組成部分，底板上壁開設有第一凹槽，繪圖板通過驅動組件在第一凹槽上滑動，承載板通過鉸鏈轉動安裝在底板的一端壁處。此板通過驅動組件、第一支撐組件和第二支撐組件的相互配合使用，在繪圖時，通過轉動驅動組件可以調節繪圖板的相應角度，達到使用者最舒服的角度，滿足不同使用者對繪圖板角度的要求，提高了繪圖的效率，解決了目前繪圖板在使用中的操作不靈活、運送不方便和使用局限性等問題，具有一定的實際運用意義和推廣價值。