張善勤

摘要：本項目針對傳統(tǒng)教學采用的無實物PPT講解，不直觀不形象的缺點，進而設計一款連桿繪圖儀教具，利用這種實物模型教學，便于學生理解連桿的特點。該產(chǎn)品采用鋁合金制作，易加工、易攜帶，可實現(xiàn)各種連桿機構之間的相互轉換，并能繪制不同的連桿曲線。本產(chǎn)品設計主要分為三部分：基座和支架采用折疊和伸縮結構，動力部分采用手搖桿結構，運動部分采用滑塊、連桿和一些鉸鏈接，并通過控制參數(shù)來實現(xiàn)各連桿機構間的轉換和繪制各種圖形。

關鍵詞：連桿繪圖儀;教具;基座

0? 引言

便攜式連桿繪圖儀，包括機架、主動件組、從動件組、連桿和繪圖桿，所述機架由底座、框架桿、立式支撐座和線軌構成。該裝置包括一個手輪、一個聯(lián)軸器和滑塊組成。該裝置通過轉動手輪、滑塊、從動框架連桿和第四軸、第二滑塊和從動框架連桿組合而成，連桿的一端通過第二波與底盤對準，連桿的另一端通過第三軸與從動架連接器。對準這個牽引桿可以通過第五軸設置在任何一個桿上達到不同形式圖形的繪制，機構各部分均采用輕質鋁合金結構，使機構方便攜帶且不易損壞。

1? 概述

1.1 繪圖儀的概念

根據(jù)人們的需要自動繪制圖形的設備它可以以圖形的形式輸出計算機的信息，特別能對不同的管理卡和統(tǒng)計圖、大地測量圖、便攜式繪圖儀教材設計圖、開關線路圖、繪制各種機械圖紙和計算機輔助設計。

1.2 繪圖儀性能

繪圖儀是一種輸出圖形的硬拷貝設備。繪圖儀在繪圖軟件的支持下可繪制出復雜、精確的圖形，是各種計算機輔助設計不可缺少的工具。繪圖儀的性能指標主要有繪圖筆數(shù)、圖紙尺寸、分辨率、接口形式及繪圖語言等。

1.3 繪圖儀的構成

繪圖儀通常由驅動電機、插補器、電路板、繪圖臺、彈簧座、機械齒輪等組成。只是當軟硬件結合在一起時，我們用畫畫這個應用軟件。繪圖儀有很多種，根據(jù)其結構和工作方式可分為滾筒式和平板式。

1.4 連桿機構

由若干剛性構件用低副聯(lián)接而成的機構稱為連桿機構，其特征是有一作平面運動的構件，稱為連桿，連桿機構又稱為低副機構。其廣泛應用于內燃機、攪拌機、輸送機、橢圓儀、機械手爪、牛頭刨床、開窗、車門、機器人、折疊傘等。

根據(jù)構件間的相對運動是平面運動還是空間運動，連桿機構可分為平面連桿和空間連桿平面連接是一種聯(lián)合練習牽引機構。是指剛性構件全部低對連接，所以也是低對機構在各種機械、儀表和控制裝置計劃機制頻繁如何使用?；钊寗印⑺煤涂諝鈮嚎s機以及夾子、槽、挖掘機、裝載機、顎式破碎機、旋轉式輸送機、印刷機，紡織機械與其他基本機械是平面連桿在如果構件不在同一平面或平行平面上移動，則連接機構稱為空間機構。

2? 便攜式連桿繪圖儀教具項目研究背景

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

廣泛使用的包括活塞發(fā)動機、紡織機械、印刷機、組合刀具等平面連接機構是平面機構，具有旋轉或移動對的所有組件這個最簡單的平面耦合機構，由所有轉動副組成的平面四邊形機構稱為四邊形機構，也是平面方形機構最基本的。這種連接機構不僅制作簡單、可靠，而且可以有不同的運動規(guī)律和軌跡意識了。不過計算機技術水平很高，互連機構設計理論與方法的研究一直是眾多數(shù)學家、工程技術人員和科學家研究的熱點。

2.2 工作條件

項目由天津職業(yè)技術師范大學刀具實驗室、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地組成。大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地配有齊全的機床及加工設備，代表了項目硬件的實際情況，團隊成員有相應的處理基礎和豐富的理論基礎，支持項目的理論可行性。

2.3 項目研究目標及主要內容

2.3.1 研究目標

制作一款方便攜帶，結構簡單可繪制多種圖形，并實現(xiàn)不同連桿之間相互轉換的連桿繪圖儀。使教師在教學中方便講解連桿的特點，學生更容易直觀接受知識點，提高教學效率。

2.3.2 主要內容

設計實現(xiàn)多元化繪圖的機構，連桿系統(tǒng)的設計制作、動力系統(tǒng)的設計制作、基座的設計制作。

3? 項目創(chuàng)新特色

①該裝置是一個純機械結構，整個機構結構簡單，制作成本低;②裝置維護簡單，操作方便，易于大規(guī)模推廣;③拆裝方便，便于攜帶，提高空間利用率;④可多元化繪制連桿曲線，或者三角形、圓、橢圓等;⑤實現(xiàn)各連桿機構的轉換，更容易理解各連桿的特點;⑥該機構實現(xiàn)了由板書多媒體教學等一維二維教學方式到實物教學的三維的跳躍。

4? 項目研究技術路線

4.1 便攜半自動化連桿繪圖儀的設計

方案一：根據(jù)要求要設計簡易繪圖儀，我們想的第一種方案就是根據(jù)平臺繪圖儀的結構來開始設計，平臺上固定支架。平臺下方采用兩臺步進電機控制。一個步進電機控制平臺沿X軸移動，另一個步進電機控制水平工作臺沿Y軸移動。方案二：第二種方案就是下面的有機玻璃平臺不動，上面的筆來動，在筆上安裝卡輪，通過步進電機使筆運動，步進電機控制筆沿X軸運動，步進電機控制筆沿Y軸運動，由于兩個步進電機的速度不同，筆按要求移動，然后完成一系列動作。方案三：第三種方案就是水平平臺和筆都動的情況，用一個電機來控制有機玻璃平臺板沿X軸運動，使用引擎控制平臺上的筆沿Y軸移動快走?？客ㄟ^控制兩臺直流電機的轉速來控制玻璃板和筆，可以畫在紙上英文或漢字上所寫的相應圓圈。

4.2 基座的鎖定與折疊設計

制備一種具有一個或多個突出物的底涂層，所述基體具有與所述基底涂層的前進方向相對應的褶皺，并且所述基底涂層通過鍛造組裝到所述基體中，其中，在鍛造過程中，至少有突出部分和每個褶皺發(fā)生塑性變形，以便它們能夠相互作用。單個假體和至少褶皺的輪廓形狀經(jīng)過局部修改，使得鉛和皺紋具有不同的截面。

4.3 外輪廓的折疊方案設計

本實用新型涉及一種可折疊便攜式左手繪圖儀輔助外形，包括兩個X軸運動機構、兩個Z軸支架，每個Z軸支架折疊連接到兩個X軸運動機構上，Y軸支架設置在兩個Z軸支架之間，兩個Z軸支架的端部為旋轉連接到兩個X軸運動機構，而另一端的兩個軸支撐連接到Y軸的兩端這個X軸運動機構配有一個可旋轉Z軸位置的襟翼驅動裝置，抬起并折疊。折疊式便攜式左繪圖儀指令的Z軸支架和X軸運動機構有助于輪廓形成祭壇連接結構。結構簡單。在打印便攜式標尺繪圖儀教具輪廓時，不僅可以快速、精確地改變Z軸上噴嘴的高度，而且可以將Z軸支架和X軸運動機構作為一個整體進行折疊和運輸，從而大大提高了等高線研究者在運輸定位布置中的便攜式連接線抽簽教學的工作效率。

為了實現(xiàn)四級桿的進化功能，我們需要四根桿，以便在桿長滿足使用要求時，能夠方便地實現(xiàn)桿長的伸縮和桿長的固定致在我們計劃的同時，創(chuàng)建一個“支撐點”鉸鏈四個桿和繪圖板，一個折疊框架設計。不同的要求在彩筆畫與畫板的距離上也有所不同。在此基礎上，我們計劃采用螺桿調節(jié)機構來調節(jié)它們之間的距離。

4.4 連桿的連接方案設計

本實用新型打開連桿機構和連桿，連桿由第一連桿和第二連桿組成，第二連桿的端部裝有一對導軌，第二連桿的端部夾持在導軌上，連桿還包括一個連桿，連桿由一個可以繞著導軌和夾板旋轉的銷波組成中間軸。第二個連桿的末端;在軌道的外側有一個連接銷軸的部件，所述銷軸的連接部牢固地連接到所述銷軸的一端;所述外殼通過連接部與軸的連接。這個供應模型提供的連桿機構和連桿;通過設置銷波將第一連桿的一端連接到第二連桿的端部，卡箍和銷軸的固定部分圍繞銷軸旋轉，最后在第二連桿處連接卡住了。比較一下以最先進的技術簡化連桿機構和連桿提供了連接結構，簡化了裝配過程。

4.5 滑軌滑塊的滑動與鎖定方案設計

可完成各種形式平面四梁機構的開發(fā)過程，包括曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿正、負平行柱塞機構、等腰梯形機構、離心滑塊、偏置曲柄滑塊機構、雙滑塊機構等，機構的發(fā)展主要取決于部件形狀和尺寸的變化（旋轉副變成運動副），以及有兩種可能的框架交換：曲軸搖桿，雙軸，雙搖桿，正負平行四邊形機構和等腰梯形機構。它們都可以通過以下四桿鉸鏈機構來展開，只需用蝶形螺釘將滑塊固定在桿上，與滑塊相對應的只是一個鉸鏈點，然后相應地調整桿的長度。

如果有滑塊，可以分為滑塊機構和雙滑塊機構。個別滑動機構包括離心曲線滑塊機構、偏心曲線滑塊機構、旋轉導向機構、旋轉導桿機構、曲軸機構和固定閉鎖機構。雙滑塊機構包括正弦機構、切線機構和雙轉塊機構。

4.6 創(chuàng)建三維模型運動仿真改進

要創(chuàng)建三維模型，首先需要學習如何在三維空間中定位點，以及如何創(chuàng)建用于編輯和表達Xi-YZ空間的數(shù)字表格生成點線和面是構成三維物體的基本元素。由XYZ位置簡單定義;直線可由兩個端點的XYZ位置定義;邊界可由兩個相鄰曲面定義;平面可由其邊界線的位置定義通常都是一個物體由幾個點組成，線條與曲面這個建立一個三維模型要處理大量的數(shù)據(jù)，模型越詳細就要處理越復雜的數(shù)據(jù)，因此我們必須使用計算工具來創(chuàng)建三維模型。

4.7 各部件的材質確定及檢驗

針對連桿繪圖儀的材質選擇，需要遵循耐用經(jīng)濟的原則進行集中采購。同時要注重根據(jù)不同的設計單位進行安排，有的部分可以用軟一點，有些部分用硬一些的材料都可以。此外，對于材料的檢驗工作也是至關重要的，不能放過任何一處發(fā)現(xiàn)的問題，需要對不同的問題進行解析和解決才能保證教具的應用。

4.8 產(chǎn)品的制作與使用實踐

可進行雷達角度俯仰動作的演示，其由曲柄搖桿和雷達兩部分組成。還可進行攪拌機攪拌動作的演示，雙作用式水泵工作原理的演示。

4.9 優(yōu)化產(chǎn)品

剪叉機構的使用，使機架能夠實現(xiàn)折疊，方便攜帶。通過滑塊和蝶形螺栓的組合，滑塊在四根桿上滑動，起到更強的作用重心。四梁連接的演變過程與同步運動曲線的繪制過程相結合，使教學方法更加新穎有趣。

5? 結論

該教具有廣闊的應用前景，可用于機械基礎課中平面聯(lián)軸器機構的輔助教學由于其連接機制的進化功能具有優(yōu)勢，“有多種用途的物體”存在。擴展內容和實例相結合可以增加教學興趣。此外，本實用新型體積小、重量輕、磨損輕、滲透性強耐久性。同時可以是一系列環(huán)節(jié)到教輔組，通過一系列的環(huán)節(jié)來支持教輔，體現(xiàn)出各種力學原理的知識點，可以提高教學效果，使教學更有針對性和適用性。

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