一种用于制作常见回转体相贯模型的仪器设计与开发

张颖敏

摘 要：在制图实践中经常会遇到需要作出相贯线的问题，一般采用二维图描点画线的方法来解决，然而这并不能十分准确的画出相贯线，我们也可以借用三维软件来完成作图，但是软件的操控也有一定的局限性。我们的设计应运而生，本设计不仅可以直观形象的自己动手画出相贯线，而且完全可以满足所需的精确性要求。它能够实现画出圆柱、圆锥、球体等常见回转面和与其轴线正交、斜交、偏置、平行等相贯位置下的相贯线，且回转体的形状、尺寸均可调整，对培养操作人员的动手能力和空间思维能力，加深对相贯线的理解有极大的促进作用。

关键词：相贯模型；制图实践；精确性；可调整

制图实践中经常会遇到需要作出相贯线的问题，但是相贯线的制作是一个难点。我们这种设计不仅可以直观形象的自己动手画出相贯线，而且完全可以满足所需的精确性要求。目前相贯线的直观实体大多为塑料或木质的组合模型，其制作模式已经固定，对相贯线的展示有一定的局限性，观察者不能动手实践就难以对其有正确而深入的理解。现有模型的主要缺点如下：

（1）由于模型只能看不能动，对学生理解相贯线帮助不大，不利于培养学习者的动手实践能力。

（2）有些大型学习机构如学校用量大，制造企业生产出大量的教学模型，成本高，价格较昂贵。

而对以上问题，本次设计所提出的用于制作常见回转体相贯模型的仪器就可以完美解决。学习者可自己动手操作生成圆柱、圆锥、球体等常见回转面在其轴线正交、斜交、偏置、平行等相贯位置下的相贯线，且回转体的形状、尺寸均可调整，基本满足了各种学习范围内相贯线的生成制作，对培养学习者的动手能力和空间思维能力，加深对相贯线的理解有极大的促进作用。该仪器结构简单，功能实用，纯手动操作，画线、调节方便简捷，成本低廉，经济性好。下面便是我们对此设计的介绍。

1 仪器结构

一种用于制作常见回转体相贯模型的仪器，包括底座，底座的两侧设有竖向导杆，竖向导杆的顶端设有横向导杆，横向导杆上设有滑块并用锁紧螺钉固定，滑块下设有画笔，其特征在于：底座中部设有转盘，转盘上设有导轨，导轨上设有滑板，滑板上通过调节螺栓设有工作台，工作台的两端再设有支架，工作台可以通过角度调节器调节角度，工作台两端设有可拆卸顶尖。装置示意图如下。

2 使用方法

相贯线划线的基本过程为：通过上下调节画笔9位置，让其在弹簧8作用下压紧到安装在工作台10上的相贯体表面（表面可包一层纸用于画线），一手扶住画笔以保证其稳定划线，另一只手旋转底部转盘14，从而带动其上的工作台10及相贯体旋转，因画笔9相对于转盘14轴线回转一圈即形成一回转面，同时在相贯体上绘制出了该回转面与相贯体的相贯线轨迹。因画笔可调节成竖直的或斜向的，其形成的回转面可以是圆柱面或圆锥面，其位置也可左右调节，即画笔到转盘轴线距离可调，可得到不同回转直径的回转面，所以画笔形成的回转面的形状尺寸均可调整。

因相贯体模块有“圆柱、圆锥、球体”，其在工作台上可卧式、立式、斜向安装，工作台10及其上的相贯体还可在两坐标调节滑板作用下让它与转盘14轴线（即画笔形成的回转面轴线）发生偏置，这样两相贯的回转面可排列组合出种类繁多的相贯形式，满足了当前《机械制图》课程的这一知识点的教学要求。

其具体使用过程为：首先将相贯体模块“圆柱、圆锥、球体”安装于工作台10上，通过支撑杆-20和支撑杆二22支撑相贯体模块，调节螺螺杆-11。

微调相贯体长度方向上在工作台10上的固定位置，确保其穩固安装。

相贯体相对于工作台10可以卧式安装、立式安装、斜向安装。工作台10由调节螺螺杆-11安装在滑板12上，手动调节螺螺杆-11可驱动工作台10及安装其上的相贯体进行横向运动。

滑板12由调节螺螺杆二18导轨13上，手动调节螺螺杆二18可驱动工作台及相贯体进行纵向运动。通过以上两坐标的平移调节，可实现相贯体与上部画笔回转所形成的回转面轴线发生偏置。

旋转转盘14从而带动其上的工作台10及相贯体旋转，因画笔9相对于转盘14轴线回转一圈即形成一回转面，同时在相贯体上绘制出了该回转面与相贯体的相贯线轨迹。

3 功能特点

本发明利用转盘的转动以及导轨和滑板的连接，使支架不仅能够做圆周旋转，还能够有纵向和横向位移，实现全方位的调整，再与画笔配合就可以实现圆柱、圆锥、球体等常见的回转面相贯线的绘制，工作台和支架的配合可以使相贯线的绘制更加方便。该仪器不仅能够适用于教学，还能够应用于机械制造时相贯线的制作。画笔和弹簧的弹性设置，不仅保护了画笔，还可以使画笔随着工件的旋转而达到画线的目的。

转盘通过推力轴承和轴套安装在底座中部，主要是保证转盘的通用性和实用性。

升降式支架的设置是为了调整工件的角度，可以满足画任意角度的相贯线。

本发明所提出的一种用于制作常见回转体相贯模型的仪器，学习者可动手操作生成圆柱、圆锥、球体等常见回转面在其轴线正交、斜交、偏置、平行等相贯位置下的相贯线，且回转体的形状、尺寸均可调整，操作简单。

4 主要创新点

（1）该仪器的创新点不仅在于它可以将平时难已理解的相贯线形象的画在被相贯体上，使得相贯线能够清晰直观的呈现在观察者面前。另一个创新点是可以快捷地制作纸质模型，使用者可以在被相贯体上蒙一层可拆取的纸，而笔可以在纸上画出痕迹，然后我们将纸取下来，延着所画的线剪下，将纸还原成被相贯体，假设是两个圆柱相贯，在剪下来的部分中插入另一个圆柱，我们就可以将三维模型实物化的展现在使用者面前，这样就更加方便我们理解相贯线。

（2）对于空间的理解是许多人的难点，相贯线的画法没有较好的空间想象能力很难用二维描点画线的方法准确画出，而本仪器可帮助学生形象以及深入地理解相贯线。

（3）往往相贯线的生成比较繁琐，速度较为地下，本设计将有助于更加快速简便的生成相贯线。

（4）本设计能够充分发挥空间能力，可以将平面立体化，立体平面化。

（5）在设备方面，本次设计的仪器方便轻巧便于操作，方便学习者轻松上手，更好地进行实际应用。

5 应用价值

长久以来，“相贯线”的读图与绘图一直是一个难点，目前因缺乏合适的学习仪器，学习者只能通过观察三维软件制作的模型和实物模型来加深理解，缺少动手实践的环节，对相贯线难以有深入的理解。

该设计可以充分运用到机械制图教学过程中，当学生学习相贯线时，老师学生面对面的进行操作，亲眼见证相贯线的生成过程，这样就更加方便学生理解相贯线。在实际制图实践过程中，当出现对相贯线的理解和绘制方面有疑难点时，本设计也能合理地解决这个问题。

6 结语

本仪器主要针对相贯线在想象和绘制方面存在较大问题而设计的，这项设计成果方便通过动手实践从而有效地加深学习者对相贯线的理解。且其操作方便简捷，耐用性强，成本适中，可进行大批量生产，十分经济适用。

参考文献：

[1]机械制图第六版 高等教育出版社.

[2]李兴华. 主编 机械设计课程设计 清华大学出版社 .

[3]画法几何学 大连理工大学工程图学教研室编（高等教育出版社）.

[4]技术产品文件标准汇编 机械制图卷第二版 （中国标准出版社）.