一种工程制图课程模型投影演示装置的设计及其研究

冯奕畅 王松 张兴丽 王程琦 戴立群 袁晓康

【摘要】本文介绍的是一种工程制图模型投影演示装置，通过两个摩擦驱动轮，驱动万向投影球旋转矢量轴在二维空间内的变化，实现投影模型主视图、左视图、俯视图的换面投影。装置采用兩档手动控制，实现了装置的粗调与微调，使该装置的可操作性增强。该投影演示装置将有效提升学生对工程制图课程换面法的学习效果。

【关键词】画法几何教具 万向投影 比例控制

【基金项目】东北林业大学大学生国家级创新训练项目资助《一种新型工程制图教具的设计与制作》（项目编号：201610225047）；黑龙江省高等教育学会“十三五”高等教育科研课题青年专项课题《CDIO工程教育模式在机械制图课程中的应用》（项目编号：16Q028）。

【中图分类号】G484 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）25-0232-02

1.引言

工程制图是一门较为抽象的工科专业基础课，其目的是培养学生空间几何想象力，而传统工程制图教学主要是以板书、纸质挂图和单一模型为主，导致制图课程枯燥无味，学生难以形成直观的认识。目前现状是教学课时的减少，教学内容的增加给工程制图教师空前的压力，为了保证教学质量，教具革新显得尤为重要。

本文所介绍的工程制图模型投影演示装置，将单一实物模型教具改变成综合性实物模型教具，通过该教具可以演示点、线、面和体以及换面法的演示，使学生体会到由物到图的转换，以留下深刻印象，提高教学趣味性与质量。

2.教具的组成及连接关系

2.1教具的组成

如图2-1所示，该工程制图万向投影演示装置的机械传动单元包括底板、固定板、投影机构、驱动机构、调节机构和多个万向轮。投影机构为单向透视空心玻璃球，目的是为了避免外界光线对投影演示过程的影响。半径处拆开可方便球内部件安装和以后的维修检查。投影机构的上部通过安装在固定板下端的多个万向轮滑动定位。

2.2教具机械传动单元

2.2.1 传动单元的传动方式

该机械传动单元的传动方式如图2-2所示。驱动橡胶轮与投影机构的外侧壁接触， 第一驱动电机的输出端与主动齿轮相连，再与驱动机构从动齿轮啮合，实现了投影机构的转动。

2.2.2 传动单元的调节方式

机械传动单元的传动调节方式如图2-3所示，该机构包含手动部分与自动部分。手动部分的粗调机构从动齿轮套装在从动轴的一端并与转动部件主动齿轮啮合；微调机构从动齿轮套装在手控机构从动轴的中部，调节橡胶轮套装在手控机构从动轴的另一端，这样可以在粗调后再对投影机构进行精调。

3.教具的预期效果

如图3-1所示，手柄的旋转，粗调机构主动齿轮作为主动轮与粗调机构从动齿轮啮合，带动橡胶轮旋转；粗调完成后，手柄向里推，微调机构主动齿轮与微调机构从动齿轮啮合，改变两次啮合的传动比，进一步实现粗调微调的转换，完成被投影物体初始位置的调节。第二步进电机往里推，使驱动机构主动齿轮与粗调机构从动齿轮啮合，切换到自动控制投影模式。手动调节手柄时， 关闭第二步进电机电源或将第二步进电机向外移使之脱离啮合，由光电转速传感器检测手柄的转速，经过单片机进行信号处理，将脉冲信号发送给第一步进电机，进一步的控制右侧橡胶轮转动，使两个橡胶轮能达到等速同向转动或等速反向转动。

4.结语

本文介绍了一种可以作为工程制图课程教具的投影演示装置，它可以直观的将三维模型转化为三视图，并且能够实现全方位换面法演示。该投影演示装置可以极大方便工程制图教师的课堂教学，具有较强的实用价值。

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