浅谈便携式连杆绘图仪教具的制作

张善勤

摘要：本项目针对传统教学采用的无实物PPT讲解，不直观不形象的缺点，进而设计一款连杆绘图仪教具，利用这种实物模型教学，便于学生理解连杆的特点。该产品采用铝合金制作，易加工、易携带，可实现各种连杆机构之间的相互转换，并能绘制不同的连杆曲线。本产品设计主要分为三部分：基座和支架采用折叠和伸缩结构，动力部分采用手摇杆结构，运动部分采用滑块、连杆和一些铰链接，并通过控制参数来实现各连杆机构间的转换和绘制各种图形。

关键词：连杆绘图仪;教具;基座

0  引言

便携式连杆绘图仪，包括机架、主动件组、从动件组、连杆和绘图杆，所述机架由底座、框架杆、立式支撑座和线轨构成。该装置包括一个手轮、一个联轴器和滑块组成。该装置通过转动手轮、滑块、从动框架连杆和第四轴、第二滑块和从动框架连杆组合而成，连杆的一端通过第二波与底盘对准，连杆的另一端通过第三轴与从动架连接器。对准这个牵引杆可以通过第五轴设置在任何一个杆上达到不同形式图形的绘制，机构各部分均采用轻质铝合金结构，使机构方便携带且不易损坏。

1  概述

1.1 绘图仪的概念

根据人们的需要自动绘制图形的设备它可以以图形的形式输出计算机的信息，特别能对不同的管理卡和统计图、大地测量图、便携式绘图仪教材设计图、开关线路圖、绘制各种机械图纸和计算机辅助设计。

1.2 绘图仪性能

绘图仪是一种输出图形的硬拷贝设备。绘图仪在绘图软件的支持下可绘制出复杂、精确的图形，是各种计算机辅助设计不可缺少的工具。绘图仪的性能指标主要有绘图笔数、图纸尺寸、分辨率、接口形式及绘图语言等。

1.3 绘图仪的构成

绘图仪通常由驱动电机、插补器、电路板、绘图台、弹簧座、机械齿轮等组成。只是当软硬件结合在一起时，我们用画画这个应用软件。绘图仪有很多种，根据其结构和工作方式可分为滚筒式和平板式。

1.4 连杆机构

由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构，其特征是有一作平面运动的构件，称为连杆，连杆机构又称为低副机构。其广泛应用于内燃机、搅拌机、输送机、椭圆仪、机械手爪、牛头刨床、开窗、车门、机器人、折叠伞等。

根据构件间的相对运动是平面运动还是空间运动，连杆机构可分为平面连杆和空间连杆平面连接是一种联合练习牵引机构。是指刚性构件全部低对连接，所以也是低对机构在各种机械、仪表和控制装置计划机制频繁如何使用。活塞驱动、水泵和空气压缩机以及夹子、槽、挖掘机、装载机、颚式破碎机、旋转式输送机、印刷机，纺织机械与其他基本机械是平面连杆在如果构件不在同一平面或平行平面上移动，则连接机构称为空间机构。

2  便携式连杆绘图仪教具项目研究背景

2.1 发展现状

广泛使用的包括活塞发动机、纺织机械、印刷机、组合刀具等平面连接机构是平面机构，具有旋转或移动对的所有组件这个最简单的平面耦合机构，由所有转动副组成的平面四边形机构称为四边形机构，也是平面方形机构最基本的。这种连接机构不仅制作简单、可靠，而且可以有不同的运动规律和轨迹意识了。不过计算机技术水平很高，互连机构设计理论与方法的研究一直是众多数学家、工程技术人员和科学家研究的热点。

2.2 工作条件

项目由天津职业技术师范大学刀具实验室、大学生创新创业基地组成。大学生创新创业基地配有齐全的机床及加工设备，代表了项目硬件的实际情况，团队成员有相应的处理基础和丰富的理论基础，支持项目的理论可行性。

2.3 项目研究目标及主要内容

2.3.1 研究目标

制作一款方便携带，结构简单可绘制多种图形，并实现不同连杆之间相互转换的连杆绘图仪。使教师在教学中方便讲解连杆的特点，学生更容易直观接受知识点，提高教学效率。

2.3.2 主要内容

设计实现多元化绘图的机构，连杆系统的设计制作、动力系统的设计制作、基座的设计制作。

3  项目创新特色

①该装置是一个纯机械结构，整个机构结构简单，制作成本低;②装置维护简单，操作方便，易于大规模推广;③拆装方便，便于携带，提高空间利用率;④可多元化绘制连杆曲线，或者三角形、圆、椭圆等;⑤实现各连杆机构的转换，更容易理解各连杆的特点;⑥该机构实现了由板书多媒体教学等一维二维教学方式到实物教学的三维的跳跃。

4  项目研究技术路线

4.1 便携半自动化连杆绘图仪的设计

方案一：根据要求要设计简易绘图仪，我们想的第一种方案就是根据平台绘图仪的结构来开始设计，平台上固定支架。平台下方采用两台步进电机控制。一个步进电机控制平台沿X轴移动，另一个步进电机控制水平工作台沿Y轴移动。方案二：第二种方案就是下面的有机玻璃平台不动，上面的笔来动，在笔上安装卡轮，通过步进电机使笔运动，步进电机控制笔沿X轴运动，步进电机控制笔沿Y轴运动，由于两个步进电机的速度不同，笔按要求移动，然后完成一系列动作。方案三：第三种方案就是水平平台和笔都动的情况，用一个电机来控制有机玻璃平台板沿X轴运动，使用引擎控制平台上的笔沿Y轴移动快走。靠通过控制两台直流电机的转速来控制玻璃板和笔，可以画在纸上英文或汉字上所写的相应圆圈。

4.2 基座的锁定与折叠设计

制备一种具有一个或多个突出物的底涂层，所述基体具有与所述基底涂层的前进方向相对应的褶皱，并且所述基底涂层通过锻造组装到所述基体中，其中，在锻造过程中，至少有突出部分和每个褶皱发生塑性变形，以便它们能够相互作用。单个假体和至少褶皱的轮廓形状经过局部修改，使得铅和皱纹具有不同的截面。

4.3 外轮廓的折叠方案设计

本实用新型涉及一种可折叠便携式左手绘图仪辅助外形，包括两个X轴运动机构、两个Z轴支架，每个Z轴支架折叠连接到两个X轴运动机构上，Y轴支架设置在两个Z轴支架之间，两个Z轴支架的端部为旋转连接到两个X轴运动机构，而另一端的两个轴支撑连接到Y轴的两端这个X轴运动机构配有一个可旋转Z轴位置的襟翼驱动装置，抬起并折叠。折叠式便携式左绘图仪指令的Z轴支架和X轴运动机构有助于轮廓形成祭坛连接结构。结构简单。在打印便携式标尺绘图仪教具轮廓时，不仅可以快速、精确地改变Z轴上喷嘴的高度，而且可以将Z轴支架和X轴运动机构作为一个整体进行折叠和运输，从而大大提高了等高线研究者在运输定位布置中的便携式连接线抽签教学的工作效率。

为了实现四级杆的进化功能，我们需要四根杆，以便在杆长满足使用要求时，能够方便地实现杆长的伸缩和杆长的固定致在我们计划的同时，创建一个“支撑点”铰链四个杆和绘图板，一个折叠框架设计。不同的要求在彩笔画与画板的距离上也有所不同。在此基础上，我们计划采用螺杆调节机构来调节它们之间的距离。

4.4 连杆的连接方案设计

本实用新型打开连杆机构和连杆，连杆由第一连杆和第二连杆组成，第二连杆的端部装有一对导轨，第二连杆的端部夹持在导轨上，连杆还包括一个连杆，连杆由一个可以绕着导轨和夹板旋转的销波组成中间轴。第二个连杆的末端;在轨道的外侧有一个连接销轴的部件，所述销轴的连接部牢固地连接到所述销轴的一端;所述外壳通过连接部与轴的连接。这个供应模型提供的连杆机构和连杆;通过设置销波将第一连杆的一端连接到第二连杆的端部，卡箍和销轴的固定部分围绕销轴旋转，最后在第二连杆处连接卡住了。比较一下以最先进的技术简化连杆机构和连杆提供了连接结构，简化了装配过程。

4.5 滑轨滑块的滑动与锁定方案设计

可完成各种形式平面四梁机构的开发过程，包括曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆正、负平行柱塞机构、等腰梯形机构、离心滑块、偏置曲柄滑块机构、双滑块机构等，机构的发展主要取决于部件形状和尺寸的变化（旋转副变成运动副），以及有两种可能的框架交换：曲轴摇杆，双轴，双摇杆，正负平行四边形机构和等腰梯形机构。它们都可以通过以下四杆铰链机构来展开，只需用蝶形螺钉将滑块固定在杆上，与滑块相对应的只是一个铰链点，然后相应地调整杆的长度。

如果有滑块，可以分为滑块机构和双滑块机构。个别滑动机构包括离心曲线滑块机构、偏心曲线滑块机构、旋转导向机构、旋转导杆机构、曲轴机构和固定闭锁机构。双滑块机构包括正弦机构、切线机构和双转块机构。

4.6 创建三维模型运动仿真改进

要创建三维模型，首先需要学习如何在三维空间中定位点，以及如何创建用于编辑和表达Xi-YZ空间的数字表格生成点线和面是构成三维物体的基本元素。由XYZ位置简单定义;直线可由两个端点的XYZ位置定义;边界可由两个相邻曲面定义;平面可由其边界线的位置定义通常都是一个物体由几个点组成，线条与曲面这个建立一个三维模型要处理大量的数据，模型越详细就要处理越复杂的数据，因此我们必须使用计算工具來创建三维模型。

4.7 各部件的材质确定及检验

针对连杆绘图仪的材质选择，需要遵循耐用经济的原则进行集中采购。同时要注重根据不同的设计单位进行安排，有的部分可以用软一点，有些部分用硬一些的材料都可以。此外，对于材料的检验工作也是至关重要的，不能放过任何一处发现的问题，需要对不同的问题进行解析和解决才能保证教具的应用。

4.8 产品的制作与使用实践

可进行雷达角度俯仰动作的演示，其由曲柄摇杆和雷达两部分组成。还可进行搅拌机搅拌动作的演示，双作用式水泵工作原理的演示。

4.9 优化产品

剪叉机构的使用，使机架能够实现折叠，方便携带。通过滑块和蝶形螺栓的组合，滑块在四根杆上滑动，起到更强的作用重心。四梁连接的演变过程与同步运动曲线的绘制过程相结合，使教学方法更加新颖有趣。

5  结论

该教具有广阔的应用前景，可用于机械基础课中平面联轴器机构的辅助教学由于其连接机制的进化功能具有优势，“有多种用途的物体”存在。扩展内容和实例相结合可以增加教学兴趣。此外，本实用新型体积小、重量轻、磨损轻、渗透性强耐久性。同时可以是一系列环节到教辅组，通过一系列的环节来支持教辅，体现出各种力学原理的知识点，可以提高教学效果，使教学更有针对性和适用性。

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