1、1 作品设计背景及意义1.1 作品设计随着现代社会经济的发展，生活中的每个角落都有机器的影子。人们为了寻求生活中的简便，总是在创造新的机器来服务于自身的生活。工业现代化、农业现代化、国防现代化、科学技术现代化，我国在各行各业都在实现现代化，现代教学课堂也需要现代化。电脑的普及，开创了信息化时代，教学投影仪的普及，开创了教学的信息化时代。优化教学课程，创造新型教学教具，是现代教育教学创新设计的新趋势。基于现代优化机械教学课堂，创造新型教学教具这一新趋势，出现了许许多多的教具，现如今已存在了很多教具，例如：四杆演示机构、齿轮演示机构、带传动智能化黑板擦等。虽然目前创新型教具比较多，但是在教学中教具
2、还存在的很多空白。为了弥补现代机械教学中的教具存在的空缺，现做出一种教具的设计空间可变换角度的多自由度绘图黑板。黑板并非特指黑色的板面，传统意义上讲是它一个可以反复书写的平面，板面坚硬，主要于教学。黑板从最早的用黑色涂料涂抹在木板，水泥等坚硬物体表面，到九十年代的水磨玻璃，现在的彩涂钢板，复合材料板.见证了世界教育事业的一步步发展，为人类传播知识，普及教育，立下了汗马功劳。空间可变换角度的多自由度绘图黑板方案的提出来自教学课堂，所以通过教学课堂所学课程知识对其加以解决。通过机械原理、机械设计、机械制图等课程，了解到通过铰链连接的多自由度原理，来实现角度调节；通过滑块机构，来实现平行、垂直移动。
3、空间可变换角度的多自由度绘图黑板对现代教学课堂是一种革新。可以通过调节黑板相对角度，进而改变黑板的视觉效果，使坐在教室旁侧的学生也能够看清楚黑板上的教学内容。通过增加两个滑块机构实现水平、垂直图形绘制，可绘制黑板平面内任意直线。通过一中心定位销，可实现旋转，进而实现圆的绘制。当非绘图教学时，可将各绘图工具移至黑板一侧。1.2 现有的教学黑板目前的教学黑板主要有：（1）一种是固定在墙壁上的平面黑板，简称贴壁固定平面黑板。如图 1图 1 贴壁固定式黑板其结构特点：结构简单，易装配，占用空间小，造价较低。其缺点是：黑板在空间和平面内均不可动，且板面与墙面平行，很大程度上影响观看黑板的视觉效果。（2）
4、一种是固定在墙壁上的中间凹左右两边凸的黑板，简称贴壁固定式弧形黑板。如图 2图 2 贴壁固定式弧形黑板其结构特点：黑板中间凹进去，左右两边凸出来，黑板整体成弧形，固定在墙壁上。且结果简单，占空间较小，在一定程度上可以防止光照反射。其缺点是：因为这种黑板是固定在墙壁上不能移动，防止光照反射的效果还是不够理想。另外在弧形的黑板面上绘图不方便而且画出来的图也不够标准。（3）有一种是在安装了固定导轨框架的墙壁上平行移动的黑板，简称导轨框架可移动黑板。如图 3图 3 导轨框 架 可 移 动 黑 板其结构特点：在墙壁上安装滑轨框架，再将多块较小装有滑轮的黑板安装在滑轨框架上组成一个大黑板，各块小黑板可以再
5、导轨中滑动。移动方便，实用效果较好。其缺点是：安装复杂，容易损坏出故障或者卡住，占空间位置较大，造价较高。1.3 作品研究意义空间可变换角度的多自由度绘图黑板不仅解决了学生观看黑板的视觉难度，而且提高了老师授课的教学强度；同时也为解决老师绘图教学，携带绘图工具的麻烦和利用工具手动绘图的不准确性等问题，给老师绘图教学带来极大的方便。这款教具的设计制作是很有实用意义的，且其制作简单，总体造价便宜等特点，很值得推广使用。2 作品总体设计2.1 本作品设计思路机械设计的一般过程是：机械设计是根据市场需求及实际需要，对机械产品的功能、原理、技术参数进行规划决策并以一定的形式表达出来的过程。运用机械设计的
6、一般过程，提出合理的设计思路，（1）考察实际需求；（2）确定产品功能；(3)对产品的执行机构，传动机构，原动机构进行设计；(4)技术参数设计：对产品的材料、尺寸、结构、 强度等进行选择及校核。按照这个思路对空间可变换角度的多自由度绘图黑板进行设计 。针对产品的性能需求，提出利用多段连杆铰接的机构来链接黑板与墙壁，从而改变黑板与墙壁之间的角度，目的是高效地削弱光照反射。同时可以相对于墙壁来移动黑板。2.2 作品结构下图是作品的三维整体图：2.3 作品的拆分部件2.3.1 黑板可调角度部件空间可变换角度的多自由度绘图黑板，主体主要由黑板、支架（与墙壁同作用）、若干铰链连杆机构、滑块、抱闸、滑杆、直
7、尺、带槽尺、导轨、支架底座等部分组成。结构如下图 4 所示：图 4 整体结构简图2.3.2 铰链连杆机构其工作原理：空间可变换角度的多自由度绘图黑板的主要设计思想源于机械臂的原理。采用 4 个铰链连杆机构（每个都是有 4 根连杆首尾铰接在一起如图 5）来连接黑板和支架（墙壁）使得黑板可以相对于支架（墙壁）移动甚至可以使黑板和支架（墙壁）之间呈一定角度，这样就消除光照反射问题。图 5 铰链连杆机构连接方式2.3.3 制动装置另外为了控制黑板的位置，需要加入制动装置，只要制动 4 个铰链连杆机构中的一个就可以控制黑板的移动位置。采用电子抱闸的断电锁住，通电松开的原理来控制部分连杆的制动。连接方法如
8、图 6：图 6 制动部分2.3.4 黑板绘图部件在黑板上下两边缘固定安装两个导轨，两个导轨里配装相对应的滑轮，再用一根光杆作为滑杆连接在两个滑轮上。然后在用一个滑块套装在光杆上，滑块的另一端用销钉连接直尺 1，直尺 1 另一端再用蝶形螺母连接尺 2.这样的安装结构使得滑轮在导轨中滑动带动滑杆左右移动，从而 滑块和直尺 1、尺 2 也可以左右移动。直尺 1 可以绕着滑块转动就可以在黑板上画出不同角度的直线，尺 2 可以绕着直尺 1 转动就可以在黑板上画圆。因为尺 2 上开了很长的粉笔槽，就可以实现不同半径的圆的绘制。图 7 绘图功能部分简图2.4 作品基本尺寸选取黑板是教学的必需品，所以作品的设计应符合生活中的细节尽量做到人性
