带空间模型刻度定位的直线三面投影演示板的制作方法

本发明涉及一种教学演示教具，尤其是工程制图课程所用的带空间模型刻度定位的直线三面投影演示板。

背景技术：

在工程制图课程中，表示直线的空间位置由三个投影面上的投影来确定，即直线的正面投影、水平投影和侧面投影，直线由包含两个端点的直线段表示，要求必须保证同一个端点的正面投影和水平投影的连线垂直X轴，正面投影和侧面投影的连线垂直Z轴，水平投影到X轴的距离等于侧面投影到Z轴的距离。空间直线相对投影面的位置有七种情况，分别是正平线、水平线、侧平线、正垂线、铅垂线、侧垂线和倾斜线，在工程制图课程教学中，需要用正面投影、水平投影和侧面投影分别演示这七种直线。目前，演示这七种直线是采用七个实物模型教具。其缺点是模型数量多，体积庞大，携带、移动和悬挂不方便。作者在前发明了柔性牵引的直线三面投影演示板（2016103993212），虽然解决了上述问题，但没有直线空间模型，不能生动的、直接的演示空间直线变化和对应的投影变化。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种带空间模型刻度定位的直线三面投影演示板，本发明在原柔性牵引直线三面投影演示板的基础上加入了空间模型并采用直线空间模型与直线投影联动的结构，更显现空间直线的位置变化与其投影的变化的关系，使直线三面投影演示板更加完善。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：带空间模型刻度定位的直线三面投影演示板包括投影板、空间直线模型机构、投影连线机构、直线投影机构和联动机构。

投影板上设有X轴、YH轴、Yw轴和Z轴，X轴、YH轴、Yw轴和Z轴把投影板分为正投影面、水平投影面、侧投影面和YH Yw面。YH Yw面上设有角分线。设空间直线段的端点为定点和动点。定点是不动的点，定点的正投影面、水平投影和侧面投影分别设有定点槽，定点槽是阶梯圆孔。定点的正投影面和水平投影的连线垂直X轴，定点的正投影面和侧面投影的连线垂直Z轴，上述两条连线和定点的水平投影到角分线的水平线、定点的侧面投影到角分线的竖线组成一个矩形，设为定点投影连线。X轴、YH轴、Yw轴、Z轴、定点投影连线和角分线的截断面是矩形槽。

空间直线模型机构包括定点架、定点架轴承、定点支杆、定点球、定点轴、空间直线、动点球、导杆、柱销、导杆帽。定点架由螺钉固定在投影板上，定点架由Z形板和圆柱构成，圆柱设有阶梯孔，阶梯孔内安装定点架轴承，定点架轴承内安装有定点支杆，定点支杆的另一端切成扁形；定点球切有定点球槽，定点球槽与定点支杆的扁形接触面是间隙配合，定点支杆的扁形和定点球钻有通孔，通孔内安装有定点轴，定点轴把定点支杆和定点球连接一起，定点球能绕定点支杆转动。定点球固定连接空间直线的一端，空间直线另一端固定连接动点球，动点球设有动点球槽，动点球槽内包含导杆，导杆是圆柱管；动点球和导杆由柱销连接，导杆设有导杆槽，柱销能在导杆槽内前后滑动，使动点球沿导杆前后移动；导杆后端的圆柱管被薄壁封死，在薄壁处切成一字形孔，用一字形孔连接到动点的正面投影，导杆总是垂直于投影面。

投影连线机构包括平移架、挂轮、挂轮轴、滑轮、滑轮轴、柔性绳、绳架。平移架有两个，分别是上平移架和左平移架。平移架是C型条形结构，平移架两端钩挂在投影板上。平移架上设有条形定位槽，定位槽上开有滑槽，滑槽比定位槽窄。上平移架右半段和左平移架下半段设有刻度，刻度标记是从零开始的递增的序列数值，设上平移架和左平移架的中间的刻度值是零。左平移架上端设有挂轮轴，挂轮轴上套有挂轮，挂轮骑在投影板上端。在投影板的后面，上平移架和左平移架两端分别设有滑轮轴，滑轮轴上套有滑轮，滑轮设有两个滑道，每个滑道各缠绕有一条柔性绳，柔性绳共有四条，每个滑轮上缠绕有两条柔性绳，每条柔性绳的两端分别固定在投影板两侧面的绳架上。绳架共有八个，绳架由螺钉对称固定在投影板四个侧面的角上。每条柔性绳绕过滑轮后转向到同一个平移架的另一个滑轮，再转向与绳架连接，成Z或反Z 形状；与其相对的另一条柔性绳的固定和走向与前一条柔性绳对称，两柔性绳与同一个滑轮的缠绕方向相反；以确保平移架能在投影板上平移运动。

直线投影机构包括定点、动点、直线投影和动点投影连线，定点包括定点正面投影、定点水平投影和定点侧面投影，每个投影由定点轴承、转轴、定点卷簧和直线投影组成，定点槽内安装有定点轴承，定点轴承内圈固定安装有转轴，转轴上设有定点卷簧，定点卷簧的内端与转轴连接，定点卷簧的外端与直线投影连接，直线投影是柔性薄条状，分为直线正面投影、直线水平投影和直线侧面投影，直线投影一端缠绕在定点卷簧上，另一端伸出到投影板上，与动点连接；直线投影在定点卷簧的拉动下总是绷直在投影板上，并长短可变。在定点水平投影和定点侧面投影处，定点轴承内圈外侧套有定点水平投影帽和定点侧面投影帽，定点水平投影帽和定点侧面投影帽设有定点开口，直线投影通过定点开口伸出到投影板上，与动点投影连接。

动点包括动点正面投影、动点水平投影和动点侧面投影，每个投影由滑块、动点投影夹块、钉销、动点壳、动点投影连线和动点帽组成，动点水平投影还包括动点卷簧。滑块是带有圆柱通孔的长方体和圆柱的组合体，圆柱通孔内设有两个动点投影夹块，动点投影夹块是半阶梯圆柱形，两个动点投影夹块由钉销连接成阶梯圆柱，动点投影夹块能在滑块的通孔内旋转；动点投影夹块分动点正面投影夹块、动点水平投影夹块和动点侧面投影夹块，动点水平投影夹块和动点侧面投影夹块形状相同，动点正面投影夹块比另两个投影夹块在前端多一个“T”型块，“T”型块插入到导杆的一字型孔内与导杆相连。滑块的长方体侧面与平移架的定位槽侧面配合，滑块的圆柱面与平移架滑槽两侧面配合，滑块能在定位槽和滑槽内滑动。两个动点投影夹块之间的接触面内夹住直线投影，直线投影用钉销固定连接在动点投影夹块上。动点水平投影的动点卷簧内端固定连接在滑块的圆柱上，动点卷簧的外端与动点投影连线连接。动点三个投影的外侧套有动点投影壳，动点投影壳分动点正面投影壳、动点水平投影壳和动点测面投影壳，动点投影壳是圆柱管状，其上切有矩形槽与平移架配合。动点投影连线是一条具有弹性的柔性绳，动点投影连线从动点水平投影壳上端的圆孔引出后，固定连接在动点正面投影壳的下端。在动点卷簧和动点投影连线弹性作用下，总是给动点水平投影壳向动点正面投影方向一个拉力。动点帽分为动点正面投影帽（40）、动点水平投影帽和动点侧面投影帽，动点正面投影帽（40）上设有圆柱通孔，以便导杆通过。动点帽通过紧配合连接在动点壳的外圆柱面上。

联动机构包括柱销、导杆、管截、柔性管、管环架、柔性管架、钢丝绳、钢丝绳滑轮、钢丝绳架、钢丝绳滑轮轴。导杆的管内设有管截，管截是片状，与导杆是一体；柔性管的一端固定在管截上，管环架固定在动点正面投影壳上，柔性管架固定在左平移架中部，柔性管穿过导杆槽引到导杆的外侧，固定在左平移架柔性管架上边，柔性管的长度取决于空间直线是铅垂线时所需要的长度。钢丝绳架由螺钉固定在左平移架下端，钢丝绳架安装有钢丝绳滑轮轴，钢丝绳滑轮轴上套有钢丝绳滑轮；柔性管中设有钢丝绳，钢丝绳能在柔性管中移动。钢丝绳一端固定在动点球的柱销上，穿过柔性管和动点水平投影壳，再绕过钢丝绳滑轮，调头固定在动点水平投影壳下边。用手上下搬动动点球时，钢丝绳在柔性管没有相对移动，带动左平移架左右移动和上平移架上下移动，同时带动动点的正面投影上下左右移动，而动点的水平投影只随平移架左右移动，不能上下移动；用手前后搬动动点球时，动点的水平投影随平移架左右移动的同时，还能上下移动；这是由于向前搬动动点球，动点球的柱销拉动钢丝绳前移，由钢丝绳带动动点水平投影下移；向后搬动动点球时，管截处的钢丝绳后移，动点卷簧拉着动点水平投影壳向上。动点水平投影上下移动量正好等于动点球的后前移动量；符合投影规律。从而实现动点球的位置与动点水平投影的位置联动，动点侧面投影的上下位置由上平移架自动确定，动点侧面投影左右位置根据动点水平投影的刻度值再手动调整到对应位置。钢丝绳的长度取决于空间直线是侧垂线时所需要的长度。

投影面、导杆、导杆帽、柔性管、钢丝绳、钢丝绳架和定点架采用白色，空间直线和直线投影采用蓝色，定点球、动点球、动点投影和定点投影采用红色，投影连线、字体和刻度采用黑色，平移架采用透明材料。

本发明的有益效果是：采用空间直线模型机构与直线投影联动的结构，更直观显现空间直线的位置变化与其投影的变化的关系。操作方便，只要控制动点的正面投影，自动牵动动点水平投影，再读取动点水平投影的刻度值确定动点侧面投影的位置，从而能摆出直线的7种位置。演示效果显著提升。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是表达整体结构的前面立体图。

图2是表达整体结构的背面立体图。

图3是主视图。

图4是在图3上沿AA剖切的左视图。

图5是在图4上沿EE剖切的后视图。

图6是在图3上沿BB剖切的斜剖转正局部视图。

图7是在图4上沿FF剖切的后视图。

图8是在图3上沿CC剖切的斜剖转正局部视图。

图9是在图8上沿DD剖切的局部剖视图。

图10是在图4上沿GG剖切的局部剖视图。

图11是在图4上Ⅰ处的局部放大图。

图12是在图4上Ⅱ处的局部放大图。

图13是在图4上Ⅲ处的局部放大图。

图14是在图7上Ⅳ处的局部放大图。

图15是正平线投影的实施例。

图16是水平线投影的实施例。

图17是侧平线投影的实施例。

图18是正垂线投影的实施例。

图19是铅垂线投影的实施例。

图20是侧垂线投影的实施例。

图中1. 柔性管，2.动点球槽，3. 动点球，4. 导杆帽，5. 挂轮轴，6. 空间直线，7. 定点球，8. 定点球槽，9. 定点架，10. 动点投影连线，11.Z轴，12. 柔性管架，13. 定点投影连线，14. 定点侧面投影帽，15.直线侧面投影，16. 定点槽，17.动点侧面投影帽，18. 钢丝绳,19. 钢丝绳架,20. 绳架，21.角分线，22. Yw轴，23. 投影板，24. 滑轮轴，25. YH轴，26. 滑轮，27. 定点水平投影帽， 28. 直线水平投影， 29. 动点水平投影帽，30. 定点轴承，31. 左平移架，32. 滑槽，33. X轴，34. 上平移架，35. 柔性绳，36. 定点架轴承，37. 定点支杆，38. 直线正面投影， 39. 动点正面投影壳，40. 动点正面投影帽，41. 动点水平投影壳，42. 挂轮，43. 钢丝绳滑轮，44. 导杆，45. 导杆槽，46. 动点卷簧，47. 定点卷簧，48. 转轴，49. 管环架，50. 定位槽，51.定点轴，52.滑块，53. 钉销，54. 动点正面投影夹块，55. 柱销，56. 管截，57. 动点水平投影夹块，58. 钢丝绳滑轮轴，59. 定点开口，60.刻度。

具体实施方式

在图1至图14中，表示本发明的构造组成和零部件的连接和位置关系，也是倾斜线的实施例。带空间模型刻度定位的直线三面投影演示板包括投影板（23）、空间直线模型机构、投影连线机构、直线投影机构和联动机构。

投影板（23）上设有X轴（33）、YH轴（25）、Yw轴（22）和Z轴（11），X轴（33）、YH轴（25）、Yw轴（22）和Z轴（11）把投影板（23）分为正投影面、水平投影面、侧投影面和YH Yw面。YH Yw面上设有角分线（21）。设空间直线段的端点为定点和动点。定点是不动的点，定点的正投影面、水平投影和侧面投影分别设有定点槽（16），定点槽（16）是阶梯圆孔。定点的正投影面和水平投影的连线垂直X轴（33），定点的正投影面和侧面投影的连线垂直Z轴（11），上述两条连线和定点的水平投影到角分线（21）的水平线、定点的侧面投影到角分线（21）的竖线组成一个矩形，设为定点投影连线（13）。X轴（33）、YH轴（25）、Yw轴（22）、Z轴（11）、定点投影连线（13）和角分线（21）的截断面是矩形槽。

空间直线模型机构包括定点架（9）、定点架轴承（36）、定点支杆（37）、定点球（7）、定点轴（51）、空间直线（6）、动点球（3）、导杆（44）、柱销（55）、导杆帽（4）。定点架（9）由螺钉固定在投影板（23）上，定点架（9）由Z形板和圆柱构成，圆柱设有阶梯孔，阶梯孔内安装定点架轴承（36），定点架轴承（36）内安装有定点支杆（37），定点支杆（37）的另一端切成扁形；定点球（7）切有定点球槽（8），定点球槽（8）与定点支杆（37）的扁形接触面是间隙配合，定点支杆（37）的扁形和定点球（7）钻有通孔，通孔内安装有定点轴（51），定点轴（51）把定点支杆（37）和定点球（7）连接一起，定点球（7）能绕定点支杆（37）转动。定点球（7）固定连接空间直线（6）的一端，空间直线（6）另一端固定连接动点球（3），动点球（3）设有动点球槽（2），动点球槽（2）内包含导杆（44），导杆（44）是圆柱管；动点球（3）和导杆（44）由柱销（55）连接，导杆（44）设有导杆槽（45），柱销（55）能在导杆槽（45）内前后滑动，使动点球（3）沿导杆（44）前后移动；导杆（44）后端的圆柱管被薄壁封死，在薄壁处切成一字形孔，用一字形孔连接到动点的正面投影，导杆（44）总是垂直于投影面。

投影连线机构包括平移架、挂轮（42）、挂轮轴（5）、滑轮（26）、滑轮轴（24）、柔性绳（35）、绳架（20）。平移架有两个，分别是上平移架（34）和左平移架（31）。平移架是C型条形结构，平移架两端钩挂在投影板（23）上。平移架上设有条形定位槽（50），定位槽（50）上开有滑槽（32），滑槽（32）比定位槽（50）窄。上平移架（34）右半段和左平移架（31）下半段设有刻度（60），刻度（60）标记是从零开始的递增的序列数值，设上平移架（34）和左平移架（31）的中间的刻度值是零。左平移架（31）上端设有挂轮轴（5），挂轮轴（5）上套有挂轮（42），挂轮（42）骑在投影板（23）上端。在投影板（23）的后面，上平移架（34）和左平移架（31）两端分别设有滑轮轴（24），滑轮轴（24）上套有滑轮（26），滑轮（26）设有两个滑道，每个滑道各缠绕有一条柔性绳（35），柔性绳（35）共有四条，每个滑轮（26）上缠绕有两条柔性绳（35），每条柔性绳（35）的两端分别固定在投影板（23）两侧面的绳架（20）上。绳架（20）共有八个，绳架（20）由螺钉对称固定在投影板（23）四个侧面的角上。每条柔性绳（35）绕过滑轮（26）后转向到同一个平移架的另一个滑轮（26），再转向与绳架（20）连接，成Z或反Z 形状；与其相对的另一条柔性绳（35）的固定和走向与前一条柔性绳（35）对称，两柔性绳（35）与同一个滑轮（26）的缠绕方向相反；以确保平移架能在投影板（23）上平移运动。

直线投影机构包括定点、动点、直线投影和动点投影连线（10），定点包括定点正面投影、定点水平投影和定点侧面投影，每个投影由定点轴承（30）、转轴（48）、定点卷簧（47）和直线投影组成，定点槽（16）内安装有定点轴承（30），定点轴承（30）内圈固定安装有转轴（48），转轴（48）上设有定点卷簧（47），定点卷簧（47）的内端与转轴（48）连接，定点卷簧（47）的外端与直线投影连接，直线投影是柔性薄条状，分为直线正面投影（38）、直线水平投影（28）和直线侧面投影（15），直线投影一端缠绕在定点卷簧（47）上，另一端伸出到投影板（23）上，与动点连接；直线投影在定点卷簧（47）的拉动下总是绷直在投影板（23）上，并长短可变。在定点水平投影和定点侧面投影处，定点轴承（30）内圈外侧套有定点水平投影帽（27）和定点侧面投影帽（14），定点水平投影帽（27）和定点侧面投影帽（14）设有定点开口（59），直线投影通过定点开口（59）伸出到投影板（23）上，与动点投影连接。

动点包括动点正面投影、动点水平投影和动点侧面投影，每个投影由滑块（52）、动点投影夹块、钉销（53）、动点壳、动点投影连线（10）和动点帽组成，动点水平投影还包括动点卷簧（46）。滑块（52）是带有圆柱通孔的长方体和圆柱的组合体，圆柱通孔内设有两个动点投影夹块，动点投影夹块是半阶梯圆柱形，两个动点投影夹块由钉销（53）连接成阶梯圆柱，动点投影夹块能在滑块（52）的通孔内旋转；动点投影夹块分动点正面投影夹块（54）、动点水平投影夹块（57）和动点侧面投影夹块，动点水平投影夹块（57）和动点侧面投影夹块形状相同，动点正面投影夹块（54）比另两个投影夹块在前端多一个“T”型块，“T”型块插入到导杆（44）的一字型孔内与导杆（44）相连。滑块（52）的长方体侧面与平移架的定位槽（50）侧面配合，滑块（52）的圆柱面与平移架滑槽（32）两侧面配合，滑块（52）能在定位槽（50）和滑槽（32）内滑动。两个动点投影夹块之间的接触面内夹住直线投影，直线投影用钉销（53）固定连接在动点投影夹块上。动点水平投影的动点卷簧（46）内端固定连接在滑块（52）的圆柱上，动点卷簧（46）的外端与动点投影连线（10）连接。动点三个投影的外侧套有动点投影壳，动点投影壳分动点正面投影壳（39）、动点水平投影壳（41）和动点测面投影壳，动点投影壳是圆柱管状，其上切有矩形槽与平移架配合。动点投影连线（10）是一条具有弹性的柔性绳（35），动点投影连线（10）从动点水平投影壳（41）上端的圆孔引出后，固定连接在动点正面投影壳（39）的下端。在动点卷簧（46）和动点投影连线（10）弹性作用下，总是给动点水平投影壳（41）向动点正面投影方向一个拉力。动点帽分为动点正面投影帽（40）、动点水平投影帽（29）和动点侧面投影帽（17），动点正面投影帽（40）上设有圆柱通孔，以便导杆（44）通过。动点帽通过紧配合连接在动点壳的外圆柱面上。

联动机构包括柱销（55）、导杆（44）、管截（56）、柔性管（1）、管环架（49）、柔性管架（12）、 钢丝绳（18）、钢丝绳滑轮（43）、钢丝绳架（19）、钢丝绳滑轮轴（58）。导杆（44）的管内设有管截（56），管截（56）是片状，与导杆（44）是一体；柔性管（1）的一端固定在管截（56）上，管环架（49）固定在动点正面投影壳（39）上，柔性管架（12）固定在左平移架（31）中部，柔性管（1）穿过导杆槽（45）引到导杆（44）的外侧，固定在左平移架（31）柔性管架（12）上边，柔性管（1）的长度取决于空间直线（6）是铅垂线时所需要的长度。钢丝绳架（19）由螺钉固定在左平移架（31）下端，钢丝绳架（19）安装有钢丝绳滑轮轴（58），钢丝绳滑轮轴（58）上套有钢丝绳滑轮（43）；柔性管（1）中设有 钢丝绳（18）， 钢丝绳（18）能在柔性管（1）中移动。 钢丝绳（18）一端固定在动点球（3）的柱销（55）上，穿过柔性管（1）和动点水平投影壳（41），再绕过钢丝绳滑轮（43），调头固定在动点水平投影壳（41）下边。用手上下搬动动点球（3）时， 钢丝绳（18）在柔性管（1）没有相对移动，带动左平移架（31）左右移动和上平移架（34）上下移动，同时带动动点的正面投影上下左右移动，而动点的水平投影只随平移架左右移动，不能上下移动；用手前后搬动动点球（3）时，动点的水平投影随平移架左右移动的同时，还能上下移动；这是由于向前搬动动点球（3），动点球（3）的柱销（55）拉动 钢丝绳（18）前移，由 钢丝绳（18）带动动点水平投影下移；向后搬动动点球（3）时，管截（56）处的 钢丝绳（18）后移，动点卷簧（46）拉着动点水平投影壳（41）向上。动点水平投影上下移动量正好等于动点球（3）的后前移动量；符合投影规律。从而实现动点球（3）的位置与动点水平投影的位置联动，动点侧面投影的上下位置由上平移架（34）自动确定，动点侧面投影左右位置根据动点水平投影的刻度值再手动调整到对应位置。 钢丝绳（18）的长度取决于空间直线（6）是侧垂线时所需要的长度。

使用时，用手搬动动点球（3），控制动点的正面投影不同位置，动点的水平投影随动到位，再根据动点水平投影的刻度值再手动调整动点侧面投影左右位置。从而不难摆成空间直线7种位置。

投影面、导杆（44）、导杆帽（4）、柔性管（1）、 钢丝绳（18）、钢丝绳架（19）和定点架（9）采用白色，空间直线（6）和直线投影采用蓝色，定点球（7）、动点球（3）、动点投影和定点投影采用红色，投影连线、字体和刻度（60）采用黑色，平移架采用透明材料。

图15是正平线投影的实施例。

图16是水平线投影的实施例。摆成水平线前，先拔出定点侧面投影帽（14）。

图17是侧平线投影的实施例。摆成侧平线前，先拔出定点水平投影帽（27）。

图18是正垂线投影的实施例。摆成正垂线前，先搬动动点球（3）到趋近正垂线的位置，拔出导杆帽（4），导杆槽（45）前端是开口的，再从导杆槽（45）开口处拉出动点球（3），使动点球（3）脱离导杆（44），再搬动动点球（3）到空间直线（6）垂直于投影板（23），再把动点的正面投影、水平投影和正面投影摆到正确位置即可。也可拆卸掉导杆（44）：旋转导杆（44）使动点正面投影夹块（54）的“T”型块对准导杆（44）的一字型孔，即能拔出导杆（44）。

图19是铅垂线投影的实施例。摆成铅垂线前，先拔出定点水平投影帽（27）。

图20是侧垂线投影的实施例。摆成侧垂线前，先拔出定点侧面投影帽（14）。