南京理工大学第八届机械设计创新大赛申报书 多功能组合教学折叠尺

1、 南京理工大学第八届机械创新大赛作 品 申 报 书作品名称：多功能组合教学折叠尺学 院：机械工程学院作者姓名：郭宇翔 杜英杰 程禾嘉 谌秋生 豆国涛类别：梦幻课堂主题 机械工程学院科学与技术协会申报者情况申报者情况姓名郭宇翔性 别男学 号912101500138联系方 院机械工程学院专业、年级机械工程及自动化 大二申报作品全称多功能组合教学折叠尺其他作者情况姓名性别年龄学历所在学院郭宇翔 男20本科机械工程学院杜英杰男21本科机械工程学院程禾嘉男20本科机械工程学院谌秋生男20本科机械工程学院豆国涛男20本科机械工程学院指导教师姓名孙涛性别男所在学院机械工程学院职称2

2、012级年级主任办公电话84315627手院推荐意见签章年月日申报作品情况作品全称多功能教具作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标 在当今的课堂教学中，老师使用多种多样的教学工具，虽然有高科技的电脑和投影仪，但是黑板的使用仍然在教学中占据了很大的比重，尤其是数学课。在几何等需要作图的教学中，我们经常可以见到老师使用各种木质的教具。这些教具体积大，功能单一，既不便于携带，使用起来也不是很方便。根据在课堂上的观察和本小组在设计之前的调研报告，我们发现许多老师在黑板上画复杂图形时，经常使用手画的方式，这种方式虽然能够很快地做出图形，但是脱离了尺规，图

3、形难免会出现不标准的情况，严重时甚至会影响学生的理解，影响到课堂的教学。为了解决这个问题，我小组成员设计了能够将各种教具功能集于一身，且方面携带，便于使用的多功能组合教学折叠尺。 在设计的过程中，我们的基本思路是将这种多功能的教具制作成折叠尺的形状，结构简单，外形美观。利用折叠尺的原理实现教具的收缩与打开，我们将教具设计成两截折叠尺的形状，大大减少了尺子的长度，便于携带。利用折叠尺的两边和一个激光发射器作为量角的工具，可以使量角功能与折叠尺很好结合。对于圆规功能，传统的画圆方式无法与这种折叠教具结合，如果能够利用尺子的长度作为半径，折叠尺的转轴作为圆心，在加上可以调节半径长度的装置，就可以实现

4、圆规功能，顺着这个思路，滑槽与滑块氤氲而生。除此之外，我们同时集成了激光教鞭、PPT翻页器于教具上，使其功能更加多样化，更加简化老师的使用。我们的作品具有许多创新点，大致可以分为以下两个方面：1、 结构方面：首先我们的作品整体结构为一折叠尺，2节尺的结构可以将折叠尺应用与教学画图上，而且轻便，体积小。我们将圆规整合到另一个单独的带有滑槽的薄板上，通过薄板绕轴的转动带动装有粉笔的滑块进行画圆。转动方式是电机带动蜗杆蜗轮进而带动轴转动。2、 在功能方面：将教用直尺，圆规，量角器、教鞭、绘制水平线、绘制渐开线、无线PPT翻页等主要功能结合于一身。直尺双向标注刻度，每节270mm的长度，适合教学使用，

5、量角器不仅可以量角还可以画角。圆规的设计则是完全抛弃了传统的两脚式的设计，可伸缩的圆心轴，可拆卸的滑块可以很好地保证结构的规整，这种用具，通过开动电机，非常适合在垂直板面上的画圆操作，并且不用大幅度的摆动手臂。滑块处可容纳粉笔，滑块可在滑槽中自由移动，调节半径大小，滑槽对应着直尺的刻度，通过透明塑料的板体，可以看到滑块的位置，读出半径大小。这也是传统圆规无法做到的。本产品结构简单，重要的技术关键在于打破原有的黑板圆规运动方式，通过机电结合，使圆规自行画圆。轴选用不锈钢，可以减小摩擦，延长使用寿命。在生产时，各部分尺寸要严格精确，不然可能会影响教具打开，甚至无法使用。滑块与滑槽之间通过一根贯通滑

6、块的螺钉固定，防止在画圆时，滑块沿滑槽移动，但也不宜过大，影响手动移动。在安装滑块的凹槽处，圆心轴的两个面都应当磁铁，用于吸附固定。在技术指标上不仅要与传统教具相符，在其他方面，如量角器的刻度上，应当进行适合本产品的标注。在转轴部分应当让其具有较高精度。作品的科学性：作品的科学性：通过机电结合，电机的动力通过蜗杆蜗轮传递到轴处，轴带动装有滑块的薄板转动。在滑块上装有粉笔套，滑块内含有弹簧，保持粉笔与黑板紧密贴合。薄板转动，带动粉笔在黑板上画圆。作品的先进性：作品在设计过程中，充分将多功能与方便使用的理念结合起来，在结构上相比市场上的教用折叠尺不仅结构美观。540mm长的直尺，最大半径为210m

7、m的圆规，可以用来画角的量角器，三节直尺结合可以直接在黑板上做出已知直线的平行线，多种功能可以让它在教学中快捷地画出各种复杂的图形。以尺子的边作为量角器，将其与角的边重合，可以量出角度，反之又可以根据尺子的边画出任意角度的角。在圆规功能的实现上，我们的调查报告反映出老师在垂直的黑板上使用教用圆规十分不便，多半老师干脆用手画圆。因此我们放弃了传统圆规的方式，以一种全新的画圆方式加入我们的作品中。小的滑块作为圆规的头可以随意拆装，也可以在滑槽中任意移动，圆心部分为一个可以拉出的轴，轴端有与黑板面摩擦很大的橡胶垫。这样一手按住尺子，一手按动电机开关，就可以快速地画圆了（详细方法见作品说明出画圆功能详

8、解）。这种画圆的方式非常适合垂直的黑板面，也符合大多老师的绘图习惯。总体来说，作品所应用到的许多全新理念，和人性化的设计让我们的作品具有更加突出的先进性。在随后的生产中，我们还会根据生产的需要和新遇到的问题，对作品的结构，外观做进一步更科学的优化。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶段（A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段作品可展示的形式实物、产品 模型图纸 磁盘 现场演示图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品适用范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测1. 使用说明本组设计的可折叠直尺通过铰轴连接为一体，

9、在同一水平面上可以旋转折叠为短尺，是一种结构简单操作方便的多功能折叠尺，由2个边长几近相等的杆尺用铰链连接而成。同时，有另一只薄板用于插接在尺子主体上画园。在薄板上挖了导槽、槽里放了带孔滑块，可以画圆。利用几何特性和铰链运动性，实现直尺，绘制水平线、绘制渐开线、圆规、量角器、等主要功能。同时通过模块化集成使其具有教鞭、无线PPT翻页的功能，不仅作图速度快、准确，而且对于其他的课堂需要更加方便。（具体使用方法详见作品说明书）2. 技术特点和优势（1） 本尺在折叠状态时仍为一直尺，无须复杂操作即可作图（2）集多种教学用具于一体，用途广泛。(3)结构简单，体积小巧，便于携带。(4)材料来源广泛，价格

10、低廉。（5）操作简单，易于使用。（6）可规模化，成批操作，易加工。3. 适用范围初高中及大学课内含数学结构如高等数学，解析几何，空间立体几何等需尺规作图的课程教学4. 市场分析及经济效益预测从本组组织的调研报告中可以看出：（1） 多功能折叠尺结构简单，携带方便，教师几乎不耗费体力便可操作，大部分教师评价较高。（2） 目前市场上现有的折叠尺大部分功能简单，实用性较差，而本作品功能性较强，且与市场上的折叠尺相比较，作品处于折叠状态时仍为一可用直尺，同时加入更多的适应于现代课堂的功能，无凹槽间隙，外型美观，具有可推广性。（3） 效益上材料价格低廉，加工成本低，具有广泛的应用市场和潜在的经济市场。（4

11、） 相对于市场上出售的折叠尺，本组设计的折叠尺更具功能性，且克服了市场上折叠尺功能单一及展开状态下不平的缺点，价格上，本尺相对于市场上组合本尺所有功能的套装尺，价格基本一样，基于此点本尺更具推广性。推荐者情况及对作品的说明推荐者情况姓 名孙涛性别男年龄23职称2012级年级主任工作单位南京理工大学机械工程学院通讯地址南京理工大学机械工程学院204邮政编码210094单位电话84315627联系方荐者所在单位签章 南京理工大学明理居9舍309孙涛（签章） 年 月 日请对申报者申报情况真实性做出阐述此作品全部由参赛小组成员自行研发设计设计请对作品的意义、技术水平、适用范围

12、及推广前景做出您的评价作品拥有强大的黑板作图的功能，且使用方便，非常实用。应用于所有需要作图的课堂教学，会受到使用者的欢迎。其它说明作品说明书（可另附页）一、市场调研在对作品进行详细设计之前，我们对部分初高中的数学老师进行了一次关于课堂上绘图工具使用情况的问卷调查。问卷如下教师对教学用具使用相关问题的问卷1、您上课时会不会用到绘图工具?A、会 B、不会2、您喜欢用绘图工具绘图还是直接手持粉笔绘图？A、绘图工具 B、手绘3、您上课时在黑板画图时会画到哪些图形（多选）？A、直线 B、圆 C、特殊角4、您会用到哪些绘图工具（多选）？A、三角板 B、圆规 C、量角器5、您会不会觉得使用绘图工具很麻烦？

13、A、会 B、不会6、您认为绘图工具对教学是否有帮助？A、是 B、否7、如果您不喜欢用绘图工具，原因是什么？答： 8、如果有一款结合多款绘图工具于一体组合折叠绘图工具，包括直尺、圆规、量角器，是否会让您绘图更方便？您对它还有什么期望？我们选择了其中的几个主要问题，结合其调查结果，做出了如下的分析：3、 您上课时在黑板画图时会画到哪些图形（多选）？A、 直线 B、圆 C、特殊角52 39 425、您会不会觉得上课携带多种绘图工具很麻烦？A、会 B、不会46 9 分析：一般的绘图工具就是三角板、圆 规、量角器三种，而且体积较大， 不方便携带。9、 如果有一款结合多款绘图工具于一体组合折叠绘图工具，包

14、括直尺、圆规、量角器，是否会让您绘图更方便？您对它还有什么期望？请简要回答。答案总结：会更加方便。多功能化，功能要与普通绘图工具相同或者更加优化，体积小、重量轻，便于使用。对于此次的调查结果，我们得出结论：老师们在教学中,在需要画图时，往往所画的图形为复杂的组合图形，多数老师使用手画的方式，他们认为，使用传统绘图工具十分不便，画图的速度缓慢，携带也非常麻烦。本小组的这次调查结果，为我们组的设计指出了一个方向，对于发现的问题，我小组力求设计出一款集多种教学绘图工具于一身，结构合理，使用方便，体积小巧，陈本低廉的组合教具。二、我们的产品这是我们所设计的集直尺、量角器、圆规等主要功能于一体的多功能组

15、合教学折叠尺。下面是它总体的外观图主体尺寸：350 100 40下图为折叠尺主要部分（三块可以折叠，打开的短尺）的爆炸图：三、作品使用说明书1、直尺的使用功能一画直线1、板这款多功能教学折叠尺一共由三个主板组成，分别为左中右三板，右板叠在中板上，左板再叠在右板上，,三板都由塑料和木板组成，即刻度线部分由塑料组成，板身由木板组成，右板打开后画线处与中板画线处始终保持在一个水平面上，并且完全打开至180时，与中板完全接合。而右板通过弹簧轴，也实现打开后画线处与中板画线处保持在同一水平面，并且完全打开至180时，与中板完全接合，使画直线的长度大大增加。2、刻度线刻度线分为两个部分，从中板的最右端开始

16、到左板的最左端为一段刻度线，从0到620mm，从右板的最左端到右板的最右端为一段刻度线，刻度从0到300mm如下图所示3、轴这三块板由两个轴连接，1）连接中板和左板的为一个可伸缩的轴，结构如下图所示其分解图如下，此弹簧为一个拉伸弹簧，其下端固定在中轴的底座上，其上端固定在轴套的内壁，而左板与轴套固定在一起，转动时不会发生相对位移，这样的结构就可以使左板在打开时通过弹簧的拉力下降，从而使左板打开至180的时候画线处与中板画线处处在同一个平面内并且完全接合。2）连接中板和右板的为一个固定轴，如下图所示中板和右板可以绕着这个轴自由旋转0到180，当两板夹角达到180时，就形成了一把相对较长的直尺，并

17、且，当两板夹角达到180时，两板的画线处处于同一平面并且完全接合，右板上的一个销将会将两板卡住，从而使两板形成一把较为稳定的直尺，不会松动，销的结构如下图所示3）轴的材料是不锈钢，这样既保证轴的强度和硬度，还能减小摩擦，以及保证它们的使用寿命。4、打开三板的打开有一定的顺序，首先要打开最上面一块板，也就是左板，当左板打开后，就可打开右板。左板和右板的旋转角度范围都为0到180。打开顺序示意图如下，先打开放在最上面的左板，此时左中两板将会处于同一平面，并且完全拼接，形成一把量程为620mm的直尺。再打开处在中间层的右板，此时右板与中板处在同一个平面上，并且和中板完全拼接，可以组成一把量程为920

18、mm的直尺。5、直尺量程三块板的画线处分别为350mm,300mm,270mm，左中两板拼接可以组成620mm的直尺，而右板既可以作为单独的300mm的直尺，又可以与左中两板拼接，三板拼接可组成920mm的直尺，这样既可以满足老师教学时足够的画线长度，还可灵活调整长度。6、平行线此教具还可以起到画平行线的作用，将左板旋转至与中板垂直，再将右板按刻度旋转90，并且用手固定住右板，此时左右两板便成了平行关系，可以根据需要画出平行线，其打开示意图如下图所示，二、量角器折叠尺上量角器的使用方法： 利用两板之间的转动进行测量，指针位于与下板固连的轴上，刻度位于上板，环绕轴半圈（如下图）。当上板转动时，刻

19、度随之转动。上板与下板分别有一个开孔，在两板处于完全折叠状态时，两孔错开。小角度与大角度的测量采用不同的方法，小角度测量需要用到开孔。小角度的测量： 当测量角度较小时，由于折叠尺采用不透明的材料，故需要用到板上的孔进行测量。 如对下图AOB进行测量时，用板2上孔的b边抵住角的OB边，轴O位于角顶点O处，转动1板，使1板上孔的a边与角的OA边重合，通过轴处的指针与刻度读出角的大小。大角度的测量： 大角度的测量需要用到两板的内侧，即下图角对应的两边。由于=，故通过角对应的角度读出的大小。 如对下图AOB进行测量时，用板2上的b边抵住角的OB边，轴O位于角顶点O处，转动1板，使1板上的a边与角的OA

20、边重合，通过轴处的指针与刻度读出角的大小。三、圆规圆规的使用方法如下：一、相关结构1）圆心部分圆心部分包括两个组件。1、外围的轴套可以引导折叠尺绕轴旋转，内部可以容纳圆心轴，圆心轴能在其中自由伸缩，深色的部分为磁铁，可以固定圆心轴。2圆心轴圆心轴长约45mm，使用时可从轴套底部伸出大约25mm作为画圆时固定不动的轴，并可以使尺身与黑板面脱离。底部深色的部分为橡胶垫，橡胶垫与黑板面摩擦力大，可有效防止在画圆的过程中产生滑动。橡胶垫与轴体部分可相对转动。箭头指出的两个面为铁质，可以与轴套相对应的面吸附。 2）画圆周部分这个部分由两个组件装配而成。1、滑块主要作用是在滑槽中移动。 2、粉笔套安装在滑块上，可装入普通粉笔。将两者连接好后：粉笔套可绕轴自由旋转，在转制使用位置时，滑块与粉笔套上的槽重合，一同进入滑槽滑槽底边的突起进入该槽内，固定粉笔套不使其绕轴旋转，不适用圆规功能时，上部的磁铁可将其吸附在上板的凹槽内。如下图：3）半径部分半径部分主要为两个可通过旋转拼接形成的滑槽，利用滑块在滑槽内的移动来控制半径。滑槽总长度为630mm，即为最大半径。其中长一些的部分为350mm，短的为280mm。半径长度的标注：滑槽对应着直尺的刻