1、第四节 设计的工程表达教材教材p94-p110我们已经学习了用草图表达构思，但如果要把纸上的设计制作成实物，就需要更为准确和丰富的设计信息。这时候就需要借助工程表达了。一般的工程表达方法有工程制图(尺寸图)、3D建模图、渲染图和模型的制作等。一、工程制图人们进行思想交流要依靠语言和文字。在进行某种产品加工制作的时候，不需要设计人员在场，就能按照图纸准确无误地加工出符合设计要求的产品。这张图纸运用的就是在技术活动中进行信息交流的特有语言形式“技术语言”，常见的技术语言有图样、图表、模型、符号等。用于进行设计交流的图有透视图和三视图等。透视图在前面已经介绍过了，这里只介绍制图标准、绘图工具及三视图
2、和装配图。(一）制图标准图纸既然是一种“技术语言”，就必然要有统一的“语言规范”。国家制定的制图标准，就是这种语言规范。制图标准一般分为图纸幅面、字体、比例、图线和尺寸标注。(1)图纸幅面:GB/T 146892008技术制图图纸幅面和格式规定的图纸幅面有5种，具体的尺寸规定可参考表5-4。根据需要可以加长，增加的尺寸是短边的整数倍。(2)字体:对图样中字体的要求是字体工整、笔画清楚、间隔均匀、排列整齐。按国家标准规定,汉字应写成长仿宋体,并采用国家正式公布推行的简化字，字母和数字可写成斜体和直体。斜体字字头向右倾斜，与水平基准线成75”。(3）比例:指图样中的图形与其实物相应要素的线性尺寸之
3、比。标准规定了优先采用的比例。无论采用何种比例，图形中标注的尺寸数值均应是物体的真实大小，与绘图的比例无关(图5-40)。(4）图线:所有线型的图线宽度(d)按图样的类型和尺寸大小，在0.13 2 mm数系中选择。机械图样采用粗、细两种线宽,其比例为2 1。绘制机械图样时，常采用表5-5中所规定的图线。(5）尺寸标注:1)尺寸的三要素:尺寸由尺寸界线、尺寸线(包括箭头)、尺寸数字（包括必要的符号及字母)三要素组成图5-41)。尺寸界线用细实线绘制，并由图形的轮廓线、轴线或对称中心线处引出;也可以借用图形的轮廓线、轴线或对称中心线作尺寸界线。尺寸线用细实线绘制,且不能用其他图线代替;尺寸线终端一
4、般用箭头表示尺寸的起止。尺寸数字表示机件的真实大小单位为毫米时，在图中不标单位)，一般标注在尺寸线的上方，也可标注在尺寸线的中断处。水平尺寸的尺寸数字字头朝上，垂直尺寸字头朝左，倾斜尺寸字头有朝上的趋势。2）常用的尺寸标注法（图5-42):标注角度时,尺寸界线沿径向引出,尺寸线是以角度顶点为圆心的圆弧。标注直径或半径尺寸时,应在尺寸数字前分别加注符号“西”或“R”。在标注球面的直径或半径尺寸时，应在符号“西”或“R”前再加注符号“s”。技术探究请查阅相关资料，读懂图5-43所示套筒零件图的技术指标。技术实践请运用所学知识，对图5-44进行尺寸标注，比例为1 1，并与同学交流。(二）绘图工具及用
5、品在绘制机械图样时，必须掌握绘图工具及用品的正确使用方法，这对提高图面质量、加快绘图速度是非常重要的。(1）常用绘图工具及用法:常用的绘图工具有丁字尺、三角板、圆规、分规、比例尺、曲线板、墨线笔等。自学技术丁字尺及三角板的使用方法绘图时，用胶带纸将图纸固定在图板左下方的适当位置，不要使用图钉固定图纸，以免损坏板面。丁字尺由尺头和尺身纽成，画圈时应使尺头靠紧围板左侧的工作边，沿丁字尺的尺身工作边（有刻度）自左向右画出水平线（图5-45)。三角板一般由两块组咸一对，它除了可以画直线以外，还常与丁字尺配合使用画垂直线和倾角为15倍数的斜线(图5-46)。问题思考(1）我们为什么要学习识图和绘图?(2
6、）制图标准有何作用?(2）绘图用品:常用的绘图用品有绘图纸、绘图铅笔、胶带纸、擦图片、小刀、砂纸、绘图橡皮等。其中，绘图纸要求质地坚实，用橡皮擦不易起毛;绘图铅笔也应根据需要选择软硬适度的。(三）三视图及绘制立体图可以很直观地表现物体的整体形状,可是却难以表示清楚物体各个表面的形状。为了把物体完全表达清楚，人们采用了三视图。1.三投影面体系用三个互相垂直相交的平面,构成三投影面体系（图5-47)。其中,正立投影面(简称正面)用V表示,水平投影面(简称水平面)用H表示,侧立投影面简称侧面)用w表示，ox.oy.Oz称为投影轴，O称为原点。2.三视图的形成将物体置于三投影面体系中，使物体主要表面平
7、行或垂直于投影面(图5-48)。用正投影法分别向V、H、W面投影，即得到物体的三个视图。主视图由前向后投影,在正面V上得到的视图。俯视图由上向下投影，在水平面H上得到的视图。左视图由左向右投影,在侧面W上得到的视图。3.三视图的展开为了使三个视图画在一个平面上，需要把三投影面展开。其方法是:V面不动，H面绕OX轴向下旋转90，W面绕OZ轴向右旋转90。由图5-49可知，主视图反映了上下、左右，俯视图反映了左右、前后，左视图反映了上下、前后。4.三个视图之间的投影关系把物体左右尺寸称为长，前后尺寸称为宽，上下尺寸称为高，则主、俯视图都反映了物体的长，主、左视图都反映了物体的高，左、俯视图都反映了
8、物体的宽。三个视图之间存在一定的投影关系。（1)主、俯视图中相应投影的长度相等,即主、俯视图长对正。(2)主、左视图中相应投影的高度相等,即主、左视图高平齐。(3)左、俯视图中相应投影的宽度相等，即左、俯视图宽相等。5.三视图的绘制图5-50所示的弯板是一个简单的机械零件，我们以它为例说明三视图绘制的一般步骤。(1)形体分析。绘图前，先对绘制内容进行形体分析，做到心中有数。这样，有利于图形的布局与绘制。(2)选主视图。选定主视图时，应考虑如下因素:物体摆放应使尽可能多的表面平行或垂直于投影面;选择能反映物体主要形状特征的方向为主视图投影方向;同时考虑尽量使俯视图和左视图简单易画，虚线少。(3）
9、布置图面，画作图基准线,开始绘制(图5-51)。技术实践(1）下面左边的立体图分别对应右边的哪个三视图（图5-52)?用连线标出。(2）根据立体图和主、俯视圈，补画左视图（图5-53)。自学技术三视图的尺寸标注尺寸是图样的重要内容，其种类、标注要求、标注方法如下:(1)按尺寸的作用可将其分为以下三类:1)定形尺寸:确定物依上某一结构要素的形状大小的尺寸。2）定位尺寸:确定物体上两个形体或结构要意之间相对位置的尺寸。3）总体尺寸:表示物体总长、总宽、总高的尺寸。(2)标注尺寸的要求:1）正确:尺寸标注的方法要符合国家标准的有关规定。2)完整:标注尺寸要齐全，既不能遗漏，也不能重复。3）清晰:尺寸
10、布置要整齐，以便于阅读和查找。4)合理:尺寸标注要符合设计和工艺要求。(3）以轴承座三视图(图5-54）为例，标注尺寸的方法和步骤是:1）形体分析:轴承座由底板、支承板和肋板三部分组成(图554a）。2)选择尺寸基准:选择长、宽、高三个方向的尺寸基准（图5-546)。3）逐个注出各部分的定形和定位尺寸(主视图中R24、o32、20等)。4)标注各部分之间的定位尺寸(主视图中的尺寸60）。5)标注所需的总体尺寸（标注总长的尺寸100、标注总宽的尺寸66）。6)检查尺寸有无多余或遗漏，完成全部标注。(四）装配图及识读装配图是表达产品、部件及其工作原理与装配关系的图样，主要用于产品及其部件的装配、调
11、试、安装、维修等工作，是设计、制造和生产过程中所需要的重要技术文件。在产品和部件的设计过程中，一般先进行设计，根据设计方案画出装配图，再由装配图分解画出零件图，并在装配过程中依照装配图进行装配。一张完整的装配图包括:产品或部件的完整视图;尺寸标注，以反映产品或部件的必要参数;标题栏和明细栏:按照国家标准绘制标题栏和明细栏，并按要求将零部件进行编号和填写，备注该产品或部件在装配、检验和使用等过程中的要求(图5-55)。技术实践观察图555所示的装配围，分析一下，该产品由几个部件（零件）组合而成?分几步可以将部件(零件）组装成完整的产品?调查研究查阅一些机械图、建筑图、家具图等图样，你有哪些看不懂
12、的地方?二、简单电路图的识读一个完整的设计过程，不仅是对结构和造型的把握,还应该了解其内部机构。如设计一盏台灯，我们不仅要考虑其造型元素、尺寸高度、色彩搭配、光线角度等，还应该对其内部的电路构造有一定的了解。图5-56所示是一个最基本的实物电路简图，在实际生产、生活中广泛应用的电路比这个要复杂得多，用实物表述的方法就显得烦琐了。为了简化表述，设计出了由电路元件符号和连接导线组成的电路图（图5-57)，它可以快捷、规范地把电路表述清楚。电路图中的电子元件、电器和电气设备，以及表示导线的实线条等，都是有一定规范要求的。而识读电路图的关键是熟悉这些电气系统技术交流的基本语言。表5-6列出了一些符号及
13、说明。由于电气系统涉及的元件、器件和设备品种繁多，所以各种符号也很多，以上只是一些常见的符号。电路图的各种符号和画法规定可以在相关国家标准中查阅到。讨论交流简单电路图的识读练习识读下面几个简单的电路图，先自行思考，然后与老师、同学讨论，再查看下面的文字。(1）图558中的电路由电池、灯泡和两个单刀双掷开关（又叫“一开双控”开关）组咸。不论从哪一端开或关都可以接通和断开电路。这样的开关适宜安装在长廊两头或是楼梯的底端和顶端。可在这失开灯，走到另一失关灯。(2）图5-59电路安装了一个具有动合触点且能自动复位的按钮开关。按下灯亮,松手灯灭。电门龄就可利用这种电路。(3）图5-60电路是利用三极管控
14、制灯泡的亮度。二极管的基极连接着电位器，集电极和发射极与灯泡回路相可变电阻，调整中心抽头，可以改变加在基极上的电压和电流，从而通过三极管的作用改变通过灯泡的电流大小，起到控制亮度的作用。通过练习识读电路图可知，认识了符号就具备了识图的基础，再运用物理学科学习的电学知识进行分析,我们就能看懂电路图了。创客坊试着识读一些小家电电路圈。阅读时先弄清图中每个符号所代表的含义，然后逐步分析电路原理。可以适当结合实物分析。如有困难，请查阅资料或请教他人解决。三、计算机辅助设计计算机辅助设计(Computer Aided Design）是从20世纪50年代开始，随着计算机及其外围设备的发展而形成的一门新技术
15、，是现代设计方法和手段的综合体现。它有着手工制图不可比拟的优越性，现已广泛应用于机械、建筑、电子、航空、汽车、化工、艺术等诸多领域。1计算机辅助设计的优点(1）提高工作效率，降低劳动强度。在设计阶段，要对方案不断地进行修改和完善，如果用手工绘图，往往费时费力，图面修补的次数多了就会显得脏乱，而利用计算机辅助设计则可以完全避免这一问题。(2）精度提高、方便保存。对于一些相对简单的设计，手工绘图可以达到十分精确的程度，但对于一些规模大、复杂的建筑设计，如果离开了计算机辅助设计，困难将成倍增长。计算机辅助设计在日影分析、灯光照度分析等方面的计算精度、速度是手工计算无法比拟的。另外，计算机辅助设计制作
16、的图形、图像文件可以直接存储在硬盘或其他存储介质上，保存、调用都极为方便。(3）效果逼真。计算机辅助设计的虚拟现实技术能真实再现物体的材质、光影关系等，使人有身临其境的感觉，可广泛应用于城市规划、室内设计、房产开发以及军事与航天工业等领域。例如，在建筑设计上，只要建筑的三维模型搭建完成，就可以任意指定透视角度、模型材质，快速生成多张效果图而无须从头做起，这是传统手绘效果图无法比拟的(图561、图562）。2计算机辅助设计系统的基本功能(1)绘制二维图。二维图能很方便地创建出各种二维图形对象，如直线、圆、椭圆、矩形等，可快速、准确地绘制出复杂的图形。二维图可以简单分为两种:一种主要是绘制工程图;
17、另一种主要是为了增强效果式草图的表现效果和弥补手绘草图的短板（图5-63）。此外,为了能集合手绘和计算机软件绘制的优点，还可以使用手绘板、手绘屏等辅助工具与二维绘图软件配合使用。(2）进行三维设计。根据设计要求，采用线框、曲面或实体造型技术对产品零部件进行三维造型设计，并可进行装配、爆炸、动画仿真和三维建模（图5-64）。爆炸图更能反映出各零部件的位置和镶嵌关系，能更有目的、有着重点地表现相应零部件或产品的特性，最主要的还是直观反映了装配关系图565)。动画仿真是一种三维造型设计的展现方法，它将产品的结构、功能、特点、工作原理通过动画形式立体呈现出来，使人们直观、翔实、全方位地了解产品的功能及
18、特色，更便于表达设计人员的创新设计和想法。此外，为提高设计人员的工作效率，市面上推出了能为整个造型定义流程（从概念草图到三维模型）提供一整套完备的可视化和分析工具的软件。这类软件可以根据草图直接生成三维模型,也可以用三维模型逆向生成草图。(3）进行参数化设计，具有庞大的图形及符号库。对于那些具有相似结构的标准化或系列化零部件，通过对其尺寸和几何约束进行参数化定义，建立图形程序库，调出时通过赋值即可生成所需图形。计算机辅助设计系统都建有常用图形和符号库，以便设计时调用。(4)进行工程分析。现代计算机辅助设计系统提供了强大的工程分析工具，如优化分析、运动学和动力学分析、模拟仿真、人因工程及制浩工艺
19、分析等，这些功能可帮助设计人员进行合理的设计。3，计算机辅助设计的应用实例我们以翻盖垃圾桶的二维设计和三维设计为例，介绍利用计算机辅助设计绘图的一般步骤和方法。(1）翻盖垃圾桶的二维设计。1)选择合适的线型，画出一个视图的基准并画出三个视图。2）标注图中零部件尺寸。3绘制标题栏,填写标题及文字说明等。(2）翻盖垃圾桶的三维设计。技术实践自学一种图像、图形、工程或艺术设计软件，运用这个软件绘制出教师办公室用生态垃圾桶或自己所选课题的三视围。小结与评价一、小结制订设计方案是技术设计的关键环节。通过本章的学习，我们学会了如何进行产品的初步设计和深化设计，学会了为自己设计的产品选择正确的材料和加工工艺
20、，掌握了设计的工程表达方法。请根据下列题目所提供的线索，对本章的学习内容和自己的实践过程进行小结。(1)什么是技术语言?技术语言的种类有哪些?(2）如何为自己设计的产品选择材料和加工工艺?(3）你能识读简单的效采图、机械加工图、电路图等常见的技术图样吗?(4）你能绘制简单的三视图吗?二，评价将自己的设计方案在小组内交流,重点说明自己的设计思想和创新亮点，并对该设计方案做出评价。评价提示:(1)设计的创新亮点在哪里?(2)你的设计符合设计原则吗?(3）采用了哪几种表达交流方式?表达与交流能力提高了吗?（4)与同学合作得好吗?小组的团队精神体现得怎样?自我评价:_同学评价:_老师评价:_技术，让生活更美好
