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(共43張PPT)
第四節 設計的工程表達
教材p94-p110
我們已經學習了用草圖表達構思，但如果要把紙上的設計制作成實物，就需要更為準確和豐富的設計信息。這時候就需要借助工程表達了。一般的工程表達方法有工程制圖(尺寸圖)、3D建模圖、渲染圖和模型的制作等。
一、工程制圖
人們進行思想交流要依靠語言和文字。在進行某種產品加工制作的時候，不需要設計人員在場，就能按照圖紙準確無誤地加工出符合設計要求的產品。這張圖紙運用的就是在技術活動中進行信息交流的特有語言形式——“技術語言”，常見的技術語言有圖樣、圖表、模型、符號等。
用于進行設計交流的圖有透視圖和三視圖等。透視圖在前面已經介紹過了，這里只介紹制圖標準、繪圖工具及三視圖和裝配圖。
(一）制圖標準
圖紙既然是一種“技術語言”，就必然要有統一的“語言規范”。國家制定的制圖標準，就是這種語言規范。制圖標準一般分為圖紙幅面、字體、比例、圖線和尺寸標注。
(1)圖紙幅面:GB/T 14689—2008《技術制圖圖紙幅面和格式》規定的圖紙幅面有5種，具體的尺寸規定可參考表5-4。根據需要可以加長，增加的尺寸是短邊的整數倍。
(2)字體:對圖樣中字體的要求是字體工整、筆畫清楚、間隔均勻、排列整齊。按國家標準規定,漢字應寫成長仿宋體,并采用國家正式公布推行的簡化字，字母和數字可寫成斜體和直體。斜體字字頭向右傾斜，與水平基準線成75”。
(3）比例:指圖樣中的圖形與其實物相應要素的線性尺寸之比。標準規定了優先采用的比例。無論采用何種比例，圖形中標注的尺寸數值均應是物體的真實大小，與繪圖的比例無關(圖5-40)。
(4）圖線:所有線型的圖線寬度(d)按圖樣的類型和尺寸大小，在0.13~ 2 mm數系中選擇。機械圖樣采用粗、細兩種線寬,其比例為2 ∶1。繪制機械圖樣時，常采用表5-5中所規定的圖線。
(5）尺寸標注:
1 )尺寸的三要素:尺寸由尺寸界線、尺寸線(包括箭頭)、尺寸數字（包括必要的符號及字母)三要素組成〔圖5-41 )。
①尺寸界線用細實線繪制，并由圖形的輪廓線、軸線或對稱中心線處引出;也可以借用圖形的輪廓線、軸線或對稱中心線作尺寸界線。
②尺寸線用細實線繪制,且不能用其他圖線代替;尺寸線終端一般用箭頭表示尺寸的起止。
③尺寸數字表示機件的真實大小〔單位為毫米時，在圖中不標單位)，一般標注在尺寸線的上方，也可標注在尺寸線的中斷處。水平尺寸的尺寸數字字頭朝上，垂直尺寸字頭朝左，傾斜尺寸字頭有朝上的趨勢。
2）常用的尺寸標注法（圖5-42) :
①標注角度時,尺寸界線沿徑向引出,尺寸線是以角度頂點為圓心的圓弧。
②標注直徑或半徑尺寸時,應在尺寸數字前分別加注符號“西”或“R”。
③在標注球面的直徑或半徑尺寸時，應在符號“西”或“R”前再加注符號“s”。
技術探究
請查閱相關資料，讀懂圖5-43所示套筒零件圖的技術指標。
技術實踐
請運用所學知識，對圖5-44進行尺寸標注，比例為1∶1，并與同學交流。
( 二）繪圖工具及用品
在繪制機械圖樣時，必須掌握繪圖工具及用品的正確使用方法，這對提高圖面質量、加快繪圖速度是非常重要的。
( 1）常用繪圖工具及用法:常用的繪圖工具有丁字尺、三角板、圓規、分規、比例尺、曲線板、墨線筆等。
自學技術
丁字尺及三角板的使用方法繪圖時，用膠帶紙將圖紙固定在圖板左下方的適當位置，不要使用圖釘固定圖紙，以免損壞板面。丁字尺由尺頭和尺身紐成，畫圈時應使尺頭靠緊圍板左側的工作邊，沿丁字尺的尺身工作邊（有刻度）自左向右畫出水平線（圖5-45 )。
三角板一般由兩塊組咸一對，它除了可以畫直線以外，還常與丁字尺配合使用畫垂直線和傾角為15°倍數的斜線(圖5-46)。
問題思考
(1）我們為什么要學習識圖和繪圖
(2）制圖標準有何作用
(2）繪圖用品:常用的繪圖用品有繪圖紙、繪圖鉛筆、膠帶紙、擦圖片、小刀、砂紙、繪圖橡皮等。其中，繪圖紙要求質地堅實，用橡皮擦不易起毛;繪圖鉛筆也應根據需要選擇軟硬適度的。
(三）三視圖及繪制
立體圖可以很直觀地表現物體的整體形狀,可是卻難以表示清楚物體各個表面的形狀。為了把物體完全表達清楚，人們采用了三視圖。
1.三投影面體系
用三個互相垂直相交的平面,構成三投影面體系（圖5-47 )。其中,正立投影面(簡稱正面)用V表示,水平投影面(簡稱水平面)用H表示,側立投影面〔簡稱側面)用w表示，ox.oy.Oz稱為投影軸，O稱為原點。
2.三視圖的形成
將物體置于三投影面體系中，使物體主要表面平行或垂直于投影面(圖5-48)。用正投影法分別向V、H、W面投影，即得到物體的三個視圖。
主視圖——由前向后投影,在正面V上得到的視圖。
俯視圖——由上向下投影，在水平面H上得到的視圖。
左視圖——由左向右投影,在側面W上得到的視圖。
3.三視圖的展開
為了使三個視圖畫在一個平面上，需要把三投影面展開。其方法是:V面不動，H面繞OX軸向下旋轉90°，W面繞OZ軸向右旋轉90°。由圖5-49可知，主視圖反映了上下、左右，俯視圖反映了左右、前后，左視圖反映了上下、前后。
4.三個視圖之間的投影關系
把物體左右尺寸稱為長，前后尺寸稱為寬，上下尺寸稱為高，則主、俯視圖都反映了物體的長，主、左視圖都反映了物體的高，左、俯視圖都反映了物體的寬。三個視圖之間存在一定的投影關系。
（ 1)主、俯視圖中相應投影的長度相等,即主、俯視圖長對正。
(2)主、左視圖中相應投影的高度相等,即主、左視圖高平齊。
(3)左、俯視圖中相應投影的寬度相等，即左、俯視圖寬相等。
5.三視圖的繪制圖5-50所示的彎板是一個簡單的機械零件，我們以它為例說明三視圖繪制的一般步驟。
(1)形體分析。繪圖前，先對繪制內容進行形體分析，做到心中有數。這樣，有利于圖形的布局與繪制。
(2)選主視圖。選定主視圖時，應考慮如下因素:物體擺放應使盡可能多的表面平行或垂直于投影面;選擇能反映物體主要形狀特征的方向為主視圖投影方向;同時考慮盡量使俯視圖和左視圖簡單易畫，虛線少。
(3）布置圖面，畫作圖基準線,開始繪制(圖5-51 )。
技術實踐
(1）下面左邊的立體圖分別對應右邊的哪個三視圖（圖5-52) 用連線標出。
(2）根據立體圖和主、俯視圈，補畫左視圖（圖5-53)。
自學技術
三視圖的尺寸標注
尺寸是圖樣的重要內容，其種類、標注要求、標注方法如下:
(1)按尺寸的作用可將其分為以下三類:
1)定形尺寸:確定物依上某一結構要素的形狀大小的尺寸。
2）定位尺寸:確定物體上兩個形體或結構要意之間相對位置的尺寸。
3）總體尺寸:表示物體總長、總寬、總高的尺寸。
(2)標注尺寸的要求:
1）正確:尺寸標注的方法要符合國家標準的有關規定。
2)完整:標注尺寸要齊全，既不能遺漏，也不能重復。
3）清晰:尺寸布置要整齊，以便于閱讀和查找。
4)合理:尺寸標注要符合設計和工藝要求。
(3）以軸承座三視圖(圖5-54）為例，標注尺寸的方法和步驟是:
1）形體分析:軸承座由底板、支承板和肋板三部分組成(圖5—54a）。
2)選擇尺寸基準:選擇長、寬、高三個方向的尺寸基準（圖5-546)。
3）逐個注出各部分的定形和定位尺寸(主視圖中R24、o32、20等)。
4)標注各部分之間的定位尺寸(主視圖中的尺寸60）。
5)標注所需的總體尺寸（標注總長的尺寸100、標注總寬的尺寸66）。
6)檢查尺寸有無多余或遺漏，完成全部標注。
(四）裝配圖及識讀
裝配圖是表達產品、部件及其工作原理與裝配關系的圖樣，主要用于產品及其部件的裝配、調試、安裝、維修等工作，是設計、制造和生產過程中所需要的重要技術文件。
在產品和部件的設計過程中，一般先進行設計，根據設計方案畫出裝配圖，再由裝配圖分解畫出零件圖，并在裝配過程中依照裝配圖進行裝配。一張完整的裝配圖包括:①產品或部件的完整視圖;②尺寸標注，以反映產品或部件的必要參數;③標題欄和明細欄:按照國家標準繪制標題欄和明細欄，并按要求將零部件進行編號和填寫，備注該產品或部件在裝配、檢驗和使用等過程中的要求(圖5-55)。
技術實踐
觀察圖5—55所示的裝配圍，分析一下，該產品由幾個部件（零件）組合而成 分幾步可以將部件(零件）組裝成完整的產品
調查研究
查閱一些機械圖、建筑圖、家具圖等圖樣，你有哪些看不懂的地方
二、簡單電路圖的識讀
一個完整的設計過程，不僅是對結構和造型的把握,還應該了解其內部機構。如設計一盞臺燈，我們不僅要考慮其造型元素、尺寸高度、色彩搭配、光線角度等，還應該對其內部的電路構造有一定的了解。圖5-56所示是一個最基本的實物電路簡圖，在實際生產、生活中廣泛應用的電路比這個要復雜得多，用實物表述的方法就顯得煩瑣了。
為了簡化表述，設計出了由電路元件符號和連接導線組成的電路圖（圖5-57)，它可以快捷、規范地把電路表述清楚。
電路圖中的電子元件、電器和電氣設備，以及表示導線的實線條等，都是有一定規范要求的。而識讀電路圖的關鍵是熟悉這些電氣系統技術交流的基本語言。表5-6列出了一些符號及說明。
由于電氣系統涉及的元件、器件和設備品種繁多，所以各種符號也很多，以上只是一些常見的符號。電路圖的各種符號和畫法規定可以在相關國家標準中查閱到。
討論交流
簡單電路圖的識讀練習識讀下面幾個簡單的電路圖，先自行思考，然后與老師、同學討論，再查看下面的文字。
(1）圖5—58中的電路由電池、燈泡和兩個單刀雙擲開關（又叫“一開雙控”開關）組咸。不論從哪一端開或關都可以接通和斷開電路。這樣的開關適宜安裝在長廊兩頭或是樓梯的底端和頂端。可在這失開燈，走到另一失關燈。
(2）圖5-59電路安裝了一個具有動合觸點且能自動復位的按鈕開關。按下燈亮,松手燈滅。電門齡就可利用這種電路。
( 3）圖5-60電路是利用三極管控制燈泡的亮度。二極管的基極連接著電位器，集電極和發射極與燈泡回路相可變電阻，調整中心抽頭，可以改變加在基極上的電壓和電流，從而通過三極管的作用改變通過燈泡的電流大小，起到控制亮度的作用。
通過練習識讀電路圖可知，認識了符號就具備了識圖的基礎，再運用物理學科學習的電學知識進行分析,我們就能看懂電路圖了。
創客坊
試著識讀一些小家電電路圈。閱讀時先弄清圖中每個符號所代表的含義，然后逐步分析電路原理。可以適當結合實物分析。如有困難，請查閱資料或請教他人解決。
三、計算機輔助設計
計算機輔助設計( Computer Aided Design）是從20世紀50年代開始，隨著計算機及其外圍設備的發展而形成的一門新技術，是現代設計方法和手段的綜合體現。它有著手工制圖不可比擬的優越性，現已廣泛應用于機械、建筑、電子、航空、汽車、化工、藝術等諸多領域。
1．計算機輔助設計的優點
(1）提高工作效率，降低勞動強度。在設計階段，要對方案不斷地進行修改和完善，如果用手工繪圖，往往費時費力，圖面修補的次數多了就會顯得臟亂，而利用計算機輔助設計則可以完全避免這一問題。
(2）精度提高、方便保存。對于一些相對簡單的設計，手工繪圖可以達到十分精確的程度，但對于一些規模大、復雜的建筑設計，如果離開了計算機輔助設計，困難將成倍增長。計算機輔助設計在日影分析、燈光照度分析等方面的計算精度、速度是手工計算無法比擬的。另外，計算機輔助設計制作的圖形、圖像文件可以直接存儲在硬盤或其他存儲介質上，保存、調用都極為方便。
(3）效果逼真。計算機輔助設計的虛擬現實技術能真實再現物體的材質、光影關系等，使人有身臨其境的感覺，可廣泛應用于城市規劃、室內設計、房產開發以及軍事與航天工業等領域。例如，在建筑設計上，只要建筑的三維模型搭建完成，就可以任意指定透視角度、模型材質，快速生成多張效果圖而無須從頭做起，這是傳統手繪效果圖無法比擬的(圖5—61、圖5—62）。
2．計算機輔助設計系統的基本功能
(1)繪制二維圖。二維圖能很方便地創建出各種二維圖形對象，如直線、圓、橢圓、矩形等，可快速、準確地繪制出復雜的圖形。
二維圖可以簡單分為兩種:一種主要是繪制工程圖;另一種主要是為了增強效果式草圖的表現效果和彌補手繪草圖的短板（圖5-63）。此外,為了能集合手繪和計算機軟件繪制的優點，還可以使用手繪板、手繪屏等輔助工具與二維繪圖軟件配合使用。
( 2）進行三維設計。根據設計要求，采用線框、曲面或實體造型技術對產品零部件進行三維造型設計，并可進行裝配、爆炸、動畫仿真和三維建模（圖5-64）。爆炸圖更能反映出各零部件的位置和鑲嵌關系，能更有目的、有著重點地表現相應零部件或產品的特性，最主要的還是直觀反映了裝配關系〔圖5—65 )。動畫仿真是一種三維造型設計的展現方法，它將產品的結構、功能、特點、工作原理通過動畫形式立體呈現出來，使人們直觀、翔實、全方位地了解產品的功能及特色，更便于表達設計人員的創新設計和想法。
此外，為提高設計人員的工作效率，市面上推出了能為整個造型定義流程（從概念草圖到三維模型）提供一整套完備的可視化和分析工具的軟件。這類軟件可以根據草圖直接生成三維模型,也可以用三維模型逆向生成草圖。
(3）進行參數化設計，具有龐大的圖形及符號庫。對于那些具有相似結構的標準化或系列化零部件，通過對其尺寸和幾何約束進行參數化定義，建立圖形程序庫，調出時通過賦值即可生成所需圖形。計算機輔助設計系統都建有常用圖形和符號庫，以便設計時調用。
(4)進行工程分析。現代計算機輔助設計系統提供了強大的工程分析工具，如優化分析、運動學和動力學分析、模擬仿真、人因工程及制浩工藝分析等，這些功能可幫助設計人員進行合理的設計。
3，計算機輔助設計的應用實例
我們以翻蓋垃圾桶的二維設計和三維設計為例，介紹利用計算機輔助設計繪圖的一般步驟和方法。
( 1）翻蓋垃圾桶的二維設計。
1)選擇合適的線型，畫出一個視圖的基準并畫出三個視圖。
2）標注圖中零部件尺寸。
3〕繪制標題欄,填寫標題及文字說明等。
(2）翻蓋垃圾桶的三維設計。
技術實踐
自學一種圖像、圖形、工程或藝術設計軟件，運用這個軟件繪制出教師辦公室用生態垃圾桶或自己所選課題的三視圍。
小結與評價
一、小結制訂設計方案是技術設計的關鍵環節。通過本章的學習，我們學會了如何進行產品的初步設計和深化設計，學會了為自己設計的產品選擇正確的材料和加工工藝，掌握了設計的工程表達方法。請根據下列題目所提供的線索，對本章的學習內容和自己的實踐過程進行小結。
( 1)什么是技術語言 技術語言的種類有哪些
(2）如何為自己設計的產品選擇材料和加工工藝
(3）你能識讀簡單的效采圖、機械加工圖、電路圖等常見的技術圖樣嗎
(4）你能繪制簡單的三視圖嗎
二，評價將自己的設計方案在小組內交流,重點說明自己的設計思想和創新亮點，并對該設計方案做出評價。評價提示:
(1)設計的創新亮點在哪里
(2)你的設計符合設計原則嗎
(3）采用了哪幾種表達交流方式 表達與交流能力提高了嗎
（4)與同學合作得好嗎 小組的團隊精神體現得怎樣
自我評價:_
同學評價:_
老師評價:_
技術，讓生活更美好

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