главный вид детали на эскизе должен быть выбран с учетом
Эскизирование деталей
7.1 Алгоритм выполнения эскиза детали
Последовательность операций при выполнении эскизов выработана практикой и может быть представлена следующим алгоритмом.
7.1.1 Изучение детали, анализ геометрической формы
Перед съёмкой эскиза детали внимательно её осмотрите, выясните назначение детали проанализируйте форму (конструктивные особенности), последовательность её изготовления. Необходимо выявить поверхности, которыми деталь соприкасается с поверхностями других деталей в изделии (сопрягаемые поверхности). Определите пропорции между элементами детали на глаз, материал, из которого она изготовлена.
7.1.2 Выбор главного и определение необходимого количества изображений
Главное изображение должно давать ясную и максимальную характеристику конструктивных особенностей изделия (формы и размеров изделия) и его функционального назначения. При выборе главного изображения рекомендуется учитывать технологию изготовления детали, её положение при обработке или в сборочной единице.
Далее рекомендуется решить, какие изображения ещё необходимо выполнить для полного выявления формы всех элементов изделия, чем-либо дополняющие главное. Число изображений (виды, разрезы, сечения) должно быть минимальным, но достаточным для изготовления и контроля изделия.
Для деталей типа тел вращения с различными конструктивными элементами (отверстиями, срезами, пазами) главное изображение часто дополняют одним или несколькими видами, разрезами, сечениями, которые выявляют форму этих элементов.
Планки, линейки, валики, оси, втулки и т. п. рекомендуется выполнять горизонтально (так как, в большинстве своем, изготавливаются на токарном станке, у которого ось вращения заготовки горизонтальна), а корпуса, кронштейны и т. п. — основанием вниз. Главное изображение, часто, это фронтальный разрез вдоль плоскости симметрии изделия, наиболее полно выявляющий его форму.
7.1.3 Выбор формата, масштаба и композиционное решение чертежа
Определив количество изображений, выберите приблизительный (глазомерный) масштаб и формат. Формат эскиза выбирают в зависимости от сложности поверхностей изделия, с учётом возможности как увеличения изображения по сравнению с натурой, для сложных и мелких, так и уменьшения простых по форме и крупных изделий.
На выбранном формате (А3, А4) нанесите (без применения линейки) рамку поля чертежа, основную надпись. Заполните графы основной надписи. Дальше предстоит выполнить компоновку, т.е. вычертить прямоугольники по габаритным размерам изображений и нанести осевые и центровые линии, предусмотрев при этом место для размещения размерных линий. Согласуйте компоновку с преподавателем.
7.1.4 Зарисовка изображений
Постройте изображения (линии тонкие), начиная с основной геометрической формы. Работу выполняйте в аудитории, имея перед глазами деталь. Разрезы и сечения временно оставьте не заштрихованными.
Нельзя упрощать конструктивные детали, не нанося галтели, зенковки, фаски, т.к. такие конструктивные особенности влияют на прочность детали, её правильную работу, удобства сборки и т.д.
Убедившись в верности построенных изображений, удалите вспомогательные линии и обведите линии контура толщиной 0,8…1,0 мм. Заштрихуйте разрезы и сечения. Расстояния между линиями штриховки – 2…3 мм.
7.1.5 Нанесение выносных и размерных линий
Нанесите выносные и размерные линии, предварительно наметив основные и вспомогательные конструкторские базы, как бы мысленно изготавливая деталь. Не допускается дублировать размеры. При нанесении необходимо соблюдать требования ГОСТ 2.307- 2011.
7.1.6 Обмер деталей, нанесение размеров
Выполните обмер детали при помощи измерительных инструментов и нанесите размерные числа шрифтом 5, согласовывая со стандартами ГОСТ 6636-69 — Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные линейные размеры, ГОСТ 10549-80 — Выход резьбы. Сбеги, недорезы, проточки и фаски.
7.1.7 Проверка чертежа
Выполните окончательную проверку эскиза и его соответствие детали.
7.2 Определение размеров деталей с натуры
7.2.1 Определение линейных размеров измерительными инструментами
Для определения линейных размеров при выполнении эскизов используют простейшие измерительные инструменты: линейку, кронциркуль (для измерения наружных диаметров), нутромер (для внутренних диаметров). С их помощью размеры получают с погрешностью 1…0,5 мм. Более точно (с погрешностью 0,1…0,05 мм) измеряют размеры штангенциркулем. При определении размера сначала считают по шкале штанги число миллиметров до нулевого штриха нониуса, а потом по шкале нониуса смотрят, какой штрих нониуса точно совпадает со штрихом шкалы штанги. Совпавший штрих нониуса укажет число десятых долей миллиметра. Примеры измерения указанными инструментами показаны на Рисунках 7.1 и 7.2.
Рисунок 7.1 — Измерительные инструменты
Рисунок 7.2 — Измерение расстояний между центрами отверстий и толщин стенок
Радиусы скруглений определяют радиусомером (набор шаблонов) (Рисунок 7.3, а). Определение параметров стандартной резьбы производят с помощью штангенциркуля и резьбомеров. Резьбомеры представляют собой набор шаблонов, измерительная часть которых соответствует профилю стандартной резьбы. Резьбомеры бывают двух типов: для метрической резьбы с клеймом «М60 0 » и размером шага в миллиметрах на каждой пластинке и для дюймовой и трубной резьбы с клеймом «Д55 0 » и указанием числа ниток на дюйме на каждой пластинке. Для измерения шага резьбы на детали резьбомером подбирают шаблон-пластинку, зубцы которой совпадают с впадинами измеряемой резьбы Рисунок 7.3, б). Затем читают указанный на пластинке шаг (или число ниток на дюйм). Наружный диаметр стержня (или внутренний в отверстии) измеряют штангенциркулем. Определив размер и шаг, устанавливают тип и размер резьбы по таблицам стандартной резьбы (ГОСТ 8724-81, ГОСТ 6357-81).
а | б |
Рисунок 7.3 — Измерение радиусов и шага резьбы
7.2.2 Съёмка размеров с помощью отпечатка
Форму и размеры плоского контура можно снять в виде отпечатка на бумагу. Деталь положите на бумагу и контур обведите острым карандашом. По отпечатку установите геометрическую форму и размеры контура. Радиусы и центры дуг определяют, проведя перпендикуляры из середины двух хорд дуги одного радиуса, при наличии оси симметрии её можно считать за один из перпендикуляров (Рисунок 7.4).
Отпечаток контура кромки внутренней полости детали снимают на бумагу протиранием контура графитом карандаша. По отпечатку устанавливают геометрическую форму и размеры контура.
При отсутствии резьбомера шаг резьбы может быть определён с помощью оттиска на бумаге. Для этого резьбовую часть детали обжимают листком чистой бумаги так, чтобы получить на ней отпечаток ниток резьбы. Затем, по оттиску необходимо измерить расстояние L между крайними чёткими рисками с погрешностью не более 0,2 мм. Сосчитав число шагов n на длине L (на единицу меньше числа рисок), определяют шаг резьбы.
Пример. Наружный диаметр резьбы 14 мм. Оттиск дал 10 чётких рисок (т.е. 9 шагов) общей длиной L = 13,5 мм. Определяем шаг P = 13,5:9 = 1,5 мм. По ГОСТ 8724-81 находим резьбу М14х1,5, т.е. метрическая резьба 2-го ряда с мелким шагом.
Рисунок 7.4 — Съемка размеров элементов деталей
Выбор главного изображения на чертеже
При составлении чертежа прежде всего решается вопрос правильного выбора и расположения главного изображения. Возможные при этом ошибки ведут к излишнему количеству изображений, нерациональному их составу и структуре (избытку штриховых линий невидимого контура, нецелесообразному распределению размеров и др.)г неверной ориентации положения детали в пространстве, неудачной компоновке чертежа, затруднительному его чтению. На рис. 1, а, например, показан случай неудачного выбора главного изображения. Правильный выбор (рис. 1, б) не требует второго изображения.
Рисунок 1. Пример неправильного выбора главного изображения
Школьники должны четко уяснить понятие «главное изображение». Под ним понимают наиболее характерное, дающее самое полное представление о форме изделия изображение, которое позволяет нанести наибольшее количество размеров и обеспечивает полное использование поля чертежа. За главный принимают тот вид детали, который передает ее характерный внешний контур, наибольшее количество видимых очертаний, важные конструктивные элементы, позволяющие судить о назначении и работе в механизме, а также дает возможность уменьшить количество других изображений.
Главным изображением может быть вид, разрез, сечение или комбинированное изображение. Различные случаи, встречающиеся в практике, систематизированы на рис. 2. Это может быть вид 1, разрез полный простой 2 или сложный 3. Для удлиненных деталей стандарт допускает вид с разрывом 4. В качестве главного изображения в отдельных случаях может выступать и сечение. В частности, для изогнутых изделий секущей поверхностью служит цилиндрическая, разворачиваемая затем в плоскость, с тем чтобы обеспечить нормальное поперечное сечение на фронтальной плоскости проекций 5.
Рисунок 2. Примеры главных изображений на чертеже
Главным может выступать и условное изображение. Например, цилиндрические пружины сжатия и растяжения из проволоки круглого сечения показываются условно: витки изображаются прямыми линиями, сечения пружины условно принимаются как окружности. При значительном количестве витков допускается изображение на ее концах только по 1—2 рабочих витка, а на всей длине проводятся только осевые линии через центры сечений витков 6. Изображается всегда правая навивка, а необходимые уточнения даются в технических требованиях.
На рис. 3 приведены примеры различных комбинаций видов, разрезов и сечений на главном изображении. Для симметричных деталей (тел вращения) половина вида соединяется по осевой линии с половиной разреза 1. В случаях совпадения линий контура или проекций ребер с осью симметрии часть вида и часть разреза соединяются по сплошной волнистой линии 2. Для детали с ребром на наружной поверхности показывается менее половины разреза 2, а с ребром на внутренней полости — более половины разреза 3. Соединение части вида и части разреза несимметричной детали осуществляется по волнистой линии 4. Главный вид может включать один — 5, а, два 5, б, а иногда и более местных видов.
Рисунок 3. Примеры различных комбинаций видов, разрезов, сечений на главном изображении
Нередко при соединениях половины разреза с половиной вида включают местный разрез, секущая плоскость которого не совпадает с секущей поверхностью основного разреза 6. На главном виде местный разрез симметричного элемента допускается разделять штрихпунктир- ной тонкой линией 7, а, вместо волнистой 7, б.
Главный вид может выступать не только в комбинации с разрезом, но и с сечением. Симметричные сечения можно располагать в разрыве между частями вида 8, полным 9 или частичным 10 наложением сечения на вид.
Для изготовления фасонных деталей из листового материала требуются развертки, которые на рабочем чертеже часто совмещаются с главным видом и наносятся тонкой штрихпунктирной линией с двумя точками 11.
В качестве главного изображения нередко используют разрезы, среди которых встречаются комбинации с местным видом неразрезаемого конструктивного элемента 12, с наложенной проекцией 13, с частично наложенным сечением 14, с местным разрезом условно не рассекаемого элемента 15, имеющего внутреннюю полость.
При выборе главного изображения учитываются формообразование детали, ее основная геометрическая и конструктивная особенность и назначение. Важное значение при этом придается положению детали на главном изображении. Однако в данном вопросе нет единого мнения. Одни авторы учебных и методических пособий отдают предпочтение преимущественно рабочему положению,» которое занимает деталь в механизме при эксплуатации, другие — положению детали в процессе ее изготовления. Многообразие конструктивных форм деталей не позволяет выработать однозначную рекомендацию на все случаи. Однако анализ производственных чертежей позволяет выделить следующие варианты расположения детали на главном изображении в порядке убывания распространенности:
В большинстве случаев на рабочих чертежах положение детали соответствует основной технологической операции при ее изготовлении. И это вполне объяснимо: разработчики руководствуются удобством использования чертежа в производстве, располагая детали на главном виде в положении, при котором заготовка подвергается обработке. Такая позиция целесообразна и для обучения. Во-первых потому, что она приближает его к производству, во-вторых — обеспечивает вооружение учащихся рациональными приемами графической деятельности, в-третьих, надо иметь в виду, что при выполнении графических работ школьники не всегда могут определить положение отдельной детали в машине.
Но сложность и многообразие форм, конструкций изделий, их функций, технологий изготовления не всегда предполагает рациональный выбор главного вида в соответствии с положением при обработке. Оптимальными могут быть положение при эксплуатации или расположение, традиционно используемое в конструкторской практике для данного типа изделий. В связи с этим, с методической точки зрения, необходима четкая группировка типов деталей по признаку расположения их при фронтальном изображении. Односторонний подход только с учетом формы, функции или с технологических позиций не обеспечивает рационального решения и приводит к той или иной крайности. В учебной практике необходимо руководствоваться принципом комплексного анализа изображаемой детали, включающего компоненты геометрического, конструктивного, технологического, функционального и экономического анализа (см.: Бе лан Е. П., Белан П. Т. Анализ графических изображений // Школа и производство. 1986. № 2).
Комплексный анализ отражает современные тенденции к поиску наиболее рациональных путей построения графических изображений, позволяет выделить следующие три группы. В первую входит значительное число деталей, при выборе главного изображения которых предпочтение отдается технологическому подходу. К ним относятся тела вращения (валы, оси, винты, шпиндели, штоки, втулки, шайбы, кольца, пробки, штифты, диски, шкивы и т. п.). На их главном виде располагают оси горизонтально, что соответствует положению при токарной обработке. При этом диаметры внешних ступенек следует помещать с возрастанием справа налево, а внутренних — наоборот. Резьбовые элементы необходимо располагать по ходу нарезания резьбы (справа налево). Такое расположение деталей и их элементов удобно для чтения и нанесения размеров с учетом технологии обработки.
С горизонтальным положением оси изображают зубчатые колеса, маховики, фасонные кулачки, эксцентрики и др. Подобным образом подходят к деталям типа рычага, тяги, шатуна, вилки, серьги и т. п. Их базовые отверстия, обработка которых является основной технологической операцией, располагают на главном изображении осью параллельно или перпендикулярно основной надписи в продольном разрезе.
Проекции деталей, заготовки которых получают литьем, ковкой, сваркой и прессованием из пластмасс (корпуса машин, редукторов, подшипников, приборов, крышки, фланцы и др.), помещают на главном виде так, как они располагаются при выполнении процесса сборки, контроля или разметки на разметочной плите, т. е. горизонтально. Механическая обработка этих деталей (точение, сверление, нарезание резьбы, фрезерование) осуществляется при разных их положениях, поэтому выделение главной механической операции, как правило, не представляется возможным. Фасонные детали из листового материала, получаемые штамповкой или гибкой, на главном изображении располагают в соответствии с их положением при изготовлении на прессе или гибочном станке.
Вторую группу составляют детали типа кронштейна, угольника, стойки, опоры, бабки, блока, станины, плиты, тройника, корпуса кранов, вентилей, насосов, которые на главном изображении показываются в рабочем положении при эксплуатации машин. Их опорные поверхности занимают рабочее горизонтальное, реже — вертикальное положение. Эти же поверхности, как правило, принимаются за базовые в процессе изготовления и обрабатываются в первую очередь.
В третью группу входят такие детали, положение которых при обработке на станках, а также в машинах при эксплуатации меняется. Типичным примером является поршень, расположение которого в двигателях внутреннего сгорания и компрессорах может быть вертикальным, горизонтальным или наклонным. При изготовлении (литье, механическая обработка, сборка) позиция его также различна. Поэтому на чертеже эту деталь принято изображать вертикально днищем вверх.
Таким образом, описанные группы охватывают практически все разновидности деталей, включенных в классификацию А. П. Соколовского (см.: Ботвинников А. Д. Справочник по техническому черчению. М.: Просвещение, 1974).
Выбор главного изображения упрощается при использовании знаков, надписей, обозначений, поскольку исключается та часть изображений, которую эта символика заменяет. Обычно детали цилиндрической формы (рис. 4) изображаются вдоль оси. Из двух определяющих показывают проекцию с расположением оси параллельно фронтальной плоскости проекций (рис. 4, а), а вторую заменяют знаком 0 (рис. 4, б). Для плоских деталей цилиндрической формы, как и для деталей из листового материала других очертаний, используют характерную проекцию в виде круга, а вторую заменяют буквой s, обозначающей толщину пластины (рис. 4, в). Аналогично изображается удлиненный цилиндр — проекцией, представляющей круглый профиль, а вторую заменяют буквой I с размерным числом, указывающим длину детали (рис. 4, г). В случае изображения плоской детали с глухим отверстием второе изображение не строят, а используют прием, показанный на рис. 5. Вслед за обозначением Ø размещают обозначение буквой h глубины отверстия.
Зависимость расположения детали на главном изображении чертежа от ее положения при изготовлении или эксплуатации иллюстрируется схемой (рис. 6). Комплексный анализ детали позволяет определить первоначальное положение ее на главном изображении. При необходимости оно корректируется с помощью преобразования (поворота, вращения) с целью более наглядного отражения конструктивных элементов. После этого уточняется структура главного изображения путем его согласования с другими изображениями и удобства нанесения размеров.
Рисунок 6. Схема
На рис. 7 показана последовательность выбора главного вида ступенчатого валика, имеющего на одной части сквозное отверстие, а на другой — глухой шпоночный паз. Валик представляет тело вращения, поэтому при точении он располагается горизонтально. При рассмотрении естественным кажется показать видимыми отверстие и шпоночный паз (рис. 7, а). Однако детальная проработка показывает, что положение отверстия на главном виде не позволяет однозначно судить о том, глухое оно или сквозное. Построение второй проекции либо вынесенного сечения нельзя признать рациональным. Целесообразнее изменить пространственное положение валика, развернув его на 90° так, чтобы отверстие спроецировалось вдоль, а шпоночный паз расположился вверху (рис. 7, б). Согласуя главный вид с другими изображениями и принимая во внимание удобство нанесения размеров для полного отображения формы шпоночного паза, используют еще одно изображение — местный (контурный) вид и местные разрезы (рис. 7, в).
Рисунок 7. Последовательность выбора главного вида ступенчатого валика
Изложенные рекомендации предусматривают техникотехнологический подход к построению графических изображений. Он характерен для машиностроительного черчения, и использование его в школе показывает, что успешное овладение способами рационального выбора главного изображения зависит от исходных данных. В курсе черчения VIII класса разработка чертежей (эскизов) деталей с выполнением необходимых видов, разрезов и сечений осуществляется с натуры, по аксонометрической проекции, словесному описанию, сборочному чертежу (чертежу общего вида) и по мысленной модели.
Выбору графических изображений, как правило, предшествует восприятие материального или материализованного объекта и мысленное создание пространственного образа, которое имеет свои особенности и закономерности. В частности, наглядное изображение и сборочный чертеж, как исходные данные для построения чертежа детали, сами по себе уже включают своеобразные подсказки по выбору главного изображения. Аксонометрическая проекция строится в непосредственной связи с прямоугольными. Например, трем видам (спереди — фронтальная проекция, слева — профильная и сверху — горизонтальная) соответствуют три стороны детали на наглядном изображении. Поэтому при решении обратной задачи на построение ортогональных проекций по аксонометрической можно сразу ориентироваться на вид спереди, т. е. главный вид. Исключение составляют те случаи, когда на аксонометрической проекции необходимо перейти от левой системы координат к правой (например, показать предмет справа или представить раскрытым угол пространства при местном вырезе на правом конце детали).
Если чертеж детали строится по сборочному (чертежу общего вида), то следует учитывать, что в конструкторской практике сборочные чертежи, как и рабочие, разрабатываются на основе общих видов. Если проект не включает чертежи общих видов, то их функции дополнительно выполняют сборочные чертежи, которые и деталируют. Когда же сборочный чертеж служит исключительно для сборки, то главный вид на нем соответствует положению изделия в процессе выполнения этой операции, а не в рабочем положении. На чертежах общего вида сборочная единица на главном изображении обязательно располагается так, как при выполнении своих функций при эксплуатации. Сборочные чертежи, выполняющие и роль чертежей общих видов, широко распространены в учебной практике. На них главное изображение изделия показывается преимущественно в рабочем положении. Это позволяет ориентироваться на рабочее положение каждой детали в сборочной единице при выборе ее главного изображения. В зависимости от исходных данных учителю необходимо дополнять отсутствующую информацию, позволяющую уяснять принцип работы, функции, технологию изготовления и контроля деталей, на которые составляются чертежи.
Обучение школьников способам рационального выбора главного изображения должно осуществляться поэтапно. Первые умения формируются в курсе проекционного черчения VII класса на стадии геометрического анализа при построении проекций предметов. Наблюдения за работой учащихся по выбору главного изображения в условиях отсутствия у них сформированных рациональных способов показывают, что школьниками применяются следующие приемы: случайный выбор, манипулятивный, выбор по контуру, по общему характеру формы, комбинированием, на основе геометрического анализа, с помощью мысленного преобразования.
Наиболее низкий уровень работы отмечается при случайном выборе, а наиболее высокий — при мысленном оперировании пространственным образом в процессе выбора главного изображения. В первом случае школьники останавливаются на том виде, который имеет выделяющиеся особенности (выступы, углубления, вершины углов, резкие переходы контура, асимметрию и т. ‘д.). Они не являются определяющими, но уводят внимание от главного вида. Использование манипулирования натуры относительно наблюдателя полезно только на начальных стадиях развития подвижности пространственного мышления: наглядная опора сковывает умственные действия, не позволяет вырабатывать и проявлять способность к отвлеченному мышлению (см.: Ботвинников А. Д., Ломов Б. Ф. Научные основы формирования графических знаний, умений и навыков школьников. М.: Педагогика, 1979).
Выбор главного изображения по контуру осуществляется учащимися довольно часто. Контур является важным носителем формы предметов, особенно при наличии информативных элементов. К этому приему прибегают преимущественно те школьники, которые владеют приемами выполнения чертежа «от контура». Для натурных объектов, имеющих характерные контуры главных видов (например, типичные профили, тела вращения), школьники применяют упрощения чертежа, замену отдельных проекций знаками, надписями, обозначениями.
Если учащиеся владеют понятиями определяющих проекций и четко выделяют их для простых геометрических тел, то они без особых затруднений используют прием выбора главного изображения по общему характеру формы предмета. Этот прием может быть применен для построения чертежей таких предметов, которые в целом представляют собой простые формы с частной детализацией.
Встречаются случаи, когда школьники осуществляют выбор фронтальной проекции, прибегая к комбинированию, т. е. меняя сочетания трех проекций и поочередно рассматривая каждую из них в качестве главной, определяют наиболее представительную по характеру и объему графической информации. Такой прием используется учащимися, имеющими наклонность к комбинированным действиям.
Выбор главного изображения на основе геометрического анализа ведется школьниками целенаправленно. Предмет мысленно расчленяется на простые геометрические тела, для каждого из которых устанавливаются определяющие проекции и главный вид. Затем выбирается то направление проецирования на фронтальную плоскость, по которому определяется наибольшее количество главных видов простых тел, составляющих предмет. Если учащиеся владеют приемом выделения «блоков» простых тел, ориентированных в одном направлении (см.: Лешер В. Ю. Два подхода к обучению анализу формы предметов // Актуальные вопросы совершенствования графической подготовки учащихся. М.: НИИ СиМО АПН СССР, 1980), то решение значительно ускоряется.
Определение главного изображения с помощью мысленного преобразования свойственно учащимся с развитым пространственным мышлением. Им доступно умственное моделирование форм предметов.
В зависимости от формы предмета и его характерных особенностей возможно и сочетание названных приемов выбора главного изображения. Но как использование отдельных приемов, так и их комбинирование у школьников обычно не отличается систематичностью. Задача учителя состоит в том, чтобы обеспечить последовательное накопление ими опыта, потому что рассмотренные приемы являются составной частью методики выбора главного изображения.
В заключение следует отметить, что учащиеся испытывают трудности при определении положения главного вида. Это объясняется тем, что в структуре пространственного мышления оперирование созданным образом представляет собой уровень развития более высокого порядка. Формированию подвижного пространственного мышления способствуют задачи на преобразование, которые систематически публикуются в журнале.
Заметим в этой связи, что используемые в курсе черчения задачи на построение третьей проекции по двум заданным полезны с дидактической точки зрения, они способствуют выработке определенного стереотипа мышления: во всех случаях требуется построение трех проекций. В силу этого школьники, не особенно задумываясь, выполняют сразу три проекции предмета.
Чтобы исключить возможность появления этого стереотипа, необходимо еще на этапе освоения метода прямоугольного проецирования на плоскости проекций обращать вни
мание на достаточное (минимальное) количество проекций для каждой модели. Что же касается задач на построение третьей проекции, то в их условие необходимо добавить еще один пункт: после построения третьей проекции отыскать избыточную и исключить ее. Показательными могут быть задачи, в которых лишней будет одна из двух заданных проекций.