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第五章　设计图样的绘制
知识体系
二、常见的技术图样
教材解读
一、设计表现图
1.技术语言的种类
技术语言是一种在技术活动中进行信息交流的特有的语言形式。
(1)按照专业类型来分,有计算机程序语言、工程图样等。
(2)按照人的感觉类型来分,有视觉语言、听觉语言、触觉语言等。
(3)按照人的视觉形式来分,有图形符号语言、文字符号语言等。
2.技术语言的特征
言简意赅、通俗直观。
3.典型技术语言的应用
(1)口头语言。(2)技术图样。(3)表格、文字和模型。
4.设计草图
草图也叫方案草图或设计速写,根据所处设计阶段的不同,草图可分为构思草图和设计草图。构思草图是对设计者在设计过程中产生的设计想法的记录,它以具体图形的形式记录和描绘设计者头脑中的诸多想法。设计草图是经过设计者整理、选择、修改和完善的草图。设计的主体构思基本上是在绘制构思草图阶段完成的。设计草图是从构思草图中挑选出来的,可以继续设计的、可行的方案,是通过对细节的完善得到的。
与草图相比,效果图能更真实地表现产品的式样、材质和空间效果等。
二、常见的技术图样
1.正投影与三视图
(1)常用的正投影法就是假设投射线与投影平面垂直,在投影平面上求取物体的投影的方法。
(2)三视图
采用三个互相垂直相交的投影面(即正面投影面V、水平投影面H和侧面投影面W)建立一个三投影面体系,再采用正投影法将物体同时向三个投影面投影,得到三个投影图:
主视图:物体的正面投影,即物体由前向后投射所得的图形,通常反映物体的主要形状特征;
俯视图:物体的水平投影,即物体由上向下投射所得的图形;
左视图:物体的侧面投影,即物体由左向右投射所得的图形。
主视图、俯视图、左视图统称为三视图。
为了把空间的三个视图画在一个平面上,必须把三个投影面展开(摊平)。展开的方法如图(b)所示,将物体从三面投影系统中移出,正面V保持不动,水平面和侧面由OY轴分开,将水平面H绕OX轴向下旋转90°;侧面W绕OZ轴向右旋转90°,使V面、H面和W面摊平在一个平面上,如图(c)所示。由于投影面的边框是假想的,不必画出。这样就得到物体的三视图,如图(d)所示。
(3)三视图的投影规律:主、俯视图长对正;主、左视图高平齐;俯、左视图宽相等。
2.形体的尺寸标注
(1)尺寸标注的基本要求:正确(尺寸标注必须符合国家标准)、完整(尺寸必须标注齐全,不遗漏,不重复)、清晰(尺寸标注布局整齐、清晰,便于读图)、合理(尺寸标注方式符合加工要求)。
(2)尺寸标注三要素:尺寸界线、尺寸线、尺寸数字。图样上的尺寸,以毫米(mm)为单位时,不注写单位,否则必须注明。线性尺寸的尺寸数字一般注写在尺寸线上方或其中断处,水平方向尺寸字头向上,垂直方向尺寸数字写在尺寸线的左侧且字头向左。
(3)标注形体尺寸时,整圆或大于半圆的圆弧需要标注直径,半圆或不足半圆的圆弧需要标注半径,还应注意同一个尺寸一般只标注一次。表示直径的符号是 ,表示半径的符号是R。
3.正等轴测图
正等轴测图是一种可以表现物体三维结构特征的图形。我们可以在产品的设计说明书、广告宣传单上发现这种投影图的踪影。
4.其他技术图样
(1)剖视图
①定义:假想采用剖切平面剖开物体,将处于观察者和剖切平面之间的部分移去,将其余部分向投影面投射所得的图形称为剖视图。剖视图主要用来表达物体的不可见结构。如图所示。
②剖切平面的特征:
a.包含内部结构,如孔、槽的轴线,或物体的对称面。
b.平行于相应的投影面。
(2)零件图和装配图是生产中的重要技术文件,零件图表示零件的结构形状、尺寸大小和技术要求,并根据它加工制造零件;装配图表示机器或部件的工作原理、基本结构、装配关系和技术要求。
(3)机械加工图通常由视图及其尺寸、标题栏和技术要求等几部分组成。
(4)电子电路图一般是指用图形符号和线段组成的电子工程用的略图,包括电路原理图、接线图和逻辑图等。
三、计算机辅助设计
1.计算机辅助设计,是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作的手段,简称CAD。在工程和产品设计中,计算机可以帮助设计人员承担计算、信息存储和制图等工作。
2.计算机辅助绘图是计算机辅助设计最基本和最重要的功能,已经深入各个设计领域,如建筑设计、产品设计、服装设计和广告设计等。
3.三维设计图可以充分表现设计方案的造型、色彩、材质、体量、比例等。运用多种设计软件可以制作出各种设计方案的三维设计图。绘制三维设计图的一般步骤分为建立三维数字模型和渲染两个步骤。
典例变式
[典例1] (2025·浙江6月选考)小明想设计一个装置来实现如图所示的龙灯位置2和位置4支撑件的升降,已知相邻两支撑杆之间的距离为2 m。请你帮助小明设计该装置的机械部分,设计要求如下:
(a)位置2和位置4支撑件运动的速度大小相等、方向相反;
(b)支撑件升降的行程为0.6 m;
(c)采用电机驱动,通过往复运动机构或电机的正反转来实现支撑件的升降;
(d)尽量使用1个电机。
请完成以下任务。
(1)小明构思了四种运动方式来实现支撑件的升降运动,不合理的是
　　　(单选);
A.支撑杆不动,支撑件上下移动
B.支撑杆带动支撑件一起上下移动
C.支撑件与支撑杆一起转动
D.支撑杆转动,支撑件沿轴线上下移动
C
解析:(1)本小题考查设计分析、方案构思、方案筛选等。支撑杆支撑件一起直线往复运动,可以实现的方案有:凸轮、偏心轮、曲柄滑块机构、苏格兰轭机构、曲轴连杆机构、圆锥齿轮转丝杆螺母、同步皮带或链条等均可;支撑杆不动支撑件上下移动,可以实现的方案有:曲柄滑块机构、曲轴连杆机构、蜗轮蜗杆配连杆等均可;支撑杆转动支撑件上下移动,可以实现的方案有:圆柱凸轮、端面凸轮、丝杆(螺杆)螺母、蜗轮蜗杆配齿条等。选项C支撑杆和支撑件一起转动无法实现直线上下升降运动,所以选项C符合题意。
(2)请在头脑中构思符合设计要求的多个方案,并画出最优方案的设计草图
(电机可用方框表示,支撑件与龙灯之间的连接可不表达),简要说明方案的工作过程;
(3)在草图上标注主要尺寸。
答案:(2)(3)
解析:(2)本小题考查简单结构的设计、设计图样中设计草图的绘制等。
(3)本小题考查尺寸标注等。把设计要求的尺寸和相关的限制因素尺寸进行标注。如往复0.6 m,第2、4杆相距4 m等。
[变式1] (浙江选考真题)某小区为防止大型车辆进入影响居民安全,设置了如图所示的车辆限高装置。小明发现限高装置对确有需要进入小区的消防车等大型车辆造成阻碍,于是想设计一种横梁高度可调节的车辆限高装置。请你帮助小明设计该装置,要求如下:
①横梁高度能在2 m到4.5 m之间实现调节;
②横梁可保持在所调节的高度;
③整个限高装置具有一定的强度和稳定性,结构简单,操作方便;
④横梁高度的调节方式可采用手动或电机驱动;
⑤材料自选。
请完成以下任务:
(1)小明发现问题的途径是　　　　(在“A.收集和分析信息;B.观察日常生活;C.技术研究与技术试验”中选择合适的选项,将序号填入“　 　”处);
B
解析:(1)小明发现限高装置对确有需要进入小区的消防车等大型车辆造成阻碍,这不属于主动去收集信息而发现问题,也不属于技术研究与试验过程中发现的问题,故排除A、C,选B。
(2)设计该装置时,下列因素中可以不考虑的是　　　　　　(在“A.立柱的尺寸;B.安装方式;C.车流量”中选择合适的选项,将序号填入“　　”处);
C
解析:(2)设计该装置时,主要目的是实现横梁高度可调节的车辆限高,需要考虑该装置安装条件,即立柱的尺寸和安装方式等,设计该装置跟车流量无关,故本小题答案为C。
(3)画出设计草图,必要时可用文字说明(如果采用电机驱动方式,电机可用方块表示;如果装置为对称结构,只需画出一侧);
(4)在设计草图上标注主要尺寸;
答案:(3)(4)如图所示
解析: (3)画出设计草图给分点:
执行机构:
①装置通过齿轮齿条等能实现升降,在高出地面2 m到 4.5 m 的范围内升降横梁;
②装置能固定横梁,实现定位功能,横梁保持在所调节的高度。
(4)在设计草图上标注主要尺寸给分点:
①机构升降范围尺寸(升降后可高出地面2 m到4.5 m的范围);②其他合理尺寸(安装尺寸等)。
(5)小明在装置安装完成后进行试验,根据大型车辆的高度,在2 m到4.5 m的高度范围内升降横梁,观察装置调节的可靠性。该试验的方法属于　　(在“A.模拟试验法;B.移植试验法;C.强化试验法”中选择合适的选项,将序号填入“　　”处)。
A
解析: (5)根据大型车辆的高度,在2 m到4.5 m的高度范围内升降横梁,观察装置调节的可靠性。这是通过再现的形式来模拟现实发生情况的方法,是模拟试验法,答案选A。
[典例2] (2024·浙江6月选考)如图所示是小明家阳台外安装的晒衣架,下雨时衣服会被淋湿,于是小明想设计一个可收缩的雨棚,安装在栏杆上。雨棚平时收缩在阳台栏杆外侧,不影响晾晒和收衣服,下雨时自动展开,遮盖在晒衣架上方,防止雨水直接淋在衣服上。已知晒衣架的长度为2 000 mm,宽度为300～800 mm,晒衣架顶部至栏杆扶手之间的高度为200 mm。请你设计该雨棚的机械装置,设计要求如下:
(a)装置能带动雨棚的防水介质展开和收缩,展开时有效遮盖晒衣架上的衣服(不考虑侧面防雨),收缩时紧贴栏杆;
(b)装置安装在阳台栏杆外侧,高度不超出栏杆扶手;
(c)装置采用一个电机驱动;
(d)雨棚展开时上方不得积水,有一定的防风能力。
请完成以下任务:
(1)小明进行了以下设计分析,其中不恰的是　　　(单选)。
A.雨棚的防水介质可固定在轴(或杆)上,通过轴(或杆)的运动实现雨棚展开和收缩
B.雨棚展开后有一定坡度,防止顶部积水
C.装置应有保持功能,防止风带动雨棚收缩
D.雨棚展开后尺寸为2 000 mm×800 mm,收缩后的尺寸为2 000 mm×
300 mm
D
解析:(1)本题考查设计分析。雨棚的防水介质可固定在轴(或杆)上,通过轴
(或杆)的运动实现雨棚展开和收缩,雨棚展开后有一定坡度,防止顶部积水,主要考虑了物(产品)的结构,装置应有保持功能,防止风带动雨棚收缩,主要考虑了环境;而根据设计要求雨棚收缩时紧贴栏杆,2 000 mm×300 mm为晒衣架收缩后的尺寸。所以设计分析不合理的是选项D。
(2)雨棚的防水介质材料直接影响装置中与介质相固定构件的运动形式。现有三种可用的备选材料,你采用的是　　　(单选)。
A.柔性防水布
B.可卷曲的软塑料板
C.类似于百叶窗帘的可堆叠硬塑料板
答案:(2)A、B、C均可
设计草图(装置安装涉及的阳台栏杆用线条表示,电机可用方框表示),简要说明方案的工作过程。
(3)在草图上标注主要尺寸。
答案: (3)参考答案1:
参考答案2:
解析:(2)(3)根据你所选材料所设计草图,如答案所示。
[变式2] (2024·浙江1月选考)如图所示的公路铁路立交桥,下雨时,公路上的雨水沿着坡道流向低洼处,如果水量超过泵站的排水能力,就会在低洼处积水,积水严重时需要在公路上设置路障封闭道路,阻止行人和车辆进入积水区域,以防出现意外。现在需要设计一种带有栅栏的自动拦路装置,当积水达到一定深度时,装置自动将道路封闭,当积水消退时,装置自动复位,恢复交通。请你设计该装置的机械部分,已知公路宽度为10 m,设计要求如下:
(a)封闭道路时装置驱动栅栏运动到路面上,恢复交通时装置驱动栅栏返回原来位置;
(b)装置工作平稳可靠;
(c)一套装置采用一个电机驱动;
(d)装置安装在限高杆前方或后方2 m处,具体安装形式可根据工作方式自行确定。
请完成以下任务。
(1)从人体静态尺寸的角度考虑,栅栏合适的高度为　　　。
A.0.5 m B.1.2 m
C.2.2 m D.10 m
B
(2)在头脑中构思符合设计要求的多个方案,画出其中最优方案的设计草图(装置安装涉及的道路用线条表示,电机用方框表示),简要说明方案的工作过程。
答案及解析:(2)①整个挡路装置能实现栅栏开启
齿轮齿条传动、链轮传动、蜗轮蜗杆传动、螺杆传动、绳索(滑轮)、
皮带等
*若画图存有困难,可用文字说明
②运动平稳可靠
蜗轮蜗杆传动、螺杆传动,或有刹车,制动等装置
*若画图存有困难,可用文字说明
③一个电机驱动
一套装置由一个电机驱动,一套装置有两个电机不得分。电机可用方块表示。
*若画图存有困难,可用文字说明
④装置有安装
装置固定,如地面上,或采用连接件。安装在限高杆上不得分。
*若画图存有困难,可用文字说明
(3)在草图上标注主要尺寸。
答案:(3)
方案1
方案2
方案3
解析:(3)1.装置拦截路面尺寸大于或等于10米
若是两套对称装置,则需大于或等于5米
2.拦截高度1.2米
若采用升降装置,则栅栏上升后高度不低于限高杆高度,1.2+2.2=3.4米。
[典例3] (2023·浙江1月选考)如图所示是某形体的主视图和左视图,相对应的俯视图是(　 　)
A
解析:本题考查简单形体的三视图。根据四个选项不同的两处位置,在左视图中找A、B、C三个点,其在俯视图中能够一一对应的只有A选项。
[变式3] (2025·浙江6月选考)下列三视图中,左视图不符合投影关系的是
(　 　)
C
解析:提供选项对应的正等轴测图如下,选项C主视图和俯视图错误。
[典例4] (2025·浙江1月选考)下列形体中,与如图所示的三视图对应的是
(　 　)
B
解析:采用对比分析找不同的方法。采用中庸的思维思考问题。具体分析如下图所示。
[变式4] (2024·浙江1月选考)如图所示是某形体的三视图。图中存在的错误共有(　 　)
A.1处 B.2处
C.3处 D.4处
C
解析:本题考查三视图的图线错误。如图所示,三视图中共计错误3处。
重难拓展
1.三视图绘制步骤
2.设计草图构思技巧
名称 特点 举例
固 设计工件与其他物体之间的固定方式与结构类型 与方管、圆管固定;与墙固定的底座等
转 实现构件之间的铰连接 如折叠式结构、转动式结构等
移 实现构件之间的平动 管状结构的伸缩、平槽之间的连接等
锁 实现构件之间的锁定 转动式结构的锁定、平移式结构的锁定等
传 结构构件之间的传动方式 带传动、齿轮传动等
3.尺寸标注完整性题目的经典解法
在一块3 mm厚钢板上加工如图所示的工件,下列尺寸标注中多标的有几处
尺寸标注题中多标、漏标问题,要弱化相应的数学计算,强化基准确定、加工过程和定形定位。本题中如果用数学计算不仅费时费神,还容易进入误区。
尺寸基准 即尺寸标注的起点,通常是形体的对称面、轴线、底面、端面。在形体的长、宽、高三个方向上一般至少都应有一个尺寸基准。对于由多个基本结构单元构成的形体,需要增加一个或多个辅助基准,以决定构成形体各单元之间的相对位置
注意:同一个尺寸一般只标注一次
定形定位 步骤 ①形体分析 看到题目时,对形体进行简单的分析,可将其分解为若干个基本体和简单体
②总体尺寸 即零件长、宽、高三个方向的最大尺寸。定形尺寸、定位尺寸、总体尺寸可能重合,这时需要做调整,以免出现多余尺寸
③定形尺寸 确定各基本体形状和大小的尺寸
④定位尺寸 确定各基本体之间相对位置的尺寸
实质:形体与尺寸基准之间的距离
常见形体的定形、定位尺寸
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