利用形体特征表达式辅助绘制和识读机械图

资源类型:pdf 资源大小:174.00KB 文档分类:工业技术 上传者:王再欢

文档信息

【作者】 章易程  朱益红  杨振祥 

【关键词】机械设计 辅助图形思维 特征表达式 机械图 

【出版日期】2005-04-28

【摘要】为了在绘制和识读结构复杂的机械图时,为人们提供一种辅助图形思维的新方法,根据当今CAD/CAM 技术的特征造型的思想,分析了形体的特征构成;并根据人们的书写习惯,提出了一种表达复杂形状结构的形体特征表达式,记录人们进行形状结构分析的结果与步骤。教学实践和工程设计表明,该表达式的应用具有简单、方便、灵活与实用等优点。

【刊名】工程图学学报

全文阅读

机械图的绘制和识读能力是从事机械的工作人员的一项基本而重要的技术素质。由于形体是三维的,而图样是二维的,进行机械图的绘制和识读时往往要在头脑中反复进行三维与二维空间的转换,所以其脑力劳动是相当繁重的,初学者尤其如此。国内外学者对于如何通过提高空间想象能力来培养制图和读图能力,作了大量有益的探索。近年来主要集中于研究 CAI 多媒体教学来培养这一能力。但仍有一些相关人员总是感到离开了实物与动画,加入新的形体后,前面的形体容易淡忘,且难以将多个简单结构的形体组合起来形成复杂形体,造成空间结构的表达与机械图的识读困难。另一方面,工程图样作为工程技术人员的通用“语言”,本身是只适合绘制而难以用文字表达的,这在一定程度上影响着设计思想的交流。当今的三维形体构形的主要的方法有[1]:实体几何构造法(CSG:Constructive SolidGeometry )、边界表示法( B-rep : BoundaryRepresentation)、扫描表示法、实体参数表示法与空间分割法等。虽然这些方法在计算机机内表达和运算较为方便和准确,但由于不符合人们的书写习惯,且复杂形体在纸上表达较为繁琐,所以不便用于学习与工程设计时对形体结构的分析与表达。文献[2]曾提出了基于层面特征造型的几何形体的分析方法,但其所采用的表达式不能全面地反映结构之间的约束关系。为此,笔者提出了一种更全面地反映形体结构的特征表达式,试图寻找一种可以较好地在纸上表达图形思维的轨迹与结果;可以帮助进行图形思维能力训练或在工程实际中帮助进行机械图样的绘制与识读;可以交流设计思想的方法。1 形体特征 形体的结构千差万别,有的简单,有的却很复杂。但不管结构怎样,都可以认为是由一个或多个简单形体组成的。 每一个简单形体总具有一定的形状,且处于复 杂 形 体 中 的 某 一 具 体 位 置 。 引 入 当 今CAD/CAM 技术的特征造型的思想,形体的特征可分为形状特征与位置特征,如图 1 所示。形状投影方向,为了与国家制图标准一致,用 V,H,特征是用于描述形体几何形状的特征,由一个或 W 分别表示正投影面、水平投影面和侧投影面。多个简单特征组成。每一个形状特征又同时具有 成型轮廓特征图和层面轮廓特征图是形体两个层面轮廓特征与成型轮廓特征,它们分别表示构 特征视图的简化图形。在表达时只画反映主要轮成形体的层面轮廓形状特征和层面累加的轮廓 廓特征的线。不同的人可能画出不同的形状特征特征。位置特征是用于描述各形体相对位置的特 简图,但一定要抓住“特征”和“简化”两点,征。由于位置关系较复杂,笔者将位置特征简单 这样才会看起来既像,画起来又简单。如表 2 中地分为增减特征和约束特征。增减特征表示两形 的圆角矩形平板,虽可细分为由矩形平板切去 4体之间是叠加还是切割关系。约束特征分为方位 个圆角组成,用形体特征表达式来表达,但为简特征与联系特征。方位特征表示形体所处的空间 便起见,亦可作为图示简单形体处理。方位,包括铅垂、水平、前、后、上、下、左、 表 1 基本形体的形状特征简图右等。联系特征表示两形体之间的位置约束关系,包括有垂直、平行、相切、同心与阵列等, 三棱柱 三棱锥 圆 柱 圆 锥 圆 球其中阵列的主要形式有圆形阵列与矩形阵列。 H H H H H 成型轮廓特征 形状特征 层面轮廓特征 表 2 简单组合形体的形状特征简图 叠加(+)形体特征 增减特征 切割(-) 铅垂(qc) 阶梯圆柱 圆 筒 圆角矩形平板 水平(sp) 前(q) H H H 后(h) 位置特征 方位特征上(s) 下(x) 左(z) 右(y) 2.2复杂形体与形体特征表达式 约束特征 中间(zj) 复杂形体是多个简单形体通过不同的位置 垂直(cz) 组合而成的[2], 。形体特征表达式是用来描述复 [3] 平行(px) 相切(xq) 杂形体形状结构组成的式子。将带有约束特征标 联系特征 同心(tx) 记的形状特征简图通过正负号联接就成为形体 圆形阵列(yz) 阵列 特征表达式。正、负号分别表示叠加关系或切割 矩形阵列(jz) 关系。形状特征简图的右边画一竖线,并在右上 图 1 形体特征分类 方以拼音字母(如图 1 所示)标记约束特征。 下面分别就绘图和读图两种情况来说明形2 形体特征表达式 体特征表达式的应用。 (1)绘 图2.1简单形体与形状特征简图 先将形体拆分成简单形体,并注意位置关 简单形体是复杂形体的组成单元,是可以用 系,后写出形体特征表达式,最后根据该表达式简单的线条方便地描述其轮廓形状的。简单形体 绘图。包括基本形体与简单组合形体。 例 1 对于图 2 实线所示的压块,可以看成 描述简单形体轮廓形状的简化图形称为形 为图示的形体:一个六边形的棱柱,中间切去一状特征简图。基本形体与简单组合形体的形状特 个阶梯圆柱,分别在下面的前、后各切去一个四征简图如表 1、表 2 所示[2]。形状特征简图由带 边形棱柱,在左上方切去一个近似的三棱柱。据有上、下标的成型轮廓特征图表示,其中下标表 此,可写出形体特征表达式为示层面轮廓特征图,上标表示层面轮廓特征图的 在平板4与铅垂圆筒之间左右各放置一块近似三压块= H H qc, zj - -2 H x, q( h)- 棱柱 5,整体形状如图 5(b)所示。据此,可写 出形体特征表达式为 ? V s, z ? 轴承={[( H+ V q, z j) ? V q, tx] + ? 2 H z( y)} + 2 V z( y) 前面 5 图 2 压块 4 例 2 对于图 3(a)所示的轴承座,可以看 3 2 1成为图 3(b)所示,由以下 4 个简单形体构成的组合形体:一块带有两圆角、两直通孔的底板,在底部中间切去一个四棱柱,然后在上面正中放置一个圆筒,在后面居中放置一块平板,最后在中间放置一块近似五棱柱的薄板。据此,可写出其形体特征表达式为 图 4 轴承套的三视图轴承座={[( H - H x, zj)+ V s, zj] + V h, zj ? } + W zj 前面 (a) (b) 图 5 轴承套 前面 (a) (b) 尽管由于各人进行形体分析时的思路不一, 图 3 轴承座 对于同一形体或视图得出的形体特征表达式有 可能不一样,但这并不会影响对形体整体结构的 (2)读 图 理解。形体特征表达式好坏评判的主要依据是简 读图时,先将某一视图(一般选主视图)划 明性原则。为简便起见,层面轮廓形状或成型轮分为若干封闭的线框,并找出相对应的其他投 廓的特征均可近似表达,这时的叠加表示为影,再想出各封闭线框所表达的简单形体,最后 “ ”,切割的表示为“?”,这种近似的加或减 ? ? +将各简单形体合起来,构思整体形状,写出形体 往往是在两形体相贯后产生了不规则的相贯线特征表达式。 时来表达。为清晰起见,一体性结构形状最好用 例 3 对于图 4 所示的轴承套三视图,根据 括号括起来,同时为表明结构的层次性,尽量采图形特征,主视图可划分出 5 个封闭的线框,对 用各不同的括号(如小括号,中括号

1 2

问答

我要提问