ИКГ конспект лекций 11. 1. Основы инженерной графики Основные понятия инженерной графики
 Скачать 3.56 Mb.
|
|
местным. Местный разрез выделяется на виде сплошной волнистой линией (Рис. 1.31) или сплошной тонкой линией с изломом (Рис. 1.32). Эти линии не должны совпадать с какими-либо другими линиями изображения. Часть вида и часть соответствующего разреза допускается соединять, разделяя их сплошной волнистой линией или сплошной тонкой линией с изломом (Рис. 1.33, 1.34, 1.35). Если при этом соединяются половина вида и половина разреза, каждый из которых является симметричной фигурой, то разделяющей линией служит ось симметрии (Рис. 1.36). Допускается также разделение разреза и вида штрихпунктирной тонкой линией (Рис. 1.37), совпадающей со следом плоскости симметрии не всего предмета, а лишь его части, если она представляет тело вращения. Рис. 1.33 Рис. 1.34 Рис. 1.35 Рис. 1.36 Рис. 1.37 Допускается соединять четверть вида и четверти трех разрезов: четверть вида, четверть одною разреза и половину другою и т. п. при условии, что каждое из этих изображений в отдельности симметрично. Сечения Сечения, не входящие в состав разреза, разделяют на: вынесенные (Рис. 1. 38); наложенные (Рис. 1.39). 16 Вынесенные сечения являются предпочтительными и их допускается располагать в разрезе между частями одного и того же вида (Рис. 1.40). Рис. 1.38 Рис.1.39 Рис. 1.40 Ось симметрии вынесенного или наложенного сечения (Рис.1.15, 1.39) указывают штрихпунктирной тонкой линией без обозначения буквами и стрелками и линию сечения не проводят. В случаях, подобных указанному на Рис. 1.40, при симметричной фигуре сечения линию сечения не проводят. Во всех остальных случаях для линии сечения применяют разомкнутую линию с указанием стрелками направления взгляда и обозначают ее одинаковыми прописными буквами русского алфавита. Сечение сопровождают надписью по типу «А—А» (Рис. 1.38). Для несимметричных сечений, расположенных в разрыве (Рис. 1.41) или наложенных (Рис. 1.42), линию сечения проводят со стрелками, но буквами не обозначают. Рис. 1.41 Рис. 1.42 Развертки поверхностей Развертки выполняются в качестве заготовок при изготовлении изделий из листового материала. Развертывающимися называются такие поверхности, которые могут быть всеми своими точками совмещены с плоскостью, т. е. деформированы в плоскость без образования разрывов или складок. Если совмещение с плоскостью при указанных условиях осуществить невозможно, то поверхность относится к неразвертывающимся поверхностям. На развертке сохраняются натуральными длины линий, площади фигур, углы между линиями (развертка обладает свойством конформности, то есть геометрического преобразования фигур, при котором сохраняются углы). 17 Фигура, в которую преобразуется поверхность при совмещении с плоскостью, называется ее разверткой. К развертывающимся поверхностям относятся: а) все многогранники (плоскогранные поверхности) — призмы, пирамиды, призматоиды и другие многогранники; б) некоторые линейчатые кривые поверхности — цилиндрические, конические, поверхности с ребром возврата (развертывающиеся линейчатые поверхности называются торсами). Все прочие кривые поверхности как линейчатые, так и криво- линейные относятся к неразвертывающимся поверхностям. Возможность построения точной развертки многогранника можно считать очевидной: так как все грани его являются ограниченными частями плоскости, то каждую из них в отдельности можно совместить с плоскостью чертежа; совокупность таких совмещений образует полную развертку поверхности. Рис.1.43. Развертка игрального кубика Рис. 1.44. Развертка боковой поверхности цилиндра Рис. 1.45. Развертка конуса диаметром D и образующей L. Аксонометрические проекции Во многих случаях при выполнении технических чертежей оказывается необходимым наряду с изображением предметов в системе 18 ортогональных проекций иметь изображения более наглядные. Для построения таких изображений применяют проекции, называемые аксонометрическими или, сокращенно, аксонометрией. Существует три разновидности наглядных изображений: перспектива, параллельная и центральная аксонометрии. Первую применяют для изображения объектов больших размеров (зданий, плотин, самолетов, крупных станков и т. д.), когда надо показать, как они будут выглядеть с определенных точек зрения после их создания. Перспектива как бы заменяет фотографии объектов, пока существующих только в представлении проектировщиков. Однако значительно проще, чем перспектива, строится параллельная аксонометрия (обычно объектов небольших размеров), которую широко используют в различных отраслях техники, в частности в машиностроении. Центральная аксонометрия представляет больше научный интерес и в практике используется редко. Способ аксонометрического проецирования состоит в том, что данная фигура вместе с осями прямоугольных координат, к которым эта система точек отнесена в пространстве, параллельно проецируется на некоторую плоскость. Следовательно, аксонометрическая проекция есть, прежде всего, проекция только на одной плоскости, а не на двух или более, как это имеет место в системе ортогональных проекций. При этом необходимо обеспечить наглядность изображений и возможность производить определения положений и размеров. На Рис. 1.46 показана аксонометрическая проекция втулки с четвертным разрезом. Рис. 1.46 Полученное на чертеже изображение называют аксонометрическим (или просто аксонометрией), а проекции координат осей – аксонометрическими осями координат. Очевидно, проекции прямых, параллельных в натуре натуральным осям координат, параллельны соответствующим аксонометрическим. Именно в использовании этого свойства параллельных проекций и заключается простота построения параллельной аксонометрии. Отношения lх/l, ly/l, lz/l называются коэффициентами искажения (или показателями искажения) по аксонометрическим осям. 19 Рис. 1.47 Коэффициент искажения по оси Оах обозначим k, по оси Оау обозначим m, по оси Oaz обозначим n. Отношения между аксонометрическими проекциями отрезков прямых линий, параллельных прямоугольным осям координат, и самими отрезками выражаются коэффициентами k,m,n. Углы наклона натуральных осей координат к аксонометрической плоскости проекций и направление проецирования могут быть выбраны произвольно. Следовательно, возможно существование бесчисленного множества видов параллельной аксонометрии. Их подразделяют на три группы: – все три показателя искажения равны (k=m=n). Этот вид аксонометрии называют изометрической (или изометрией) (Рис. 1.47, а); – два каких-либо показателя равны (например, k=n ≠ m). Этот вид аксонометрии называют диметрической (или диметрией) (Рис. 1.47, б, в); – все три показателя различны (k≠m≠n). Этот вид аксонометрии называют триметрической (или триметрией). В практике применяют несколько видов аксонометрии с наиболее простыми соотношениями между показателями искажений. Косоугольную (фронтальную) диметрию (Рис. 1.47, в) с коэффициентами искажения k=n=1 и m=0,5удобно применять для изображения предметов с окружностями во фронтальной плоскости (фланцы, втулки и т.п.), так как они чертятся без искажения (Рис. 1.48) Рис. 1.48 20 Обратимость аксонометрического чертежа (возможность определения натуральных размеров изображенного объекта) обеспечивается указанием на нем показателей искажения (или наличием условий для их определения) и возможности построения аксонометрической координатной ломаной любой точки поверхности, принадлежащей изображенному объекту. Стандартные аксонометрические проекции. ГОСТ 2.317—69 устанавливает правила построения аксонометрических проекций, применяемых на чертежах всех отраслей промышленности и строительства. Изометрическая проекция. Положение аксонометрических осей приведено на Рис. 1.49. Рис. 1.49 Коэффициент искажения по осям х, у, z равен 0,82. Изометрическую проекцию для упрощения, как правило, выполняют без искажения по осям х, у, z, т.е. приняв коэффициент искажения равным 1. Окружности, лежащие в плоскостях, параллельных плоскостям проекций, проецируются на аксонометрическую плоскость проекций в эллипсы (Рис. 1.50). Рис. 1.50 21 Если изометрическую проекцию выполняют без искажения по осям х, у, z, то большая ось эллипсов 1, 2, 3 равна 1,22, а малая ось – 0,71 диаметра окружности. Если изометрическую проекцию выполняют с искажением по осям х, у, z, то большая ось эллипсов 1, 2, 3 равна диаметру окружности, а малая ось — 0,58 диаметра окружности. У эллипса 1 большая ось расположена под углом 90° к оси у, у эллипса 2 – к оси z и у эллипса 3 – к оси х. Запомним также, что большая и малая оси эллипса перпендикулярны между собой. Пример изометрической проекции детали приведен на Рис. 1.46 Геометрические построения. Сопряжения. Совокупность линий, подчиненных определенным законам, отражает ту или иную информацию. В этом множестве прямые линии могут располагаться относительно друг друга перпендикулярно, параллельно, наклонно, а кривые линии — переходить друг в друга плавно. Отрезки прямых, углы, окружности можно разделить на равные или неравные части в определенных отношениях. Подобные графические операции называются геометрическими построениями. Для того, чтобы грамотно выполнить чертеж изделия, надо знать правила геометрических построений. Эти правила подчиняются закономерностям, изучаемым геометрией. Их можно отразить в алгоритмах геометрических построений. Каждый из этих алгоритмов представляет собой совокупность графических операций, расположенных в строгой последовательности. Выполнение графических операций в указанном порядке приводит к решению задачи на геометрическое построение. Поскольку построением параллельных и перпендикулярных прямых, а также делением отрезков и окружностей на равные части занимается геометрия, мы не будем затрагивать этих вопросов. Отразим лишь алгоритм построения линий сопряжения. Алгоритм построения сопряжения двух прямых дутой окружности 1. Проведите вспомогательные прямые параллельно заданным и удаленным от них на расстояние, равное радиусу R дуги сопряжения (Рис. 1.51). 2. Определите центр сопряжения О, являющийся точкой пересечения двух вспомогательных прямых 3. Проведите перпендикуляры к прямым из центра сопряжения О. 4. Из точки О проведите дугу сопряжения, соединив основания перпендикуляров K 1 и К 2 — точки сопряжений. Для построения контура детали, представленной на Рис. 1.51,а с сопряжениями радиусом R воспользуемся алгоритмом Рис. 1.51,б 22 Рис. 1.51 а Рис. 1.51 б Приступая к построению чертежей деталей или иных изображений, определяют линии, из которых они состоят, а также их взаимное расположение (параллельность, перпендикулярность прямых линий, концентричность окружностей, сопряжения линий и т. д.). Мысленное расчленение изображений на составляющие их линии называется анализом графического состава изображений. Основываясь на анализе графического состава изображений, составляют последовательность графических построений. Затем, используя изученные алгоритмы, выполняют эти построения. 23 2. Cистемы автоматического проектирования. Типовые задачи и системы автоматического проектирования (САПР). Назначение и возможности. Проектирование и моделирование в системе KOMPAS (AutoCAD). Интерфейс. Основные инструменты и объекты. Графические примитивы. Моделирование на плоскости. Создание контуров детали. Введение в трехмерное моделирование. Методы создания трехмерных моделей: выдавливание, вращение, с помощью кинематической операции, по сечениям. Особенности использования системы автоматического проектирования в техническом творчестве. 4/8 Системы автоматического проектирования 1. Типовые задачи и системы автоматического проектирования (САПР). Назначение и возможности. 2. Проектирование и моделирование в системе KOMPAS (AutoCAD). 3. Интерфейс. Основные инструменты и объекты. 4. Графические примитивы. 5. Моделирование на плоскости. Создание контуров детали. Типовые задачи и системы автоматического проектирования (САПР). Назначение и возможности. Рубеж XX-XXI веков ознаменован переходом к технологическому веку: веку высоких и информационных технологий. Высокие технологии можно определить как искусство материального воплощения фундаментальных знаний. Современная техника основывается как на научных экспериментах и теоретических исследованиях, так и на опыте инженерной практики. Промежуток времени между научным открытием и техническим использованием в последние годы чрезвычайно сократился, поэтому инженеру больше чем когда-либо раньше необходимо быть в курсе значительных открытий в областях физики и математики. И в этом легко убедиться, если проанализировать феномен персонального компьютера IBM PC, который появился почти 30 лет назад - 13 августа 1981 г. Выпуск IBM PC ознаменовал собой начало широкого распространения персональных компьютеров. В начале 80-х гг. программное обеспечение было ориентировано на обработку текстов и простейших электронных таблиц; мысль о том, что ―микрокомпьютер‖ может стать привычным и необходимым устройством на работе и дома, казалась невероятной. В результате работы физиков и инженеров стало возможным создание микропроцессоров – сердца современных компьютеров, микропроцессоры находятся в ваших электронных часах, аудио- и видеоаппаратуре. С помощью компьютера вы можете получить доступ к всемирной сети Интернет. Результаты физических исследований позволили создать полупроводниковый лазер, компакт-диск, электронные игры, карманные калькуляторы и многое другое, что окружает нас в повседневной жизни. 24 Первый IBM PC имел микропроцессор Intel 8088 с частотой 4,77 МГц и 29 тысячами транзисторов, 64 Кб оперативной памяти, один дисковод для гибких дисков емкостью 160 Кб (23 страницы энциклопедии), простейший встроенный динамик. Цена модели IBM PC с цветным дисплеем составляла около $6.000. 20 лет спустя за $1 000 можно было приобрести компьютер с микропроцессором Intel Pentium 4 (около 400 млн. транзисторов), 1Гб оперативной памяти, жестким диском емкостью 180 Гб, потрясающей графикой, трехмерным изображением, большим высококачественным жидкокристаллическим цветным монитором и замечательным стереофоническим звуком, воспроизводимым через колонки, с возможностью подключения к домашней аудиосистеме, с дисководами DVD, а также DVD-RW и CD-RW ПК, оснащенные микропроцессором Intel Pentium 4, превосходят по мощности суперкомпьютеры типа Cray 1, который в 1976 году считался самым производительным компьютером в мире. Современный уровень техники обуславливает необходимость знания основ системы автоматизированного проектирования (САПР) на персональных компьютерах. Что же такое САПР? Термин САПР появился в начале 70-х годов. В ГОСТ 22487-77 САПР определяется как проектирование, осуществляемое взаимодействием человека и ЭВМ. Под проектированием здесь понимается процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующей аппаратуры. Сокращение САПР (система САПР) традиционно происходит от английского сокращения CAD. Оно соответствует различным программным системам: CAD (Computer Aided Drawing) - рисование с помощью компьютера; CAD (Computer Aided Drafting) - черчение с помощью компьютера; CAD (Computer Aided Design) - проектирование с помощью компьютера. САПР - это система, позволяющая на базе вычислительной техники автоматизировать процесс создания проектно-конструкторской документации в реальном масштабе времени. САПР - это сложная структура, которая имеет следующие виды обеспечения: - методическое; - математическое; - программное; - техническое; - лингвистическое, - информационное; - организационное. 25 При обычных методах проектирования 70 % времени уходит на выполнение чертежно-графических работ и только 30 % остается на творческий процесс. Современные средства САПР позволяют конструктору в основное время заниматься процессом конструирования, а рутинные операции, такие как оформление чертежей, изготовление твердых копий, организация и ведение архивов и др., поручить ЭВМ Преимущества САПР Преимущества САПР заключаются в возможности комплексного проектирования от технического предложения до получения твердых копий (чертежей), а также в использовании чертежей-файлов для технологической подготовки производства. Кроме, того, быстрый доступ к графической информации, возможность отображения на экране всего чертежа, его фрагмента, или того и другого вместе, позволяют создавать и редактировать с большой точностью и высоким качеством исполнения конструкторские чертежи. В мире существует множество систем и технических средств, позволяющих с успехом выполнять задачи САПР. Выбор того или иного средства зависит от назначения и сложности поставленных задач. 1945 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 1945 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 1945 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 1945 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 1945 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 1945 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Прямое управление графическими объектами Мышь ОС Windows Текстовые редакторы САПР КОМПАС-3D LT 5.10 КОМПАС-3D 5.9 КОМПАС-ГРАФИК LT.0 Windows 386 КОМПАС 5.0 Windows КОМПАС-Школьник КОМПАС-График 4.0 КОМПАС-График 3.0 КАСКАД-ПК КАСКАД СМ СКГ на базе СМ AutoCAD Научные исследования Промышленное применение Массовое применение Рис. 2.1. Временные связи между научными и промышленными исследованиями, и массовым применением различного программного обеспечения. 26 AutoCAD, созданный для персональных компьютеров, позволяет решать сложные проектно-конструкторские задачи, которые ранее были под силу только большим вычислительным комплексам. По своей природе этот графический редактор дает возможность пользователю в диалоговом режиме решать те или иные конструкторские задачи, тут же показывая на экране монитора результаты его действий. Причем команды AutoCADа просты и ясны для восприятия человеком, а общение с системой ведется с помощью различных меню (главного, экранного, падающего, контекстного, графического), диалоговых окон, текстовых окон, панелей инструментов. В этом смысле последние версии Автокада не отличаются по своей идеологии от операционной системы Windows, в среде которой он, впрочем, и работает. В системе AutoCAD (далее AutoCAD) представлен широкий выбор базовых геометрических примитивов (отрезков, точек, окружностей, дуг, полилиний, многоугольников) для изготовления чертежей. Команды и инструментальные средства AutoCADа обеспечивают точное и полное построение чертежей и моделей, которые используют при выполнении любых проектных работ. AutoCAD обеспечивает быструю и несложную процедуру простановки размеров в полном соответствии с действующими стандартами. Ассоциативный характер этой операции обеспечивает немедленную автоматическую корректировку размеров после внесения изменений в чертеж. Для указания материала детали, разграничения отдельных деталей или функциональных элементов на чертеже в AutoCADе предусмотрены диалоговые средства управления штриховкой и заливкой. Эти средства обеспечивают применения как заранее заданных методов штриховки, так и способов, определяемых пользователем. Границы штриховки устанавливаются автоматически, что позволяет просмотреть выбранный стиль, а также определить толщину штриховых линий, угол наклона и расстояние между штрихами AutoCAD допускает различные способы ввода и редактирования текстовой информации, предоставляя при этом широкий вы бор стандартных шрифтов С помощью команд AutoCADа можно создавать трехмерные твердотельные модели, рассчитав при этом объемы моделируемых объектов, моменты инерции, положение центра масс вращения и другие физические величины. Средства тонирования и визуализации позволяют создавать и контролировать тени, цвета, освещение и текстуру поверхностей моделей для получения реалистичных трехмерных изображений. Следует также отмстить, что без умения работать на персональном компьютере, без владения знаниями по информатике и черчению 27 невозможно успешное использование даже такого универсального инструмента, как система AutoCAD. Интерфейс. Основные инструменты и объекты. Рис. 2. 2. Элементы пользовательского интерфейса: 1 —строка меню, 2 — панели инструментов, 3 — панель Tool Palettes, 4 — пиктограмма осей координат, 5 — кнопки показа списка вкладок, 6 — вкладка пространства модели, 7 — вкладки листов, 8 — строка состояния со счетчиком координат, 9 — кнопки режимов, 10 — Communication Center, 11 — зона командных строк, 12 — курсор, 13 — линейки прокрутки, 14 — кнопки управления окном документа Примитивы AutoCADа Исходя из задач САПР, AutoCAD работает не с изображением объектов, а с их геометрическим описанием, что и составляет техническое изображение объектов. Например, отрезок описывается двумя точками, окружность – центром и радиусом, дута – центром, радиусом и центральным утлом и т.п. Такое представление объектов называется векторным. Оно достаточно для создания технического изображения любой сложности. Графические объекты в AutoCADе формируются из различных по типу элементов, которые называются графическими примитивами. Примитивы AutoCADа обладают рядом свойств: принадлежность слою, тип линии, цвет и т.п. 28 Графический редактор AutoCAD предоставляет пользователю определенный набор примитивов. Точка Сплайн Отрезок Полилиння Прямая Прямоугольник Луч Кольцо Млиния Многоугольник Дуга Блок Окружность Размер Эллипс Текст Точка - простейший примитив AutoCADа, изображаемый с помощью различных графических знаков. Отрезок - часть прямой линии, задаваемая двумя крайними точками. Прямая - прямая линия, задаваемая двумя точками, принадлежащими этой прямой, и имеющая бесконечную длину. Луч - прямая линия, начинающаяся в заданной точке и уходящая в бесконечность. Млиния (Мультилиния) - пучок параллельных линий (от 1 до 16), каждая из которых может иметь свой цвет и тип линии. Дуга - часть окружности, определяемая центром, радиусом и двумя точками на окружности. Окружность - кривая линия, все точки которой равноудалены от центра окружности. Может строиться различными способами. Эллипс - кривая второго порядка, которая может быть построена указанием большой и малой осей. Сплайн - гладкая кривая, проходящая через заданный набор точек. Полилиния - линия, представляющая собой набор прямолинейных и дуговых сегментов в виде единого объекта. Можно задавать ширину или полуширину как всей полилинии, так и ее отдельных сегментов. Прямоугольник задается указанием вершин двух противоположных углов. Ширина линии соответствует текущей для полилинии. Кольцо задается внутренним диаметром, внешним диаметром и центром. Многоугольник - строится правильный многоугольник либо как вписанный в окружность, либо как описанный вокруг нее, либо задается длина стороны. Количество сторон многоугольника может быть от 3 до 1024. Блок — составной примитив, состоящий из других примитивов и являющийся единым объектом. Размеры линейные, радиальные и угловые в AutoCADе являются специальными блоками и показывают геометрические величины объектов, расстояния и углы между ними. Текст - надписи, характеризующиеся определенным текстовым стилем, задаваемым пользователем. 29 Кроме этого, имеется ряд пространственных примитивов (например, трехмерная полилиния, трехмерная грань и др.). 2. Порядок работы при создании модели в системе KOMPAS (AutoCAD) Общепринятым порядком моделирования твердого тела является последовательное выполнение булевых операций (объединения, вычитания и пересечения) над объемными элементами (сферами, призмами, цилиндрами, конусами, пирамидами и т.д.). Пример выполнения таких операций показан на рисунке 2-2. Рис. 2.2. Булевы операции над объемными элементами: а) цилиндр; б) объединение цилиндра и призмы; в) вычитание призмы; г) вычитание цилиндра В KОMПAC-3D для задания формы объемных элементов выполняется такое перемещение плоской фигуры в пространстве, след от которого определяет форму элемента (Рис. 2-3) (например, поворот дуги окружности вокруг оси образует сферу или тор, смещение многоугольника - призму, и т.д.). Рис. 2.3. Образование объемных элементов: а) призмы, б) тора, в) кинематического элемента Плоская фигура, на основе которой образуется тело, называется эскизом, а формообразующее перемещение эскиза - операцией. Эскизы Эскиз может располагаться в одной из ортогональных плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем. Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами чертежно-графического редактора КОМПАС-ГРАФИК. При этом доступны 30 все команды построения и редактирования изображения, команды параметризации и сервисные возможности. В эскиз можно перенести изображение из ранее подготовленного в КОМПАС-ГРАФИК чертежа или фрагмента. Это позволяет при создании трехмерной модели опираться на существующую чертежно-конструкторскую документацию. Операции Проектирование новой детали начинается с создания основания путем вставки в файл готовой модели детали или выполнения операции над эскизом (или несколькими эскизами). При этом доступны следующие типы операций: вращение эскиза вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза (Рис. 2-4), Рис. 2.4. Эскиз и элемент, образованный операцией вращения выдавливание эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза (рис. 2.5), Рис. 2-5. Эскиз и элемент, образованный операцией выдавливания кинематическая операция - перемещение эскиза вдоль указанной направляющей (рис. 2.6), Рис. 2.6. Эскизы и элемент, образованный кинематической операцией |