孫少妮， 黃 英， 李小號(hào)， 馬明旭

(東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

基于特征畫法識(shí)別的裝配圖讀圖方法

孫少妮， 黃 英， 李小號(hào)， 馬明旭

(東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

針對工程制圖課程中裝配圖讀圖方法與步驟不易被學(xué)生接受，學(xué)生自主讀圖能力差等問題，提出一種新的讀圖方法“特征識(shí)圖法”，通過對裝配圖中傳遞零件運(yùn)動(dòng)信息特征畫法的識(shí)別，分析其所屬零件的動(dòng)作及相鄰零部件的動(dòng)作，最終看懂裝配體的工作原理。該方法以具有特征畫法的可運(yùn)動(dòng)零件的動(dòng)作為讀圖切入點(diǎn)，使平面畫法有效地轉(zhuǎn)化為零件動(dòng)作，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生在課堂中自主學(xué)習(xí)的比重。特征識(shí)圖法是一種有效改變學(xué)生“被動(dòng)學(xué)習(xí)”角色的自主探索式讀圖方法。

工程制圖；裝配圖讀圖；特征畫法；自主學(xué)習(xí)

裝配圖是用來表達(dá)機(jī)器或部件中零件的裝配關(guān)系和裝配體工作原理的圖樣。識(shí)讀裝配圖，就是通過分析零件的作用和它們之間的位置關(guān)系、裝配關(guān)系及連接方式，從而掌握裝配體工作原理。識(shí)讀裝配圖，是工程制圖課程教學(xué)過程中的一個(gè)難點(diǎn)，如何高效地訓(xùn)練學(xué)生的自主讀圖能力一直是困擾圖學(xué)教師的一大問題。查閱目前各大院校工程制圖教材后發(fā)現(xiàn)，讀裝配圖的步驟通常分為4步：①瀏覽全圖，概括了解裝配體；②著重分析各零件間的裝配關(guān)系和裝配體的工作原理；③重點(diǎn)分析裝配體中的主要零件，為拆圖做好準(zhǔn)備；④歸納總結(jié)，明晰結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、拆裝順序。上述經(jīng)典的讀圖4步在多數(shù)教材上都如出一轍[1-3]，而實(shí)踐證明，按該步驟授課效果不甚理想，學(xué)生自主的讀圖能力并未得到較大提升。

教學(xué)一線的教師對識(shí)讀裝配圖的新方法和關(guān)鍵問題的探討從未停歇。鄭玉波[4]對裝配圖讀圖的裝配關(guān)系中連接方式、裝拆順序和裝配結(jié)構(gòu)合理性等具體問題進(jìn)行了分析。白植真[5]提出了通過零件圖和裝配圖的內(nèi)容對比而實(shí)施的對比法讀圖方式，并輔以小組討論法和觀看實(shí)物及錄像的直觀教學(xué)法。通過觀察實(shí)物模型, 增加對機(jī)器(或部件)感性認(rèn)識(shí)的直觀教學(xué)法得到廣泛認(rèn)可。戴立玲等[6]介紹了利用CAI課件由裝配圖拆畫零件圖的方法，從裝配體裝拆過程的二維視圖動(dòng)態(tài)模擬角度加深學(xué)生對裝配體二維裝配關(guān)系的認(rèn)識(shí)，創(chuàng)立了裝配圖拆圖部分課堂教學(xué)新模式。

然而，作為讀圖的重點(diǎn)和難點(diǎn)—— 零件間的裝配關(guān)系和裝配體的工作原理，到底怎樣讀懂？同時(shí)，對于一張復(fù)雜的裝配圖，如何找到讀圖的切入點(diǎn)？裝配圖相互之間千差萬別，對于差別迥異的工程圖樣有無普適性讀圖方法？這些問題仍然懸而未決?？焖僬业阶x裝配圖的切入點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)帶有普適性和規(guī)律性的讀圖方法，對于提高學(xué)生自主讀圖能力具有重要意義，也成為本文著重探討的問題。關(guān)于讀裝配圖共性切入點(diǎn)問題，從目前能查到的資料來看，這方面較為詳細(xì)的研究或論述仍不多見。

1 讀裝配圖方法——“特征識(shí)圖法”

裝配體的工作原理，歸根到底靠可運(yùn)動(dòng)零部件的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過長期的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，裝配體中的可運(yùn)動(dòng)零件大多具有一些自身固有的特殊畫法。因此，從千差萬別的裝配圖中發(fā)現(xiàn)這些反映零件動(dòng)作信息的特殊畫法，并以其所屬零件的動(dòng)作為切入點(diǎn)，成為識(shí)讀裝配圖的共性著手點(diǎn)。有特殊畫法的零件這一說法，在工程制圖基礎(chǔ)教材中鮮有提及。為了能夠更準(zhǔn)確地說明其含義，也為了闡述本文讀裝配圖方法的需要，筆者針對裝配圖讀圖部分新設(shè)了如下定義：

特征畫法：能夠傳遞一定動(dòng)作信息或可操作信息的畫法。如裝配圖內(nèi)容之前學(xué)習(xí)過的雙點(diǎn)劃線畫法、齒輪嚙合畫法、螺紋畫法、彈簧畫法等。表1中將給出較為詳細(xì)的總結(jié)。

特征零件：裝配體中具有特征畫法的零件。

識(shí)讀裝配圖所用方法和日常生活中通過人的衣飾判斷其職業(yè)在“抓特征”這一本質(zhì)上是一樣的，即通過抓住裝配圖中的特征畫法來分析其所屬特征零件的可能動(dòng)作。因此，識(shí)讀裝配圖，就是通過對某些有特征畫法的零件進(jìn)行有意識(shí)地“識(shí)別”，并對其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，進(jìn)而使平面裝配圖中的可動(dòng)零件虛擬運(yùn)動(dòng)起來，裝配體也隨之運(yùn)動(dòng)起來——這是本文提出的讀裝配圖方法的總體思路，該方法被稱為“特征識(shí)圖法”。其讀圖的過程，就是特征畫法識(shí)別和分析的過程，即通過對裝配圖中特征畫法的識(shí)別，分析其特征零件的動(dòng)作及相鄰零部件的動(dòng)作，最終看懂裝配體的工作原理。

達(dá)到一定熟練度之后，特征畫法與其動(dòng)作之間將建立一個(gè)映射連接，即讀圖者看到特征畫法就能反饋出零件可能的動(dòng)作。以圖1圓柱螺旋壓縮彈簧為例，看到該畫法，讀圖者即反饋出它可以沿軸向運(yùn)動(dòng)，并可以被壓縮還可以回位。另外，彈簧的動(dòng)作會(huì)對相鄰零件產(chǎn)生怎樣的影響？其他關(guān)聯(lián)件又怎樣運(yùn)動(dòng)？還可以通過一系列問題對相鄰接件的動(dòng)作進(jìn)行延伸分析。按照這一讀圖思路，在裝配圖里出現(xiàn)的圓柱螺旋壓縮彈簧固定畫法，它傳遞出彈簧零件及相鄰接件可能的動(dòng)作信息。

圖1 圓柱螺旋壓縮彈簧

在裝配圖之前學(xué)過的若干畫法，都屬于本文定義的特征畫法。讀裝配圖之前，教師可以通過問題的形式，引導(dǎo)學(xué)生熟練學(xué)過的特征畫法和特征零件，如彈簧、齒輪、齒輪齒條及軸承等。為了讀裝配圖時(shí)使用方便，可以讓每個(gè)學(xué)生建立個(gè)性化的、可以不斷更新和豐富的可運(yùn)動(dòng)特征零件庫，如表1所示。彈簧、齒輪等常見零件可直接入庫，后續(xù)通過讀裝配圖新發(fā)現(xiàn)的特征畫法和特征零件，可讓學(xué)生不斷擴(kuò)充入庫。

特征零件庫建好后，為了能建立特征畫法與零件動(dòng)作之間的映射，還需進(jìn)行強(qiáng)化性的動(dòng)作練習(xí)。如設(shè)置一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分析裝配圖中若出現(xiàn)特征畫法，它們所屬零件將如何運(yùn)動(dòng)，鄰接件怎樣運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練之后，學(xué)生在裝配圖中看到這些畫法自然就反應(yīng)出零件的動(dòng)作。有了上述練習(xí)做儲(chǔ)備，學(xué)生在讀裝配圖時(shí)完全可以自行對照特征零件庫來尋找需要的畫法并分析零件動(dòng)作?？梢哉f，特征零件庫的建立，為學(xué)生讀裝配圖時(shí)自主分析特征畫法及零件動(dòng)作打下良好的基礎(chǔ)。

表1 特征零件庫

2 教學(xué)實(shí)例——千斤頂裝配圖的讀圖

本文以圖2所示千斤頂為例來介紹通過識(shí)別特征零件讀懂裝配圖的“特征識(shí)圖法”，具體讀圖思路如圖3所示。其他裝配圖的讀圖，除特征零件的運(yùn)動(dòng)特征需加以特殊考慮外，總體讀圖思路都可按圖3進(jìn)行。

2.1 通覽全圖

首先，通覽全圖，了解裝配體名稱，零件數(shù)量、位置，視圖數(shù)量及各視圖表達(dá)重點(diǎn)等內(nèi)容，對裝配體的功能有一粗略了解。然而，其功能如何實(shí)現(xiàn)，則需要通過對特征畫法及特征零件進(jìn)行細(xì)致推敲后明確。

2.2 識(shí)別特征零件的特征畫法

千斤頂由四個(gè)零件組成，然而裝配圖中有四處與特征零件庫相吻合的特征，需先將它們提取出來并加以標(biāo)記：①雙點(diǎn)劃線畫法；②滾花畫法；③螺紋連接1(圖2左側(cè))；④螺紋連接2(圖2上部)。

圖2 千斤頂裝配圖

圖3 千斤頂裝配圖讀圖思路

2.3 特征零件的運(yùn)動(dòng)分析

特征畫法識(shí)別后，對每處特征所屬零件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。

(1) “雙點(diǎn)劃線”特征運(yùn)動(dòng)分析：雙點(diǎn)劃線給出特征所屬零件的運(yùn)動(dòng)范圍，傳遞出 4號(hào)件頂桿的“運(yùn)動(dòng)軌跡”信息，即頂桿可由圖示位置沿雙點(diǎn)劃線向上運(yùn)動(dòng)。然而，隨之而來的問題是，頂桿通過哪個(gè)零件施加的作用力產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)？

(2) “滾花畫法”特征運(yùn)動(dòng)分析：滾花結(jié)構(gòu)傳遞出“可手持操作”的信息，故可猜測其所屬3號(hào)件螺母，由于表面具有滾花非光滑結(jié)構(gòu)，具有增加摩擦力、防滑作用，傳遞出“可手?jǐn)Q”信息。分析其動(dòng)作認(rèn)為應(yīng)繞零件中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，分析有待驗(yàn)證。

(3) 螺紋連接 1運(yùn)動(dòng)分析：螺紋連接 1，螺紋副分別屬于 1號(hào)件支座和 2號(hào)件緊定螺釘兩個(gè)零件。該處螺紋的作用是傳動(dòng)還是連接？從千斤頂整體考慮，支座需要平穩(wěn)安裝于工作面上，屬于非運(yùn)動(dòng)部件。因此可判斷該處螺紋副屬于連接螺紋，而非傳動(dòng)螺紋。連接螺紋工作時(shí)(起連接作用時(shí))是靜態(tài)的，螺紋副之間沒有相對運(yùn)動(dòng)。由此可知，4號(hào)件頂桿的運(yùn)動(dòng)與2號(hào)件螺釘無關(guān)。此處是讀圖時(shí)很多學(xué)生易錯(cuò)處，經(jīng)常誤認(rèn)為2號(hào)件的動(dòng)作導(dǎo)致頂桿運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過上述分析后錯(cuò)誤得以排除。同時(shí)引出新的問題，2號(hào)件的作用是什么？

(4) 螺紋連接 2運(yùn)動(dòng)分析：螺紋連接 2，螺紋副分別屬于3號(hào)件螺母和4號(hào)件頂桿。由于(1)和(2)中已經(jīng)對螺母和頂桿的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了合理的分析，得知頂桿沿自身軸向運(yùn)動(dòng)，螺母繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分屬于兩個(gè)零件的特征與傳動(dòng)螺紋完全相符。傳動(dòng)螺紋的一對螺紋副，一個(gè)是繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)是直線運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)是分開的，分屬于兩個(gè)件。因此，可確定千斤頂?shù)闹饕獎(jiǎng)幼鳛?，?dāng)手?jǐn)Q3號(hào)件螺母時(shí)，4號(hào)件頂桿沿軸向運(yùn)動(dòng)。

在千斤頂裝配圖中，有兩處典型不同作用的螺紋——連接作用螺紋和傳動(dòng)作用螺紋。該例深化對連接螺紋和傳動(dòng)螺紋的認(rèn)識(shí)，為以后裝配圖中出現(xiàn)的螺紋連接的識(shí)讀打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

受篇幅限制，文中僅舉例說明裝配圖中可運(yùn)動(dòng)特征零件的讀圖分析方法，其他零件動(dòng)作可通過與特征零件之間的連接和緊定方式加以分析。適當(dāng)?shù)某叽绶治龊脱b配關(guān)系分析作為讀圖補(bǔ)充必不可少。

2.4 尺寸分析+裝配關(guān)系分析

對于零件間重要的裝配關(guān)系，可以結(jié)合配合尺寸進(jìn)行著重分析，以促進(jìn)運(yùn)動(dòng)分析基礎(chǔ)之上對裝配圖的進(jìn)一步理解。千斤頂裝配圖比較簡單，這里主要考慮1號(hào)件支座與其他零件的兩處裝配關(guān)系：

(1) 1號(hào)件支座與4號(hào)件頂桿的軸孔配合處有一配合尺寸φ12H8/f8，通過該尺寸可知這兩個(gè)零件之間為間隙配合，頂桿可在支座孔內(nèi)沿軸向運(yùn)動(dòng)。1號(hào)件支座為4號(hào)件頂桿提供支撐和導(dǎo)向。

(2) 1號(hào)件支座為3號(hào)件螺母提供二者接觸面處的支撐力，支撐力方向垂直于接觸面，故與螺紋連接2處的螺紋傳動(dòng)并無關(guān)系。而4號(hào)件頂桿與3號(hào)件螺母之間的運(yùn)動(dòng)若要分開，需要有一個(gè)限制4號(hào)件頂桿繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力，在排除了支座的作用后，2號(hào)件緊釘螺釘?shù)淖饔猛癸@出來，由此可以確定，2號(hào)件給螺桿施加了限制其隨螺母一起繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力。

通過配合關(guān)系的分析，不僅驗(yàn)證了對前面特征零件的運(yùn)動(dòng)分析，也深化了對裝配體工作原理的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，可輔以千斤頂三維形體及裝配動(dòng)畫進(jìn)行補(bǔ)充教學(xué)，加深學(xué)生理解。

這種以識(shí)別裝配圖中的可運(yùn)動(dòng)特征零件為切入點(diǎn)的方法，很容易被學(xué)生接受。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很快就能進(jìn)入讀圖環(huán)境，而且隨著分析的深入，可不斷發(fā)現(xiàn)新的問題并逐一解決問題。

3 結(jié) 束 語

本文提出以識(shí)別裝配圖中的可運(yùn)動(dòng)特征零件為切入點(diǎn)的讀圖方法，是區(qū)別于一般工程制圖教材上僅給出讀圖步驟，提倡抓住讀圖切入點(diǎn)、提高學(xué)生自主讀圖能力的探究式讀圖方式。

采用“特征識(shí)圖法”讀圖除了使裝配圖讀圖更容易入手之外，學(xué)生的積極性和自主性也得到極大調(diào)動(dòng)。在讀圖過程中，教師更多地作為一個(gè)引導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生抓住可運(yùn)動(dòng)特征零件為讀圖切入點(diǎn)，分析零件動(dòng)作的同時(shí)不斷發(fā)現(xiàn)和解決問題。整個(gè)過程中，學(xué)生能夠按照總的讀圖思路自主發(fā)現(xiàn)裝配圖中的特征畫法，自主分析動(dòng)作。教師則負(fù)責(zé)把握全局，對學(xué)生沒考慮到的關(guān)鍵問題給予提示，力求讓學(xué)生獨(dú)立思考，自己得到答案。該方法讀圖思路清晰，學(xué)生能夠從特征畫法入手自主讀圖，實(shí)現(xiàn)由“被動(dòng)學(xué)習(xí)”向“自主探索”的轉(zhuǎn)變，是對識(shí)讀裝配圖的一次有益嘗試。

[1]祖業(yè)發(fā), 丁 一, 楊學(xué)元, 等. 畫法幾何及機(jī)械制圖[M]. 重慶： 重慶大學(xué)出版社, 1997： 384-391.

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[3]焦永和, 林 宏. 畫法幾何及工程制圖[M]. 2版. 北京：北京理工大學(xué)出版社, 2000： 238-240.

[4]鄭玉波. 解讀“機(jī)械制圖”中的裝配圖[J]. 科技資訊, 2009, (4)： 22.

[5]白植真. “讀裝配圖”教法分析[J]. 職業(yè)教育研究, 2005, (3)： 64.

[6]戴立玲, 楊巧榮, 顧寄南. 工程圖學(xué)裝配圖讀圖的CAI課堂教學(xué)[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 23(3)： 196-200.

A Method Reading Assembly-Drawing Based on Recognition of Characteristic Drawing

Sun Shaoni, Huang Ying, Li Xiaohao, Ma Mingxu
(School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang Liaoning 110819, China)

In view of the existing problems in reading assembly drawings for college students, such as bad acceptance in reading methods and poor ability in autonomous reading, a new method named "feature identify method" is put forward. By identifying the characteristic drawings which transmit parts motion information in assembly drawings, the motions of parts and their adjacent parts are analyzed, so the work principle of assembly is finally understood. The starting point to analyze the assembly views in this method is moving parts, which greatly stimulates the students' interest in learning, and improves the proportion of students? autonomous learning in the classroom. This is a useful exploration in students? change from "passive learning" to "active learning" in traditional teaching process.

engineering drawing; reading views of assembly drawing; characteristic drawing; active learning

TB 23

A

2095-302X(2015)01-0123-05

2014-06-09；定稿日期：2014-07-25

孫少妮(1978-)，女，山東煙臺(tái)人，講師，在讀博士。主要研究方向?yàn)閳D學(xué)教育理論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。E-mail：8833764@qq.com