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山东大学授课讲稿

第一讲

第一章绪论

一、设计制图的内容和特点

图样与文字、数字一样，是人类借以表达工程设计意图的基本工具之一，在科技界和工程技术界应用尤为广泛。

在科技和生产领域中最常使用的工程图——多面正投影图，长期以来被誉为工程界的语言，这是由于它们具有独特的表现力，能详尽而准确地反映工程对象的形状和大小，便于依图进行生产和科研，起到了语言、文字难以起到的作用。

当今科技突飞猛进，工程图的用途越来越广泛，工程施工、课题研究、创造发明、技术教育、传播文化、交流技术、普及知识、产品介绍等各方面随时都需要以相应的表达方法和形式来绘制人们所从事的对象，而且对表达方法提出了更高的要求。

设计制图是以美术手法来绘制工程对象的立体形象，是绘画几何学和美术的融合体。

其内容包括：

轴测、透视、阴影、体视等有关的绘图理论，绘制轴测图、透视图等各种技法。

用工程图学理论绘制的图画（简称工程画），既保持了工程图的特点，又具有较好的直观性和艺术性，其作用不同于一般的绘画。

它的突出特点是用细致、准确的特种手法，绘制出工程对象的结构造型、工作原理、装配关系、调整使用方法等。

因此，工程画具有严格的绘图比例、清晰的表达方法、准确的轮廓及较强的立体感，使所绘制的物体形象跃立于画面，令人产生见图如见物的真实感。

因此，可以把工程画喻为“工程图学中的普通话”。

实践证明，工程绘画已成为人们从事科技、生产、教育活动及国际交往的得力助手。

工程画是谁都容易理解和接受的表达形式，对从事产品设计、制造、供销、维护保养和使用修理人员来说，都是非常必要的，它可以缩短人们对产品的认识时间，减少人们思考的范围，简化各方面人员的工作，完全符合“高速度”这一时代特征的要求，所以在工业发达的国家已把工程画广泛地应用于飞机、汽车、电气、仪表、家庭器具等机械化工设备制造业。

它已成为工业发展的橱窗，标志着一个国家物质文明和精神文明的发展高度。

二、本课程的任务及学习方法

1．本课程的主要任务

（1）学习多面正投影、轴测投影、透视投影的有关理论。

（2）学习绘制多面正投影、轴测图和透视图的绘制技法。

（3）学习用计算机绘制工程画的方法。

（4）培养学生的空间想象能力、绘图能力和审美能力。

（5）培养学生的手指灵活性及近距离的视觉敏锐度。

此外，在学习过程中还必须有意识地培养自学和创造能力、分析和解决问题的能力。

2．学习方法

本课程是一门既有理论又有较多实践的技术基础课，在学习中应该坚持理论联系实际。

认真学习多面正投影、轴测投影、透视投影的基本理论及其投影规律，在此基础上由浅入深地通过一系列的绘画实践，掌握多面正投影、轴测图、透视图的基本作图方法及其应用。

在日常生活中多注意观察物体的光影关系，以便增加所绘工程画的真实感。

在具备计算机自动绘图系统的条件下，学习计算机绘制工程画，多上机练习才能掌握好所学内容。

三、工程界常用的三种图示方法

在科技工程领域中，常用多面正投影图、轴测投影图和透视投影图来表达物体的形状。

每种投影图都是按一定的投影原理和方法绘制的，并各有其优、缺点。

1．多面正投影图

图1-1所示三视图，是用互相平行的投影光线将物体分别向三个互相垂直的投影面作垂直投影得到的一组图形。

图1-1多面正投影的形成原理

多面正投影图能准确而完整地表达物体各向度的形状和大小，因此在工程制图中被广泛采用。

但是，这样的投影图缺乏立体感，物体的确切形状还必须经过投影分析和空间想象才能得知，而这种想象能力必须经过学习和培养才能够掌握，这对未学过投影知识的人来说，无疑是个难题。

2．轴测投影图

图1-2所示的轴测投影图，是用一束平行投射光线将物体向一个投影面投射所得到的单面投影图。

图1-2轴测投影图形成原理

轴测投影图是在一个投影面上反映物体三个向度的形状，因此它具有较好的立体感，一般人都能看懂。

在轴测投影图上，各坐标轴（即轴测轴）与原坐标轴成一定比例，利用这些比例就可在轴测投影图上量出原物体的各轴向尺寸。

轴测投影图具有理论简单、画图容易、形状逼真等优点，特别适用于表达机器零部件的立体形状。

但是，由于轴测投影图是单面投影图，不能全面地表达出物体的形状，因此在工程上的应用还受到一定的限制。

3．透视投影图

透视投影图是用一束具有射影中心的辐射光线将物体向一个投影面投射所得到的单面投影图，如图1-3所示。

图1-3透视投影图形成原理

与轴测投影图相同，透视投影图是在一个投影面上反映物体三个向度的形状，因此该图的立体感强。

由于透视投影图是用中心投射法绘制立体形象，故它比轴测投影图更符合人们的视觉。

在工业产品设计中，设计人员绘制的效果图往往用透视投影图表达，以达到见图如见物的目的。

透视图的缺点是画图比较麻烦，度量性不如轴测投影图好。

第二章制图的基本知识

绘制机械图样，必须严格遵守机械制图国家标准中的有关规定，正确使用绘图工具和仪器，掌握正确的绘图方法与步骤，并且要树立耐心细致的工作作风和严肃认真的工作态度。

第一节机械制图国家标准

一、图纸幅面尺寸和格式（GB/T14689-93）

1.图纸幅面尺寸

为了合理地利用幅面和便于图样管理，绘制图样时，应优先选用表2-1中规定的图纸幅面尺寸,必要时可选用所规定的加长幅面。

这些幅面的尺寸是由基本幅面的短边成整数倍增加后得出的。

如图2-1所示。

2.图框格式

图框格式分为不留装订边和留装订边两种,但同一产品的图样只能采用一种格式。

要装订的图样，其图框的格式如图2-2所示。

装订有横装与竖装之分。

其尺寸按表2-1的规定执行。

一般采用Ａ4幅面竖装和Ａ3幅面横装。

不留装订边的图样，其图框格式如图2-3所示。

两种图框线都必须用粗实线绘制。

表2-1图纸幅面尺寸（单位：

mm）

3.标题栏

标题栏必须配置在图框的右下角（图2-2、2-3）。

GB10609.1-89规定了标题栏的格式和尺寸，在制图作业中建议采用图2-4所示的格式。

标题栏的外框为粗实线,右边线和底边线与图框重合。

标题栏的位置一经确定,看图的方向也就确定了。

图2-1图纸幅面尺寸

图2-2图框格式

（一）

图2-3图框格式

（二）

图2-4标题栏

二、比例（GB/T14690-93）

比例是图中图形与其实物相应要素的线性尺寸之比。

绘图时,选用表2-2中规定的比例。

当机件很大时,可选用缩小比例绘制，一般应优先选用1:

1的比例,绘制同一个机件各个视图若采用相同的比例须填写在标题栏中比例一栏内。

当视图采用不同比例时，必须在视图名称的下方或右侧标注比例。

表2-2比例

三、字体（GB/T14691-93）

书写汉字、数字、字母必须作到:

字体端正、笔画清楚、间隔均匀、排列整齐。

字体的号数,即字体的高度（用h表示）分为8种:

1.8、2.5、3.5、5、7、10、14、20。

单位为毫米。

各种字体的示例如下:

1.汉字

汉字应写成长仿宋体,采用国家正式公布的简化字。

长仿宋体的特点是横平竖直,注意起落,结构均匀,填满方格。

图样中一般汉字的高度h不应小于3.5毫米。

汉字的宽度一般为h/

汉字字体示例:

10号字

字体端正、笔画清楚、间隔均匀、排列整齐。

7号字

装配时作斜度深沉最大的小球视图向旋转前后表面展开两端中心孔锥销键。

2.数字和字母

数字和字母分A型和B型.A型字体的笔画宽度为字高的十四分之一，B型字体的笔画宽度为字高的十分之一。

在同一图样上,只允许采用一种型式的字体。

数字和字母有2种:

直体和斜体。

一般采用斜体,斜体字字头向右倾斜,与水平基准成75度。

用作指数、分数、极限偏差等的数字及字母,一般采用小一号字体。

四、图线及其画法

1.图线型式:

国标（GB4457.4-84）中规定了机械工程图样中常采用的的八种图线线型。

见表2-3.

表2-3GB4457.4-84规定的图线

在同一图样中，同类图线的宽度应一致。

在机械制图国家标准中，目前多采用两种图线即粗线和细线。

粗线的宽度b按图的大小和复杂程度,在0.5-2毫米之间选择,细线的宽度约为b/3。

图线宽度的推荐系列为0.18、0.25、0.35、0.5、0.7、1、1.4、2mm.宽度为0.18毫米的图线在图样复制中往往不清晰,尽量不采用。

2.图线画法要点

（1）同一图样中同类图线的宽度应基本一致。

虚线,、点画线及双点画线的线段长度和间隔应各自大致相等。

（2）两条平行线（包括剖面线）之间的距离应不小于粗实线的两倍宽度,其最小距离不得小于0.7mm。

（3）绘制圆的对称中心线时,圆心应为线段的交点。

当绘制点画线和双点画线有困难时,可用细实线代替（图2-5）。

图2-5中心线画法

a）正确b）不正确c）小圆中心线的画法

（4）对称图形的对称中心线一般应超出图形外5mm左右。

超出量在整幅图样中应基本一致。

（5）虚线、点画线与其他图线相交时,应在线段处相交,而不应在间隙处相交（图2-6）。

图2-6虚线，点画线的画法

五、尺寸标准（GB/T16675.2-1996）

图样上标注尺寸时,必须严格按制图标准中有关尺寸注法的规定进行。

1.基本规则

（1）机件中的真实大小应以图样上所注的尺寸数值为依据,与图形的大小及绘图的准确度无关。

（2）图样中（包括技术要求和其他说明）的尺寸以毫米为单位时,不需要标注其计量单位的代号或名称,若采用其他单位必须注明。

2.尺寸要素

在图样上标注的尺寸,一般应由尺寸界线、尺寸线及其终端、尺寸数字所组成,如图2-7所示。

图2-7标注尺寸的形式

（1）尺寸界线用细实线绘制,并应由图形的轮廓线、轴线或对称中心线处引出。

也可利用轮廓线、轴线或对称中心线作尺寸界线。

（2）尺寸线用细实线绘制，尺寸线不能用其他图线代替,一般也不得与其他图线重合或画在其延长线上。

当标注线性尺寸时,尺寸线必须与所注的线段平行。

尺寸线的终端有下列两种形式:

①箭头箭头的形式如图2-8.a所示,b为粗实线的宽度,它适用于各种类型的图样。

②采用箭头形式时,在空间不够的情况下,允许用圆点或斜线代替箭头,如图2-8.b所示。

图2-8尺寸线终端的形式

a）箭头b）斜线c）间隔小的尺寸线终端画法

（3）尺寸数字线性尺寸数字一般注在尺寸线的上方或是中断处，同一张图样上尽可能采用一种数字注写方法。

尺寸数字不可被任何图线所通过,当不可避免时,必须把图线断开,如2-9所示。

图2-9数字注写方法

第二节几何作图

表达物体形状的图样是由各种不同的几何图形组成的。

几何图形的作图方法是制图的基本技能。

下面介绍几种常用的几何图形的作图方法。

一、正多边形

若已知它们的外接圆直径d，利用圆规，丁字尺，三角板即可作出。

1.正三边形，如图2-10所示。

2.正六边形，如图2-11所示。

图2-10内接正三边形的画法

a）用三角板和丁字尺画正三边形b）用圆规画正三边形

图2-11内接正六边形的画法

a）用三角板和丁字尺画正六边形　b）用圆规画正六边形

3.正多边形

下面以正七边形为例，说明圆内正多边形的近似作法，如图2-12所示。

（1）根据已知直径d画圆，将直径AL分成与圆周要等分的份数，例如七等份。

等分线段的方法是：

过A点作任意直线AL′,并过点A在AL′上任意截取七个等份,然后过第七分点7′与7连一直线,过1′、2′…….6′各点作直线与77′平行,即得1、2、3、4、5、6,等分点。

（2）以L为圆心,LA为半径作圆弧与MN的延长线相交于H。

（3）连接H点和2点（作任何多边形都是通过第二分点），其延长线交圆周于G，AG即为正七边形的边长。

图2-12内接正七边形的画法

（4）以AG之长在圆周上依次截取B、C、D、E、F，等分点，圆周就被七等分了。

顺次连接各分点就得到圆的内接正七边形ABCDEFG。

二、斜度和锥度作图及标注

1.斜度

斜度是指直线（或平面）对另一直线（或平面）的倾斜度,其大小用该两直线夹角（或两个平面夹角）的正切来表示（图2-13）,其中BC的斜度=tgα=H/L。

在图样中用∠1:

n来标注。

斜度符号的画法见图2-14A（H为字体高度）。

图2-15A为斜度1:

5的画法与标注,作图时先取AD作为一个单位长度,再取AB等于5个单位长度,连接BD即得到斜度为1:

5的斜度线.图2-15B为斜度标注示例。

注意:

斜度符号的方向应与斜度方向一致。

图2-13斜度

图2-14斜度和锥度符号的画法

a）斜度符号b）锥度符号

图2-15斜度的画法及标注

a）斜度画法b）斜度标注示例

2.锥度

正圆锥体的锥度指锥体底圆直径与其高度之比。

截头正圆锥（圆台）的锥度为其上、下底圆直径之差与圆台高之比（图2-16）,即截头正圆锥的锥度=（D-D）/L=2tgα/2,其中α为锥度。

锥度在图样上用锥度1:

n形式符注。

锥度符号的画法见图10-16b（h为字体高度）。

图2-17a是锥度1：

5的画法，图10-25b为锥度标注示例。

锥度符号的方向应与圆锥方向一致。

图2-16锥度

图2-17锥度的画法及标注

a）锥度的画法b）锥度标注示例

三、圆弧连接

圆弧连接，就是用圆弧光滑连接已知直线或圆弧，即光滑连接。

因此,在连接处必须是相切的.

线段的连接有3种基本形式:

（1）用圆弧连接两条已知直线;

（2）用圆弧连接一已知直线和一已知圆弧。

（3）用圆弧连接两已知圆弧。

圆弧连接作图的关键在于，找出连接圆弧的圆心位置及与两被连接线段连接处的切点位置。

图2-18示出已知圆弧半径为R的三种连接形式的作图方法。

图2-18圆弧连接示例

第三节平面图形的尺寸和线段分析

一般平面图形都是由若干线段（直线或曲线）连接而成，要正确绘制一个平面图形,首先必须对平面图形进行尺寸分析和线段分析,弄清哪些线段尺寸齐全,可以直接画出来,哪些线段尺寸不全,需通过作图才能画出。

一、平面图形的尺寸分析

图形中的尺寸按其作用不同,可分为定形尺寸和定位尺寸两类。

1.定形尺寸

定形尺寸是确定平面图形各部分形状大小的尺寸,如线段的长度,角度的大小以及圆或圆弧的直径或半径的尺寸数据。

如图2-19所示中尺寸152、φ30、R35、和R12都是定形尺寸。

2.定位尺寸

它是确定图形各部分之间相对位置的尺寸数据。

如图2-19所示中尺寸40、30、38、88和49都是定位尺寸。

图2-19平面图形的尺寸与线段分析

二、平面图形的线段分析

线段在图形中根据给定的定形尺寸和定位尺寸是否齐全,可分为已知线段和连接线段。

1.已知线段

定形尺寸和定位尺寸标注齐全,作图时可以根据尺寸直接画出来的线段,称为已知线段。

如图2-19所示中φ30的圆R12和R35的圆弧、152的直线。

2.连接线段

只给出定形尺寸而定位尺寸不全,需作图帮助才能画出的线段称为连接线段。

如圆弧只知半径,而圆心的两个定位尺寸只知道一个或两个都不知道,作图时需借助于其他条件确定圆心位置才能画出圆弧,这样的称为连接弧。

如图2-19所示中R34和30的直线等。

分析图形中尺寸的作用,确定线段的性质,从而得到正确的作图步骤,这是分析平面图形的目的。

画图时,先画出图形的基准线,再画出各已知线段,然后画连接线段。

画连接线段时，还要分清各连接线段先后顺序。

现以图2-20手柄的画法为例,说明平面图形的作图步骤。

注意：

图中2个连接图弧应先画R52,后画R30。

图2-20手柄及作图步骤

a）原图b）画出已知线段c）画连接圆弧R52mm使与相距为26mm的两范围线相切，并和R6mm圆弧内切d）画连接圆弧R30mm使与相距为14mm的两范围线相切，并和R52mm圆弧外切

第四节绘图的基本方法与步骤

为提高图样质量和绘图速度，除了正确使用绘图工具外，还必须掌握正确的绘图方法与步骤。

下面介绍仪器绘图和徒手绘图的基本方法。

一、仪器绘图

1.制图前的准备工作首先准备好绘图工具和用品，擦干净图板、丁字尺和三角板，削好铅笔，整理好工作地点。

2.固定图纸

按图样大小选择图纸幅面，将图纸铺放在图板左侧并使图纸与图板的底边距离大于丁字尺的宽度，图纸的水平边与丁字尺工作边平行。

3.图样布局

根据图幅画出图框和标题栏。

图形要布置在图框的适当位置，留有注尺寸的地方，要匀称美观。

4.画底稿

用削尖的H或2H铅笔轻轻画出。

底稿图线要大致分明，先画轴或对称中心线，再画主要轮廓，然后画细节。

底稿完成后，要检查擦去多余的线。

5.铅笔加深

加深图线时用力要均匀，保持线型一致。

应做到线型正确，粗细分明，连接光滑，图面整洁。

描深图线一般应遵循先曲后直，先上后下，先左后右，先粗后细的规律。

注意所有图形应同时加深，先描圆和圆弧，然后再从上至下描深所有水平粗实线；从左到右描深所有垂直粗实线；而后再按顺序描深所有虚线，点画线和细实线；最后画箭头，注尺寸，写文字说明，描图框和填写标题栏。

二、徒手绘图

徒手图（也叫草图）是不借助绘图仪器工具，用目测徒手绘制的图样。

在机器测绘，讨论设计方案和技术交流中，经常需要绘制草图。

因此，徒手绘图也是一项基本技能。

徒手绘图与用仪器绘图要求一样，必须做到：

图形正确，图线清晰，比例匀称，字体工整。

1.直线的画法

画直线时，执笔要稳而有劲，铅笔向运动方向稍斜，小手指靠着纸面，眼要时时注意直线终点，以避免线条倾斜。

运笔方向与写字方向相同，即画垂直线自上而下，画水平线自左而右。

为了提高作图速度和质量，也可采用方格纸画草图。

2.圆和曲线的画法

画圆时应先定圆心，过圆心画两条互相垂直的中心线，用目测估计半径的大小后，在两中心线上与圆心等距离的位置上取四点，然后过各点徒手连成圆。

当画较大的圆时，可过圆心多作几条直径，在上面找点后再连成圆。