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机械设计入门知识:机械设计高手从这里起步
1.轴套类零件这类零件一般有轴、衬套等零件,在视图表达时,只要画出一个基本视图再加上适当的断面图和尺寸标注,就可以把它的主要形状特征以及局部结构表达出来了。为了便于加工时看图,轴线一般按水平放置进行投影,最好选择轴线为侧垂线的位置。在标注轴套类零件的尺寸时,常以它的轴线作为径向尺寸基准。由此注出图中所示的Ф14、Ф11(见A-A断面)等。这样就把设计上的要求和加工时的工艺基准(轴类零件在车床上加工时,两端用顶针顶住轴的中心孔)统一起来了。而长度方向的基准常选用重要的端面、接触面(轴肩)或加工面等。如图中所示的表面粗糙度为Ra6.3的右轴肩,被选为长度方向的主要尺寸基准,由此注出13、28、1.5和26.5等尺寸;再以右轴端为长度方向的辅助基,从而标注出轴的总长96。2.盘盖类零件这类零件的基本形状是扁平的盘状,一般有端盖、阀盖、齿轮等零件,它们的主要结构大体上有回转体,通常还带有各种形状的凸缘、均布的圆孔和肋等局部结构。在视图选择时,一般选择过对称面或回转轴线的剖视图作主视图,同时还需增加适当的其它视图(如左视图、右视图或俯视图)把零件的外形和均布结构表达出来。如图中所示就增加了一个左视图,以表达带圆角的方形凸缘和四个均布的通孔。在标注盘盖类零件的尺寸时,通常选用通过轴孔的轴线作为径向尺寸基准,长度方向的主要尺寸基准常选用重要的端面。3.叉架类零件这类零件一般有拨叉、连杆、支座等零件。由于它们的加工位置多变,在选择主视图时,主要考虑工作位置和形状特征。对其它视图的选择,常常需要两个或两个以上的基本视图,并且还要用适当的局部视图、断面图等表达方法来表达零件的局部结构。踏脚座零件图中所示视图选择表达方案精练、清晰对于表达轴承和肋的宽度来说,右视图是没有必要的,而对于T字形肋,采用剖面比较合适。在标注叉架类零件的尺寸时,通常选用安装基面或零件的对称面作为尺寸基准。尺寸标注方法参见图。4.箱体类零件一般来说,这类零件的形状、结构比前面三类零件复杂,而且加工位置的变化更多。这类零件一般有阀体、泵体、减速器箱体等零件。在选择主视图时,主要考虑工作位置和形状特征。选用其它视图时,应根据实际情况采用适当的剖视、断面、局部视图和斜视图等多种辅助视图,以清晰地表达零件的内外结构。在标注尺寸方面,通常选用设计上要求的轴线、重要的安装面、接触面(或加工面)、箱体某些主要结构的对称面(宽度、长度)等作为尺寸基准。对于箱体上需要切削加工的部分,应尽可能按便于加工和检验的要求来标注尺寸。5.零件常见结构的尺寸注法常见孔的尺寸注法(盲孔、螺纹孔、沉孔、锪平孔);倒角的尺寸注法。1盲孔2螺纹孔3沉孔4锪平孔5倒角◆◆◆1.介绍表面粗糙度的概念及主要评定参数1表面粗糙度的概念零件表面上具有较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特性,称为表面粗糙度。这主要是在加工零件时,由于刀具在零件表面上留下的刀痕及切削分裂时表面金属的塑性变形所形成的。零件表面粗糙度是也是评定零件表面质量的一项技术指标,它对零件的配合性质、工作精度、耐磨性、抗腐蚀性、密封性、外观等都有影响。在保证机器性能的前提下,为获得相应的零件表面粗糙度,应根据零件的作用,选用恰当的加工方法,尽量降低生产成本。一般来说,凡零件上有配合要求或有相对运动的表面,表面粗糙度参数值要小。2表面粗糙度的代号、符号及其标注GB/T131-2006规定了表面粗糙度代号及其注法。图样上表示零件表面粗糙度的符号见下表。3表面粗糙度的主要评定参数零件表面粗糙度的评定参数有:1))轮廓算术平均偏差(Ra)--在取样长度内,轮廓偏距绝对值的算术平均值。Ra的数值及取样长度l见表。2))轮廓最大高度(Rz)--在取样长度内,轮廓峰顶线与轮廓峰底线的距离。使用时优先选用Ra参数。4表面粗糙度的代号标注示例表面粗糙度高度参数Ra、Rz、Ry在代号中用数值标注时,除参数代号Ra可省略外,其余在参数值前需标注出相应的参数代号Rz或Ry,标注示例见表。表面粗糙度的标注表面粗糙度中数字及符号的方向5表面粗糙度代(符号)在图样上的标注方法1))表面粗糙度代(符)号一般应注在可见轮廓线、尺寸界线或它们的延长线上,符号的尖端必须从材料外指向表面。2))表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按规定标注。◆◆◆2、表面粗糙度的标注示例在同一图样上,每一表面一般只标注一次代(符)号,并尽可能地靠近有关的尺寸线。当空间狭小或不便标注时可以引出标注。当零件所有表面具有相同的表面粗糙度要求时,可统一标注在图样的右上角,当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时,对其中使用最多的一种代(符)号可以同时注在图样的右上角,并加注"其余"两字。凡统一标注的表面粗糙度代(符)号及说明文字,其高度均应该是图样标注的1.4倍。零件上连续表面、重复要素(如孔、齿、槽等)的表面和用细实线连接不连续的同一表面,其表面粗糙度代(符)号只注一次。同一表面上有不同的表面粗糙度要求时,应用细实线画出其分界线,并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸。齿轮、螺纹等工作表面没有画出齿(牙)形时,其表面粗糙度代(符)号注法见图。中心孔的工作表面,键槽的工作表面,倒角,圆角的表面粗糙度代号可以简化标注。需要将零件局部热处理或局部镀(涂)覆时,应用粗点画线画出其范围并标注出相应尺寸,也可将其要求注写在表面粗糙度符号长边的横线上。6、标准公差和基本偏差为便于生产,实现零件的互换性及满足不同的使用要求,国家标准《极限与配合》规定了公差带由标准公差和基本偏差两个要素组成。标准公差确定公差带的大小,而基本偏差确定公差带的位置。1标准公差(IT)标准公差的数值由基本尺寸和公差等级来决定。其中公差等级是确定尺寸精确程度的标记。标准公差分为20级,即IT01,IT0,IT1,…,IT18。其尺寸精确程度从IT01到IT18依次降低。标准公差的具体数值见有关标准。2基本偏差基本偏差是指在标准的极限与配合中,确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差,一般指靠近零线的那个偏差。当公差带在零线的上方时,基本偏差为下偏差;反之,则为上偏差。基本偏差共有28个,代号用拉丁字母表示,大写为孔,小写为轴。从基本偏差系列图中可以看出:孔的基本偏差A~H和轴的基本偏差k~zc为下偏差;孔的基本偏差K~ZC和轴的基本偏差a~h为上偏差,JS和js的公差带对称分布于零线两边、孔和轴的上、下偏差分别都是+IT/2、-IT/2。基本偏差系列图只表示公差带的位置,不表示公差的大小,因此,公差带一端是开口,开口的另一端由标准公差限定。基本偏差和标准公差,根据尺寸公差的定义有以下的计算式:ES=EI+IT或EI=ES-ITei=es-IT或es=ei+IT孔和轴的公差带代号用基本偏差代号与公差带等级代号组成。7、配合基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系,称为配合。根据使用要求的不同,孔和轴之间的配合有松有紧,因而国标规定配合种类:1间隙配合孔与轴装配时,有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。孔的公差带在轴的公差带之上。2过渡配合孔与轴装配时,可能有间隙或过盈的配合。孔的公差带与轴的公差带互相交叠。3过盈配合孔与轴装配时有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。孔的公差带在轴的公差带之下。8、基准制:在制造配合的零件时,使其中一种零件作为基准件,它的基本偏差一定,通过改变另一种非基准件的基本偏差来获得各种不同性质配合的制度称为基准制。根据生产实际的需要,国家标准规定了两种基准制。1)基孔制(如下图所示)基孔制--是指基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。见下图。基孔制的孔称为基准孔,其基本偏差代号为H,其下偏差为零。2)基轴制(如下图所示)基轴制--是指基本偏差为一定的轴的公差带与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。见下图。基轴制的轴称为基准轴,其基本偏差代号为h,其上偏差为零。9、配合代号配合代号由孔和轴的公差带代号组成,写成分数形式,分子为孔的公差带代号,分母为轴的公差带代号。凡是分子中含H的为基孔制配合,凡是分母中含h的为基轴制配合。例如φ25H7/g6的含义是指该配合的基本尺寸为φ25、基孔制的间隙配合,基准孔的公差带为H7,(基本偏差为H公差等级为7级),轴的公差带为g6(基本偏差为g,公差等级为6级)。例如φ25N7/h6的含义是指该配合的基本尺寸为φ25、基轴制过渡配合,基准轴的公差带为h6,(基本偏差为h,公差等级为6级),孔的公差带为N7(基本偏差为N,公差等级为7级)。10、公差与配合在图样上的标注1)在装配图上标注公差与配合,采用组合式注法。2)在零件图上的标注方法有三种形式。11、形位公差零件加工后,不仅存在尺寸误差,而且会产生几何形状及相互位置的误差。圆柱体,即使在尺寸合格时,也有可能出现一端大,另一端小或中间细两端粗等情况,其截面也有可能不圆,这属于形状方面的误差。阶梯轴,加工后可能出现各轴段不同轴线的情况,这属于位置方面的误差。所以,形状公差是指实际形状对理想形状的允许变动量。位置公差是指实际位置对理想位置的允许变动量。两者简称形位公差。形位公差项目符号1形状和位置公差的代号国家标准GB/T1182-2008规定用代号来标注形状和位置公差。在实际生产中,当无法用代号标注形位公差时,允许在技术要求中用文字说明。形位公差代号包括:形位公差各项目的符号,形位公差框格及指引线,形位公差数值和其他有关符号,以及基准代号等。框格内字体的高度h与图样中的尺寸数字等高。2形位公差标注示例一根气门阀杆,在图中所标注的形位公差附近添加的文字,只是为了给读者作说明而重复写上的,在实际的图样中不需要重复注写。1.零件上的铸造结构1铸造圆角当零件的毛坯为铸件时,因铸造工艺的要求,铸件各表面相交的转角处都应做成圆角。铸造圆角可防止铸件浇铸时转角处的落砂现象及避免金属冷却时产生缩孔和裂纹。铸造圆角的大小一般取R=3~5mm,可在技术要求中统一注明。2起模斜度用铸造的方法制造零件毛坯时,为了便于在砂型中取出模样,一般沿模样拔模方向作成约1∶20的斜度,叫做拔模斜度。因此在铸件上也有相应的拔模斜度,这种斜度在图上可以不予标注,也不一定画出,如下图所示;必要时,可以在技术要求中用文字说明。3铸件厚度当铸件的壁厚不均匀一致时,铸件在浇铸后,因各处金属冷却速度不同,将产生裂纹和缩孔现象。因此,铸件的壁厚应尽量均匀,见上图;当必须采用不同壁厚连接时,应采用逐渐过渡的方式,见上图。铸件的壁厚尺寸一般采用直接注出。2.零件上的机械加工结构1退刀槽和砂轮越程槽在零件切削加工时,为了便于退出刀具及保证装配时相关零件的接触面靠紧,在被加工表面台阶处应预先加工出退刀槽或砂轮越程槽。车削外圆时的退刀槽,其尺寸一般可按"槽宽×直径"或"槽宽×槽深"方式标注。磨削外圆或磨削外圆和端面时的砂轮越程槽。2钻孔结构用钻头钻出的盲孔,在底部有一个120°的锥角,钻孔深度指的是圆柱部分的深度,不包括锥坑。在阶梯形钻孔的过渡处,也存在锥角120°圆台,其画法及尺寸注法。用钻头钻孔时,要求钻头轴线尽量垂直于被钻孔的端面,以保证钻孔准确和避免钻头折断。三种钻孔端面的正确结构。3凸台和凹坑零件上与其他零件的接触面,一般都要加工。为了减少加工面积,并保证零件表面之间有良好的接触,常常在铸件上设计出凸台,凹坑。螺栓连接的支撑面凸台或支撑面凹坑的形式;为了减少加工面积,而做成凹槽结构。
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机械产品的使用示意图欣赏
【译者的话】如果你买了一台家电,看了几遍说明书后仍然不知所措,你不必自卑或怀疑自己的智商,这往往不是你的错,而是说明书的描述及示意图设计不清晰不合理所致。对设计师来说,设计产品的使用示意图并不是毫无挑战性及枯燥无味的工作,其中有许多的原则需要注意。你有一些东西需要向别人说明或解释?不要说出来,而是展现出来!你是否曾经在看着电视机的说明书时感觉如堕云雾?是否曾经看到很多产品都将操作步骤只是归纳为一张复杂的表格?其实人人都有过这种痛苦的经历。就算说明书中所用的语言清晰易懂,但我们还是不知道如何做。我们活在一个视觉体验的世界里,你要将一些指引准确清晰地传达给别人,需要运用到视觉语言。我们通过图片来讲述。为了让你的产品使用说明人人都看得懂,首先我们先要按实际产品的照片来画一张矢量图。这张图可以让你将各个元素迅速地安排或重新组合。也只有画了这张图,你才可以从很多细节中解放出来,你可以提取重要部件元素、改变位置、重点强调某一细节,而且出来的效果仍然能够保持清晰干净。说这些还是没有什么用,我们看图吧!从照片开始要设计出色的产品操作示意图,准备一部相机是必不可少的,因为我们很多示意图都是根据拍出来的照片来描绘的。用图片展示动作:你有必要先用文字写下操作的整个步骤,然后细分成一二三几个动作。在描绘示意图之前,先用相片拍下整个操作的关键动作,然后再问自己两个问题:一、这组照片是否可以表达一个完整的操作?二、每张照片所表达的意思是否清晰?一个简单的动作可以用一张图片来表达,但通常在操作中所涉及的一个步骤都需要几个动作才能完成,如上述三张图所示,它表达出了将两条线分别插进两个线槽的动作。图中的手部元素发挥着重要的沟通作用。虽然你可以用箭头或引线代替手部,但描绘双手更能增加使用者的真实感受,更真实地模拟操作时的体验。同时,当一个系列的手部动作组合时,就显示出它的另一个优点:手部的变化呈现出移动感,一如我们在真实世界中所看到的一样。你需要对所涉及的动作非常清晰。理论上,越多图片当然表达的动作更清晰。将你所拍摄的照片导入电脑中,我们就可以开始描绘,但这个时候,有很多地方我们要小心:只画你所需要的部分:将与动作无关的元素加在一起,只会让读者的注意力无法集中。“最小化”思考:在步骤中的每一个动作,我们只描绘那些与该动作有关的部件,在这个例子中,这个收音机我们只描绘出它的轮廓及后面的插板。只描绘所需要的元素可以让读者一下子就知道自己在哪里。上面的大图中,在上方两侧的描绘让人一眼就知道这是指收音机的背面。当然,你可以象小图一样,将其它的元素变成浅灰(但它仍然无可避免使构图更加拥挤),这也可以说是另一种选择。寻找最佳姿势:不清晰:或许你在实际生活中真的会用象上图一样的手势去按那个按钮,因为你希望抓紧上部以避免按的时候将收音机翻倒。但在示意图中,直接表现这个动作就非常不明智。这样才是清晰的:手部动作具有非常丰富的表达能力,一些细小的变化都会产生不同的意思,所以我们必须非常谨慎地设计手部动作,一定要能够清晰表达出这个动作的意思,以让读者一看到示意图就知道如何做。象第一张图,虽然你自己知道是在按下面的键,但观看的人并不知道。这里涉及到一个提炼的过程,有时候,一些我们感觉非常自然的动作如果以示意图表达出来时,反而会让人不知所云。拉近焦距:拉近一点,再近一点:截取其中的区域使整个动作显得更靠前,但要留意两点:一,周围要有足够的空间能够让读者辨认区域在产品中的所属位置――象上图一样,收音机的转角位传达出区域的所在位置;二,尽可能将手部动作完整表达出来。但并不是越靠前越好,象上面小图一样,则明显靠得太前了。比较理想的做法是我们只放大区域的某一部分(象上面大图一样),应该显示插板与其它部件的位置关系。加亮区域:增加清晰度:要实现最大的清晰效果,可以对示意图的结构适当上色,模仿更真实的感觉。留意上面的第一张图,黑色虽然如实反应了真实的收音机颜色,但其动作表达的清晰度却打了折扣。而第二张图,浅灰的色调与深色的插板区域能够配合,但白色的背景与手部元素则没有形成对比。所以,象下图一样,我们选择黑色背景来解决问题:加亮动作区域:加亮效果在示意图设计中是一种非常实用的方法,在深色的区域中将某一区域加亮,使读者的视线更加集中。移动及重新使用元素:在使用示意图的设计中,有很多元素会重复利用到。象上面三张图片所示,我们利用第一张图的手势动作旋转移动,就可以用来表达第二张图――插第二根线的这个动作。这种重复的利用可以大大节省时间,但要注意的是,这种重复应用元素的前提是利用这些元素仍然可以清晰表达动作的含义。调整及简化:调整:矢量图其实给了设计师很多自由。象这把起子,是来自两张图片,我们可以轻易地合成一把,也可以轻易地将起子拉长或缩短。在设计中你经常会调整尺寸来适应示意图的空间,有了矢量图我们做起来就非常方便了。简化:能少则少。如果在没有改变读者对某件物品的认知时,你可以尽可能简化各种元素。象这个螺丝钉的齿牙我们就由三线简化成两线。复制元素、图案及动作非常适合用于描绘零件类的元素。象上面的螺丝钉,复制其中一个牙就可以轻易画一个螺丝钉了。创造立体视觉,解剖组合件:上面所创造出的立体感使示意图显得非常清晰直观,显示内部的结构在这个动作上也显得非常必要,这是仅仅靠拍照无法实现的效果。红色的箭头显示了这是一个上紧螺丝的过程。示意图注重的是过程,你不能仅仅显示一个已经装配好的部件给读者看,关键是你要让读者知道如何安装才更重要。象上图中,我们将要配对的两个零件拆开,再加示意箭头,这样才显得清晰易懂。如果有多个零部件需要结合,你也要将各个零部件都表达出来。当然,一个完整清晰的装配图应该是:首先描绘各个零部件,然后在接下来的步骤中显示如何装配,最后再来一个大功告成的效果图。另外,在设计这样的示意图时,如果你对机械结构、三维图及透视有一定认识,或许设计起来会更加科学合理。综上所述,示意图并不是对照片的简单描绘,而是要合理安排各个元素,能够让信息明确传达,起到一本说明书应该起到的作用,而这些由简单的轮廓图及简单的色调构成的示意图,其实透着一种特有的美感――这需要细细体会才能感受。
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