机械制图情景教学4减速器零件结构分析.docx
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机械制图情景教学4减速器零件结构分析
学习情境4：
减速器零件结构分析与轴测图绘制
任务一减速器箱座结构分析及其三视图画法
学习情境
减速器零件形体分析与轴测图绘制
任务
名称
减速器箱座结构分析及其三视图画法
参考
学时
教学内容
1、零件结构分析方法及步骤
2、平面体及回转体的投影及其表面取点
3、平面立体及曲面立体的截交线
4、两立体相交后得到的交线性质及求法
5、组合体视图的画法、看图方法和尺寸注法
教学目标
专业能力：
1、零件结构分析能力
2、零件组合体的截交线、相贯线画法
3、零件组合体的形体分析、画法和尺寸标注
方法能力：
1、通过《国家标准》或网络主动获取信息的能力
2、空间思维和逻辑思维能力
社会能力：
1、团队协作意识及方法
2、语言表达能力
教学重点与
难点
教学重点
1、零件结构分析方法及步骤
2、平面体及回转体的投影及其表面取点
3、两立体相交后得到的交线性质及求法
4、组合体视图的画法、看图方法和尺寸注法
教学难点
2、平面体及回转体的投影及其表面取点
3、两立体相交后得到的交线性质及求法
4、组合体视图的形体分析、画法及读图方法
教学
条件
1、学院制图实训室、不同型号、规格减速器下箱体、端盖等零件；
2、多媒体设备、绘图设备（绘图座椅、绘图板、丁字尺、三角板、A4图纸、铅笔等）、微机、《机械制图国家标准》手册
教学方法
演示法、集思广意、启发引导法、方案展示、卡片展示法、鼓励教学法
教学过程
阶段
教学步骤
社会形式
媒体
教学方法
教师行为
学生行为
提出任务阶段
1、提出工作任务：
零件形体分析、三视图读法、画法。
2、任务讲解：
零件结构分析方法及步骤、平面体及回转体的投影及其表面取点、平面立体及曲面立体的截交线、两立体相交后得到的交线性质及求法。
组合体视图的画法、看图方法和尺寸注法
回答教师讲解过程中提出的问题
师生会话
投影仪
黑板
减速器
四级教学法
讲解法
信息收集
组织、协调、提供帮助
分组查询课程网站、《机械制图》参考教材等资料获取零件结构分析方法及步骤、平面体及回转体的投影及其表面取点、平面立体及曲面立体的截交线、两立体相交后得到的交线性质及求法、组合体视图的画法、看图方法及尺寸注法等知识。
小组工作
精品课程网站、机械制图教材
学生自主获取信息
计划阶段
观察，并提供帮助、提出建议
分组初步分析所给零件结构及其组成，求出教师指定零件上点、线的求法及零件上三视图的分析方法及画法。
小组工作
减速器、机械制图教材、机械设计手册
决策阶段
点评学生制定的方案，提出建议。
分组展示初步方案，相互讨论、修改方案；确定最终表达方案。
小组工作
减速器、机械制图教材、机械设计手册
方案展示
卡片展示法
启发引导法
实施阶段
观察，并提供帮助、提出建议
学生自主求出教师指定零件上点、线的投影以及零件上之合体三视图的画法。
小组工作
减速器、量具
学生自主
完成任务
自我检查阶段
观察，讲解共性问题
学生组内互查提出修改意见，修改。
小组工作
减速器
启发引导法
集思广意
评估阶段
学生进行成果展示、教师进行任务总结；填写《评价表》
学生分组汇报学习成果；
投影仪
方案展示
启发引导法
学习情境4：
任务一教学内容
任务一减速器箱座结构分析及其三视图画法
一、提出工作任务
1、提出任务
分析零件结构，求出教师指定零件上点、线的投影，掌握零件结构分析方法及步骤、平面体及回转体的投影及其表面取点、平面立体及曲面立体的截交线、两立体相交后得到的交线性质及求法以及组合体三视图的形体分析方法及绘图方法，绘制减速器箱座的三视图。
2、任务讲解
零件结构分析方法及步骤、平面体及回转体的投影及其表面取点、平面立体及曲面立体的截交线、两立体相交后得到的交线性质及求法以及组合体三视图的形体分析方法、读图方法以及组合体三视图的画法。
3、重点、难点提出
平面体及回转体的投影及其表面取点、以及组合体三视图的形体分析方法、读图方法以及组合体三视图的画法。
二、信息收集
教师：
组织、协调学生分组、提供帮助
学生：
分组查询课程网站、《机械制图》参考教材等资料获取零件结构分析方法及步骤、平面体及回转体的投影及其表面取点、平面立体及曲面立体的截交线、两立体相交后得到的交线性质、求法以及组合体三视图的形体分析方法、读图方法以及组合体三视图的画法等相关知识。
三、计划阶段
学生：
根据从《机械制图》参考教材上获取的知识，各组分别在草图纸上绘制减速器箱座三视图的表达方法。
教师：
协调组织学生制定初步表达方案，并为学生答疑。
四、决策阶段
学生：
1、分组展示初步方案，相互讨论、修改方案；
2、根据学生、教师的点评，修订、确定最终表达方案。
教师：
1、审阅学生制定的初步表达方案，注重分析学生在信息查询过程中对基本知识掌握程度，确定讲授新知识点的范围和重点。
2、教师讲授
学习单元一截交线
一些机件常常是一个几何体被一个和几个平面截切后得到的，因而讨论平面与立体相交是必要的。
平面与立体表面相交，立体表面所产生的交线称为截交线，平面成为截平面。
一、平面与平面立体相交
平面体截交线的性质：
（1）截交线是截平面与平面体表面的共有线。
（2）平面体的截面一定是封闭的多边形。
由于平面立体的截面一定是一封闭的多边形，截面的各顶点一定是截平面与棱柱（棱锥）被截各棱的交点，也就是说立体被截断几条棱，那么截面就是几边形。
因此，求平面立体的截交线，其实质就是：
求截平面与立体上被截各棱的交点，或截平面与立体表面的交线，然后依次连接而得。
图1截交线
求截交线的步骤：
（1）空间及投影分析
首先，分析截平面与体的相对位置，确定截交线的形状；其次，分析截平面与投影面的相对位置，确定截交线的投影特性。
（2）求出截平面与被截棱线的交点，并判断可见性；依次连接各顶点成多边形，注意可见性。
（3）完善轮廓
1．棱柱的截断
例1：
已知五棱柱被正垂面P截断，完成其被截切后的三面视图。
由于正五棱柱的侧棱都被正垂面P截断，截面为一封闭的五边形，其顶点就是各侧棱与截平面的交点。
作图时，可利用特殊位置平面和特殊位置直线相交求交点的方法，
图2五棱柱的截交线
例2：
已知正六棱柱开槽后的主视图，试求其左视图和俯视图。
分析：
正六棱柱上的槽，可以看作是由一个水平面和两个侧平面截割而成。
其各截面为：
两个等大、位置对称的矩形面和一个为正六边形中间一部分的水平面。
其各截面的投影是：
在V面投影中，都有积聚性；在H投影面中,两矩形平面积聚成线段,六边形反映实形；在W面投影中,两矩形平面反映实形并重影,另一个平面则积聚成直线段，如下图所示。
图3六棱柱的截交线
要注意的是，在W面投影中，矩形截面和水平截面的交线为不可见，故其投影应画成虚线。
2．棱锥的截断
例：
完成正四棱锥被正垂面P截断后的三面视图。
分析：
因截平面截断了四条侧棱，所以其截面一定是四角形。
它的V面投影积聚成直线，又因截面的各顶点位于被截各侧棱上，故其投影必在各侧棱的同面投影上。
图4三棱锥的截交线
二、平面与曲面立体相交
1.曲面体截交线的性质
（1）截交线是截平面与回转体表面的共有线。
（2）截交线的形状取决于回转体表面的形状及截平面与回转体轴线的相对位置。
（3）截交线围成封闭的平面图形（封闭曲线或由直线和曲线围成）。
求曲面体的截交线，其实质就是：
首先求截平面与曲面上被截各素线的交点，然后依次光滑连接而得。
2求曲面体截交线的步骤
（1）空间及投影分析
1）分析回转体的形状以及截平面与回转体轴线的相对位置，确定截交线的形状；
2）分析截平面与投影面的相对位置，如积聚性、类似性等，确定截交线的投影特性，并且找出截交线的已知投影，预见未知投影。
（2）画出截交线的投影
1）先找特殊点（外形素线上的点和极限位置点）；
2）补充一般点。
3）光滑连接各点，并判断截交线的可见性。
（3）完善轮廓。
图5曲面立体的截交线
1.圆柱的截交线
由于截平面与圆柱轴线的相对位置不同，其截交线有三种不同的形状，如下图所示。
1）当截平面与圆柱轴线平行时,截交线形状为直线。
2）当截平面与圆柱轴线垂直时,截交线形状为圆。
3）当截平面与圆柱轴线倾斜时,截交线形状为椭圆。
图6圆柱的截交线
例1：
圆柱被正垂面截断，求作其截交线的投影，完成三视图。
空间分析：
由于截平面与圆柱轴线斜交，故截交线是一椭圆，它是截平面与圆柱面的共有线。
投影分析：
因截平面为正垂面，故截交线的V面投影积聚成一直线，其它两面投影具有类似性。
而圆柱面的H面投影积聚成一圆，故截交线的H面投影与圆柱面的H面投影重合，为整个圆周。
所以，需要求作的只是截交线的W面投影（椭圆的类似投影），如下图所示。
图7正垂面与圆柱相交的截交线
例2：
求作圆柱切口开槽后的视图，如下图所示。
图8圆柱切口开槽的截交线
分析：
圆柱上部有左右对称的切口，下部中间开有凹槽，凹槽、切口的各个侧面与圆柱轴线平行或垂直，它们与圆柱面的相交线为直线或平行于底面的圆弧。
注意：
画左视图时，由于圆柱下面最前、最后两条外形素线均在切槽时被切掉，因此轮廓线缩进去，其大小与凹槽的宽度有关。
还要注意上部两侧切口的画法。
2.圆锥的截交线
由于截平面与圆锥轴线的相对位置不同，其截交线有五种不同的形状。
图9圆锥的截交线
当圆锥面上的截交线为圆和直线（三角形）时，其投影可直接画出。
若截交线为椭圆、抛物线、双曲线时，应求出截交线上若干点的投影，然后依次光滑连接。
例1：
圆锥被正垂面截断，完成三视图。
分析：
截平面与圆锥轴线倾斜，并截断圆锥的所有素线，其截交线是椭圆。
椭圆的V面投影积聚为直线，其H和W面投影为未知投影，是类似的椭圆，如下图所示。
图10正垂面与圆锥相交的截交线
注意：
椭圆的长轴为正平线，端点位于外形素线上，V面投影1′、2′反映了长轴的实长，其相应的H面、W面投影为1、2和1″、2″。
椭圆的短轴为正垂线，根据椭圆长、短轴相互垂直且平分的原理，椭圆短轴端点的V面投影5′、（6′）位于1′、2′的中点，利用在圆锥面上取点的方法，求出5、6和5″、6″。
椭圆的W面投影必与外形素线相切于5″、6″（它们是外形素线上的点）。
然后利用辅助圆法求出若干一般点的投影，依次光滑连接所求各点。
例2：
求作切口圆锥台的左、俯视图。
分析：
圆锥台的切口由两个水平面、两个侧平截平面截割而成，水平截平面垂直于圆锥的轴线，截交线为圆的一部分，其H面投影反映实形，V面、W面投影具有积聚性；两侧平截平面平行于圆锥的轴线，截交线为双曲线，其W面投影反映实形，其他两面投影具有积聚性。
图11圆锥切口的截交线
作图：
根据分析结果可知，除双曲线的W面投影以外，其他投影都是直线和圆，可以直接画出，双曲线的W面投影，采用辅助平面法作出。
3.圆球的截断
用任何位置的截平面截割圆球，其截交线均为圆。
当截平面平行于某一投影面时，截交线在该投影面上的投影为圆的实形，其他两面投影都积聚为直线。
当截平面处于其他位置时，则在截交线的三个投影中必有椭圆。
图12圆球的截交线
例：
在半球上切一凹槽，完成其视图。
分析：
半球被两个侧平面和一个水平面切割。
各截交线都是圆弧，这些圆弧的V面投影积聚成直线为已知，需求作它们的H面和W面投影。
其作图的关键在于正确决定截交线圆弧的半径。
图13切槽圆球的截交线
学习单元二相贯线
两基本体相交叫作相贯体，其表面产生的交线叫做相贯线，如下图所示。
通常相贯线为空间曲线，特殊情况下为平面曲线或直线。
相贯线是相交两立体表面的共有线，相贯线上的点是两曲面立体表面上的共有点。
图1相贯体及相贯线
一、相贯线的性质
由于彼此相贯的两基本形体的形状、大小及相互位置不同，相贯线的形状也就不同。
任何相贯线都具有以下两个基本性质：
共有性——相贯线是相交两基本形体表面的共有线，也是它们表面的分界线。
封闭性——由于基本形体有一定的范围，所以相贯线一般是封闭的。
所以，求相贯线的实质问题，就是在两个基本形体的表面上找出若干个共有点。
二、求相贯线的方法
（1）利用积聚性表面取点法
（2）辅助平面法
（3）辅助球面法
三、求相贯线的具体作图步骤：
（1）先找特殊点。
（2）再找一般点。
（3）判断可见性。
（4）光滑连接。
第一讲两圆柱相交
当两回转体轴线互相垂直时称正交，是三种常见的圆柱正交相贯形式，如下图所示。
图2两圆柱正交相贯线
两圆柱正交相贯线的投影特点：
两圆柱正交时，相贯线为一闭合的空间曲线，也是两圆柱面的共有线。
小圆柱轴线垂直于水平投影面，相贯线的水平投影积聚在小圆柱水平投影的圆周上；大圆柱轴线垂直于侧投影面，相贯线的侧面投影积聚在大圆柱侧面投影的部分圆弧上。
相贯线的正面投影则必须由作图求出。
图3圆柱正交相贯线图4圆柱正交相贯线的作图
当圆直径变化时，相贯线的变化趋势如图5所示。
图5直径变化，两圆柱相贯线的变化趋势
例题1：
已知两圆柱的三面投影，求作它们的相贯线，如图6。
图6两圆柱正交的相贯线
分析：
两圆柱轴线垂直相交，一轴线垂直于H面，一轴线垂直于W面，相贯线的水平投影就是有积聚性的圆，侧面投影，是一段两圆柱重合的圆弧，因此只求正面的投影。
作图：
1）求特殊点，最高点和最低点；
2）求一般点，定出水平投影面的点，再找出侧面投影上对应的点，根据正面和侧面的点找出正面投影的点；
3）将各点光滑地连接起来。
例题2：
求作轴线不相交，直径不相等的两圆柱的相贯线，如图7。
图7两圆柱非正交的相贯线
分析：
同前一题相同，水平面和侧面都有积聚性，圆和圆弧就是相贯线，只求正面投影。
作图：
1）求特殊点，最高最低和最前最后四个点；以及最左最右的两个点；
2）求一般点；
3）判别可见性并光滑连接各点。
第二讲圆锥与圆柱相交
利用辅助平面同时截切相贯的两曲面立体，可找出两曲面立体的截交线的交点，该点即为相贯线上的点，这些点既是回转体表面上的点，又是辅助平面上的点，因此，辅助平面法就是利用三面共点原理。
利用辅助平面法求相贯时，选辅助平面的原则是使辅助平面与曲面立体的截交线的投影为最简单，如直线或圆。
例题：
求轴线相互垂直的圆锥和圆柱的相贯线，如图8。
图8轴线相互垂直的圆锥和圆柱的相贯线
分析：
轴线垂直相交，具有前后对称平面，因此，相贯线是一前后对称的闭合空间曲线，并且前后两部分的正面投影重合，相贯线的侧面投影重合在圆柱具有积聚性的投影圆上，要求的是相贯线的水平投影和正面投影。
作图：
1）求特殊点，最高点和最低点A、C和最前点和最后点B、D；
2）求一般点作辅助平面Q1V、Q2V、Q3V、，可求出一般点E、F、G、H；
3）判别可见性，并光滑连接各点。
第三讲圆台与半圆球相交
例题：
求作圆台与半圆球的相贯线，如图9。
图9圆台与半圆球的相贯线
分析：
圆台的轴线不通过圆球的球心，圆台和球有公共的前后对称面，因此，相贯线是前后对称的闭合空间曲线，正面投影重合，水平投影和侧面投影都是对称的曲线。
三个投影都没有积聚性，因此，相贯线的三个投影都必须画出。
作图：
1）求特殊点，正面投影中，圆台与半圆球两曲面体轮廓线的交点即为相贯线的最高点和最低点；
2）求一般点作辅助水平面QV，与圆台表面和圆球表面的交线都为水平圆，求出水平投影的点，再求正面投影，最后求侧面投影，作一系列的辅助平面可求一系列的点；
3）分别依此光滑连接同面投影的各个点，即为所求相贯线。
第四讲相贯线的简化画法和相贯线的特殊情况：
一、相贯线的简化画法
通常用圆弧代替曲线。
圆弧的半径等于相贯两圆柱中大圆柱的半径，圆弧弯曲的方向朝着大圆柱的轴线。
图10相贯线的近似画法
二、相贯线的特殊情况
在一般情况下，两回转体的相贯线是空间曲线，但在一些特殊情况下，也可能是平面曲线或直线。
下面介绍相贯线为平面曲线的两种比较常见的特殊情况。
1.两圆柱轴线相交、直径相等时，其相贯线是两个椭圆，若椭圆是投影面垂直面，其投影积聚成直线段。
图11两圆柱轴线正交，直径相等
图12两圆柱轴线斜交，直径相等
2.当两回转体具有公共轴线时，其相贯线为圆，如图13所示。
图13相贯线的特殊情况
学习单元三组合体视图
组合体是两个或两个以上的基本体经过一定的组合方式组合而成的复杂的形体。
在画法几何中，几何元素向投影面投影，所得的图形称为几何元素的投影。
在机械制图中，物体向投影面投影所得图形称为视图，正面投影叫主视图，水平投影叫俯视图，侧面投影叫左视图。
视图一般只表达物体的可见部分的轮廓，必要时才用虚线把物体的不可见部分的轮廓画出来。
第一讲形体分析法
一、形体分析法
任何复杂的机件都可以看成是由一些基本体组合而成，如图（a）所示的支座可分解成图5（b）所示的底板、肋板、大圆筒和小圆桶四个部分。
这种假想将组合体分解为若干基本体，分析各基本体的形状、组合形式和相对位置，弄清组合体的形体特征的分析方法称为形体分析法。
形体分析法把复杂问题分解为若干简单问题，便于组合体的绘图、读图及尺寸标注。
（a）支座（b）分解图
图1组合体的形体分析
二、组合体的组合形式
组合体的组合形式有叠加方式、截切方式和组合方式。
叠加方式是指用若干个基本体类似于搭积木的方式按照它们之间的相对位置拼接组合成为组合形体。
截切方式是从基本材料
上切除部分形状的材料，从而形成一个组合的形体，综合方式是上面两种基本形式的综合。
如图2所示。
（a）叠加型（b）切割型（c）综合型
图2组合体的组合形式
二、组合体的表面连接关系
1.平齐或不平齐
当两基本体表面平齐时，结合处不画分界线。
当两基本体表面不平齐时，结合处应画出分界线。
举例：
如图3（a）所示组合体，上、下两表面平齐，在主视图上不应画分界线。
如图3（b）所示组合体，上、下两表面不平齐，在主视图上应画出分界线。
（a）表面平齐（b）表面不平齐
图3表面平齐和不平齐的画法
2.相切
当两基本体表面相切时，在相切处不画分界线。
举例：
如图4（a）所示组合体，它是由底板和圆柱体组成，底板的侧面与圆柱面相切，在相切处形成光滑的过渡，因此主视图和左视图中相切处不应画线，此时应注意两个切点A、B的正面投影a′、（b′）和侧面投影a″、（b″）的位置。
图4（b）是常见的错误画法。
（a）正确画法（b）错误画法
图4表面相切的画法
3.相交
当两基本体表面相交时，在相交处应画出分界线。
举例：
如图5（a）所示组合体，它也是由底板和圆柱体组成，但本例中底板的侧面与圆柱面是相交关系，故在主、左视图中相交处应画出交线。
图5（b）是常见的错误画法。
（a）正确画法（b）错误画法
图5表面相交的画法
第二讲组合体三视图画法
以图1所示的支座为例来说明画组合体三视图的方法和步骤，并对照模型讲解。
一、形体分析
画图前，首先应对组合体进行形体分析，分析该组合体是由哪些基本体所组成的，了解它们之间的相对位置、组合形式以及表面间的连接关系及其分界线的特点。
图1中的支座由大圆筒、小圆筒、底板、和肋板组成，从图中可以看出大圆筒与底板接合，底板的底面与大圆筒底面共面，底板的侧面与大圆筒的外圆柱面相切；肋板叠加在底板的上表面上，右侧与大圆筒相交，其表面交线为A、B、C、D，其中D为肋板斜面与圆柱面相交而产生的椭圆弧；大圆筒与小圆筒的轴线正交，两圆筒相贯连成一体，因此两者的内外圆柱面相交处都有相贯线。
通过对支座进行这样的分析，弄清它的形体特征，对于画图有很大帮助。
在具体画图时，可以按各个部分的相对位置，逐个画出它们的投影以及它们之间的表面连接关系，综合起来即得到整个组合体的视图。
二、选择主视图
表达组合体形状的一组视图中，主视图是最主要的视图。
在画三视图时，主视图的投影方向确定以后，其他视图的投影方向也就被确定了。
因此，主视图的选择是绘图中的一个重要环节。
主视图的选择一般根据形体特征原则来考虑，即以最能反映组合体形体特征的那个视图作为主视图，同时兼顾其他两个视图表达的清晰性。
选择时还应考虑物体的安放位置，尽量使其主要平面和轴线与投影面平行或垂直，以便使投影能得到实形。
如图6所示的支座，比较箭头所指的各个投影方向，选择A向投影为主视图较为合理。
图6选择主视图方向
三、确定比例和图幅
视图确定后，要根据物体的复杂程度和尺寸大小，按照标准的规定选择适当的比例与图幅。
选择比例的原则是以一个组合体的三视图是否能将绝大部分的形状结构表达清楚，为了直接估量组合体的大小，应尽量选择1：
1的比例。
按选定的比例，根据组合体的长、宽、高计算三个视图所占面积，并在视图间留出标注尺寸的空间和适当的间距和画标题栏的为位置。
四、布置视图位置，画基准线
布置视图时，应根据已确定的各视图每个方向的最大尺寸，并考虑到尺寸标注和标题栏等所需的空间，匀称地将各视图布置在图幅上。
再根据各视图位置画出基准线。
基准线是指画图时测量尺寸的基准，每个视图都应有两个方向的基准线。
一般常用对称中心、轴线和较大的平面和侧面作为基准线。
五、绘制底稿
根据各形体的投影规律，逐个画出各基本形体的三视图。
画形体的顺序，一般从基准线开始，将和基准线有直接关系的先画出来，一般：
先大（大形体）后小（小形体）、先主（主要形状）后次（次要形体）、先外（轮廓）后内（细节）、先圆（圆或圆弧）后直（直线）、先实（可见轮廓）后虚（不可见轮廓）。
绘图时应注意以下几点：
（1）为保证三视图之间相互对正，提高画图速度，减少差错，应尽可能把同一形体的三面投影联系起来作图，并依次完成各组成部分的三面投影。
不要孤立地先完成一个视图，再画另一个视图。
（2）应考虑到组合体是各个部分组合起来的一个整体，作图时要正确处理各形体之间的表面连接关系。
支座的画图步骤如下图所示：
（a）布置视图，画主要基准线（b）画底板和大圆筒外圆柱面
（c）画肋板（d）画小圆筒外圆柱面
（e）画三个圆孔（f）检查、描深，完成全图
图7支座三视图的作图步骤
六、检查、描深
底稿画完后，按形体逐个仔细检查。
队形体检的交线应特别注意。
纠正错误、补充遗漏、擦去多余是检查的主要内容。
检查完毕后，按标准图线描深，可见部分用粗实线画法，不可见部分用虚线画出。
描深时的顺序是先曲（线）后直（线）、先小（小形体）后大（大形体）。
七、填写标题栏
第三讲组合体的尺寸标注
视图可以表达物体的形状，而物体的大小则应根据视图所标注的尺寸来确定，因此，正确地标注物体的尺寸非常重要。
一、尺寸基准
标注尺寸的起始位置称为尺寸基准。
组合体有长、宽、高三个方向的尺寸，每个方向至少应有一个尺寸基准。
组合体的尺寸标注中，常选取对称面、底面、端面、轴线或圆的中心线等几何元
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