基于特征画法识别的装配图读图方法

孙少妮， 黄 英， 李小号， 马明旭

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819)

基于特征画法识别的装配图读图方法

孙少妮， 黄 英， 李小号， 马明旭

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819)

针对工程制图课程中装配图读图方法与步骤不易被学生接受，学生自主读图能力差等问题，提出一种新的读图方法“特征识图法”，通过对装配图中传递零件运动信息特征画法的识别，分析其所属零件的动作及相邻零部件的动作，最终看懂装配体的工作原理。该方法以具有特征画法的可运动零件的动作为读图切入点，使平面画法有效地转化为零件动作，激发学生学习兴趣，提高学生在课堂中自主学习的比重。特征识图法是一种有效改变学生“被动学习”角色的自主探索式读图方法。

工程制图；装配图读图；特征画法；自主学习

装配图是用来表达机器或部件中零件的装配关系和装配体工作原理的图样。识读装配图，就是通过分析零件的作用和它们之间的位置关系、装配关系及连接方式，从而掌握装配体工作原理。识读装配图，是工程制图课程教学过程中的一个难点，如何高效地训练学生的自主读图能力一直是困扰图学教师的一大问题。查阅目前各大院校工程制图教材后发现，读装配图的步骤通常分为4步：①浏览全图，概括了解装配体；②着重分析各零件间的装配关系和装配体的工作原理；③重点分析装配体中的主要零件，为拆图做好准备；④归纳总结，明晰结构特点、拆装顺序。上述经典的读图4步在多数教材上都如出一辙[1-3]，而实践证明，按该步骤授课效果不甚理想，学生自主的读图能力并未得到较大提升。

教学一线的教师对识读装配图的新方法和关键问题的探讨从未停歇。郑玉波[4]对装配图读图的装配关系中连接方式、装拆顺序和装配结构合理性等具体问题进行了分析。白植真[5]提出了通过零件图和装配图的内容对比而实施的对比法读图方式，并辅以小组讨论法和观看实物及录像的直观教学法。通过观察实物模型, 增加对机器(或部件)感性认识的直观教学法得到广泛认可。戴立玲等[6]介绍了利用CAI课件由装配图拆画零件图的方法，从装配体装拆过程的二维视图动态模拟角度加深学生对装配体二维装配关系的认识，创立了装配图拆图部分课堂教学新模式。

然而，作为读图的重点和难点—— 零件间的装配关系和装配体的工作原理，到底怎样读懂？同时，对于一张复杂的装配图，如何找到读图的切入点？装配图相互之间千差万别，对于差别迥异的工程图样有无普适性读图方法？这些问题仍然悬而未决。快速找到读装配图的切入点，并发现带有普适性和规律性的读图方法，对于提高学生自主读图能力具有重要意义，也成为本文着重探讨的问题。关于读装配图共性切入点问题，从目前能查到的资料来看，这方面较为详细的研究或论述仍不多见。

1 读装配图方法——“特征识图法”

装配体的工作原理，归根到底靠可运动零部件的动作实现。经过长期的教学实践发现，装配体中的可运动零件大多具有一些自身固有的特殊画法。因此，从千差万别的装配图中发现这些反映零件动作信息的特殊画法，并以其所属零件的动作为切入点，成为识读装配图的共性着手点。有特殊画法的零件这一说法，在工程制图基础教材中鲜有提及。为了能够更准确地说明其含义，也为了阐述本文读装配图方法的需要，笔者针对装配图读图部分新设了如下定义：

特征画法：能够传递一定动作信息或可操作信息的画法。如装配图内容之前学习过的双点划线画法、齿轮啮合画法、螺纹画法、弹簧画法等。表1中将给出较为详细的总结。

特征零件：装配体中具有特征画法的零件。

识读装配图所用方法和日常生活中通过人的衣饰判断其职业在“抓特征”这一本质上是一样的，即通过抓住装配图中的特征画法来分析其所属特征零件的可能动作。因此，识读装配图，就是通过对某些有特征画法的零件进行有意识地“识别”，并对其进行运动分析，进而使平面装配图中的可动零件虚拟运动起来，装配体也随之运动起来——这是本文提出的读装配图方法的总体思路，该方法被称为“特征识图法”。其读图的过程，就是特征画法识别和分析的过程，即通过对装配图中特征画法的识别，分析其特征零件的动作及相邻零部件的动作，最终看懂装配体的工作原理。

达到一定熟练度之后，特征画法与其动作之间将建立一个映射连接，即读图者看到特征画法就能反馈出零件可能的动作。以图1圆柱螺旋压缩弹簧为例，看到该画法，读图者即反馈出它可以沿轴向运动，并可以被压缩还可以回位。另外，弹簧的动作会对相邻零件产生怎样的影响？其他关联件又怎样运动？还可以通过一系列问题对相邻接件的动作进行延伸分析。按照这一读图思路，在装配图里出现的圆柱螺旋压缩弹簧固定画法，它传递出弹簧零件及相邻接件可能的动作信息。

图1 圆柱螺旋压缩弹簧

在装配图之前学过的若干画法，都属于本文定义的特征画法。读装配图之前，教师可以通过问题的形式，引导学生熟练学过的特征画法和特征零件，如弹簧、齿轮、齿轮齿条及轴承等。为了读装配图时使用方便，可以让每个学生建立个性化的、可以不断更新和丰富的可运动特征零件库，如表1所示。弹簧、齿轮等常见零件可直接入库，后续通过读装配图新发现的特征画法和特征零件，可让学生不断扩充入库。

特征零件库建好后，为了能建立特征画法与零件动作之间的映射，还需进行强化性的动作练习。如设置一个教学环节，让学生分析装配图中若出现特征画法，它们所属零件将如何运动，邻接件怎样运动。经过这样的训练之后，学生在装配图中看到这些画法自然就反应出零件的动作。有了上述练习做储备，学生在读装配图时完全可以自行对照特征零件库来寻找需要的画法并分析零件动作。可以说，特征零件库的建立，为学生读装配图时自主分析特征画法及零件动作打下良好的基础。

表1 特征零件库

2 教学实例——千斤顶装配图的读图

本文以图2所示千斤顶为例来介绍通过识别特征零件读懂装配图的“特征识图法”，具体读图思路如图3所示。其他装配图的读图，除特征零件的运动特征需加以特殊考虑外，总体读图思路都可按图3进行。

2.1 通览全图

首先，通览全图，了解装配体名称，零件数量、位置，视图数量及各视图表达重点等内容，对装配体的功能有一粗略了解。然而，其功能如何实现，则需要通过对特征画法及特征零件进行细致推敲后明确。

2.2 识别特征零件的特征画法

千斤顶由四个零件组成，然而装配图中有四处与特征零件库相吻合的特征，需先将它们提取出来并加以标记：①双点划线画法；②滚花画法；③螺纹连接1(图2左侧)；④螺纹连接2(图2上部)。

图2 千斤顶装配图

图3 千斤顶装配图读图思路

2.3 特征零件的运动分析

特征画法识别后，对每处特征所属零件进行运动分析。

(1) “双点划线”特征运动分析：双点划线给出特征所属零件的运动范围，传递出 4号件顶杆的“运动轨迹”信息，即顶杆可由图示位置沿双点划线向上运动。然而，随之而来的问题是，顶杆通过哪个零件施加的作用力产生运动？

(2) “滚花画法”特征运动分析：滚花结构传递出“可手持操作”的信息，故可猜测其所属3号件螺母，由于表面具有滚花非光滑结构，具有增加摩擦力、防滑作用，传递出“可手拧”信息。分析其动作认为应绕零件中轴线转动，分析有待验证。

(3) 螺纹连接 1运动分析：螺纹连接 1，螺纹副分别属于 1号件支座和 2号件紧定螺钉两个零件。该处螺纹的作用是传动还是连接？从千斤顶整体考虑，支座需要平稳安装于工作面上，属于非运动部件。因此可判断该处螺纹副属于连接螺纹，而非传动螺纹。连接螺纹工作时(起连接作用时)是静态的，螺纹副之间没有相对运动。由此可知，4号件顶杆的运动与2号件螺钉无关。此处是读图时很多学生易错处，经常误认为2号件的动作导致顶杆运动，经过上述分析后错误得以排除。同时引出新的问题，2号件的作用是什么？

(4) 螺纹连接 2运动分析：螺纹连接 2，螺纹副分别属于3号件螺母和4号件顶杆。由于(1)和(2)中已经对螺母和顶杆的运动进行了合理的分析，得知顶杆沿自身轴向运动，螺母绕轴线转动，两个运动分属于两个零件的特征与传动螺纹完全相符。传动螺纹的一对螺纹副，一个是绕轴转动，一个是直线运动，两个运动是分开的，分属于两个件。因此，可确定千斤顶的主要动作为，当手拧3号件螺母时，4号件顶杆沿轴向运动。

在千斤顶装配图中，有两处典型不同作用的螺纹——连接作用螺纹和传动作用螺纹。该例深化对连接螺纹和传动螺纹的认识，为以后装配图中出现的螺纹连接的识读打下坚实基础。

受篇幅限制，文中仅举例说明装配图中可运动特征零件的读图分析方法，其他零件动作可通过与特征零件之间的连接和紧定方式加以分析。适当的尺寸分析和装配关系分析作为读图补充必不可少。

2.4 尺寸分析+装配关系分析

对于零件间重要的装配关系，可以结合配合尺寸进行着重分析，以促进运动分析基础之上对装配图的进一步理解。千斤顶装配图比较简单，这里主要考虑1号件支座与其他零件的两处装配关系：

(1) 1号件支座与4号件顶杆的轴孔配合处有一配合尺寸φ12H8/f8，通过该尺寸可知这两个零件之间为间隙配合，顶杆可在支座孔内沿轴向运动。1号件支座为4号件顶杆提供支撑和导向。

(2) 1号件支座为3号件螺母提供二者接触面处的支撑力，支撑力方向垂直于接触面，故与螺纹连接2处的螺纹传动并无关系。而4号件顶杆与3号件螺母之间的运动若要分开，需要有一个限制4号件顶杆绕轴转动的作用力，在排除了支座的作用后，2号件紧钉螺钉的作用凸显出来，由此可以确定，2号件给螺杆施加了限制其随螺母一起绕轴转动的作用力。

通过配合关系的分析，不仅验证了对前面特征零件的运动分析，也深化了对装配体工作原理的认识。在此基础上，可辅以千斤顶三维形体及装配动画进行补充教学，加深学生理解。

这种以识别装配图中的可运动特征零件为切入点的方法，很容易被学生接受。在实际教学中发现，学生很快就能进入读图环境，而且随着分析的深入，可不断发现新的问题并逐一解决问题。

3 结 束 语

本文提出以识别装配图中的可运动特征零件为切入点的读图方法，是区别于一般工程制图教材上仅给出读图步骤，提倡抓住读图切入点、提高学生自主读图能力的探究式读图方式。

采用“特征识图法”读图除了使装配图读图更容易入手之外，学生的积极性和自主性也得到极大调动。在读图过程中，教师更多地作为一个引导者，引导学生抓住可运动特征零件为读图切入点，分析零件动作的同时不断发现和解决问题。整个过程中，学生能够按照总的读图思路自主发现装配图中的特征画法，自主分析动作。教师则负责把握全局，对学生没考虑到的关键问题给予提示，力求让学生独立思考，自己得到答案。该方法读图思路清晰，学生能够从特征画法入手自主读图，实现由“被动学习”向“自主探索”的转变，是对识读装配图的一次有益尝试。

[1]祖业发, 丁 一, 杨学元, 等. 画法几何及机械制图[M]. 重庆： 重庆大学出版社, 1997： 384-391.

[2]毛 昕, 黄 英, 肖平阳. 画法几何及机械制图[M]. 4版. 北京： 高等教育出版社, 2010： 352-354.

[3]焦永和, 林 宏. 画法几何及工程制图[M]. 2版. 北京：北京理工大学出版社, 2000： 238-240.

[4]郑玉波. 解读“机械制图”中的装配图[J]. 科技资讯, 2009, (4)： 22.

[5]白植真. “读装配图”教法分析[J]. 职业教育研究, 2005, (3)： 64.

[6]戴立玲, 杨巧荣, 顾寄南. 工程图学装配图读图的CAI课堂教学[J]. 工程图学学报, 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 studentsʹ autonomous learning in the classroom. This is a useful exploration in studentsʹ 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

孙少妮(1978-)，女，山东烟台人，讲师，在读博士。主要研究方向为图学教育理论、计算机图形学。E-mail：8833764@qq.com