CWGI Moduł 6

Wykład 6. Podstawy teorii zapisu konstrukcji w grafice inżynierskiej

---

Obowiązujący w naszym kraju europejski układ rzutni pozwala konstruktorom na prezentację projektowanej konstrukcji w rzutach z różnych kierunków obserwacji. Często zgodnie z zasadą, aby ograniczyć liczbę rzutów dopuszcza się (szczególnie dla brył o symetrii obrotowej) stosowanie półwidoków w mieszanych układach rzutowania. Wymaga to jednak specjalnego oznakowania rzutu w układzie amerykańskim.

---

W celu praktycznego zapisu konstrukcji w europejskim układzie rzutni wybierzmy model o bardziej złożonej strukturze od wielościanów regularnych. Do rozważań wybrano bryłę, będącą modyfikacją sześcianu o boku $a\,$, w którym wycięto w rogu mały sześcian o boki ${1 \over 2}$ a oraz nadbudowano małym sześcianem (rys.6.1_1a). W tak zmodyfikowanej bryle ścięto jeden z rogów o wymiarach ${1 \over 2}$ boku $a\,$.

---

Na rys.6.1_1b przedstawiono europejski układ rzutni oraz model zmodyfikowanego sześcianu, który będzie podlegał operacji rzutowania prostokątnego. Na zaprezentowanym europejskim układzie rzutni zaznaczone zostały pola będące elementami rzutni poziomej, pionowej i bocznej. Rzut główny (I) jest to widok z przodu bryły, rzut II to widok z góry oraz rzut III widok z lewej strony bryły. Przedstawiony po lewej stronie rzut aksonometryczny bryły pozwala uruchomić wyobraźnię i dokonać analizy położenia poszczególnych rzutów. Pierwszym etapem rzutowania jest przyjęcie rzutu głównego, od którego zalezą rzuty pozostałe. W przypadku złożonych konstrukcji technicznych, wybór rzutu głównego ma bardzo duże znaczenie. I rzut główny należy wybierać w taki sposób, aby przedstawić możliwie dużo elementów charakterystycznych konstrukcji. W rzucie tym należy wykonywać również przekroje, co pozwoli uzupełnić wiedzę o wewnętrznej budowie analizowanego elementu. Dla celów dydaktycznych wybór I rzutu głównego został narzucony z góry poprzez określenie kierunku rzutowania oznaczonego „strzałką”. W europejskim układzie rzutowania bryłę ustawiamy wewnątrz sześcianu, którego ściany stanowią wycinki rzutni. Dokonując rzutowania prostokątnego wyznaczono sześć rzutów bryły na wzajemnie prostopadłe i równoległe rzutnie. Następnie ściany sześcianu rozwijamy na płaszczyznę rysunku i otrzymujemy w ten sposób rzuty prostokątne bryły. W zapisie postaci konstrukcyjnej, w przypadku, gdy nie stosujemy dodatkowych elementów graficznych umożliwiających pełna identyfikację obiektu, można uwzględnić na poszczególnych rzutach krawędzie niewidoczne, które, zgodnie z zasadami zapisu rysujemy linią kreskową cienkiej grubości.

---

Zapis części, bądź jej elementu można zrealizować w amerykańskim układzie rzutni. W tym przypadku powinniśmy zaznaczyć ten fakt poprzez umieszczenie symbolu określającego ten sposób rzutowania. Na rys. 6.1_2a przedstawiono symbole rzutowania europejskiego i amerykańskiego w postaci dwóch rzutów stożka ściętego. Pozwala to czytelnikowi projektu bezbłędną identyfikację, z której strony prezentowany jest widok bryły konstrukcyjnej.

---

W grafice inżynierskiej istotne znaczenie mają wszelkie postanowienia umowne, pozwalające uporządkować w efekcie uproszczony zapis postaci konstrukcyjnej. Do nich należy np. zastosowanie różnych linii rysunkowych. Stosowane są, zatem różne rodzaje linii o różnym przeznaczeniu. Rodzaje linii przedstawione w tab. 6.1 mają wszechstronne zastosowanie. Umożliwia to projektantowi na jasne i bezbłędne przedstawianie swojego projektu, pozwala również czytającemu projekt na poprawną jego identyfikację. Nie bez znaczenia ma również fakt stosowanie różnych grubości linii, adekwatnych do wielkości arkusza projektowego. Arkusze o większych rozmiarach wymagają większych klas grubości linii. Dla formatów niewielkich stosowana jest np. klasa grubości 12, co oznacza, że grubość linii grubej ciągłej powinna wynosić 1,2 mm. Linie innych rodzajów powinny być proporcjonalne zmniejszone (z wyjątkiem linii bardzo grubej o przeznaczeniu specjalnym). I tak linie cienkie w tej klasie grubości powinny wynosić 1/3 grubości linii grubej, czyli ok. 0,4 mm. Celem tej klasyfikacji nie jest oczywiście zastosowanie linii o wskazanej, precyzyjnie grubości. Chodzi przede wszystkim o ta, aby były zachowane pewne proporcje między liniami zapisującymi, np. kontury widoków i przekrojów w odróżnieniu od wszelkich linii o charakterze pomocniczym (np. osie symetrii, linie wyrwań linie krawędzi niewidocznych itp.)

---

Części maszyn posiadają różne wielkości. Należy się, zatem liczyć z koniecznością stosowania w grafice inżynierskiej różnych podziałek zmniejszających jak i zwiększających, aby dostosować projekt do właściwego rozmiaru arkuszy rysunkowych. Przepisy normalizacyjne przewidziały dla projektantów pełną gamę dostępnych arkuszy oraz podziałek zwiększających i zmniejszających. Pozwala to projektantowi wybrać opcję optymalną tak, aby prezentowany projekt zapisu postaci konstrukcyjnej urządzenia był jak najbardziej czytelny. Projekty powinny jednak spełniać znormalizowane standardy, aby uniknąć bałaganu w systemie zapisu. Bardzo istotnym elementem projektu jest jego metryka, czyli tabliczka rysunkowa. Zamieszczona, zawsze w prawym dolnym rogu arkusza rysunkowego pozwala zapisać w postaci tekstowej podstawowe wiadomości dotyczące realizowanego projektu, łącznie z nazwiskami autorów i nadzorujących projekt. W przedmiotowej literaturze można znaleźć szczegółowe wymiary i zawartość, nie będzie, więc przedmiotem naszych rozważań.

---

Przejdziemy obecnie do tworzenia projektu postaci konstrukcyjnej wybranej części maszynowej. Podstawową kwestią, jak już powiedziano wcześniej, jest rozpoczęcie projektu od ogólnej analizy wizualnej bryły, pod kątem wyboru właściwego I rzutu głównego. Wybór tego rzutu jest istotny, albowiem pozostałe rzuty będą funkcją tego pierwszego. Kolejnym etapem jest przyjęcie minimalnej liczby rzutów niezbędnych do ukazania wszystkich właściwości konstrukcyjnych analizowanego obiektu. Istnieje również potrzeba, na tym etapie, określenia przekrojów obiektu, jakie mają być zrealizowane w poszczególnych rzutach. Po ustaleniu przedstawionych powyżej danych można rozpocząć projekt zapisu postaci konstrukcyjnej.

---

Na rys. 6.1_3a przedstawiono przykładowy projekt zapisu postaci konstrukcyjnej tulei. Ustalono, iż uwzględniając zapis układu wymiarów bryły, wystarczającym będzie zapis konstrukcji w postaci I rzutu – półwidoku i półprzekroju. Bryła jest symetryczna można, zatem górną jej część przeznaczyć na półwidok, dolną część na półprzekrój. Mając na uwadze stosowane w grafice inżynierskiej znaki wymiarowe (np. $\phi \,$ – oznaczające średnicę) można pominąć drugi rzut, który informowałby nas o obrotowym charakterze bryły. Graficzny zapis konstrukcji tulei o zmiennych średnicach rysujemy w półprzekroju półwidoku. Po uzupełnieniu zapisu postaci konstrukcyjnej o zapis układu wymiarów otrzymamy pełną identyfikację analizowanego obiektu przestrzennego.

---

Dokonajmy graficznego zapisu konstrukcji modelu części maszynowej przedstawionej na rys. 6.1_4a w postaci zapisu w wymiarze 3D. Zapis taki pozwoli nam ocenić ogólny kształt analizowanej części, która będzie również przedmiotem rozważań w komputerowym zapisie konstrukcji, omawianym w dalszej części wykładów. Zapis przestrzenny 3D przedstawia kołnierz z czterema otworami i otworem wewnętrznym o zmiennej średnicy. Widok tej części w zapisie aksonometrycznym z wycięciem ćwiartki będzie podstawą do zapisu graficznego w rzutach prostokątnych.

---

Proces powstawania projektu zapisu konstrukcji przedstawimy w kolejnych etapach realizacyjnych. I etap, przedstawiony na rys. 6.1_4b rozpoczyna się od ustalenia liczby rzutów i zastosowania ewentualnych, niezbędnych przekrojów. Nieskomplikowany charakter modelu pozwala nam powziąć decyzję, aby rozważaną część narysować w jednym rzucie, w przekroju półwidoku z kładem otworów w kołnierzu. Decyzję taką podejmujemy przy świadomości zastosowania układu wymiarów, który uzupełni podstawowe dane bryły, w zakresie jej kształtu przestrzennego. Część maszynowa jest bryłą obrotową, więc możemy wykorzystać symetrię obrotową do przedstawienia rzutu bryły w półwidoku po lewej stronie osi oraz w półprzekroju po prawej stronie osi. Projekt zapisu rozpoczynamy od narysowania rzutów zarysów dwóch walców obrotowych o wspólnej osi symetrii, wzajemnie przenikających się i o różnych średnicach. Zarys uogólniony można uznać, iż będzie stanowił pierwsze przybliżenie kształtu omawianej części maszynowej.

---

Kolejny, II etap projektowania (patrz rys. 6.1_4c) to uszczegółowienie kształtów zewnętrznych części maszynowej. Po lewej stronie osi możemy narysować rzeczywisty widok bryły, uwzględniającej ścięcia stożkowe, wszelkie zaokrąglenia oraz ścięcia fazowe. Po prawej stronie osi pozostawiamy jedynie linię konturową zewnętrzną, która na pewno nie ulegnie zmianie przy rysowaniu przekroju. Pozostałe linie pomijamy w celu narysowania półprzekroju.

---

W trzecim etapie projektowania (rys. 6.1_4d) wyznaczymy kształt przekroju powstałego w wyniku wirtualnego wycięcia ćwiartki bryły po prawej stronie osi. Wirtualne, a nie rzeczywiste wycięcie ćwiartki bryły wymaga od projektanta pewnej wyobraźni przestrzennej, którą, mam nadzieję, słuchacze wyrobili sobie po wysłuchaniu wcześniejszych wykładów z grafiki inżynierskiej, w zakresie odwzorowań przestrzennych na płaszczyźnie rysunku. Po zdefiniowaniu, co oznacza przekrój bryły określona płaszczyzną, projektant wrysowuje powstałe kształty przekroju, uwzględniając kolejno: otwór wewnętrzny o dwóch średnicach na różnych długościach wzdłuż osi symetrii, fazowanie otworu o mniejszej średnicy oraz otwór w kołnierzu, również o dwóch średnicach. Tak narysowany przekrój powinien uwzględniać oczywiście jedynie tą część przekroju płaszczyzną krojenia, która znajduje się po prawej stronie osi, zgodnie z przyjętymi na wstępie założeniami, że będzie to półprzekrój, a nie przekrój całkowity. Do zakończenia procesu powstawania projektu zapisu postaci konstrukcyjnej omawianego modelu pozostała nam jeszcze kwestia jednego szczegółu, a mianowicie gwintu otworu wewnętrznego. W grafice inżynierskiej gwinty przedstawiamy w sposób uproszczony. Szczegóły takich połączeń będą przedstawione w dalszej części niniejszego wykładu. Występujący gwint w otworze o mniejszej średnicy oznaczamy umownie, rysując linię zarysu gwintu linią cienką ciągłą.

---

W IV ostatnim etapie procesu projektowania (rys.6.1_4e) należy narysować kład otworu w kołnierzu. Ponieważ zachowana tu jest symetria, możemy narysować tylko połowę kładu, uwzględniając położenie otworów o odpowiedniej średnicy. Widok otworów rysujemy linią grubą, ciągłą. Proces projektowania możemy uznać za zakończony. Pamiętamy jednak, że będzie on pełny po uzupełnieniu rzutów części maszynowej o układ wymiarów. Zasady wymiarowania stosowane w grafice inżynierskiej będą omówione w dalszej części wykładu, dlatego do pełnego projektu zapisu tej części maszynowej wrócimy również w dalszej części niniejszego wykładu.

---

Kolejnym sposobem stosowania uproszczeń w zapisie konstrukcji jest stosowanie kładów przekrojów. Zagadnienie to omówimy na przykładzie rzutu części wałka maszynowego (patrz rys. 6.1.5). Fragment wałka narysowano w widoku, albowiem przekrojów wzdłużnych wałków oraz płaskich powierzchni (np. żeber) w zapisie konstrukcji nie stosuje się. W celu pokazania wewnętrznej budowy wałka stosowane są tzw. kłady. Mogą być one rysowane ja ko miejscowe na widoku bryły (rysujemy wówczas je linią cienką) w przerwie widoku (po przerwaniu wałka, rysujemy linią grubą) oraz kłady przesunięte, (które rysujemy linią grubą). Kłady powstają w wyniku wirtualnego przekroju (w tym przypadku przekroju poprzecznego wałka), płaszczyzną prostopadłą do osi wałka. Po dokonaniu obrotu o kat $90^{\circ }$ w kierunku określonego strzałkami otrzymamy kształt kładu przekroju. Dla porównania kładu ($A-A$, $B-B$) z przekrojem przedstawiony został również przekrój normalny $C-C$, który różni się od kładu tym, iż poza przekrojem, w płaszczyźnie krojenia, rysujemy również widok krawędzi bryły za płaszczyzną krojenia. Jak widać na przedstawionym rysunku kłady stanową istotne uzupełnienie zapisu postaci konstrukcyjnej o niezbędne informacje o części maszynowej.

---

Przekroje zwykłe nie są jedyną formą przekrojów stosowanych w zapisie konstrukcji. Potrzeba wprowadzenia innych rodzajów przekrojów wynika ze złożoności form zapisywanych części maszynowych. Wprowadzono, zatem przekroje, które obok przekrojów zwykłych rozszerzają zakres możliwości przedstawiania złożonych kształtów brył przestrzennych. Do jednych z nich można zaliczyć przekrój łamany częściowo obrócony. Na rys. 1.6_6a przedstawiono zastosowanie takiego przekroju na rzucie części zapisanej w postaci półprzekroju, półwidoku. Oznaczenie strzałkami, fragmentami linii grubych oraz literami opisującymi nazwę przekroju ($A-A$) na III rzucie bryły, kierunków prostopadłych, patrzenia na płaszczyznę przekroju pozwala przedstawić właściwy zapis takiego przekroju w I rzucie głównym. Istnieje tu jednak potrzeba obrócenia analizowanego przekroju do położenia równoległego z rzutnią tak, aby wszystkie kształty w tym rzucie były przedstawione w wymiarach rzeczywistych, (co wynika z niezmiennika rzutowania równoległego o związkach miarowych w płaszczyźnie równoległej do rzutni).

---

W odróżnieniu do przekroju częściowo obróconego można stosować przekroje łamane zwykłe lub rozwinięte. Na rys. 6.1_6b przedstawiono na lewym rzucie przekrój łamany zwykły. Na rzucie obok przedstawiono oznaczenie tego przekroju. Jak widać w przypadku tego przekroju rysujemy wyłączenie te fragmenty przekroju, które znajdują się płaszczyźnie równoległej do rzutni, co oznaczono fragmentami linii bardzo grubej. W przypadku przekroju rozwiniętego należy poszczególne wycinki przekroju rozwinąć do położenia równoległego z rzutnia, co sprawi, że rzut stanie się pozornie niezgodny z rzeczywistą wielkością bryły.

---

Bardzo często kształt konstrukcji maszynowej pozwala zastosować zapis jedynie w widoku, lecz drobny szczegół budowy nie pozwala na ta operacje. W takim przypadku można stosować tzw. przekroje cząstkowe. Na rys. 6.1_7 przedstawiono przykład przekroju cząstkowego. Dotyczy to otworu nagwintowanego z wkręcona śrubą. Część maszynowa mogła być przedstawiona jedynie w widoku, lecz nagwintowany otwór w kołnierzu uniemożliwiał zastosować pełny widok bryły. Przekrój cząstkowy taką możliwość stworzył.

---

Zapis układu wymiarów stanowi istotny składnik projektu zapisu postaci konstrukcyjnej. W grafice inżynierskiej stosujemy szereg umownych znaków, które zastosowane przy wymiarowaniu części pozwalają, często, uniknąć zbędnego rysowania dodatkowych rzutów bryły. Na rys. 6.2_1a przedstawiono podstawowe znaki wymiarowe stosowane w układzie wymiarów. Jak można łatwo zauważyć, postawienie znaku przy liczbie wymiarowej, pozwala uzupełnić ważne informacje o kształcie analizowanej części maszynowej. Np. znak $\phi \,$, opisujący średnicę, informuje czytającego zapis konstrukcji, o fakcie, że bryła ma charakter obrotowy, a znak $x\,$ z określoną cyfrą, że model ma grubość $x\,$ mm. Pozwala to ograniczyć stosowanie dodatkowych rzutów bryły, i zdefiniować pełny zakres informacji.

---

---

---

---