THE SELECTION OF PROJECTIONS AND APPLICATION OF CONVENTIONS IN THE COURSE OF ENGINEERING GRAPHICS

О ВЫБОРЕ ПРОЕКЦИЙ И ПРИМЕНЕНИИ УСЛОВНОСТЕЙ В КУРСЕ ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКИ

Научная статья

Михеенкова Е.С.^1, *, Смирнова В.И.²

¹ ORCID: 0000-0002-0876-8490;

² ORCID: 0000-0002-9741-6699;

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (cathy22jan[at]mail.ru)

Аннотация

В статье рассматриваются основные проблемы, с которыми сталкиваются студенты графических дисциплин в техническом ВУЗе. Авторы делятся уникальными педагогическими наблюдениями о затруднениях, возникающих у студентов в разделении понятий проекционного черчения и машиностроительного. Предложены пути их решения: систематизация учебного материала, способы взаимоувязывать конструкторскую документацию, методы выявления форм деталей на чертежах, логическое обоснование простановки размеров, использование условностей.

Ключевые слова: инженерная графика, условности, проекции, конструирование, геометрия, чертеж, черчение. 

THE SELECTION OF PROJECTIONS AND APPLICATION OF CONVENTIONS IN THE COURSE OF ENGINEERING GRAPHICS

Research article

Mikheenkova E.S.¹, Smirnova V.I.²

¹ ORCID: 0000-0002-0876-8490;

² ORCID: 0000-0002-9741-6699;

Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia

* Corresponding author (cathy22jan[at]mail.ru)

Abstract

The article discusses the main problems faced by the students of graphic disciplines in a technical university. The authors share unique pedagogical observations about the difficulties encountered by the students when trying to separate the concepts of projection drawing and machine-building. The ways to overcome the difficulty are proposed: Systematization of educational material, ways to interconnect design documentation, methods for identifying the form of parts in drawings, rationale for dimensioning and use of conventions.

Keywords: engineering graphics, conventions, projections, design, geometry, drawing, drafting.

Инженерная графика является первой технической дисциплиной, при изучении которой студент знакомится с технической терминологией, широким кругом технических понятий, вопросами конструирования и технологий изготовления машин и другими специальными сведениями. Однако знаний правил и приемов начертательной геометрии и проекционного черчения, приобретаемых в начале курса инженерной графики оказывается недостаточным для машиностроительного черчения и применения упрощений и условностей вычерчивания машин их узлов, деталей, приспособлений, металлических конструкций и т. п.

В технике, в машиностроении изображения получают с помощью особого процесса, который называют проецированием. Таким образом, полученные изображения по имени этого процесса называют проекциями. В этом смысле не только начертательную геометрию и проекционное черчение, но и машиностроительное черчение, преподаваемое в ВУЗЕ, можно называть геометрией проекций.

Значит, наша наука открывает возможности, исследуя изображение (или, другими словами, умение на них решать позиционные и метрические задачи), тем самым судить о позиционных и метрических свойствах оригинала в пространстве, то есть трёхмерного образа по двумерному образу, полученного в результате проецирования [7].

Такой подход к делу был предложен в свое время Гаспаром Монжем, который изображал не реальные объекты, а лишь их геометрические модели, состоящие из простейших геометрических образов: из точек, прямых, плоскостей, отсеков поверхностей. Следовательно, инженер всегда реальное изделие, точнее его поверхность, может представить в виде сочетания этих простейших образов и решить все геометрические задачи о поверхности этого объекта. После чего он сможет решать и другие инженерные задачи: какую придать этой поверхности внутреннюю фактуру, из какого материала изготовить, рассчитать прочностные и деформационные характеристики и т.д.

К любому рабочему чертежу предъявляются два основных требования: возможность мысленного представления детали и возможность изготовления данной детали по чертежу. Если в курсе начертательной геометрии или проекционного черчения достаточно выполнения первого требования, то в последующем курсе машиностроительного черчения необходимо соблюдение обоих требований. Причем, основным является второе – возможность изготовления, проверки после изготовления, что часто вызывает трудности восприятия у студентов, обычно не имеющих производственных навыков.

Элементарный, но принципиальный факт, который лежит в основе двух видов деятельности инженера. Прямая задача начертательной геометрии является геометрическим аналогом, принципиальным элементом будущей конструкторской деятельности. А обратная: представим деятельность технолога - он не создаёт чертёж изделия, он должен организовать его изготовление так, чтобы люди, исполнители, рабочие, техники на оборудовании отрезали, сверлили, делали технологические операции по данным размерам чертежа. Значит, чертеж организует труд не только конструктора, но и технолога, потому что он по чертежу читает метрику и организует работу оборудования. Однако учебные чертежи по курсу «Инженерная графика» составляют студенты, не изучившие еще целого ряда общеинженерных дисциплин [2].

Если мы обратимся к деятельности конструктора или деятельности технолога, то мы увидим, что они решают либо прямую, либо обратную задачу геометрии, только в более сложных ситуациях. Хороший инженер -  он всегда грамотный конструктор и грамотный технолог. А это и есть задача обучения студентов – подготовка к инженерной деятельности высококлассных, конкурентоспособных специалистов, востребованных на рынке интеллектуального труда, которые смогут внести свой вклад в развитие России [1].

В настоящее время принято руководствоваться правилом: если намечаемая проекция имеет больше одного решения, она необходима [10]. Например, при двух изображениях детали, имеющей форму параллелепипеда, потребуется третье, иначе форма не будет однозначно определена. Согласно этому правилу четырехгранные призмы требуют представления тремя проекциями или одной проекцией и сечением.

Для определения необходимости выполнения той или иной проекции следует оценить возможность изготовления детали по чертежу, то есть возможность представления наиболее простого изображения, ясного показа размеров, обработки и других технических указаний даже при полном проекционном прочтении формы [9]. Для этого приходится прибегать к некоторым искусственным приемам. Исторически, по мере развития чертежа, стало больше передаваемой информации, на их выполнение стало уходить больше времени. Соответственно, чертежи стали постепенно упрощать, применяя различные условности, надписи и прочее [4].

А как обстоит дело в машиностроительном черчении? Появляется понятие конструкторской документации процесса проектирования изделий, а именно создание эскизного проекта изделия, технического проекта, рабочих чертежей деталей [8].

К примеру, создание чертежа вентиля. На этапе технического предложения должно быть решено множество вопросов о конструкции вентиля, принципе его работы, составных частях, габаритах, наконец, его стоимости. Отсюда возникают вопросы, решаемые конструктором, а затем технологом, но в курсе проекционного черчения аспекты не рассматривались. На этапах эскизного проекта и технического решаются вопросы, касающиеся содержания конкретного воплощения каждого изделия, входящего в данную сборочную единицу. Например, на рабочем чертеже корпуса вентиля главное изображение выбирается исходя из того, как этот корпус расположен в рабочем положении (вертикально, горизонтально). Такие детали, как валы, шпиндели, шатуны, винты ходовые, исходя из условий обработки, преимущественно изображают с осью, параллельной основной надписи. Плоские детали требуют одного изображения - контурного очертания детали, а второе изображение, где должна быть показана толщина детали, заменяет строчная буква s, включенная в размер.  При выборе количества изображений, например, штока, имеющего цилиндрическую форму, достаточно главного вида и знака диаметра, при этом мы руководствуемся ГОСТом 2.305 – 2008 – «Изображения – виды, разрезы, сечения», о чем в проекционном черчении не говорилось [5].

Однако условности и упрощения, устанавливаемые правилами ГОСТ, не могут обеспечить все многообразие возникающих ситуаций, поэтому при выборе выявления формы следует опираться на следующие основные положения.

Во-первых, верность самого приема выявления на чертеже, выбор основного изображения определяется возможностью мысленно однозначно представить форму объекта. Разумеется, чертеж при этом должен быть общепонятным, не допускающим разночтений и соответствующим современным требованиям ГОСТ.

Во-вторых, проекция или ее часть на чертеже необязательна, если ее отсутствие не препятствует четкой простановке размеров и технических указаний. То есть, дополнительные проекции или вынесенные сечения для более полного и точного показа размеров и обработки необходимы даже при проекционной определенности рассматриваемой детали [6].

В-третьих, количественная достаточность информации может контролироваться отсутствием повторения видов, разрезов, сечений, размеров и других надписей и условных знаков, то есть может служить подтверждением идентичности непоказанных элементов. Например, при наличии нескольких равномерно расположенных элементов предмета (зубья колеса храпового механизма и отверстий на нем) показывают один-два таких элемента, а остальные изображают упрощенно или условно, но так, чтобы была сохранена ясность расположения всех элементов [3].

Рассмотрим в качестве примера гайку накидную (рис.1). Наибольшую информацию о поверхности дает проекция, на которую шестигранник проецируется тремя гранями. Также на главном изображении выявляется образующая фаски. Для полного выявления форм детали выполняется и проекция, где шестигранная призма проецируется в шестиугольник. Наибольшее количество поверхностей гайки получено точением, поэтому ось располагаем параллельно основной надписи. Для выявления внутреннего устройства применяется фронтальный разрез.

 

Рис.1 – Чертеж детали «Гайка накидная»

 

Анализируя приемы проставления размеров на рабочих чертежах, следует упомянуть: параллельность прямых, а также концентричность кривых для различных линий (контурных, осевых и так далее) размерами можно не подтверждать, прямой угол (перпендикулярность прямых) или деление окружности на равные части размеры подтверждать также необязательно. При выполнении сборочных чертежей возникает вопрос о сопряженных размерах, обеспечивающих соединение деталей и работу всего изделия и масса других вопросов, связанных с выполнением конструкторской документации. Анализ главных условностей разрезов, сечений, знака диаметра, недоговорённостей и упрощенных изображений помогает сделать ряд необходимых в практике черчении выводов.

• Разрез, выполненный любым количеством секущих плоскостей или цилиндрических поверхностей, будет верным, если он не приведёт к появлению линий, не существующих при данном направлении проектирования до разреза.
• Знаки при размерах диаметра нужно понимать не только как знаки, подтверждающие окружности, а главным образом как знаки, заменяющие собой проекции. Проекции в виде концентрических окружности на рабочих чертежах не имеют смысла, так как их вполне заменяют знаки диаметра при размерах диаметра.
• Знак диаметра является главный условностью, то есть условностью, от которой практика черчения никогда и ни в какой стране не откажется. Все хорды круга, проходящие через центр, называют словом «диаметр», которое заменяют знаком . Также называют прямую, проходящей через центр сферы и соединяющую её противоположные точки. В машиностроении поверхности вращения имеют широкое применение (80 – 90 % всех кривых поверхностей), в то время как квадраты встречаются относительно редко. Знак диаметра нельзя приравнивать по значению знаку квадрата при размерах квадрата так как: знак диаметр заменяет собой проекцию и облегчает простановку технических указаний на чертежах, в то время как отсутствие второй проекции не позволяет поставить различную чистоту поверхности на разных гранях квадрата.
• С практической точки зрения на чертежах деталей объединение половины вида с половиной разреза для симметричных проекций можно допускать только в тех случаях, когда при составлении и чтении чертежа обойтись без наружного вида невозможно. Например, изображать половину вида и половину разреза для шкива или втулки бессмысленно, так как такое объединение может привести к затруднениям при простановке размеров, обработки и других технических указаниях.

Назначение разреза, приведённое в ГОСТ 2.305-84, является неполным, поэтому в учебных целях его следует заменить следующим: разрезы, как и другие главные условности машиностроительного черчения (сечения, знак диаметра, недоговорённости и упрощения), служат для улучшения обычных проекций. А именно, для замены нужных, но невидимых штриховых линий сплошными; удаления частей детали, выявленных другими проекциями; удаления с проекций искажённых геометрических форм и сложных построений линий перехода; для объединения на одной проекции двух направлений проектирования без искажения геометрических форм и без понижения удобства простановки размеров и других технических указаний.

Машиностроительное черчение, на сегодняшний день, необходимо студентам, так как позволяет понимать и выполнять любые машиностроительные чертежи и самостоятельно разбираться во всей технической документации, относящейся к чертежам. Особенное значение приобретает изучение стандартов чертежей, которые создают единство в оформлении чертежей и обеспечивают тесную связь между изучаемым в ВУЗе и применяемым на практике.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Амелина К.Е. Инженерная графика в учебных планах магистратуры Управление интеллектуальной собственностью / Амелина К.Е., Михеенкова Е.С. Перспективы науки. 2017. № 12 (99). С. 82-86.
2. Барканова Д.С. Введение в логику ЕСКД в курсе инженерной графики / Д.С. Барканова. – М.: Издательство стандартов, 1994. – 168 с.
3. Боголюбов С.К. Инженерная графика: Учебник для средних специальных учебных заведений / С.К. Боголюбов. – 3-е изд., испр. и дополн. – М.: Машиностроение, 2002. – 352 с.
4. Ботвинников А.Д. Черчение: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.Д. Ботвинников, В.Н. Виноградов, И.С. Вышнепольский. – 4-е изд., дораб. – М.: ACT: Астрель, 2008. – 221 с.
5. ГОСТ 2.305-2008 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Изображения – виды, разрезы, сечения.
6. ГОСТ 2.307-2011 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Нанесение размеров и предельных отклонений.
7. Жирных Б.Г., Серёгин В.И., Шарикян Ю.Э. Начертательная геометрия: учебник. / Под общ. ред. В.И.Серегина – 1-е изд. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – 168 с.: ил.
8. Михеенкова Е.С., Муравьев К.А., Смирнова В.И. Особенности выявления внутреннего инженерно-технического потенциала студентов в ходе изучения курса инженерной графики: / В сборнике: Одаренность: методы выявления и пути развитияСборник статей, докладов и материалов Всероссийской конференции. В 2-х частях. Ответственные редакторы А.А. Александров, В.К. Балтян. 2018. С. 82-87.
9. Фролов С.А., Воинов А.В., Феоктистова Е.Д. Машиностроительное черчение - М.: Машиностроение 1981. – 304 с.
10. Чекунов Ю.И., Шарикян Ю.Э., Бочарова И.Н. Чтение и деталирование чертежей общего вида сборочных единиц: методические указания. - М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2004. – 92 с.: ил.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Amelina K.E. Inzhenernaya grafika v uchebnyh planah magistratury "Upravlenie intellektualnoj sobstvennostyu" [Engineering graphics in master's program “Management of Intellectual Property”] / Amelina K.E., Miheenkova E.S. Perspektivy nauki [Science Prospects]. 2017. № 12 (99). P. 82-86. [in Russian]
2. Barkanova D.S. Vvedenie v logiku ЕSKD v kurse inzhenernoj grafiki [Introduction to logic of ESKD engineering graphics course]/ D.S. Barkanova. – M.: Publishing house standartov [Standards Publishing House], 1994. – 168 p. [in Russian]
3. Bogolyubov S.K. Inzhenernaya grafika: Uchebnik dlya srednih special'nyh uchebnyh zavedenij [The student book for secondary special educational institutions]/ S.K. Bogolyubov. – 3-e edition., ispr. i dopoln. – M.: Mashinostroenie [Machine-building], 2002. – 352 p. [in Russian]
4. Botvinnikov A.D. Cherchenie: ucheb. dlya obshcheobrazovat. uchrezhdenij [Drawing: the student book for general educational institutions]/ D. Botvinnikov, V.N. Vinogradov, I.S. Vyshnepolskij. – 4-e edition., dorab. – M.: ACT: Astrel' [ACT: Astrel], 2008. – 221 p. [in Russian]
5. GOST 2.305-2008 Еdinaya sistema konstruktorskoj dokumentacii (ЕSKD). Izobrazheniya – vidy, razrezy, secheniya [GOST 2.305-2008 Unified system of design documentation (USDD). Images – sectional views, sections]. [in Russian]
6. GOST 2.307-2011 Edinaya sistema konstruktorskoj dokumentacii (ESKD). Nanesenie razmerov i predel'nyh otklonenij [GOST 2.307-2011 Unified system of design documentation (USDD). Dimensioning and the tolerances]. [in Russian]
7. Zhirnyh B.G., Seryogin V.I., Sharikyan Yu.E. Nachertatel'naya geometriya: uchebnik. [Descriptive Geometry: student book] / Pod obshch. red. V.I. Seregina – 1-e edition. – M. : Publishing house MGTU im. N.E. Baumana [Moscow: Bauman MSTU], 2015. – 168 p.: il. [in Russian]
8. Miheenkova E.S., Murav'ev K.A., Smirnova V.I. Osobennosti vyyavleniya vnutrennego inzhenerno-tekhnicheskogo potenciala studentov v hode izucheniya kursa inzhenernoj grafiki [Characteristic features of identifying internal engineering and technical abilities of students in engineering graphics course]: / V sbornike: Odarennost: metody vyyavleniya i puti razvitiya Sbornik statej, dokladov i materialov Vserossijskoj konferencii. V 2-h chastyah. [In the collection: Talent: methods of identification and ways of development Collection of articles, reports and materials of the all-Russian conference. In 2 parts.] Otvetstvennye redaktory A.A. Aleksandrov, V.K. Baltyan. 2018. P. 82-87. [in Russian]
9. Frolov S.A., Voinov A.V., Feoktistova E.D. Mashinostroitel'noe cherchenie [Machine-building drawing] - M.: Mashinostroenie [Machine-building] 1981. – 304 p. [in Russian]
10. Chekunov Yu.I., Sharikyan Yu.E., Bocharova I.N. Chtenie i detalirovanie chertezhej obshchego vida sborochnyh edinic: metodicheskie ukazaniya [Reading and detailing of general view drawings of assembly units: methodological guidelines]. - M.: Publishing house MGTU im.N.E.Baumana, 2004. – 92 p.: il. [in Russian]