Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

курс лекции по начерательной геометрии

.pdf
Скачиваний:
117
Добавлен:
18.03.2016
Размер:
4.07 Mб
Скачать

81

На рис. 9.2,а показано построение проекции M2 точки M, принадлежащей геликоиду, по заданной проекции M1 . Сначала строили горизонтальную l1 , а затем фронтальную l2 проекции образующей l

конической поверхности: l1 провели через точки j1

и M1

, а l2 - через

точки 12 и T2 (точка 1=l

m). Так как ось j Ï1 и m1

k1

, то горизон-

тальная проекция t1

образующей t геликоида, проходящей через

точку M, совпадает с проекцией l1 , а точка 21 = t1

k1

- с точкой 11 :

t1 l1 и 21 11 ( вообще точка 2 - точка пересечения образующей t с винтовой линией k). Проекцию t2 проводили через точку 22 k2 параллельно l2. Точка M2 t2.

Винтовые поверхности широко используются в технике: резьбы, резьбовые изделия, сверла, пружины и многое другое изготовлено с использованием этих поверхностей.

9.2. Циклические поверхности

Циклическими называют поверхности, которые могут быть образованы перемещением окружности m переменного или постоянного радиуса. Все многообразие этих поверхностей определяется многообразием законов движения окружности в пространстве и законов изменения её радиуса. Точки на циклической поверхности Ô обычно строят с помощью образующих окружностей m со-

гласно ПА: . m i F.

. Mi

m.

 

 

На рис. 9.3 представлен элементарный чертеж циклической

поверхности Ô{m(a,b,S)(m

a, C

mi

b, m

i

i

 

 

D S)}, на которой заданы

плоскость параллелизма S, линия центров b и направляющая a.

b2

a2

b2

 

a2

 

S2

M2 Ñm2

 

D2

 

m2

A2 S2

x1 2

 

x1 2

 

 

 

 

Ñm1

A1

 

 

 

 

 

a1

m1

 

a1

 

M1

 

 

b1

b

 

Рис.9.3

Рис.9.4

1

 

 

82

Согласно закону образования плоскости всех образующих m параллельны плоскости S, центры всех образующих расположены на b и все образующие m пересекают a. На рис. 9.4 с помощью произвольной образующей m i согласно приведенному ниже ГА построены проекции произвольной точки МÔ:

1. D2

S2; m2 D2.

2. A2 = a 2 m2.

3. A1

a1.

 

 

 

 

 

 

 

5. Cm1 b1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. C 2 =m2

b2.

 

 

 

 

 

6. m1

A1, R 1 = A1,C1

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. M1

m 1.

8. M2

m2 .

 

 

 

 

 

 

В рассмотренном примере S

Ï1 и m

 

 

 

 

D

 

 

 

S, поэтому образую-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щие m

на Ï1 проецируются в окружности, а на Ï2 - в отрезки.

На рис. 9.5 построен основной чертеж отсека той же поверхнос-

ти Ô, линиями обреза которого являются образующие m1

À1, m2 À2

(À1,À2

a)

и линии k, k1 , лежащие в плоскости Ã

Ï2

(исходные

данные примера - элементарный чертеж поверхности, т. е. a, b и S, а

также точки A1 , A2

и проекция Ã плоскости Ã).

 

 

 

 

 

2

m12

 

 

m2

 

 

 

A12

 

 

 

K2

A2

 

q1

 

 

D2

 

2

 

 

m

 

 

k2 k21

 

 

C2

 

 

 

m22

 

 

 

S2

 

 

 

 

 

q2

 

 

Ã2 b

a

2

A22

 

 

 

2

 

 

 

 

 

x1 2 m21

 

 

A21

 

 

 

 

 

 

k1

g1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Cm1

A1

a1

 

g1

 

 

 

 

 

 

 

 

K

b1

A11

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

m1

m11

Рис. 9.5

 

k1

 

 

 

83

 

 

На 1-ом этапе строились проекции m1

и m2 довольно плотного

каркаса образующих m (см. ГА к рис. 9.4),

в том числе и проекции

m11 , m12, m21 , m22 границ отсека m1 и m2.

линий видимости (контура) q

Для построения проекций q

и q1

2

2

 

 

и q1 отсека поверхности относительно Ï2 соединяли соответственно правые и левые концы проекций m2 . Проекции g1 и g11 линий видимости (контура) g и g1 отсека поверхности относительно Ï 1 строились как огибающие окружностей m1 (напомним, что линии q и q1 образованы множеством точек касания отсека поверхности

проецирующими лучами, перпендикулярными Ï2, а g и g1

- перпен-

дикулярными Ï 1 ).

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

и k21 из-

Так как линии обреза

k,

Ã

 

Ï2, то

проекции k2

вестны: k

2

, k1

à .

Проекции

k

1

и k

1 строились приближенно

 

2

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

по точкам Ê = Ã

m :

1.

Ê2

= Ã2

 

m2

;

2. Ê1

m1 .

 

На рис. 9.5 показано одно из двух возможных решений - выделен отсек поверхности Ô, расположенный “выше” плоскости Ã (2-ое решение - отсек поверхности Ô, лежащий “ниже” Ã).

На рис. 9.6 показан элементарный чертеж циклической поверхности с тремя направляющими и плоскостью параллелизма

Ô{m(b,d,q,S)(m b, m d, m q, m S S)},

(заданы проекции трех направляющих и основная проекция плоскости параллелизма). На рис. 9.6 решена также ОПЗ в постановке, когда требуется установить, принадлежит ли данная точка М поверхности или нет. Решение выполнялось в соответствии с ГА:

m2

 

Cm2

 

 

12

 

M2

 

 

 

 

 

 

b2

 

 

32

 

22

 

q

2

x1 2

d2

 

 

 

 

 

S1

S11

m1

 

 

 

 

11

21

M1

31

 

Рис. 9.6

b1

d1

q1

 

 

 

 

 

1.

S11

M1, S11

S1; m1

S1.

2.

11 =S11

b1 ;

21 =S11

d1;

 

31

=S11

q1 .

 

 

3.

12

b2; 22

d2; 32 q2.

4.

m2

12, 22, 32.

 

Так как М2

m2, то M

m и

 

 

 

М

Ô.

 

84

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m2

В курсе также рассматриваются следую-

S2

b2

щие поверхности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b1

1. Циклическая поверхность с плоскостью

m1

параллелизма (S) линией центров (b) и обра-

 

 

 

зующей окружностью постоянного радиуса (m):

 

 

Ô{m(m, S, b)(m

S

S; Cm

 

b; R m

 

 

 

=R m )}

 

 

 

 

 

 

 

(элементарный чертеж см. рис. 9.7). Рис. 9.7

2. Каналовая поверхность Ô{m(a,b)(m a,Cm

b;m

S

b)}.

3. Трубчатая поверхность Ô{m(b, R=const)(Cm

b, m

S

b,

Rm =R)}, являющаяся частным случаем каналовой поверхности.

Л Е К Ц И Я 10

ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩЕНИЯ. ПРОЕЦИРУЮЩИЕ ПОВЕРХНОСТИ

10.1. Образование поверхностей вращения

Поверхностью вращения будем называть поверхность, которая может быть получена при вращении какой-то образующей линии a

вокруг неподвижной оси j: Ф{a(a, j)(a =a

j)} (рис. 10.1). Напомним,

что вращение может обозначаться знаками

или .

Все многообразие поверхностей вращения определяется

различием форм образующей a (это может быть любая линия) и её

положением относительно оси j.

q3

j

При вращении образующей a вокруг

 

 

 

оси j все точки линии a вращаются вокруг j

 

 

k1

по окружностям, называемым парал-

 

 

лелями (кроме точек, в которых a и j пере-

k

 

q1

секаются). Так,

при вращении точки Ki a

 

Mi

K

i

(рис. 10.1) образуется параллель qi. Таким

 

qi

образом, любая поверхность вращения

 

 

несёт на себе непрерывный каркас

 

 

 

окружностей q i

(параллелей)

и является

 

 

 

циклической поверхностью.

Плоскости

 

 

 

параллелей перпендикулярны оси враще-

a

 

q2

ния. Поэтому на ПП, перпендикулярную

 

 

Рис. 10.1

 

 

 

 

 

85

оси, параллели проецируются в окружности, а на другую ПП - в

отрезки прямых. В этой связи точку M на поверхности

вращения Ô

обычно строят с помощью параллелей (окружностей) q

согласно ПА:

1. q

 

 

 

Ô.

2. M

q

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параллель наименьшего радиуса (рис. 10.1) называют горлом

(q1 ), а наибольшего -

 

экватором (q2).

Параллель q3 -

граница или

линия обреза отсека поверхности. Кривая линия, расположенная в плоскости, проходящей через ось вращения (на рис. 10.1 это контурные кривые k и k1 ), называется меридианом поверхности. Меридиан, лежащий в плоскости, параллельной ПП, называют главным. При задании поверхностей вращения элементарным чертежом удобно, чтобы её образующая была главным меридианом.

10.2. Поверхность вращения общего вида Поверхность вращения общего вида образуется при вращении во-

круг оси произвольной кривой k. Формула поверхности:Ô{k(k,j)(ki=kj)}. На рис. 10.2 задан элементарный чертеж поверхности вращения общего вида, а на рис. 10.4 - основной чертеж отсека этой поверх-

ности с границами m1

и m2 . На основном чертеже главные мериди-

 

j2

 

 

j2

 

 

j2

 

 

 

 

 

q1

k2

 

k2

 

 

q2i

k2

2

 

 

 

q23

 

 

 

12

 

M2

q42

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

k2

k1

 

 

 

 

 

q 2

q11

 

 

 

 

 

2

 

 

j1

k1

 

 

M1

q21

q31

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

1

 

Рис. 10.2

 

11

qi

 

 

k11

 

 

 

j1 C1

q i

4

 

 

 

 

 

1

j1

 

 

 

 

 

 

q1

аны k и k1

 

 

 

Рис. 10.3

 

Рис. 10.4

являются линиями касания поверхности проецирующими

лучами, перпендикулярными Ï2,

а горло q3

и экватор q4 - перпен-

дикулярными Ï1 (проекции q32 и q42 обычно не показывают, так как относительно Ï2 линии q3 и q4 не являются контурными линиями).

86

На рис. 10.3 решается ОПЗ: определяют, принадлежит ли рассматриваемой поверхности точка M(M1 ,M2 ). Для этого делалась попытка построить параллель q поверхности, на которой может располагаться точка M:

1. q

M

,Cq

j

.

2. 1

1

=q

1

k .

3. 1

2

k .

4. q

2

1

2

, q

2

j

2

.

1

1

1

 

1

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

Вывод: M1

 

q1

M2

q2

 

M q; M

q q

Ô

 

M

 

Ô .

 

 

 

10.3. Линейчатые поверхности вращения Линейчатая поверхность вращения Ô образуется при враще-

нии вокруг оси j прямой t:Ô {t(t,j)(ti =tj)}. Если t j, то образуется

цилиндрическая поверхность вращения, если t j - коническая поверхность вращения, если t j - однополостный гиперболоид вра- щения. Уточняющие условия t j; t j; tj могут быть указаны в первой круглой скобке формулы.

j2

 

 

 

 

j2

m21

 

 

Н а

р и с .

1 0 . 5

t2

t12

 

 

 

 

 

 

 

M2

t2

 

 

приведен

элементарный

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

чертеж

цилиндрической

 

 

 

 

 

 

 

 

поверхности

вращения

 

 

k2

 

 

 

m22

 

 

Ô{t(t,j,t

 

j)(t i =t

j)},

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 10.6 - основной чертеж

 

 

 

 

 

Ô

m1

m2

k

отсека

этой поверхности,

 

 

t11

 

j

1

1

1

 

1

 

 

окружнос-

 

 

 

1

 

 

 

ограниченного

j1

 

 

 

 

t21

 

 

тями m1

и m2

(t1

и t2

-

t1

 

 

 

 

 

 

 

 

M1

 

 

 

 

 

линии касания поверхности

 

 

 

 

t1

 

 

 

проецирующими

лучами,

Рис. 10.5

 

Рис. 10.6

 

 

 

перпендикулярными Ï2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 10.7 элементарным чертежом задана коническая поверхность вращения Ô{t(t,j,t j)(ti =t j)}, а на рис. 10.8 решается ОПЗ, в которой определяется принадлежит ли заданная точка M конической поверхности. Для этого построены проекции окружности m Ô, на которой может располагаться точка M:

1.

m1 M1, m1

j1.

3.

12 = (11,12) t2.

2.

11 = m1 t1.

 

4.

m2

12, Cm2 j2.

 

Так как

M2 m2, то M

m

и

M Ô.

 

 

87

 

 

 

 

j2

 

12

 

 

 

 

j2

C2

M2

 

 

 

 

t2

m2

 

 

 

 

 

 

 

t2

x1 2

 

x1 2

 

 

t1

j1

 

t1

j1

 

 

m1 11

M1

Рис.10.7

Рис. 10.8

На рис. 7.2 представлено наглядное изображение отсека конической поверхности вращения, а на рис. 10.9 построен основной чертеж этого отсека, ограниченного параллелями m1 и m 2 , образованными вращением точек A,B t. Крайней контурной линией отсека относительно Ï2 является окружность m 1 , крайними контурными линиями относительно Ï1 - окружности m1 , m2 и контурные образующие t1 , t2 . Кроме того, на рис. 10.9 с помощью проекций m1 и m2 произвольной окружности m Ô построены проекции произвольной точки M конической поверхности.

t2

m1

A2

2

 

12

t21t22

m12

t11

11 t1 A1

M2

m2

j2

B2 m22

j1 B1

t21

m1

M1

m11

Рис. 10.9

88

На рис. 10.10 элементарным чертежом задан однополостный гиперболоид вращения

Ф{t(t, j; t j)(t =t j), а на рис. 10.11 построен

основной чертеж отсека этой поверхности. Границами отсека являются параллели m1 A и m2 B (точки A,B t), а также кривые k1 и k2, расположенные в плоскости S Ï1. Изначально на рис. 10.11 были заданы t, j, At, Bt, S.

Сначала на рис. 10.11 строился достаточно плотный каркас параллелей m Ô согласно ГА:

j2 t2

j1 t1

Рис. 10.10

1.

E1

t1.

3.

m1

E1;

m1

j1 .

2.

E

2

t .

4.

m2

E2;

C m2

j2.

 

 

2

 

 

 

 

 

При этом обязательно должны строиться проекции границ m1 и

m2 , горла m3

и параллелей m4

и m5 , касающихся плоскости S. В

примере горло m3 - это линия, образованная точками касания поверхности Ô проецирующими лучами s , перпендикулярными к Ï2:

m3 = Ô s Ï 2 .

На 2-ом этапе строились проекции g11 и g21 ветвей гиперболы g, через точки которой проходят проецирующие относительно Ï1 прямые s , касающиеся отсека поверхности:

g = F s Ï2.

Линии g11 и g21 были получены как линии, соединяющие соответ- ственно левые и правые крайние точки проекций m1 параллелей m .

 

В заключение определяли проекции границ k1

и k2 отсека,

являющихся ветвями гиперболы k

S. Так как S

Ï2, то проекции

k1

и k2 известны: k1 ,k

2

S

2

. Неизвестные проекции k1 и k

2 при-

2

2

2

2

 

 

 

 

 

1

1

ближенно проводили через проекции Ê1

точек Ê = S

m :

 

 

 

1. Ê2 = S2

 

m2.

2.

K1

m1 .

 

 

 

Параллели m4 и m5

использовались для построения проекций

вершин ветвей гиперболы k.

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 10.12 дано наглядное изображение построенного

отсека однополостного гиперболоида вращения.

 

 

 

 

Однополостный гиперболоид вращения можно получить также

вращением

гиперболы

вокруг её

мнимой оси.

Эта

поверхность

89

широко используется в инженерной практике: телевизионная башня известного ученого и инженера Шухова В.Г. на Шаболовке сооружена из каркасов однополостных гиперболоидов, такую форму имеют градирни (трубы) ТЭЦ и т. д.

k21 k22 m32

m2

g12

m42m52

A2

E2 A1

k11 E1

g11

m31

m51

k11

 

1

m2

k

1

 

 

k2

K2

t

S

 

2

 

 

2

j2Cm2 B2

g22

m22

m12

j1 m1 m11

K1

m41

g21

B1 t1

Рис. 10.11

m2

m1

j

Рис. 10.12

90

10.4. Циклические поверхности вращения

Из циклических поверхностей вращения в курсе рассматриваются только торы. Тор - поверхность, которая может быть образована при вращении вокруг оси окружности m или её дуги, причем у тора ось вращения и образующая окружность расположены в одной плоскости.

В зависимости от взаимного положения образующей окружности m и оси j различают три вида тора:

1.Открытый тор или кольцо Ô{m(m,j;mj)(m =m j)} - окруж- ность m и ось j не имеют общих точек.

2.Закрытый тор с одной конической точкой Ô{m(m, j; mj)(m =

=mj)} - окружность m и ось j касаются.

3. Пересекающийся тор или закрытый тор с двумя коническими

точками Ô{m(m,j;m

j)(m =m j)} - окружность m и ось j пересекаются.

Элементарные чертежи этих торов изображены соответствен-

но на рис. 10.13 - рис. 10.15.

 

j2

j2

j2

 

m2

 

m2

 

m2

x1 2

m1

x1 2

m1

x1 2

m1

j1

 

j1

 

 

j1

Рис. 10.13

Рис. 10.14

 

Рис. 10.15

 

 

 

На рис. 10.16 показан основной чертеж открытого тора. Очерк

горизонтальной проекции тора составляют две окружности q11 (проек-

ция экватора) и q21 (проекция горла), а фронтальной - отрезки

q32 и

q42 (проекции параллелей q3

и

q4) и дуги окружностей m2

и

m12 , в

которые проецируются на

Ï2

видимые относительно

ПП

дуги

образующих m и m1 .

 

 

 

 

На рис. 10.17 приведен основной чертеж пересекающегося тора Ô. Эта поверхность может быть условно разделена на две части - внешнюю и внутреннюю. Окружность (параллель) q на рис. 10.17 используется для построения проекций произвольной точки M F.