курс лекции по начерательной геометрии
.pdf81
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, |
à |
|
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.