
- •«Начертательная геометрия»
- •1. Основы начертательной геометрии
- •1.1. Методы проецирования.
- •1.2. Проекция точки.
- •1.3. Проекция прямой.
- •1.4. Проекция плоскости.
- •1.5. Способы преобразования ортогонального чертежа.
- •1.6. Многогранники.
- •1.7. Поверхности вращения.
- •1.8. Развертки поверхностей геометрических тел.
- •1.9. Аксонометрические проекции.
1.9. Аксонометрические проекции.
Сущность метода и основные понятия. Для наглядного изображения расположенных в пространстве деталей относительно выбранных плоскостей проекций использовались проекции, называемые аксонометрическими (от древнегреческого «аксон» — ось, «метрио» — измеряю), т. е. означает измерение по осям. Их часто используют для наглядного изображения конструкций приборов, машин на чертеже, особенно на начальных этапах конструирования.
Применяемые в отечественной конструкторской документации аксонометрические проекции стандартизованы в ГОСТ 2.317- 69.
Способ аксонометрического проецирования состоит в том, что данная фигура вместе с осями прямоугольных координат, к которым, она отнесена в пространстве, проецируется параллельно на некоторую плоскость, принятую за плоскость аксонометрических проекций (эту плоскость называют также картинной плоскостью).
При их построении основные плоскости объекта располагают параллельно или перпендикулярно плоскостям проекций, при этом на каждой плоскости проекций два измерения предмета изображаются в натуральную величину, а третье отсутствует. Это положение соответствует требованиям, которые предъявляются к чертежу быть обратимым простым в выполнении. Но наглядность таких изображений не всегда бывает достаточной. Если комплексный чертеж не создает достаточно полного представления о предмете, то в дополнение к нему выполняется более наглядное изображение аксонометрия предмета. Аксонометрия может быть как центральной, так и параллельной проекцией предмета, мы будем рассматривать аксонометрию как параллельную проекцию.
Сущность
метода аксонометрического проецирования
состоит в следующем, предмет в пространстве
относят к прямоугольной системе
координатных осей (декартовой системе
координат), а затем вместе с осями
проецируют на некоторую плоскость
,
плоскость
аксонометрической проекции. Направление
проецирования при этом выбирают
непараллельное координатным осям. (
Рис. 1.102
Полученный в плоскости чертеж называется аксонометрическим. Полученная проекция отражает три измерения предмета и является обратимым чертежом. Определим, как в аксонометрии достигается обратимость изображения. Представим себе в пространстве точку А, отнесем ее к системе прямоугольных (декартовых) координат. (Рис. 1.103) Отрезки ОАх, АхА1, A1A соответственно равны расстояниям от точки до координатных плоскостей: ОАх - координате х, АхА1 – координате у, A1A - координате z. Пусть единицей измерения для всех координатных осей будет отрезок е — натуральный масштаб. Отложим эти отрезки на каждой из осей (eх, еy, ег). Для каждой точки пространства можно построить координатную ломаную AA1АхО (пространственная ломаная), измерив отрезки которой с помощью натурального масштаба определим координаты точки.
В
Рис. 1.103
Измерив отрезки аксонометрической координатной ломаной А0А10Ах0О0 с помощью соответствующих аксонометрических масштабов ех0, еy0, еz0 получим численное значение координат точки А. Благодаря этому в пространственной системе координат, однозначно определим положение точки. Следовательно, изображение объекта можно считать обратимым.
Искажения отрезков осей координат при их проецировании на плоскость характеризуется так называемыми коэффициентами искажения. Это отношение аксонометрического масштаба к натуральному. Обозначим через k, m, n показатели искажений по осям OX, OY, OZ. Тогде:
k= ex/ex0; m = ey/ey0; n = ez/ez0,
В зависимости от соотношения коэффициентов искажения аксонометрические проекции могут быть:
- изометрическими, когда коэффициенты искажения по всем трем осям равны между собой k = т = п;
- диметрическими, когда коэффициенты искажения по двум любым осям равны между собой, а по третьей - отличаются от первых двух k = m n;
- триметрическими, когда все три коэффициента искажения по осям различны, т.е. k m n и k n.
Аксонометрические проекции различаются также по тому углу φ, который образуется проецирующим лучом с аксонометрической плоскостью проекций (см. рис. 1.103). Если φ 90°, то аксонометрическая проекция называется косоугольной, а если φ = 90° - прямоугольной.
Естественно, что изометрические, диметрические и триметрические проекции могут быть как прямоугольными, так и косоугольными.
Очевидно, что принимая различное взаимное расположение декартовой системы координат и плоскости аксонометрических проекций и задавая разные направления проецирования, можно получить множество аксонометрических проекций, отличающихся друг от друга как направлением аксонометрических осей, так и величиной коэффициентов искажения вдоль этих осей.
Справедливость этого утверждения была доказана немецким геометром Карлом Польке. Теорема Польке утверждает, что три отрезка произвольной длины, лежащие в одной плоскости и выходящие из одной точки под произвольными углами друг к другу, представляют параллельную проекцию трех равных отрезков, отложенных на прямоугольных осях координат от начала.
В аксонометрии общего вида коэффициенты искажения и угол φ находятся в определенной зависимости, которая выражается формулой, называемой основной формулой аксонометрии:
k2+m2+n2 = 2+ctg2 φ. (8.1)
Аксонометрические проекции. На практике используют аксонометрические проекции, которые кроме наглядности изображения обеспечивают простоту построения. К ним относятся прямоугольные аксонометрические проекции изометрия и диметрия, а также косоугольные аксонометрические проекции фронтальная диметрия и горизонтальная изометрия. (Рис. 1.104)
Прямоугольная изометрическая проекция. В прямоугольной изометрической проекции коэффициенты искажения по всем трем осям одинаковы k = т = п. Используя формуле (8.1), и считая, что ctg2 φ = 0, получим 3k2 = 2,тогда k = √2/3 = 0,82.
Следовательно, при построении изометрической проекции размеры предмета, откладываемые по аксонометрическим осям, умножаются на 0,82. Такой пересчет неудобен. Поэтому изометрическую проекцию для упрощения выполняют без уменьшения размеров (искажения) по осям, т. е. коэффициент искажения принимают равным 1. Получаемое при этом изображение предмета в изометрической проекции имеет несколько большие размеры, чем в действительности. Увеличение в этом случае составляет 22 % и выражается числом 1,22. Каждый отрезок, направленный по осям OX, OY, OZ, или параллельно им, сохраняет свою величину. Расположение осей, а также изображение детали в прямоугольной изометрической проекции показано на рис. 1.104,а.
Прямоугольная
диметрическая проекция.
Коэффициенты
искажения в прямоугольной диметрической
проекции выбирают следующими k
=
п;
т =
1/2
k.
Тогда,
используя основную формулу аксонометрии,
п
Рис. 1.104
2k2 + 1/4k2 = 2; k = √8/9 ≈ 0,94; m ≈ 0,47
В целях упрощения построений, как и в изометрических проекциях, коэффициент искажения по осям ОХ и OZ принимают равным 1, по оси OY коэффициент искажения равен 0,5. По осям ОХ и OZ, или параллельно им все размеры откладываются в натуральную величину, по оси OY— размеры уменьшают вдвое.
Увеличение в этом случае составляет 6% и выражается числом 1,06. Расположение осей в прямоугольной диметрической проекции и изображение детали показано на рис.1.104, б. С достаточной для практических целей точностью оси ОХ и OY строят по тангенсам углов tg 7°10'=1/8; tg 41°25'=7/8.
Продолжение оси OY за центр О является биссектрисой угла XOZ, что также может быть использовано для построения оси OY.
Косоугольные аксонометрические проекции. Косоугольные аксонометрические проекции чаще всего используют на плоскостях, параллельных плоскостям проекций, т.е. в тех случаях, когда необходимо сохранить неискаженными фигуры, расположенные в плоскостях, параллельных выбранной плоскости проекций.
В случае, когда фигуры располагаются параллельно фронтальной плоскости проекций, рационально применять фронтальную диметрию.
Во фронтальной диметрии коэффициенты искажения по оси ОХ и OZ принимают равными 1, а по оси OY - 0,5. Углы наклона этой оси к горизонтальной линии могут приниматься 30°, 45° или 60°.
Расположение осей и изображения детали во фронтальной диметрии представлены на рис. 1.104, в.
В случае, когда существует необходимость сохранить без искажения фигуры, расположенные в горизонтальной плоскости проекций, аксонометрическую проекцию располагают параллельно горизонтальной плоскости проекций, и все коэффициенты искажения принимают равными единице. Полученная аксонометрическая проекция называется горизонтальной изометрией, или иначе ее называют зенитной перспективой. Допускается применять изометрические проекции с углом наклона оси OY 45° и 30°, при сохранении прямого угла между осями ОХ и OY. На рис. 1.104, г, д изображена деталь в зенитной перспективе.
И
Рис. 1.105
Изобразим окружности, вписанные в грани куба. На рис. 1.105 представлены проекции куба в изометрии и диметрии.
Окружность, вписанная в грани куба, касается его ребер в их середине. Из свойств параллельного проецирования известно, что если точка на отрезке делит его длину в заданном отношении, то и проекция точки делит одноименную проекцию отрезка в том же отношении. Значит, в аксонометрических проекциях точки касания эллипсов, в которые преобразуются окружности, будут находиться также в серединах ребер куба. Кроме этих четырех точек можно указать еще четыре. В прямоугольных проекциях направления большой оси эллипсов перпендикулярны свободным аксонометрическим осям, а малые оси совпадают с ними по направлениям.
Для изометрии величина большого диаметра эллипса равна 1,22d окружности, малого диаметра - 0,71d. В диметрии большой диаметр эллипса равен l,06d, а малый диаметр для эллипсов, расположенных в плоскостях, параллельных координатным плоскостям XOY и YOZ, равен 0,35d. Для эллипсов, расположенных параллельно плоскости XOZ, малый диаметр равен 0,95d.
При построении аксонометрических изображений в изометрической проекции, эллипсы можно заменить овалами и строить их, как показано на рис. 1.106.
Рассмотрим
построение овала, лежащего во фронтальной
плоскости проекций. Выберем на
фронтальной плоскости проекций точку
О,
через
которую проведем изометрические оси.
Из точки О
проводим
окружность радиуса R.
Там,
где эта окружность пересечет ось Oz,
поставим
точки 1
и
2,
а
где
Ох
- точки
3
и
4
. Из
точки 1,
как из центра, делаем засечку радиусом
2R
на
продолжении малой оси эллипса и
с
Рис. 1.106
Построение овалов в диметрической проекции производится несколько иначе. Рассмотрим построение овала, лежащего во фронтальной плоскости проекций. (Рис. 1.107) Выберем на фронтальной плоскости проекций точку О, через которую проведем диметрические оси. Из центра О проводим окружность заданного радиуса R.
О
Рис.
1.107
Приняв за центры точки O1 и О3, радиусом R4 = О13 проводим большие замыкающие дуги. Построение овала закончено.
Построение в диметрии овала, лежащего в горизонтальной или профильной плоскости проекций, несколько отличается от предыдущего. Построим овал в горизонтальной плоскости проекций. (Рис. 1.107) Выберем на горизонтальной плоскости проекций точку О, через которую проведем диметрические оси, и проведем большую ось овала перпендикулярно оси OZ. Примем точку О за центр, из которого проведем окружность радиуса 2R. Она пересечет ось OZ внизу в точке O2, а вверху в точке O1. Из точки О радиусом R проводим окружность, которая пересечет ось Ох в точках 1 и 2. Из центров O1 и O2 радиусом R1=O11 = O22 проводим большие дуги овала. Затем проводим прямые, соединяющие точки 1 и O1 и 2 и О2. Они пересекут большую ось в точках O1 и О4. Приняв эти точки за центры, проводим замыкающие овал малые дуги радиусом R = 1О3 = 2О4. Построение овала, лежащего в профильной плоскости проекций, будет аналогично приведенному выше.
Построение аксонометрической проекции точки. Изображение любой геометрической фигуры в аксонометрических проекциях включает построение аксонометрической проекции некоторого числа точек, определяющих эту фигуру, в частности, аксонометрическая проекция кривой линии сводится к построению точек, принадлежащих кривой, которые затем соединяют между собой при помощи лекал.
Р
Рис. 1.108
Проведем аксонометрические оси проекций. Рассмотрим построение аксонометрической проекции одной из точек, лежащих на кривой l.
Определим координаты точки 1 относительно декартовой системы координат (см. рис. 1.108, а). После чего построим аксонометрическую проекцию точки 1. От начала координат, точки О0, откладываем по оси О0X0, координату х и ставим точку 10x. Через полученную точку параллельно оси О0Y0 проводим прямую, на которой откладываем координату у точки 1 и ставим точку 110. Полученная точка является вторичной проекцией точки 1. Чтобы получить непосредственно аксонометрическую проекцию точки, из точки 110 проводим прямую, параллельную оси O0Z0, на которой откладываем аппликату точки 1. Получаем точку 10.
Построение аксонометрических проекций точек 2, 3, 4,…,7 производим аналогично (см. рис. 1.108, б). Соединив найденные аксонометрические проекции точек 10, 20, 30, …, 70 плавной линией, получаем аксонометрическую проекцию l0 кривой l.
Построение аксонометрических проекций многогранников. Построение аксонометрических проекций необходимо выполнять с использованием рациональных приемов построения, чтобы избежать лишней работы. Обычно изображение начинают строить с характерной части предмета, а затем последовательно пополняют его недостающими элементами.
Рассмотрим порядок построения изометрической проекции восьмигранной призмы с вырезами.
И
Рис. 1.109
Обозначим вершины верхнего основания призмы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Определим положение призмы относительно декартовой системы координат. (Рис. 1.109, а) Определим координаты x и у вершин основания. Проведем аксонометрические оси проекций. На них построим точки 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80. Полученные точки верхнего основания соединяем между собой.
Нижнее основание призмы смещено вниз на высоту призмы. Поэтому, откладывая эту величину из вершин восьмиугольника параллельно оси OZ и соединяя концы отложенных отрезков, получим изображение призмы.
Вырезы на гранях призмы будем строить по характерным точкам. Это точки 9, 10, 11, 12, …, 18 для прямоугольного выреза и для квадратного выреза 19, 20, 21, 22. Выбранные точки по заданным координатам можно построить на поверхности восьмигранной призмы. После чего, соединив последовательно полученные аксонометрические проекции точек, получим искомые очертания вырезов. (Рис. 1.109, б)
П
Рис. 1.110
Рис. 1.111
Соотнесем деталь с декартовой системой координат и нанесем на комплексный чертеж детали проекции координатных осей. (Рис. 1.110)
Построим аксонометрические оси и аксонометрические проекции сечений выреза координатными плоскостями XOZ и YOZ и одновременно с этим нанесем аксонометрические проекции центров всех окружностей. (Рис. 1.111, а)
Построим эллипсы, являющиеся проекциями окружностей оснований цилиндров и конусов, ограничивающих отдельные части детали. (Рис. 1.111, б)
Построим прямолинейные очертания детали и обведем линии видимого контура. (Рис. 1.111, в)
Окончательный вид детали см. рис. 1.111, г.
Наклон линий штриховки в разрезах принимается для изометрической проекции согласно схеме, представленной на рис. 1.111, д.
П
Рис. 1.112
Контрольные вопросы для самопроверки
-
Как строят центральную проекцию точки?
-
В каком случае центральная проекция прямой линии является точкой?
-
Чем отличается метод параллельного проецирования от метода центрального проецирования?
-
Как строят параллельную проекцию прямой линии?
-
Может ли параллельная проекция прямой линии представлять собой точку?
-
В каком случае при параллельном проецировании отрезок прямой линии проецируется в натуральную величину?
-
Как расшифровывается понятие "ортогональный"?
-
Как читается свойство проецирования прямого угла?
-
Что такое эпюр Монжа?
-
Что такое система П1, П2, П3 как называют плоскость проекции П3.
-
Как строят профильную проекцию точки по ее фронтальной и горизонтальной проекциям?
-
Что такое прямоугольные координаты точки и в какой последовательности их записывают в обозначении точки?
-
Что такое октанты?
-
В каком октанте значения координат по всем осям отрицательные? Как на прямой линии определить точку, равноудаленную от плоскостей П1 и П2? На какой прямой такой точки не существует?
-
Может ли ортогональная проекция острого угла быть тупым углом, а тупого — острым?
-
Могут ли проекции скрещивающихся прямых быть параллельными?
-
6. В каком случае проекции прямого угла на плоскости П1 и П2 равны 90°?
-
На прямой, определяемой точками А (10; 30; 10) и В (60; 10; 50), построить отрезок АС длиной 45 мм.
-
Задавшись горизонтальной проекцией отрезка АВ прямой общего положения и его длиной, построить фронтальную проекцию А2В2.
-
Определить расстояние от точки А (20; 40; 50) до каждой из координатных осей.
-
При каком положении относительно плоскостей проекций прямую называют прямой общего положения?
-
Как выражается соотношение между проекцией отрезка прямой и самим отрезком?
-
Как расположена прямая в системе П1, П2, П3, если все три проекции отрезка этой прямой равны между собой?
-
Как построить профильную проекцию отрезка прямой общего положения по данным фронтальной и горизонтальной проекциям?
-
Как располагается фронтальная проекция отрезка прямой линии, если его горизонтальная проекция равна самому отрезку?
-
Как располагается горизонтальная проекция отрезка прямой линии, если его фронтальная проекция равна самому отрезку?
-
Как разделить на чертеже отрезок прямой линии в заданном отношении?
-
Как построить на чертеже треугольники для определения длины отрезка прямой линии общего положения и ее углов с горизонтальной и фронтальной плоскостями проекций?
-
Какое свойство параллельного проецирования относится к параллельным прямым?
-
Можно ли по фронтальной и горизонтальной проекциям двух профильных прямых определить, параллельны ли между собой эти прямые?
-
В каком случае прямой угол проецируется в виде прямого угла?
-
Что называют следом плоскости на плоскости проекций?
-
Где располагаются фронтальная проекция горизонтального следа и горизонтальная проекция фронтального следа плоскости?
-
Как определяют на чертеже, принадлежит ли прямая плоскости?
-
Как строят на чертеже точку, принадлежащую плоскости?
-
В чем заключается общий способ построения линии пересечения двух поверхностей?
-
Какие точки линии пересечения поверхностей называют характерными?
-
В каких случаях для построения линии пересечения одной поверхности другой рекомендуется применять вспомогательные секущие плоскости, параллельные плоскостям проекций?
-
В каких случаях возможно и целесообразно применять вспомогательные секущие сферы?
-
По каким линиям пересекаются между собой цилиндрические поверхности, образующие которых параллельны между собой?
-
Какие линии пересечения получаются при взаимном пересечении двух поверхностей вращения, описанных вокруг общей для них сферы?
-
По каким линиям пересекаются между собой соосные поверхности вращения?
-
В чем заключается способ аксонометрического проецирования?
-
Что называют коэффициентами (или показателями) искажения?
-
В каких случаях аксонометрическую проекцию называют: а) изометрической; б) диметрической; в) триметрической?
-
Как определяют направление и величину малой оси эллипса, являющегося изометрической или диметрической проекцией окружности, расположенной в плоскостях: общего положения; фронтально-проецирующей и горизонтально-проецирующей; фронтальной, горизонтальной и профильной?
Список лиературы
-
Брилинг Н.С. Черчение. - М.: Стройиздат, 1989. - 420 с.
-
Бубенников А.В. Начертательная геометрия. - М.: Высшая школа, 1985. - 288 с.
-
Гордон В.О., Семенцов-Огиевский М.А. Курс начертательной геометрии: Учебн. Пособие/ Под ред .Ю.Б. Иванова. – 23-е изд.,перер. – М.: Наука, 1988. -272 с.
-
Гордон В.О., Семенцов-Огиевский М.А. Курс начертательной геометрии. Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1998. — 272 с.
-
Государственные стандарты ЕСКД: ГОСТ 2.301—68* — ГОСТ 2.307-68*; ГОСТ 2.308-79; ГОСТ 2.309-73; ГОСТ 2.310-68*; ГОСТ 2.311-68*; ГОСТ 2.312-72; ГОСТ 2.313-82; ГОСТ 2.316-68*; ГОСТ 2.317-69 Государственные стандарты системы проектной документации для строительства (СПДС); ГОСТ 21.001—77 (общие положения); ГОСТ 21.101—79 (основные требования к рабочим чертежам); ГОСТ 21.102—79 (общие данные по рабочим чертежам); ГОСТ 21.103—78 (основные надписи); ГОСТ 21.104—79 (спецификации); ГОСТ 21.105—79 (нанесение на чертежах размеров, надписей, технических требований и таблиц); условные изображения и обозначения: ГОСТ 21.106-78 (трубопроводов); ГОСТ 21.107-78 (элементов зданий); ГОСТ 21.108-78 (на генеральных планах); ГОСТ 21.501—80 (архитектурные решения, рабочие чертежи).
-
Короев Ю.И. Начертательная геометрия: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1987. – 319 с.
-
Локтев О.В. Краткий курс начертательной геометрии — М.: Высшая школа, 1998. — 192 с.
-
Посвянский А.Д. Краткий курс начертательной геометрии. – М.: Высшая школа, 1974. – 192 с.
-
Соломонов К.Н., Бусыгина Е.Б., Чиченева О.Н. Начертательная геометрия: Учебник для вузов. – М.: МИСИС, 2003. -160с.
-
Фролов С.А. Начертательная геометрия. - М.: Машиностроение, 1983.-240 с.
-
Чекмарев А.А. Начертательная геометрия и черчение: учеб. для студ. высш. учеб. заведений/А.А. Чекмарев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Гуманитар, изд. центр ВЛАДОС, 2005. — 471 с. : ил.