Так как все грани многогранной поверхности изображаются на развертке в натуральную величину, построение ее сводится к определению величины отдельных граней поверхности – плоских многоугольников.
Существует три способа построения развертки многогранных поверхностей:
1. Способ нормального сечения;
2. Способ раскатки;
3. Способ треугольника.
Пример 1. Развертка пирамиды (рис. 8.40).
|
| Рисунок 8.40. Пирамида и её развертка |
При построении развертки пирамида применяется способ треугольника. Развертка боковой поверхности пирамиды представляет собой плоскую фигуру, состоящую из треугольников – граней пирамиды и многоугольника - основания. Поэтому построение развертки пирамиды сводится к определению натуральной величины основания и граней пирамиды. Грани пирамиды можно построить по трем сторонам треугольников, их образующих. Для этого необходимо знать натуральную величину ребер и сторон основания.
| |
| Рисунок 8.41. Определение истинной величины основания и ребер пирамиды |
| Алгоритм построения можно сформулировать следующим образом (рис. 8.41): 1. Определяют натуральную величину основания пирамиды (например методом замены плоскостей проекций); 2. Определяют истинную величину всех ребер пирамиды любым из известных способов (в данном примере натуральная величина всех ребер пирамиды определена методом вращения вокруг оси перпендикулярной горизонтальной плоскости проекций и проходящей через вершину пирамиды S); 3. Строят основание пирамиды и по найденным трем сторонам строят какую-либо из боковых граней, пристраивая к ней следующие (рис.8.42). Точки, расположенные внутри контура развертки, находят во взаимно однозначном соответствии с точками поверхности многогранника. Но каждой точке тех ребер, по которым многогранник разрезан, на развертке соответствуют две точки, принадлежащие контуру развертки. Примером первой точки на рисунках служит точка К 0 и К Î SАD, а иллюстрацией второго случая являются точки М 0 и М 0*. Для определения точки К 0 на развертке пришлось по ее ортогональным проекциям найти длины отрезков АМ (метод замены плоскостей проекций) и SК (метод вращения). Эти отрезки были использованы затем при построении на развертке сначала прямой S 0 М 0 и, наконец, точки К 0. | |
| Рисунок 8.42. Построение развертки пирамиды | ||
Пример 2. Развертка призмы (рис.8.43).
| |
| Рисунок 8.43. Развертка призмы способом нормального сечения |
В общем случае развертка призмы выполняется следующим образом. Преобразуют эпюр так, чтобы ребра призмы стали параллельны новой плоскости проекций. Тогда на эту плоскость ребра проецируются в натуральную величину.
Пересекая призму вспомогательной плоскостью α, перпендикулярной ее боковым ребрам (способ нормального сечения), строят проекции фигуры нормального сечения – треугольника 1, 2, 3, а затем определяют истинную величину этого сечения. На примере она найдена методом вращения.
В дальнейшем строям отрезок 10-10*, равный периметру нормального сечения. Через точки 10, 20, 30 и 10* проводят прямые, перпендикулярные 10-10*, на которых откладывают соответствующие отрезки боковых ребер призмы, беря их с новой фронтальной проекции. Так, на перпендикуляре, проходящем через точку 10, отложены отрезки 1 0 D 0= 1 4 D 4 и 1 0 А 0= 1 4 А 4.
Соединив концы отложенных отрезков, получают развертку боковой поверхности призмы. Затем достраивают основание.
Пример 3. Развертка призмы, частный случай, когда основание призмы на одну из плоскостей проекций проецируется в натуральную величину (рис. 8.44).
| |
| Рисунок 8.44. Развертка призмы способом раскатки |
Развертка боковой поверхности такой призмы осуществляется способом раскатки. Этот способ заключается в следующем. Сначала, как и в предыдущем примере, преобразуют эпюр так, чтобы боковые ребра призмы стали параллельны одной из плоскостей проекций.
Затем новую проекцию призмы вращают вокруг ребра С 4 F 4 до тех пор пока грань ACDF не станет параллельной плоскости П 4. При этом положение ребра С 4 F 4 остается неизменным, а точки принадлежащие ребру AD перемещаются по окружностям, радиус которых определяется натуральной величиной отрезков AC и DF (так как основания призмы параллельны П 1 то на эту плоскость проекций они проецируются без искажения т.е. R = A 1 C 1= D 1 F 1), расположенных в плоскостях, перпендикулярных ребру С 4 F 4. Таким образом, траектории движения точек A и D на плоскость П 4 проецируются в прямые, перпендикулярные ребру С 4 F 4.
Когда грань ACDF станет параллельна плоскости П 4, она проецируется на неё без искажения т.е. вершины A и D окажутся удаленными от неподвижных вершин C и F на расстояние, равное натуральной величине отрезков AC и DF. Таким образом, засекая перпендикуляры, по которым перемещаются точки A 4 и D 4 дугой радиуса R = A 1 C 1= D 1 F 1, можно получить искомое положение точек развертки A 0 и D 0.
Следующую грань АBDE вращают вокруг ребра AD. На перпендикулярах, по которым перемещаются точки B 4 и E 4 делают засечки из точек A 0 и D0 дугой радиуса R = A 1 B 1= D 1 E 1. Аналогично строится развертка последней боковой грани призмы.
Процесс последовательного нахождения граней призмы вращением вокруг ребер можно представить как раскатку призмы на плоскость параллельную П 4 и проходящую через ребро С 4 F 4.
Построение на развертке точки К, принадлежащей боковой грани АBDE, ясно из рисунка. Предварительно через эту точку по грани провели прямую NМ, параллельную боковым ребрам, которая затем построена на развертке.
| Развертка цилиндрической поверхности |
Развертка цилиндрической поверхности выполняется аналогично развертке призмы. Предварительно в заданный цилиндр вписывают n-угольную призму (рис.8.45). Чем больше углов в призме, тем точнее развертка (при n → ∞призма преобразуется в цилиндр).
| |
| Рисунок 8.45. Развертка цилиндрической поверхности |
| Развертка конической поверхности |
Развертка конической поверхности выполняется аналогично развертке пирамиды, предварительно вписав в конус n-угольную пирамиду (рис.8.46).
| |
| Рисунок 8.46. Развертка конической поверхности |
Если задана поверхность прямого конуса, то развертка его боковой поверхности представляет круговой сектор, радиус которого равен длине образующей конической поверхности l, а центральный угол φ =360о r / l, где r – радиус окружности основания конуса.
| Плоскость касательная к поверхности |
Касательные плоскости играют большую роль в геометрии. В теоретическом плане плоскости, касательные к поверхности, используются в дифференциальной геометрии при изучении свойств поверхности в районе точки касания.
Решение задач, возникающих при проектировании и конструировании поверхностей-оболочек, требует проведения касательных плоскостей и нормалей к поверхности. При построении на проекционном чертеже очерков поверхностей по заданному направлению проецирования, при определении контуров собственных теней также необходимо строить касательные плоскости к поверхности. Построение касательной плоскости к поверхности представляет частный случай пересечения поверхности плоскостью.
| Плоскость, касательная к поверхности, имеет общую с этой поверхностью точку, прямую или плоскую кривую линию. Плоскость в одном месте может касаться поверхности, а в другом пересекать эту поверхность. Линия касания может одновременно являться и линией пересечения поверхности плоскостью. Плоскость α (рис.8.47), представленную двумя касательными, проведенными в точке А поверхности Ф, называется касательной плоскостью к поверхности в данной ее точке. Любая кривая поверхности проходящая через точку А, имеет в этой точке касательную прямую, принадлежащую плоскости α. Не в каждой точке поверхности можно провести касательную плоскость. В некоторых точках касательная плоскость не может быть определена или не является единственной. Такие точки называются особыми точками поверхностей, например вершина конической поверхности. Прямую линию, проходящую через точку касания и перпендикулярную касательной плоскости, называют нормалью поверхности в данной точке. |
| Рисунок 8.47. Плоскость, касательная к поверхности |
В зависимости от вида поверхности, касательная плоскость может иметь с поверхностью как одну общую точку, так и множество точек. В зависимости от того, с каким случаем касания, мы имеем дело, точки, принадлежащие поверхности подразделяют на эллиптические, параболические и гиперболические:
1. Если касательная плоскость имеет с поверхностью только одну общую точку, то все принадлежащие поверхности линии, проходящие через эту точку, будут расположены по одну сторону от касательной плоскости (рис.8.47). Такие точки называются эллиптическими.
2. В случае проведения касательной плоскости к торсовой поверхности, образованной непрерывным перемещением касательной прямой к некоторой пространственной кривой линии (частный случай - коническая поверхность), плоскость будет касаться поверхности по прямой линии – образующей. Точки, принадлежащие этой образующей, называются параболическими (рис.8.48).
3. Точки поверхности, касательная плоскость, к которым пересекает поверхность, называют гиперболическими (рис.8.49). Гиперболическая точка принадлежит линии, по которой касательная плоскость пересекает поверхность.
| 
|
| Рисунок 8.48. Параболические точки касания | Рисунок 8.49. Гиперболические точки касания |
| Задание касательной плоскости на эпюре Монжа |
| Так как плоскость однозначно определяется двумя пересекающимися прямыми, то для построения касательной плоскости к поверхности в данной точке, достаточно через эту точку провести две линии принадлежащие поверхности и к каждой из них провести касательные в заданной точке. Касательной прямой к поверхности называется прямая, касательная к какой-либо кривой принадлежащей поверхности. Рассмотрим на примере (рис.8.50) построение касательной плоскости к параболоиду вращения Ф в точке М. Для решения этой задачи через точку М проведем две кривые плоские линии n и m принадлежащие поверхности Ф. Линия n - окружность, лежащая в горизонтальной плоскости уровня проведенной через точку М, линия m – парабола, лежащая в горизонтально проецирующей плоскости проведенной через вершину параболоида и точку М. Чтобы построить касательную плоскость достаточно провести к данным линиям касательные. Касательная к плоской кривой линии лежит в одной плоскости с ней. Так как линия n лежит в горизонтальной плоскости то на плоскость П 1 она проецируется в натуральную величину n 1, что позволяет сразу построить горизонтальную проекцию касательной к ней t 11. На плоскость П 2 - окружность проецируется в прямую n 2, а фронтальная проекция касательной t 21 будет с ней совпадать. Линия m лежит в горизонтально проецирующей плоскость, поэтому её горизонтальная проекция m 1 – прямая, определяющая и горизонтальную проекцию касательной t 12. | |
| Рисунок 8.50. Построение касательной плоскости к параболоиду вращения | ||
На плоскость П 2 парабола проецируется с искажением m 2, поэтому для построения касательной, повернем поверхность Ф вокруг оси, до совмещения плоскости параболы с фронтальной плоскостью проекций, проекция точки М 2 при этом переместиться в положение точки М 2*.
Через эту точку проведем касательную t 22* к очерку параболоида. И обратным вращением находим проекцию касательной t 22.
Две пересекающиеся в точке М 2 прямые t 21 и t 22 определяют положение фронтальной проекции касательной плоскости α 2, а прямые t 11 и t 12 – горизонтальную проекцию касательной плоскость α 1.
Таким образом на эпюре получена плоскость α касательная к поверхности параболоида вращения в точке М.
| Поверхность касательная к поверхности |
Две поверхности могут соприкасаться одна с другой в точке (рис.8.51), по прямой (рис.8.52) или по кривой линии (рис.8.53). Соприкасание может быть внешнее (рис.8.51) или внутреннее (рис.8.53).
| 
|
| Рисунок 8.51.Внешнее касание шара и конуса | Рисунок 8.52. Касание цилиндра и конуса |
| Соприкасание поверхностей 2-го порядка можно рассматривать как частный случай их пересечения. При этом справедливо следующее положение: если биквадратная кривая линия пересечения двух поверхностей второго порядка распадается на пару совпавших кривых 2-го порядка или на четыре совпавшие прямые, то имеется касание поверхностей по линии 2-го или 1-го порядка соответственно. Отметим без доказательства следующие следствия частных случаев касания поверхностей второго порядка: 1. Если две поверхности 2-го порядка касаются в трех точках, то они соприкасаются по кривой 2-го порядка; 2. Если две поверхности 2-го порядка касаются друг друга по кривой линии, то эта линия является кривой 2-го порядка; 3. Если две поверхности 2-го порядка описаны около третьей поверхности 2-го порядка (или вписаны в неё), то они пересекаются по линии, распадающейся на две кривые 2-го порядка (теорема Монжа). |
| Рисунок 8.53. Внутреннее касание шара и конуса |
Лекция № 9
Аксонометрические проекции. Стандартные аксонометрические проекции.
Основная теорема аксонометрии (теорема Польке). Окружность в аксонометрии.
Построение аксонометрических изображений.
| Аксонометрические проекции |
Аксонометрические изображения широко применяются благодаря хорошей наглядности и простоте построений.
Слово «аксонометрия» в переводе с греческого означает измерение по осям. Аксонометрический метод может сочетаться и с параллельным, и с центральным проецированием при условии, что предмет проецируется вместе с координатной системой.
Сущность метода параллельного аксонометрического проецирования заключается в том, что предмет относят к некоторой системе координат и затем проецируют параллельными лучами на плоскость вместе с координатной системой.
| На рисунке 9.1 показана точка А, отнесенная к системе прямоугольных координат xyz. Вектор S определяет направление проецирования на плоскость проекций П *. Аксонометрическую проекцию А 1* горизонтальной проекции точки А принято называть вторичной проекцией. Искажение отрезков осей координат при их проецировании на П ' характеризуется так называемым коэффициентом искажения. Коэффициентом искажения называется отношение длинны проекции отрезка оси на картине к его истинной длине. Так по оси x*коэффициент искажения составляет u=0*x*/0x, а по оси y* и z* соответственно υ=0*y*/0y и ω=0*z*/0z. В зависимости от отношения коэффициентов искажения аксонометрические проекции могут быть: Изометрическими, если коэффициенты искажения по всем трем осям равны между собой; в этом случае u=υ=ω; | 
|
| Рисунок 9.1. Сущность метода аксонометрического проецирования |
Диметрическими, если коэффициенты искажения по двум любым осям равны между собой, а по третьей – отличается от первых двух;
Триметрическими, если все три коэффициента искажения по осям различны.
Аксонометрические проекции различаются также и по тому углу φ, который образуется проецирующим лучом с плоскостью проекций. Если φ≠ 90o, то аксонометрическая проекция называется косоугольной, а если φ= 90o – прямоугольной.
| Основная теорема аксонометрии (теорема Польке) |
Рассмотрев общие сведения об аксонометрических проекциях, можно сделать следующие выводы:
- аксонометрические чертежи обратимы;
