Вращение вокруг оси, перпендикулярной плоскости проекций

Правило: При вращении точки вокруг оси, перпендикулярной плоскости проекций, одна ее проекция перемещается по окружности, а вторая — по прямой, перпендикулярной проекции оси вращения (рис. 106).

При вращении вокруг оси i, перпендикулярной H, точка А будет перемещаться по окружности, расположенной в горизонтальной плоскости P. Эта окружность спроецируется на плоскость H в истинную величину, а на плоскость V — в отрезок прямой, расположенный на следе P_V плоскости P (т.е. перпендикулярный i'').

Двойное вращение вокруг проецирующих осей приводит обычно к тому, что последующие построения и новая проекция накладываются на заданную проекцию, что затрудняет чтение эпюра. Этого недостатка лишен способ плоскопараллельного перемещения.

Рис. 106

Плоско-параллельное движение

Плоско-параллельное движение (ППД) представляет собой вращение без указания осей. На рис. 107 показано применение ППД для определения натуральной величины треугольника АВС.

Рис. 107

ПЕРВЫМ ПОВОРОТОМ треугольник приведен в положение А₁В₁С₁, перпендикулярное к плоскости H. Построение выполнено с помощью фронтали А₁, которая вращением вокруг оси, перпендикулярной к плоскости V, расположена перпендикулярно к горизонтальной плоскости проекций H (рис. 107).

Так как фронтальные проекции проецируемого объекта, вращаемого вокруг оси, перпендикулярной к плоскости проекций V, не изменяют ни своей формы, ни величины, фронтальная проекция А"В"С" отнесена параллельно самой себе на свободное место чертежа (рис. 107).

Горизонтальная проекция А'B'C' получена путем проведения линий связи от фронтальной проекции А"В"С" и переноса глубины (координата y) каждой вершины треугольника.

ВТОРЫМ ПОВОРОТОМ вокруг оси, перпендикулярной к плоскости H, А₁В₁С₁ приведен в положение А₂В₂С₂, параллельное фронтальной плоскости V, при котором горизонтальная проекция А'B'C' будет параллельна оси x.

Эта проекция отнесена на чертеже (рис. 107) вправо путем параллельного перемещения на удобное место. Проведя через точки А"₂В"₂С"₂ линии связи (перпендикулярно оси x) и перенося высоты (координаты z) точек А, В, С, находим точки А'₂В'₂С'₂ Соединяя эти точки последовательно прямыми, получим треугольник А””є, являющийся натуральной величиной треугольника АВС (рис. 107).

9. ЛИНИИ И ПОВЕРХНОСТИ

План:

9.1. ЛИНИЯ

Винтовая линия

9.2. ПОВЕРХНОСТЬ

Поверхности линейчатые

Поверхности линейчатые развертывающиеся

Поверхности линейчатые неразвертывающиеся

Поверхности нелинейчатые

Поверхности параллельного переноса, вращения

Поверхности вращения

Поверхности винтовые

ЛИНИЯ

ЛИНИЯ — это множество всех последовательных положений движущейся точки.

Евклид: “Линия же — длина без ширины”.

Прямая — разновидность линии, которая получается, если движущаяся точка не изменяет направления движения.

Кривая — разновидность линии, которая получается, если движущаяся точка изменяет направление движения.

Плоские линии — линии, все точки которых принадлежат одной плоскости.

Пространственные линии (линии двоякой кривизны) — линии, все точки которых не принадлежат одной плоскости (например, линии пересечения поверхностей).

Алгебраические линии определяются алгебраическими уравнениями в декартовой системе координат (окружность, эллипс, парабола, гипербола и др.).

Трансцендентные линии описываются трансцендентными уравнениями (синусоида, спираль Архимеда и др.).

Если алгебраическое уравнение линии n‑й степени, то алгебраическая кривая считается n‑го порядка, то есть ПОРЯДКОМ КРИВОЙ называют наибольшую степень ее уравнения.

Геометрически порядок плоской кривой определяется наибольшим числом точек ее пересечения с прямой, лежащей в плоскости кривой, а для пространственной кривой — пересечением ее с плоскостью.

Для алгебраических кривых это число точек всегда конечно. Для трансцендентных — бесконечно. Например, для эллипса (рис. 108)

x²/a² + y²/b² = 1

имеем n = 2, т.е. это — кривая второго порядка.

Рис. 108 Рис. 109

Для синусоиды (рис. 109) y = sin x имеем n = ¥.

Кривые бывают закономерные и незакономерные, как, например, горизонтали на географической карте.

Винтовая линия

Пространственная кривая, широко применяемая в технике.

Цилиндрическая винтовая линия — пространственная кривая, получающаяся в результате двойного равномерного движения точки: вращения вокруг оси и поступательного движения вдоль прямой, параллельной этой оси (рис. 110).

Рис. 110

p — шаг винтовой линии или расстояние между двумя ее соседними витками в направлении, параллельном оси i. Шаг определяет величину перемещения точки в направлении оси за один оборот этой точки вокруг оси.

Проекция цилиндрической винтовой линии на горизонтальную плоскость проекций (при i ^ H) — окружность, на фронтальную плоскость проекций — синусоида.

Отрезок [1_o1_o1] — развертка цилиндрической винтовой линии.

j^o — угол подъема винтовой линии.

Цилиндрические винтовые линии бывают правые и левые. Основание для такого деления — направление движения точки, спускающейся по винтовой линии. Если проекция этого направления на плоскость, перпендикулярную к оси винтовой линии, совпадает с направлением движения часовой стрелки — винтовая линия ПРАВАЯ. В противном случае — ЛЕВАЯ.

Коническая винтовая линия — пространственная кривая, получающаяся в результате двойного равномерного движения точки: вращения вокруг оси и поступательного движения вдоль прямой, пересекающейся с этой осью (рис. 111).

Рис. 111

При i ^ H горизонтальная проекция конической винтовой линии — архимедова спираль, фронтальная — затухающая синусоида.

ПОВЕРХНОСТИ

С житейской точки зрения поверхность — внешняя сторона предметов. Так утверждают толковые словари. Евклид: “Поверхность есть то, что имеет только длину и ширину”.

В технической практике принято рассматривать образование поверхности (как и линии) с позиций кинематики — движения.

ПОВЕРХНОСТЬ — это множество последовательных положений движущейся линии — образующей.

Образующая может сохранять свою форму или изменять ее — деформироваться. Закон перемещения образующей определяется направляющими линиями, по которым скользит образующая и характером движения образующей. Например, поверхности Каталана (названы так по имени бельгийского ученого, их исследовавшего), или — поверхности с плоскостью параллелизма. Прямолинейная образующая “a” перемещается — скользит по двум направляющим — “n” и “m”, оставаясь параллельной плоскости параллелизма a.

Для изображения поверхности на чертеже, используют КАРКАС — множество линий, заполняющих поверхность так, что через каждую точку поверхности проходит в общем случае хотя бы одна линия каркаса. Проекции каркаса можно построить, если известен определитель поверхности.

ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТИ — совокупность независимых условий, однозначно задающих поверхность.

Различают две части определителя:

— геометрическая часть указывает на геометрические фигуры (точки, линии, поверхности), с помощью которых образовывается поверхность; обозначается (Г);

— алгоритмическая (описательная) часть содержит указания о характере изменения образующей и законе ее перемещения; обозначается [A].

Таким образом, определитель пишется в следующей форме:

F(Г)[A]

Определитель находят, исходя из кинематического способа образования поверхности. Например, для поверхностей Каталана:

F(m,n)[a || a]

Для задания этих поверхностей на эпюре Монжа достаточно указать проекции направляющих m и n и положение плоскости параллелизма a (рис. 112).

Рис. 112

В геометрическую часть определителя не записывают образующую a. Поверхность линейчатая (образующая — прямая линия). Поэтому априорно известно, чтоа — прямая.

В алгоритмической части содержится указание, что поверхность Каталана является поверхностью с плоскостью параллелизма. Поэтому в геометрическую часть определителя не записывают также и плоскость параллелизма.

Поверхности линейчатые

Линейчатые поверхности — поверхности, образующей которых является прямая. Они могут быть развертывающиеся и неразвертывающиеся.

Развертывающиеся поверхности — поверхности, которые после разреза их, например, по образующей, можно односторонне совместить с плоскостью без появления разрывов и складок (рис. 113).

Рис. 113

Неразвертывающиеся поверхности — поверхности, которые нельзя совместить таким образом с плоскостью.

У развертывающихся поверхностей смежные образующие параллельны или пересекаются.

У неразвертывающихся поверхностей смежные образующие скрещиваются.

Поверхности линейчатые развертывающиеся

Эти поверхности делятся на три вида:

— с одной направляющей и вершиной в собственной точке;

— с одной направляющей и вершиной в несобственной точке;

— с ребром возврата (торсы).

К поверхностям с одной направляющей и вершиной в собственной точке относятся коническая (направляющая — кривая) (рис. 114) и пирамидальная (направляющая — ломаная) (рис. 115).

Определитель имеет вид:

F(m)[(Sa Îm);(a 'S)],

причем “m” может быть соответственно или .

Рис. 114 Рис. 115

К поверхностям с одной направляющей и вершиной в несобственной точке относятся цилиндрическая (направляющая — кривая) (рис. 116) и призматическая (направляющая — ломаная) (рис. 117).

Рис. 116 Рис. 117

Определитель имеет вид:

F(m)[(S_¥ ; (a || S)],

причем “m” может быть соответственно или .

Поверхность с ребром возврата имеет одну направляющую — пространственную кривую (ребро возврата). Образующая во всех своих положениях касательна к ребру возврата (рис. 118).

Рис. 118

Определитель имеет вид:

F(m)[a U m]

Поверхности линейчатые неразвертывающиеся

Наиболее распространены в этой разновидности поверхностей поверхности Каталана или поверхности с двумя направляющими и плоскостью параллелизма. Образующие параллельны этой плоскости. Обычно принимают, что плоскости параллелизма совпадают с одной из плоскостей проекций, т.е. a || H или a || V.

В числе поверхностей Каталана различают: цилиндроид, коноид и косую плоскость или гиперболический параболоид.

Цилиндроид образуется, когда обе направляющие — кривые. Его определитель имеет вид:

F( , )[a || a]

Цилиндроид общего вида и пример применения этого вида поверхности для соединения двух трубопроводов одинакового диаметра, оси которых пересекаются под некоторым углом, показаны на рисунке 119 и рисунке 120.

Рис. 119 Рис. 120

Для случая (рис. 119) определитель имеет вид:

F( , )[a || H]

Для случая (рис. 120) определитель имеет вид:

F( , )[a || V]

Коноид образуется, когда одна направляющая — прямая, другая — кривая. Определитель имеет вид:

F( , )[a || a]

На рисунках показаны коноид общего вида (рис. 121), коноид, у которого прямая направляющая перпендикулярна плоскости параллелизма (прямой коноид) (рис. 122) и аксонометрическая проекция, поясняющая происхождение названия “коноид”(рис. 123).

Рис. 121 Рис. 122

Рис. 123

Косая плоскость или гиперболический параболоид образуется, когда обе направляющие — прямые (скрещивающиеся).

Для случая (рис. 124) определитель имеет вид:

F( , )[a || H]

Наглядное изображение косой плоскости показано на рис. 125.

Рис. 124 Рис. 125

Здесь a || H, то есть определитель имеет вид:

F( , )[a || H]

Наглядное изображение косой плоскости при a || V показано на рис. 126

Рис. 126

Здесь m и n лежат в плоскостях, параллельных плоскости W. Определитель имеет вид:

F( , )[a || V]

Поверхности нелинейчатые

Различают нелинейчатые поверхности с образующей переменного вида и с образующей постоянного вида.

Поверхности с образующей переменного вида имеют определитель

F(a, m)[A, A₁],

где a — образующая переменного вида;

m — направляющая;

A — закон перемещения образующей по направляющей;

A₁- закон изменения формы образующей.

Примером нелинейчатой поверхности с образующей переменного вида может служить каналовая поверхность (рис. 127).

Рис. 127

Каналовая поверхность — поверхность, образованная каркасом замкнутых плоских сечений, определенным образом ориентированных в пространстве. Площади этих сечений монотонно изменяются в процессе их перемещения по направляющей.

Плоскости образующих ориентируют в инженерной практике двумя способами:

— параллельно какой-либо плоскости (каналовые поверхности с плоскостью параллелизма);

— перпендикулярно к направляющей линии (нормальные или прямые каналовые поверхности). Нормальная каналовая поверхность показана на рис.

Циклическая поверхность — частный случай каналовой (рис. 128).

Рис. 128

Она образуется окружностью, центр которой перемещается по криволинейной направляющей.

Поверхность с образующей постоянного вида имеет определитель

F(a, m)[A],

где a — образующая;

m — направляющая;

A — закон перемещения образующей.

Примером является трубчатая поверхность, которая получается при движении центра окружности постоянного диаметра (образующая) по криволинейной направляющей; плоскость окружности все время остается перпендикулярной к направляющей (рис. 129).

Рис. 129

По форме образующей — частный случай циклической поверхности.

По закону движения образующей — частный случай каналовой поверхности.

Трубчатая поверхность может быть получена движением сферы постоянного диаметра.