Пересечение цилиндрической поверхности плоскостью. Построение развертки

В ряде случаев имеет место пересечение одной поверхности вращения второго порядка другою. При этом, как и для всех алгебраических поверхностей второго порядка, получается пространственная кривая четвертого порядка, называемая биквадратной .

В сноске на с. 208 было сказано, что если две. поверхности второго порядка имеют общую для них плоскость симметрии, то получаемая кривая пересечения этих поверхностей проецируется на плоскость, параллельную их плоскости симметрии, в виде кривой второго порядка. На рис. 412, к которому относилась эта сноска, были представлены два конуса вращения с пересекающимися осями, определявшими общую для этих конусов плоскость симметрии, параллельную пл. π 2 . Фронтальная проекция полученной при этом биквадратной кривой представляла собой гиперболу.

На рис. 416 дана 1) фронтальная проекция двух цилиндров вращения (Ц1 и Ц2) разных диаметров. Точка О" - фронтальная проекция точки пересечения осей ци

линдров. Фронтальная проекция получаемой биквадратной кривой представляет собой равностороннюю гиперболу (одну ее ветвь) с центром в точке О". Для построения применены сферы с общим центром в точке пересечения осей цилиндров. Сфера (Сф.1), вписанная в цилиндр большего диаметра, позволяет найти точку 1" - вершину гиперболы. Сферы с большим радиусом дают другие точки искомой проекции кривой (например, сфера Сф.2, точка 3"); если при этом радиус больше отрезка O"2", то получаются точки вне общей площади проекций обоих цилиндров.

На рис. 416 проведены асимптоты построенной гиперболы; они проходят через точку О" и взаимно перпендикулярны. Эти асимптоты сохраняют свое значение для всех гипербол, получаемых на рис. 416, если брать, например, цилиндры с вертикальной осью разных диаметров (Ц4, Ц5). Если же у цилиндров диаметры одинаковы (Ц1 и ЦЗ), т. е. эти цилиндры имеют общую для них вписанную сферу (Сф.1), то фронтальная проекция линии пересечения на рис. 416 (см. раньше рис. 404) представляет собой две пересекающиеся под прямым углом прямые, положение которых (например, O"2" 1) соответствует положению асимптот.

Если оси цилиндров пересекаются под острым углом (рис. 417), то проекция линии пересечения при тех же условиях, что и в случае, рассмотренном на рис. 416, представляет собой

1) В этом и в ряде последующих случаев ради экономии места и без ущерба для ясности изображения дается лишь часть проекции.

также равностороннюю гиперболу. Точки для этой проекции строятся по способу вспомогательных сфер, и в этом отношении между случаями, изображенными на рис. 417 и 416, различия нет. Обратим лишь внимание на то, что точка 4", получаемая при помощи сферы (Сф.1), вписанной в большой цилиндр, не является вершиной гиперболы, как это было на рис. 416.

Особенности же в построении на рис. 417 следующие. Для определения положения асимптот построен ромб 5 - 6 - 7 - 8, стороны которого касательны к некоторой окружности и параллельны образующим цилиндра. Диагонали этого ромба дают направления асимптот. Отсюда асимптоты взаимно перпендикулярны и гипербола равносторонняя.

Проведя биссектрису угла между асимптотами, получаем действительную ось гиперболы; на этой оси должна быть вершина - точка 1". Чтобы ее найти, выполняем следующее

построение: взяв какую-нибудь точку гиперболы, например 4" 1 , проводим через нее перпендикуляр к мнимой, оди гиперболы и отмечаем точки 9" и 10", в которых этот перпендикуляр пересекает мнимую ось и асимптоту; далее проводим радиусом 9" - 4" 1 дугу, засекая ею в точке 11" перпендикуляр, проведенный из точки 10" к прямой 9" - 4". Полученный отрезок 10" 11" выражает расстояние от О" до 1", т. е. до вершины гиперболы - действительную ее полуось.

У изображенных на рис. 418 поверхностей вращения линия их пересечения проецируется на пл. π 2 , параллельную общей плоскости симметрии этих поверхностей, в виде гиперболы (ее асимптоты параллельны диагоналям 1 - 3 и 2 - 4 трапеции, стороны которой соответственно параллельны образующим данных поверхностей и касаются некоторой окружности). Но в данном случае имеется еще плоскость симметрии, перпендикулярная к оси конической поверхности, - горизонтальная, проходящая через ось цилиндра. И на этой плоскости проекция линии пересечения рассматриваемых поверхностей должна быть кривой второго порядка. Получается замкнутая с двумя взаимно перпендикулярными осями симметрии кривая - эллипс. Его большая полуось О"В" равна отрезку В"5", малая полуось О"А" равна отрезку А"6", т. е. радиусу той параллели сферы (Сф.1), на которой находится точка А.

Гипербола, полученная на рис. 418, неравносторонняя: ее асимптоты составляют углы, не равные 90°. Так и на рис. 419, где тоже построена гипербола как проекция линии пересечения цилиндром поверхности конуса, гипербола неравносторонняя. Это характерно для случаев взаимного пересечения конической и цилиндрической поверхностей второго порядка, имеющих общую плоскость симметрии, когда линия пересечения проецируется на плоскость, параллельную плоскости симметрии 1).

На рис. 419 центром для вспомогательных сфер служит точка О, фронтальная проекция О" которой находится в точке пересечения осей конической и цилиндрической поверхностей. Вписанная в коническую поверхность сфера (Сф.1) дает возможность получить положение действительной оси, центр и вершины гиперболы. Асимптоты получены как диагонали трапеции 5"6"7"8", в которой стороны 5"6" и 7"8" параллельны образующей цилиндра и касаются окружности «Сф.1».

1) По исследованию Е. А. Глазунова «О проекциях линии пересечения двух поверхностей второго порядка, имеющих общую плоскость симметрии», опубликованному в сборнике «Труды московского семинара по начертательной геометрии и инженерной графике» в 1958 г.

Итак, на рис. 416 и 417 проекции"линии пересечения представляют собой равностороннюю гиперболу, в то время как на рис. 418 и 419 также получались гиперболы, но неравносторонние. Неравносторонняя гипербола получилась и в случае, показанном на рис. 420, где построена проекция линии пересечения одной конической поверхности вращения другою.

Здесь вписанная в конус с большим углом при его вершине сфера (Сф.1) дает возможность получить положение действительной оси, центр и вершины гиперболы. Асимптоты построены как диагонали трапеции 4"5"6"7".

Аналогичный случай был представлен на рис. 412, где дан чертеж в двух проекциях конусов со взаимно перпендикулярными пересекающимися осями, из которых один проходил сквозь другой.

Всегда ли в случае двух конических поверхностей получается проекция линии пересечения в виде именно неравносторонней гиперболы? Нет; если углы при вершинах конусов, изображенных на рис. 412 и 420, будут равны между собой, то гипербола, получаемая как проекция линии пересечения конических поверхностей вращения с пересекающимися осями на плоскость, параллельную этим осям, окажется равносторонней.

В нижеследующей таблице приведены из упомянутого в сноске на с. 212 исследования указания о проецировании линии пересечения двух поверхностей вращения второго порядка с пересекающимися осями на плоскость, параллельную этим осям.

На с. 207 был приведен рис. 411, на котором было показано построение фронтальной проекции линии соединения поверхностей цилиндра вращения и сферы. При этом у поверхностей их общая плоскость симметрии, определяемая осью цилиндра и центром сферы, параллельна пл. π 2 . Поэтому фронтальная проекция линии соединения данных поверхностей представляет собой кривую второго порядка, в рассматриваемом случае параболу с вершиной в точке В".

На рис. 421 показано построение параболы - проекции линии пересечения сферы цилиндром. Точки 2" и 3" (а также им симметричные) заведомо принадлежат искомой проекции. Точка 4" построена при помощи окружности, проведенной из точки О". Эта окружность есть главный меридиан сферы (Сф.2), центр которой находится на оси цилиндра в точке О". Для построения точки 1" (вершина параболы) взята вспомогательная сфера (Сф.1); точка 1" найдена в пересечении прямой 6"7"

с проекцией оси параболы. В упомянутом выше исследовании 1) установлено, что параметр параболы равен расстоянию между точками С" и О". Откладывая по половине этого отрезка в обе стороны от вершины параболы по ее оси, получаем точки 8" и 9". Через точку 8" проходит директриса, а в точке 9" находится фокус параболы. Можно теперь строить точки параболы, пользуясь найденными директрисой и фокусом.

В случае, если диаметр цилиндра, пересекающего сферу, равен ее радиусу и образующая цилиндра проходит через центр сферы (рис. 422), получается биквадратная кривая, носящая название кривой Вивиани 2). Ее фронтальная проекция

является параболой. Проекция на плоскости, параллельной другой плоскости симметрии (см. рис. 422, справа), т. е. в данном случае на пл. π 1 совпадая с проекцией цилиндра, представляет собой окружность - кривую второго порядка, что и должно быть по общему правилу, указанному в начале этого параграфа.

π 1) См. сноску на с. 212.

2) Винченцо Вивиани (1622 - 1703), математик и архитектор, ученик Галилея, применял эту биквадратную кривую для окон в сферическом куполе.

Для сферы каждая диаметральная плоскость является плоскостью симметрии. Если какая-либо поверхность вращения второго порядка пересекает сферу, центр которой находится в плоскости симметрии этой поверхности, то кривая пересечения проецируется на плоскость, параллельную плоскости симметрии, в виде кривой второго порядка. Мы уже встречались с этим на рис. 418 и на рис. 422; если бы построить горизонтальную проекцию на рис. 421, то кривая пересечения цилиндра со сферой спроецируется в окружность, что является очевидным так же, как и на рис. 422. Еще раньше, на рис. 398, проекция кривой пересечения конуса с поверхностью полушария представляла собой на пл. π 2 параболу, а на пл. π 3 - эллипс. Надо представить себе второе полушарие и второй конус в таком же взаимном положении, что и на рис. 398, и примкнуть оба полушария друг к другу их круговыми основаниями; плоскость соприкосновения окажется ярко выраженной плоскостью симметрии, параллельной пл. π 3 , а кривая на π 3 - эллипсом.

Парабола и эллипс как проекции линии пересечения были и на рис. 399.

В нижеследующей таблице указывается, в каких случаях при пересечении двух поверхностей вращения второго порядка с пересекающимися осями получаются параболы и эллипсы как проекции линий пересечения на плоскостях, параллельных плоскости симметрии этих поверхностей 1).

Зная, какая именно линия должна получиться при построении проекций, можно в ряде случаев применить геометрические свойства этих линий, что упрощает построения и позволяет получать более точные результаты.

Вопросы к §§ 63-65

1. По каким линиям пересекаются между собой: а) цилиндрические поверхности, образующие которых параллельны между собой, б) конические поверхности с общей вершиной?
2. Как строятся образующие линейчатой поверхности, называемой цилиндром с тремя направляющими, если две из них или все три - кривые линии?
3. Какие линии получаются при взаимном пересечении двух поверхностей вращения, описанных вокруг общей для них сферы или вписанных в сферу?
4. По каким линиям пересекаются между собой соосные поверхности вращения?
5. В каких случаях возможно и целесообразно применять вспомогательные секущие сферы?
6. Какая кривая называется биквадратной?
7. В виде какой линии проецируется биквадратная кривая на плоскость, параллельную общей плоскости симметрии двух пересекающихся поверхностей второго порядка?
8. Какая из кривых второго порядка является проекцией линии пересечения одной цилиндрической поверхности вращения другою на плоскости, параллельной общей плоскости симметрии этих поверхностей?
9. В каком случае проекция линии пересечения конических поверхностей, имеющих общую плоскость симметрии, параллельную плоскости проекций, является равносторонней гиперболой?
10. Какие кривые могут быть проекциями линии пересечения поверхностей цилиндра и конуса вращения со сферой в случае общей для них плоскости симметрии?

1) Из того же исследования (см. сноску на с. 212).

Для построения линии пересечения цилиндрической поверхности плоскостью в общем случае находят точки пересечения образующих с секущей плоскостью, как это сказано (см. 9.1) в отношении любых линейчатых поверхностей. При необходимости не исключается применение и вспомогательных секущих плоскостей, пересекающих поверхность и плоскость.

Заметим, что любую цилиндрическую поверхность плоскость, расположенная параллельно образующей этой поверхности, пересекает по прямым линиям (образующим).

Вид линии, образованной при пересечении плоскостью прямого кругового цилиндра, определяется положением плоскости относительно оси. Эта линия - окружность, если плоскость перпендикулярна оси; две прямые (проекции 1"2" и 3"4" на рис. 9.1) или одна прямая (касательная), если плоскость параллельна оси (след P w); эллипс (1-2-3-4 на рис. 9.2), если плоскость расположена под углом к оси.

Образование выреза на цилиндре двумя плоскостями Р (Рv) || W и Т (T w) || V показано на рисунке 9.3.

Цилиндр с наклонным срезом. Рассмотрим построение чертежа цилиндра со срезом проецирующей плоскостью под некоторым углом к его оси (не равным 0° и 90°), натуральной величины среза и развертки цилиндра (рис. 9.4, 9.5).

Ось цилиндра и вся цилиндрическая поверхность перпендикулярны плоскости Н. Следовательно, все точки цилиндрической поверхности, в том числе и линия пересечения ее с плоскостью Р (Pv) проецируются на плоскость Н в окружность. На ней отмечают горизонтальные проекции точек 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 эллипса, расположив их равномерно по окружности. В проекционной связи строят фронтальные проекции 1", 2", 3", 4", 5", 6", 7", 8", 9", 10", 11", 12" отмеченных точек на фронтальном следе P v , секущей плоскости. Профильные проекции тех же точек строят по их горизонтальной и фронтальной проекциям на линиях связи.

Профильная проекция линии пересечения цилиндра с секущей плоскостью - эллипс, большая ось 10 "4" которого в данном случае равна диаметру цилиндра, а малая 1"7" - профильная проекция отрезка 1-7.

Если плоскость Р расположить (см. рис. 9.4) под углом 45° к оси, то профильная проекция эллипса фигуры сечения будет окружность.

Если острый угол между осью цилиндра и секущей плоскостью будет меньше 45°, то малая ось эллипса на профильной проекции (см. рис. 9.4) станет равной диаметру цилиндра.

Натуральный вид фигуры сечения цилиндра плоскостью Р построен способом перемены плоскостей проекций на плоскости S, перпендикулярной плоскости V Большая ось эллипса - отрезок 1 5 7 5 = 1"7 ", малая - отрезок 4 5 10 5 = d.

Построение развертки (рис. 9.5). Полная развертка состоит из четырех частей: развертки боковой поверхности, ограниченной пятью отрезками прямой линии и кривой А 0 1 0 В 0 - синусоидой; натурального вида фигуры сечения; круга основания цилиндра; сегмента, полученного на верхнем основании.

Полная развертка боковой поверхности цилиндра - прямоугольник с высотой, равной высоте цилиндра, а длиной L = nd, где d - диаметр цилиндра. Для построения на развертке точек линии среза развертку основания цилиндра делят на такое же число частей, как и при построении проекций линий среза. Проводят через точки деления образующие и, пользуясь фронтальной проекцией, отмечают на них высоту до точек эллипса среза - точки 1 0 , 2 0 и 12 0 , 3 0 и 11 0 , 4 0 и 10 0, 5 0 и 9 0 , 6 0 и 8 0 , 7 0 . Соединяют построенные точки плавной кривой - синусоидой. Натуральный вид фигуры среза цилиндра плоскостью выполнен ранее (ls2s3s...12s ), и его по координатам строят на развертке.

Построим на чертеже цилиндра проекции точки М, указанной на развертке точкой М 0 . Для этого отметим хорду l2 между образующей, на которой расположена точка М 0, и образующей точки 4. По хорде l2 строим горизонтальную проекцию т (рис. 9.4) и по известной высоте ее расположения находим ее фронтальную проекцию т".

Построение прямоугольной изометрической проекции рассматриваемого цилиндра с учётом ранее выполненной привязки этой фигуры к прямоугольной системе координат Оxyz (см. рисунок 3.2) начнём с изображения аксонометрических осей (см. рисунок 2.4) на отдельном листе ватмана формате А3 или А4.

Далее построим аксонометрическую проекцию окружности верхнего основания цилиндра. Такой проекцией является эллипс, имеющий следующее соотношение большой и малой осей: Б.о. = 1,22 d , М.о. = 0,71 d , - где d - диаметр изображаемой окружности. Малая ось эллипса всегда располагается вдоль «свободной» координатной оси. «Свободной» называют координатную ось, перпендикулярную плоскости, в которой расположена изображаемая окружность. В рассматриваемом примере окружности оснований цилиндра располагаются в плоскостях, параллельных П 1 и «свободной» является ось Oz .

Сначала графически определим размеры осей эллипса. Известно, что в прямоугольной изометрической проекции размер малой оси эллипса равен длине стороны квадрата, вписанного в изображаемую окружность. Поэтому на виде сверху чертежа цилиндра построим такой квадрат (рисунок 3.7) и определим длину отрезка t – половины стороны квадрата. В последующем для упрощения построений при определении на ортогональном чертеже длины отрезка t будет использована лишь линия, расположенная под углом 45° к координатным осям (без изображения квадрата целиком).

Далее на аксонометрическом чертеже (рисунок 3.8), по «свободной» оси O¢z¢, в обе стороны от начала координат О¢ отложим отрезок t и получим точки B¢ и D¢ , определяющие малую ось эллипса. Для нахождения точек А¢ и С¢ , определяющих большую ось эллипса, из найденных точек B¢ и D¢, как из центров,построим две дуги радиуса R=2t до их взаимного пересечения. Соединяя найденные точки между собой, определим большую ось эллипса.

Построим вместо эллипса овал - замкнутую кривую, представляющую собой четыре последовательно сопряжённые дуги окружностей радиуса R и r . Для этого сначала определим центры этих дуг (рисунок 3.9). Центры О 1 и О 2 дуг радиуса R определим на оси O¢z¢ в точках пересечения её с окружностью радиуса, равного большой полуоси эллипса, а центры О 3 и О 4 дуг радиуса r определяем в точках пересечения большой оси эллипса с окружностью радиуса, равного малой полуоси эллипса. После этого определяются и радиусы дуг:
R =О 1 В¢ = О 2 D¢; r = О 3 А¢ = О 4 С¢ (рисунок 3.10). Далее из найденных центров О 1 , О 2 , О 3 , О 4 циркулем строим четыре сопряжённые дуги овала. Напомним, что точка сопряжения двух дуг располагается на прямой, проходящей через центры этих дуг. Например, точка N сопряжения нижней дуги радиуса R с левой дугой радиуса r находится на прямой, проходящей через центры

О 2 и О 3 рассматриваемых дуг.

Аксонометрию нижнего основания цилиндра строим смещением вниз на величину h центров О 1 , О 2 , О 3 , О 4 дуг овала верхнего основания (рисунок 3.11). Далее строим ¼ часть выреза цилиндра и изображаем фронтальную вторичную проекцию призматического отверстия, образованного плоскостями a, b и g (рисунок 3.12). Размеры a, b и с , необходимые для этого переносим на аксонометрический чертёж из ортогонального чертежа (см. рисунок 3.2) параллельно соответствующим аксонометрическим осям.

Обозначим через m¢ и n¢ аксонометрические очерковые образующие цилиндра (рисунок 3.13) и построим их фронтальные вторичные проекции m¢ 2 и n¢ 2 (последовательность построений показана стрелками). Далее отметим точки 1 2 ¢, 2 2 ¢, 3 2 ¢, 4 2 ¢ - пересечение линий фронтальной вторичной проекции отверстия в цилиндре с фронтальными вторичными проекциями линий аксонометрического очерка и находим точки 1¢, 2¢, 3¢, 4¢ разрыва линий m¢ и n¢ - аксонометрических очерковых образующих конуса граничными линиями отверстия в нём (рисунок 3.14).

Строим в аксонометрии граничные линии отверстия. Для этого сначала на вторичной фронтальной проекции отверстия находим промежуточные точки (рисунок 3.15), используя размеры g и f , перенесённые из ортогонального чертежа (см. главный вид на рисунке 3.2).С помощью указанных вторичных проекций строим аксонометрические проекции промежуточных точек, расположенных на граничных линиях отверстия в цилиндре. Последовательность построения этих точек показана на рисунке 3.16 стрелками. Отрезки, длины которых использованы при по строении аксонометрических

проекций промежуточных точек, помечены штрихами на рисунках 3.2 и 3.16. Соединяя полученные точки, плавной кривой, получим изображения тех граничных линий отверстия в цилиндре, которые формируются плоскостью g . Эти линии помечены на рисунке 3. 16 стрелками А и Б. Аналогично можно построить точки и изображение граничной линии отверстия, формируемой плоскостью b . Однако основная часть этих точек не видна и поэтому не требуется их построение.

Строим овал, определяющий горизонтальную часть призматического отверстия в цилиндре, формируемую плоскостью a (рисунок 3.17). Для этого можно использовать дуги R и r овала верхнего основания конуса, найдя новые центры этих дуг. У построенного овала сохраняем лишь те его участки, которые видны в аксонометрии.

Для окончательного оформления аксонометрического чертежа цилиндра наносим штриховку тех элементов выреза цилиндра, которые располагаются в плоскостях хОz и уОz (рисунок 3.18). Определить направление линий штриховки в аксонометрии по указанным координатным плоскостям можно следующим образом (рис. 3.19). Построим окружность произвольного радиуса с центром в начале координат и соединим между собой точки пересечения этой окружности с координатными осями, определяющими рассматриваемые плоскости. Построенные отрезки и определят направления линий штриховки по указанным плоскостям.

Подчеркнём, что окончательное оформление аксонометрического чертежа рассматриваемого цилиндра требует плавного соединения всех полученных точек при изображении сквозного отверстия и обводку всех видимых линий контура изображения цилиндра.

3.4. Построение ортогонального и аксонометрического чертежей
конуса вращения

Переходим к рассмотрению в задаче 2 построения ортогонального и аксонометрического чертежей конуса вращения.

На рисунке 3.20 показаны изображения: главный вид и частично вид сверху прямого кругового усечённого конуса, а также габаритный прямоугольник для последующего построения вида слева.

Рассматриваемый конус имеет сквозное отверстие, образованное тремя плоскостями: горизонтальной плоскостью a , рассекающей коническую поверхность по окружности, и двумя фронтально проецирующими плоскостями b и g , рассекающими его поверхность по эллипсам.

Для построения видов сверху и слева, а также аксонометрического изображения данного конуса осуществим привязку этой фигуры к прямоугольной системе координат Оxyz (рисунок 3.21). В качестве горизонтальной координатной плоскости выберем плоскость нижнего основания конуса.

На главном виде отмечаем характерные и промежуточные точки граничных линий отверстия и выполняем их построение на виде сверху.

Сначала рассмотрим точки 1, 2, 3 , расположенные на горизонтальных граничных линиях отверстия, формируемых плоскостью a (см. рисунок 3.21). Эти точки (всего их шесть) определяем на виде сверху по линиям связи на окружности радиуса R . Указанный радиус измеряем на главном виде, в плоскости a от оси конуса до его очерковой образующей.

Аналогично определяем горизонтальные проекции точек 4, 5 и 6 граничных линий отверстия, расположенных в плоскости b (рисунок 3.22). Для этого строим окружности радиуса R 1 , R 2 и R 3 , расположенные в промежуточных горизонтальных плоскостях a 1 , a 2 , a 3 .

Аналогично строим на виде сверху точки граничных линий отверстия, расположенных в плоскости g . Последовательно соединяем найденные горизонтальные проекции точек плавными кривыми. Окончательное оформление вида сверху показано на рисунке 3.23. Здесь линиями невидимого контура показаны линии пересечения плоскостей a и b , g и b , a и g .

Построение профильных проекций рассматриваемых точек (см. рисунок 3.23) осуществляем как по линиям связи (точки 3 3 и 6 3 ) на линиях профильного очерка конуса, так и переносом отрезков ординат точек с вида сверху на вид слева. Переносимые отрезки показаны одинаковыми символами как на виде сверху, где они измеряются, так и на виде слева, где они откладываются. Последовательно соединяем найденные профильные проекции точек

плавной кривой, а также изображаем линии невидимого контура, определяющие линии пересечения плоскостей a и b ,
g и b , a и g .

Далее строим горизонтальный и профильный разрезы конуса. Моделирование горизонтального и профильного разрезов конуса, имеющего сквозное отверстие, показано на рисунке 3.24. Изображение горизонтального разреза выполняем на виде сверху, а профильного – на виде слева (рисунок 3.25). В обоих случаях совмещаем половину соответствующего вида с половиной разреза, используя вертикальную осевую линию в качестве границы между этими изображениями. На совместном изображении разрезы располагаем справа от границы, а виды слева от неё. Производим обозначение горизонтального разреза. После построения на чертеже необходимых разрезов на всех его изображениях удаляем линии невидимого контура.

Более подробная информация о правилах построения и обозначения разрезов в соответствии с ГОСТ 2.305 – 68 приведена в разделе 3.2.

Построим прямоугольную изометрическую проекцию рассматриваемого конуса, используя привязку к нему ортогональной системы координат Оxyz , выполненную ранее (см. рисунок 3.21). На отдельном листе ватмана формата А3 или А4 изобразим аксонометрические оси (см. рисунок 2.4).

Далее построим аксонометрические проекции окружностей нижнего и верхнего оснований конуса. Такими проекциями будут два эллипса, центры которых располагаются на координатной оси O¢z¢ и смещены относительно друг друга на расстояние h (рисунок 3.26). Эллипсы имеют следующее соотношение большой и малой осей: Б.о. = 1,22 d , М.о. = 0,71 d , - где d - диаметр изображаемой окружности. Малая ось эллипсов располагается вдоль «свободной» координатной оси O¢z¢ , а её размер равен длине стороны квадрата, вписанного в изображаемую окружность.

Для удобства построений вместо эллипсов изображаем овалы (см. рисунки 3.9 и 3.10). При этом используем графическое определение как малых полуосей эллипсов (см. на рисунке 3.20, на виде сверху отрезки t и t¢ ), так и больших полуосей (см. рисунок 3.8).

Далее строим прямые m¢ и n¢, являющиеся аксонометрическим очерком конической поверхности (рисунок 3.27). При этом определяем точки касания этими линиями эллипсов, являющихся основаниями конуса. Для этого удлиняем образующие а¢ и b¢ до точек А¢ и В¢ пересечения этих линий с верхним основанием конуса. Образующие а¢ и b¢ вместе с осевой линией чертежа образуют три прямые, проходящие через вершину конyса. Эта вершина на чертеже недоступна. Указанные три прямые пересекают эллипсы (овалы) оснований в шести точках. Соединяем точки пересечения с овалом смежных прямых крест на крест, а через точки их пересечений (см., например точки С¢ и D¢ ) проводим прямые до пересечения с эллипсами (см. точки E¢ , F¢, Q¢ , L¢ ). Найденные точки нижнего и верхнего оснований конуса соединяем отрезками прямых. Это и будут линии аксонометрического очерка конуса.

Затем выполняем вырез ¼ части конуса и строим фронтальную вторичную проекцию призматического отверстия в конусе, т. е. по

существу строим фронтальные вторичные проекции плоскостей a, b и g , формирующих отверстие в конусе (рисунок 3.28). При этом размеры a, b и c из ортогонального чертежа (см. главный вид на рисунке 3.23) переносим на аксонометрический чертёж параллельно соответствующим аксонометрическим осям.

Далее необходимо построить точки 1¢, 2¢, 3¢ и 4¢ разрыва линий аксонометрического очерка конуса граничными линиями отверстия в нём. Однако перед этим предварительно определим их фронтальные вторичные проекции 1 2 ¢, 2 2 ¢, 3 2 ¢, 4 2 ¢ (рисунок 3.29). Для этого сначала строим фронтальные вторичные проекции m 2 ¢, n 2 ¢ очерковых образующих конуса и находим точки пересечения этих проекций с линиями вторичной проекции отверстия. Последовательность этих построений показана стрелками. При этом подчеркнём, что построения начинаются не в конечных точках больших осей эллипсов (овалов), а в граничных точках E¢ , F¢, Q¢ , L¢ аксонометрических очерковых образующих, построенных ранее. Далее находим искомые точки 1¢, 2¢, 3¢ и 4¢ (рисунок 3.30).

Строим аксонометрические проекции промежуточных точек граничных линий отверстия. Для этого сначала на линиях фронтальной вторичной проекции отверстия намечаем промежуточные точки (рисунок 3.31). При этом используем размеры g и f, перенося их из ортогонального чертежа (см. рисунок 3.23). Далее через найденные вторичные проекции проводим прямые, параллельные оси О¢у¢, и откладыванием на них в обе стороны ординаты искомых точек (рисунок 3.32). Ординаты промежуточных точек, помеченные штрихами, переносим из ортогонального чертежа (см. рисунок 3.23) на аксонометрический чертёж. При этом изображаем лишь точки, видимые на аксонометрическом чертеже. Последовательно соединяя найденные точки плавными кривыми (дугами эллипсов), строим видимые участки граничных линий отверстия в конусе, формируемые плоскостью b (см. на рисунке 3.32 линии А и Б ) и плоскостью g (см. линию В ).

Строим овал, определяющий граничные линии горизонтальной части отверстия в конусе и формируемые плоскостью a (рисунок 3.33). Границы видимости условно показаны стрелками. Изображаем прямую, являющуюся линией пересечением плоскостей a и g.

Выполняем штриховку участков конуса, расположенных в координатных плоскостях хОz и уОz . Определение направлений линий штриховки в прямоугольной изометрии показано на рисунке 3.19.

Окончательное оформление аксонометрического чертежа конуса со сквозным отверстием (рисунок 3.34) требует тщательной обводки всех линий изображения: дуги овалов обводятся циркулем, а другие кривые – с помощью лекала.

4. Построение ортогонального и аксонометрического чертежей детали
(третья задача)

Планировка листа и построение изображений детали по размерам, нанесённым на эти изображения в индивидуальном задании, показаны на рисунке 4.1. Изображения включают в себя: главный вид, вид сверху, а также габаритный прямоугольник для дальнейшего построения вида слева.

Для построения вида слева и аксонометрического чертежа детали осуществим привязку детали к прямоугольной системе координат Оxyz (рисунок 4.2). За горизонтальную координатную плоскость примем плоскость верхнего основания цилиндрической плиты, срезанной по бокам двумя фронтальными плоскостями, и имеющей два полуовальных выреза. На этой плите расположен цилиндр вращения, ось которого совпадает с координатной осью Оz . Его подкрепляют два ребра жёсткости – призматические элементы треугольной формы. Внутренняя форма детали состоит из сквозного ступенчатого цилиндрического отверстия.

При построении вида слева особый интерес представляет построение дуги эллипса, образованного пересечением цилиндра с наклонной гранью ребра жёсткости. Построение выполнено по трём точкам (1, 2 и 2 ) путём переноса с вида сверху на вид слева ординаты точек 2 и 2 , равной полуширине ребра жёсткости (см. размер b/2 ). Точка 1 в принятой системе координат имеет нулевую ординату.

В третьей задаче кроме видов необходимо построить фронтальный и профильный разрезы детали. Так как рассматриваемая деталь имеет две плоскости симметрии: фронтальную и профильную, - и по этим плоскостям выполняется её рассечение, то положение секущих плоскостей на чертеже не указываем, а разрезы совмещаем с половинами соответствующих видов (рисунок 4.3). Границей между этими изображениями является ось симметрии (штрих пунктирная линия). Вид оставляем слева от осевой линии, а разрез помещаем справа от этой линии. При выполнении разрезов удаляем все линии, изображающие внешнюю форму детали, а линии невидимого контура (штриховые линии) заменяем сплошными основными линиями. На всех видах удаляем штриховые линии. Контуры детали, расположенные в секущих плоскостях, заштриховываем тонкими параллельными линиями, расположенными под углом 45° к линиям основной надписи чертежа. Направление штриховки должно быть одинаковым для всех выполненных разрезов. Рекомендуется соблюдать интервал штриховки, равный 2,5 … 3 мм.

Напомним, что круглое основание любого цилиндрического или конического элемента детали, расположенное в координатной плоскости или параллельно такой плоскости, в прямоугольной изометрии изображается эллипсом, имеющим следующее соотношение большой и малой осей: Б.о. = 1,22 d , М.о. = 0,71 d , - где d - диаметр изображаемой окружности. Малая ось эллипсов располагается вдоль «свободной» координатной оси, - оси, перпендикулярной плоскости, в которой расположена изображаемая окружность,а размер малой оси равен длине стороны квадрата, вписанного в изображаемую окружность. Для удобства построения и получения лучшего качества изображения на аксонометрическом чертеже вместо эллипсов строим овалы – циркульные кривые (см. рисунки 3.9 и 3.10). Поэтому сначала строим овалы, определяющие горизонтальные вторичные проекции всех цилиндрических элементов детали (рисунок 4.4). Для графического определения малых полуосей эллипсов используем построения, показанные на рисунке 4.3 (см. размер а и отрезки, помеченные штрихами). Размеры b, c, m и n , используемые для построений, переносим с ортогонального чертежа (см. рисунок 4.2).Далее строим прямые, определяющие горизонтальные вторичные проекции плоских элементов детали (рисунок 4.5). На следующем этапе построения аксонометрии удаляем ненужные линии чертежа с учётом выполнения в дальнейшей выреза ¼ детали (рисунок 4.6).

Далее создадим объёмное изображение основания детали (рисунок 4.7). Для этого из точек горизонтальной вторичной проекции основания детали, расположенных ближе к наблюдателю, строим вспомогательные прямые, параллельные оси О¢ z¢, и на них откладываем вниз отрезки длиной t , определяющей толщину плиты основания. Таким образом, определяем точки контура нижней части основания. Изображения плоских участков основания выполняем лишь по их граничным точкам, а для цилиндрических участков строим и промежуточные точки. Длину отрезка t определяем на ортогональном чертеже (см. рисунок 4.2). Соединяя найденные точки нижней плоскости основания прямыми или плавными кривыми и удаляя ненужные вспомогательные вертикальные отрезки, построим основание детали.

Аналогично с помощью вспомогательных вертикальных отрезков длиной Н , используя горизонтальные вторичные проекции цилиндрических элементов, можно построить точки верхнего основания этих элементов детали (рисунок 4.8). Найденные точки соединяем плавными кривыми, а вспомогательные вертикальные отрезки и невидимые линии чертежа удаляем. Для построения изображения рёбер жёсткости находим точки 1¢ и 2 ¢ (рисунок 4.9). Для этого из соответствующих точек горизонтальных вторичных проекций рёбер строим вспомогательные вертикальные отрезки длиной е и f . Длины этих отрезков измеряем на ортогональном чертеже (см. рисунок 4.2). Строим лишь видимые элементы рёбер, а невидимые удаляем.

Удалив все невидимые линии чертежа, включая вторичные проекции цилиндров и рёбер жёсткости, построенные ранее, приступаем к изображению элементов нижней части ступенчатого цилиндрического отверстия (рисунок 4.10). Построение нижней видимой части окружности цилиндрического отверстия меньшего радиуса осуществляем с помощью вспомогательных вертикальных отрезков длиной h , проведенных вниз из пяти точек верхнего основания этого отверстия. Три из пяти построенных точек соединяем плавной кривой.

Для изображения в аксонометрии видимой части окружности радиуса r цилиндрического углубления, расположенного в нижней части детали, строим образующие этой цилиндрической поверхности, попадающие в вырез ¼ части детали и овал, соответствующий окружности цилиндрического углубления, расположенной в нижней плоскости основания детали (см. на рисунке 4.10 овал, изображённый штриховой линией). У построенного овала сохраняем лишь его видимую часть, показанную на рисунке 4.10 стрелкой.

В заключение производим обводку чертежа и наносим штриховку (рисунок 4.11). Определение направлений линий штриховки в аксонометрии показано на рисунке 3.19.

Окончательное оформление аксонометрического чертежа детали требует плавного (с помощью лекал) соединения построенных точек кривых линий, изображающих как элементы сквозного ступенчатого цилиндрического отверстия в детали, так и элементы её внешней формы. Завершается оформление чертежа заполнением его основной надписи.

Окончательно оформленные ортогональный и аксонометрический чертежи детали показаны соответственно на рисунках 4.12 и 4.13.

Отметим также, что во всех рассмотренных ранее построениях измерение размеров на ортогональном чертеже и перенос их на аксонометрический чертеж производилось с помощью измерителя.

На изображениях ортогонального и аксонометрического чертежей рекомендуется сохранять характерные и вспомогательные точки построенных линий, без обозначения этих точек.

Литература

1. Единая система конструкторской документации. Общие правила выполнения чертежей. М., 1991,453 с.

2. Аверин В.Н., Куколева И Ф. Нанесение размеров на чертежах. Методические указания к практическим занятиям по инженерной графике. М.: МИИТ, 2008. 37 с.

3. Аверин В.Н., Пуйческу Ф.И. Прямоугольная изометрическая проекция. Методические указания к практическим занятиям по инженерной графике. М.: МИИТ, 2008. 23 с.

Учебно-методическое издание

Цель задания: Изучить методы построения линии пересечения двух цилиндров.

Порядок выполнения: Начертить рамку и основную надпись. Вычертить три проекции пересекающихся цилиндров по заданным размерам. Найти проекции очевидных точек линии пересечения цилиндрических поверхностей. Определить количество промежуточных точек и построить их проекции. Наметить линию пересечения на всех трех проекциях и определить ее видимость. Нанести обозначения точек. Обвести чертеж, заполнить основную надпись.

Значения параметров, приведенных на рисунке 10, выбирают по таблице 4 согласно варианту. Образец показан на рисунке 12.

Методические указания по выполнению листа 4

Общая линия пересекающихся поверхностей называется линией пересечения. На чертежах линии пересечения поверхностей изображаются сплошной основной линией .

Метод построения линий пересечения поверхностей тел заключается в проведении вспомогательных секущих плоскостей и нахождении отдельных точек линий пересечения данных поверхностей в этих плоскостях. В качестве вспомогательных секущих плоскостей выбирают такие плоскости, которые пересекают обе заданные поверхности по простым линиям – прямым или окружностям, причем окружности должны располагаться в плоскостях, параллельным плоскостям проекций.

Рассмотрим построение линии пересечения поверхностей двух прямых круговых цилиндров, оси которых перпендикулярны к плоскостям проекций.

Перед тем, как строить линию пересечения поверхностей на чертеже, необходимо представить себе эту линию в пространстве (см. рисунок 11).

В начале построения находят проекции очевидных точек 1, 4 (см. рисунок 10). Горизонтальная проекция искомой линии пересечения поверхностей совпадает с окружностью – горизонтальной проекцией одного из цилиндров. Профильная проекция линии пересечения также совпадает с окружностью – профильной проекцией второго цилиндра. Таким образом, фронтальную проекцию искомой линии пересечения легко найти по общему правилу построения кривой линии по точкам, когда две проекции точек известны. Например, по горизонтальной проекции 2 1 точки 2 находят профильную проекцию 2 3 . По двум проекциям 2 1 и 2 3 определяют фронтальную проекцию 2 2 точки 2, принадлежащей линии пересечения цилиндров.

Если пересекающиеся цилиндрические поверхности имеют оси, расположенные под углом, отличным от прямого угла, то линию их пересечения строят при помощи вспомогательных секущих плоскостей или другими способами (например, способом сфер).

Таблица 4 – Варианты исходных данных к листу 4.

Обозна-чение, мм	№ варианта
R
d
h
k

Рисунок 10 – Взаимное пересечение поверхностей цилиндров.

Графическая работа 5 «Технический рисунок модели»

Цель задания: Научиться изображать от руки технические детали простой формы. Изучить правила выполнения технических рисунков.

Порядок выполнения: Начертить рамку и основную надпись. Проанализировать форму детали по ее аксонометрическому изображению. Выполнить технический рисунок. Рисунок выполняется от руки, на глаз, сначала тонкими линиями, затем для выявления объема делается штриховка и обводка. Заполнить основную надпись. Вариант выбирают по рисунку 13 а, б. Образец показан на рисунке 14.

Алгоритм решения задачи Способ вспомогательных концентрических сфер применяется, если:

Обе поверхности – поверхности вращения;

Оси поверхностей пересекаются;

Общая плоскость симметрии тел параллельна какой-либо плоскости проекций.

Точку пересечения осей вращения принимают за центр концентрических сферических поверхностей и проводят ряд сфер, пересекающих обе поверхности.

В пересечении контуров получаемых окружностей находят общие для двух поверхностей точки. Наименьшей вспомогательной сферической будет поверхность, вписанная в большее тело.

Сфера наибольшего радиуса не должна выходить за наиболее удаленную точку пересечения тел.

Промежуточные сферы строятся произвольными радиусами и должны располагаться между наименьшей и наибольшей вспомогательными сферами.

При решении данной задачи:

1 Находим опорные точки – точки пересечения крайних образующих цилиндра с наклонной осью с крайней правой образующей вертикального цилиндра. Это будут высшая и низшая точки линии пересечения (А v и В v ).

2 Для построения промежуточных точек проводится ряд концентрических сфер, центры которых, будут лежать в точке пересечения осей заданных цилиндров (О v ).

3 Наименьшей сферической поверхностью здесь будет поверхность, вписанная в вертикальный цилиндр. Эта сфера касается вертикального цилиндра по окружности, которая проецируется в прямую 1v=2v , а наклонный цилиндр пересекает по окружности, проецирующуюся в прямую 3v=4v . Точка пересечения этих прямых (проекций окружностей) С v и будет общей для обоих цилиндров.

4 Для построения случайных (промежуточных) точек проведем ряд концентрических сфер. Рассмотрим построение этих точек на примере построения точки D v .

5 Проводим сферу, радиус которой больше радиуса окружности основания вертикального цилиндра. Эта сфера пересекает цилиндры по окружностям, проецирующим в прямые 5 v -6 v и 7 v -8 v . Точка пересечения этих прямых (D v ) и будет точкой, принадлежащей линии пересечения двух цилиндров.

6 Остальные точки строятся аналогично.

Рисунок 14 – Пересечение двух цилиндров

Карпова Ирина Евгеньевна

Карпов Егор Константинович

НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ

Методические указания

к практическим занятиям и самостоятельной работе

студентов очной и заочной форм обучения

для студентов специальностей 190202.65, 190201.65

и направлений 220400.62, 220700.62, 221700.62, 151900.62, 150700.62, 190600.62, 190700.62

Редактор Е. А. Могутова

Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Бумага тип. №1

Печать цифровая Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Заказ Тираж 37 Не для продажи

РИЦ Курганского государственного университета.

640669, г. Курган, ул. Гоголя, 25.

Курганский государственный университет.

Похожая информация:

1. II. Динамика вращательного движения материальной точки (твердого тела) (задача 2)
2. III. Укажите номера предложений, в которых глагол-сказуемое стоит в группе завершенных времен
3. IX. Укажите номера предложений, в которых ing-форма переводится на русский язык причастием, оканчивающимся на –щий, -щая, щее