Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию
Тольяттинский государственный университет
Кафедра «Начертательная геометрия и черчение»
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
по курсу «Начертательная геометрия»
МОДУЛЬ №4
Тольятти 2007
УДК 514.18(076)
ББК 22.15.3
Н36
Рецензент:
к.т.н., доцент А.Г. Егоров (ТГУ).
Н36 Начертательная геометрия. Модуль №4: учеб.-метод. Пособие / сост. Т.А. Варенцова, Г.Н. Уполовникова. – Тольятти : ТГУ, 2007.- 33 с.
Содержит полный теоретический материал для успешного освоения студентами курса «Начертательная геометрия». Учебный материал разбит на 4 модуля. Каждый модуль является логически завершенной частью, заканчивается контрольными вопросами и тестом с ответами для самоконтроля студента.
Для студентов технических специальностей высших учебных заведений
Рекомендовано к изданию методической комиссией автомеханического института Тольяттинского государственного университета
© Т.А. Варенцова, Г.Н. Уполовникова,
Составление, 2007
© Тольяттинский государственный
Университет, 2007
Содержание
|
[1] Метрические задачи. Преобразование комплексного чертежа [1.1] Метрические задачи [1.1.1] Взаимная перпендикулярность прямой и плоскости. [1.1.2] Взаимная перпендикулярность двух прямых общего положения [1.1.3] Взаимная перпендикулярность двух плоскостей общего положения [1.1.4] Построение плоскости, касательной к поверхности [1.1.5] Задачи на определение расстояний между геометрическими фигурами [2] Преобразование комплексного чертежа [2.0.1] Способ замены плоскостей проекций [2.0.2] Пространственная модель [2.0.3] Плоский чертёж [2.0.4] Первая основная задача преобразования комплексного чертежа [2.0.5] Вторая основная задача преобразования комплексного чертежа [2.0.6] Третья основная задача преобразования комплексного чертежа [2.0.7] Четвёртая основная задача преобразования комплексного чертежа [2.1] Способ вращения вокруг проецирующей оси [2.1.1] Решение четырех основных задач преобразованием комплексного чертежа способом вращения вокруг проецирующей оси [2.1.2] Задача №1 [2.1.3] Задача №2 [2.1.4] Задача №3 [2.1.5] Задача №4 [3] Решение метрических задач с помощью преобразования комплексного чертежа [4] Решение позиционных задач с помощью преобразования комплексного чертежа [5] Контрольные вопросы [5.1] Тест №1 [5.2] Тест №2 [5.3] Ответы к тесту №1 [5.4] Ответы к тесту №2 |
Модуль №4 предполагает знакомство с задачами, связанными с различными измерениями: натуральных величин отрезков, углов, плоских фигур; расстояний между фигурами и т.д. Вы узнаете, как проще решать метрические и позиционные задачи, используя способы преобразования комплексного чертежа. Кроме того, используя знания, полученные в модулях 1-3, Вы научитесь решать сложные инженерные конструктивные задачи.
"Ведь между двух соседних точек
Прямая - самый краткий путь,
Иначе слишком много кочек
Необходимо обогнуть."
Л.Н.Мартынов
Как Вы думаете?
1. Что является кратчайшим расстоянием от точки до прямой, до плоскости?
2. Что является кратчайшим расстоянием между скрещивающимися прямыми, между двумя параллельными плоскостями?
3. На чертеже рис. 4-1 показан угол АВС. Присутствует ли на какой-нибудь плоскости проекций натуральная величина угла?
Рис. 4-1
Метрическими называются такие задачи, в условии или решении которых присутствуют геометрические фигуры или понятия, связанные с численной характеристикой.
Наиболее часто встречаются метрические задачи: на взаимную перпендикулярность геометрических фигур, на определение натуральной величины заданных отрезка или угла, на построение натурального вида плоской фигуры и т. п.
Из всего многообразия метрических задач выделяются две основные:
1. Первая основная метрическая задача - на перпендикулярность прямой и плоскости.
2. Вторая основная метрическая задача - на определение натуральной длины отрезка. Эта задача решается методом прямоугольного треугольника, который рассматривался в первом модуле.
Рассмотрим подробнее первую основную метрическую задачу.
Из элементарной геометрии известно, что прямая перпендикулярна плоскости, если она перпендикулярна двум пересекающимся прямым, лежащим в этой плоскости.
Задача: Через точку К построить прямую n, перпендикулярную плоскости (а b). Анализ решения задачи проведём на пространственном чертеже, рис. 4-2.
Чтобы провести прямую n , нужно в этой плоскости взять две пересекающиеся прямые (на рис. 4-2 это р m = К). Прямую n нужно строить перпендикулярно одновременно двум этим прямым.
Однако, если прямые р и m будут прямыми общего положения, то прямой угол к ним ни на одной плоскости проекций не спроецируется в натуральную величину. Согласно теореме опроецировании прямого угла (см. свойство 2 ортогонального проецирования, модуль №1) прямой угол спроецируется в натуральную величину на какую-нибудь плоскость проекций, если одна сторона прямого угла будет параллельной этой плоскости проекций. Поэтому, в качестве прямых р и m выгодно взять горизонталь h и фронталь f (рис. 4-3). Тогда прямой угол между n и h спроецируется в натуральную величину на П1, а прямой угол между n и f - на П2.
Рис. 4-3
Плоский чертёж: На рис. 4-4 плоскость задана параллельными прямыми а и b. Точка К(К2) принадлежит этой плоскости. Нужно построить n , n К.
Рис. 4-4
Согласно приведённым выше рассуждениям, в плоскости необходимо взять горизонталь и фронталь, затем, перпендикулярно каждой из них строить п. Построения начинаем с горизонтали (рис. 4-5).
Рис. 4-5
Через точку К2 проводим h2 линиям связи, находим h1, а на ней, с помощью линии связи, К1. Так как n h, то n1 h1, поэтому проводим n1 h1 через точку K1.
Аналогично находим n2 (рис. 4-6). Через точку К1 проводим f1 линиям связи, находим f2. Так как n f, тo n2 f2, поэтому проводим n2 f2 через точку К2.
Рис. 4-6
Полностью решение задачи представлено на рис. 4-7. Видимость прямой n не учитывалась.
Рис. 4-7
Алгоритмическая запись решения:
1. h , f , h f = K.
2. K n K1 n1, K2 n2.
3. n h n1 h1;
4. n f n2 f2.
Итак, чтобы задать на комплексном чертеже прямую n, перпендикулярную данной плоскости , достаточно построить n1 и n2, расположив их в любом месте чертежа, чтобы n1h1, n2 f2, где h и f - горизонталь и фронталь плоскости, при условии, что h f.
Если плоскость занимает проецирующее положение, то прямая, перпендикулярная ей, является линией уровня (рис. 4-8, 4-9).
Рис. 4-8
Если - горизонтально проецирующая:
П1 h1 = 1, f П1
n h n1 h1; n f n2 f 2; n - горизонталь
Рис. 4-9
Если - фронтально проецирующая:
П2 f2 = 2, h П2.
n h n1 h1; n f n2 f2; n -фронталь
Чтобы лучше понять данное утверждение, нужно вспомнить , какие прямые являются линиями уровня в проецирующих плоскостях. Для этого посмотрите рис. 2-12 и 2-14 в модуле № 2.
Обратная задача.
Чтобы задать на чертеже плоскость, перпендикулярную данной прямой n, достаточно задать проекции горизонтали и фронтали этой плоскости так, чтобы f2 n2, a h1 n1. При этом, очевидно, должно выполняться условие h f (рис. 4-10).
Рис. 4-10
Если прямая n является прямой уровня, то плоскость, перпендикулярная ей, занимает проецирующее положение (рис. 4-11, 4-12) и может быть задана своей главной проекцией 1 или 2.
Если прямая n - горизонталь (рис. 4-11), то плоскость , перпендикулярная ей, является горизонтально проецирующей (1).
Рис. 4-11
Если прямая n - фронталь (рис. 4-12), то плоскость , перпендикулярная ей, является фронтально проецирующей (2).
Рис. 4-12
Если прямая n занимает проецирующее положение, то плоскость, перпендикулярная ей, является плоскостью уровня (рис. 4-13, 4-14).
Прямая n - горизонтально проецирующая (рис. 4-13), n - горизонтальная плоскость уровня (2).
Рис. 4-13
Прямая n - фронтально проецирующая (рис. 4-14), n - фронтальная плоскость уровня(1).
Рис. 4-14
Задача: Через точку К, взятую на прямой общего положения m, провести прямую n, тоже общего положения, перпендикулярную m (рис. 4-15).
Рис. 4-15
Так как прямой угол между прямыми общего положения искажается на обеих плоскостях проекций, то решение задачи на построение взаимно перпендикулярных прямых приходится сводить к задаче на построение взаимно перпендикулярных прямой и плоскости.
При этом используется известное положение, что две прямые перпендикулярны в том, и только в том случае, если через каждую из них можно провести плоскость, перпендикулярную к другой прямой.
Алгоритм решения:
1. Через точку К проводим плоскость , перпендикулярную прямой m. Плоскость задаём пересекающимися горизонталью и фронталью (рис. 4-16), причём, h1 m1, a f2 m2.
Рис. 4-16
2. Так как плоскость (h f) m, то в этой плоскости можно взять некоторую прямую общего положения n, проходящую через точку К (рис. 4-17). Она будет перпендикулярна m. Задаём n1.
Рис. 4-17
3. Известно, что прямую определяют две точки. На n1, кроме К1, возьмём ещё одну точку Р1.
4. Находим n2 в плоскости . Для этого проводим в этой плоскости прямую 12(11 -21). Точка Р1 принадлежит этой прямой, а, следовательно, плоскости . Находим Р2 и проводим прямую n2
Алгоритмическая запись решения:
1. m, = h f = K; h m h1 m1, h2 K2K1; f m f2 m2, f1 K2K1;
2. n = PK, n , n1 = P1K1; P1 1121 P1 P2 n2.
3. n n m.
Известно, что две плоскости взаимно перпендикулярны, если в одной из них лежит прямая, перпендикулярная другой плоскости. Таким образом, построение взаимно перпендикулярных плоскостей общего положения сводится к построению взаимно перпендикулярных прямой и плоскости.
Задача: Через точку К, взятую вне плоскости Г(АВС) провести плоскость Г (рис. 4-18).
Рис. 4-18
Алгоритм:
1. Плоскость (рис. 4-19) задаём пересекающимися прямыми m n = К. Согласно вышесказанному, одна из них должна быть перпендикулярна плоскости Г. Пусть это будет n.
2. В плоскости Г берём горизонталь и фронталь.
3. Через точку К1 проводим n1 h1, а через К2 проводим n2 f2, следовательно, n Г.
4. Прямую m, проходящую через точку К, задаём произвольно.
Таким образом, (n m) Г(АВС).
Рис. 4-19
Алгоритмическая запись решения:
1. h Г h2 h1, f Г f1 f2;
2. = m n = K, n Г n1 h1, n2 f2.
3. Г.
Касательная плоскость - это множество всех касательных прямых, проведённых к данной кривой поверхности и проходящих через одну её точку.
На чертеже плоскость, касательную к поверхности, можно задавать, например, двумя пересекающимися прямыми, каждая из которых является касательной к поверхности в данной точке. Но можно касательную плоскость задавать различными условиями, характер которых зависит от вида поверхности.
Например, к конусу касательную плоскость можно провести так, чтобы она проходила через точку М (рис. 4-20), расположенную вне поверхности конуса. Причём, такая задача имеет два решения, так как через данную точку можно провести две плоскости, касающиеся поверхности конуса по образующим SK и SK', которые в то же время являются касательными, соответственно, t и t'.
Рис. 4-20
Как вы думаете?
1. Сколько плоскостей, касательных к поверхности конуса, можно провести через его вершину без других дополнительных условий?
2. Существуют ли особые точки на поверхностях сферы или эллипсоида, или они состоят только из обыкновенных точек? Для ответа на этот вопрос Вам нужно посмотреть модуль № 1, раздел "Касательная и нормаль к кривой", стр. М1-30.
3. Сколько касательных плоскостей можно провести к эллипсоиду через любую точку на его поверхности?
Задача: Через точку М(М2) на сфере Г с центром в точке О провести плоскость , касательную к её поверхности (рис. 4-21).
Рис. 4-21
Так как любая прямая, принадлежащая касательной плоскости к сфере, будет перпендикулярна к её радиусу, то задача сводится к построению плоскости, перпендикулярной прямой. Плоскость удобно задать двумя пересекающимися прямыми, каждая из которых будет перпендикулярна радиусу сферы.
Алгоритм:
1. Находим М1 по принадлежности сфере (рис 4-22).
Рис. 4-22
2. Проводим R1 и R2 из центра сферы О1 и О2 к точкам М1 и М2.
3. Проводим t1 R1 - это горизонтальная проекция прямой, перпендикулярной радиусу, а, следовательно, касательной к сфере. Поскольку, прямой угол на П1 спроецирован в натуральную величину, то прямая t -горизонталь, и её проекция на П2 будет перпендикулярна линиям связи t2.
4. Аналогично проводим построения второй касательной t', которая перпендикулярна радиусу (рис. 4-23): t2' R2, t1' линиям связи, то есть t' - фронталь.
5. Плоскость (t t') R - касательная к сфере.
Примечание: В данной задаче видимость поверхности не учитывалась.
Рис. 4-23
Алгоритмическая запись решения:
1. М Г М1.
2. ОМ = R O1M1 = R1, O2M2 = R2.
3. (t t') = M; t=h, t R t1 R1, t2 M2M1.
4. t' = f, t' R t2' R2, t1' M2M1.
5. R - Г.
Для решения этой задачи можно использовать другие рассуждения.
1. Для нахождения точки М1 проводим параллель а(а2, а1) на поверхности сферы (рис. 4-24).
Рис. 4-24
2. Проводим t - касательную к окружности а(а1, а2). t1 будет перпендикулярна радиусу сферы R1, а t2, как касательная к а2, совпадёт с а2.
3. Проводим через точку М касательную прямую к окружности с(с1, с2) (рис. 4-25). t2', как касательная к с2, будет перпендикулярна радиусу R2, а t1', как касательная к с1, совпадёт с с1.
Рис. 4-25
4. Конечный результат этой задачи тот же, что и рассмотренный выше, и представлен на рис. 4-23.
К таким задачам относятся: задачи на определение расстояний от точки до прямой, до плоскости, до поверхности; между параллельными и скрещивающимися прямыми; между параллельными плоскостями и т. п.
Все эти задачи объединяют три обстоятельства:
во-первых, поскольку кратчайшим расстоянием между такими фигурами является перпендикуляр, то все они сводятся к построению взаимно перпендикулярных прямой и плоскости.
во-вторых, в каждой из этих задач необходимо определять натуральную длину отрезка, то есть решать вторую основную метрическую задачу.
в-третьих, это сложные по составу задачи, они решаются в несколько этапов, и на каждом этапе решается отдельная, небольшая конкретная задача.
Рассмотрим решение одной из таких задач.
Задача: Определить расстояние от точки М до прямой общего положения а (рис. 4-26).
Рис. 4-26
Алгоритм:
1 этап: Расстояние от точки до прямой есть перпендикуляр. Поскольку прямая а - общего положения, то для построения перпендикуляра к ней необходимо решать задачу, аналогичную приведённой на стр. М4-4 данного модуля, то есть вначале через точку М провести плоскость , перпендикулярную а. Задаём эту плоскость, как обычно, h f, при этом h1 a1, a f2 a2
(рис. 4-27)
Рис. 4-27
2 этап: Для построения перпендикуляра необходимо найти для него вторую точку. Это будет точка К, принадлежащая прямой а. Для её нахождения нужно решить позиционную задачу, то есть, найти точку пересечения прямой а с плоскостью . Решаем 1ГПЗ по третьему алгоритму (рис. 4-28):
- вводим плоскость - посредник Г, Г П1, Г а Г1 = а1;
- Г = b, Г П1 b1(1121) = Г1, b b2(1222) 2.
- b2 a2 = K2 K1.
Рис. 4-28
3 этап: Находим натуральную величину МК методом прямоугольного треугольника
(рис. 4-29).
Рис. 4-29
Полное решение задачи показано на рис. 4-30.
Рис. 4-30
Алгоритмическая запись решения:
1. а, = h f = M, h1 a1, f2 a2.
2. Вводим плоскость - посредник Г,
- Г П1, Г а Г1 = а1;
- Г = b, Г П1 b1(1121) = Г1, b b2(1222) 2.
- b2 a2 = K2 K1.
3. Находим натуральную величину МК.
Выводы:
1. Решение всех метрических задач сводится к решению первой основной метрической задачи - на взаимную перпендикулярность прямой и плоскости.
2. При определении расстояний между геометрическими фигурами всегда используется вторая основная метрическая задача - на определение натуральной величины отрезка.
3. Плоскость, касательную к поверхности в одной точке, можно задать двумя пересекающимися прямыми, каждая из которых является касательной к данной поверхности.
Контрольные вопросы
1. Какие задачи называются метрическими?
2. Какие две основные метрические задачи Вы знаете?
3. Чем выгоднее задать плоскость, перпендикулярную прямой общего положения?
4. Как называется плоскость, перпендикулярная одной из линий уровня?
5. Как называется плоскость, перпендикулярная одной из проецирующих прямых?
6. Что называется плоскостью, касательной к поверхности?
Как вы думаете?
На каком из чертежей проще всего найти натуральную величину расстояния от точки М до прямой а?
Решение многих пространственных задач на комплексном чертеже часто бывает слишком сложным из-за того, что заданные геометрические фигуры расположены произвольно относительно плоскостей проекций и, следовательно, проецируются на эти плоскости в искажённом виде.
В то же время задачи решаются значительно проще в случае частного положения геометрических фигур относительно плоскостей проекций. При этом наиболее выгодным частным положением проецируемой фигуры следует считать:
а) положение, перпендикулярное плоскости проекций;
б) положение, параллельное плоскости проекций.
Переход от общего положения геометрической фигуры к частному можно осуществить за счёт изменения взаимного положения проецируемой фигуры и плоскостей проекций.
Это достигается двумя путями:
во-первых, перемещением плоскостей проекций в новое положение, по отношению к которому проецируемая фигура, которая при этом не меняет своего положения в пространстве, окажется в частном положении;
во-вторых, перемещением в пространстве проецируемой фигуры так, чтобы она заняла частное положение относительно плоскостей проекций, которые при этом не меняют своего положения в пространстве.
Первый путь лежит в основе способа замены плоскостей проекций, второй - способа вращения вокруг проецирующих осей.
Существуют и другие способы преобразования.
Вообще, всякое построение на комплексном чертеже, отображающее определённые построения в пространстве, и приводящее к образованию новых полей проекций, называется преобразованием комплексного чертежа.
Рассмотрим два основных способа преобразования комплексного чертежа.
Сущность способа состоит в том, что одна из плоскостей проекций (П1 или П2) (рис. 4-31) заменяется новой плоскостью проекций так, чтобы геометрическая фигура, занимая общее положение в системе плоскостей проекций П1 – П2, в новой системе плоскостей проекций (например, П1 – П4), оказалась бы в частном положении (т.е. меняем П2 на П4). При этом не должен нарушаться принцип метода Монжа, то есть новая плоскость проекций, например, П4, должна быть перпендикулярна остающейся плоскости проекций П1.
Рис. 4-31
При построении проекции геометрической фигуры на новую плоскость проекций П4 расстояние от фигуры до остающейся плоскости проекций П1 сохраняется неизменным.
Рассмотрим построение точки на новую плоскость проекций:
В системе П1 – П2 задана точка А (рис. 4-32). Ввести новую плоскость проекций П4 взамен П2 , и построить проекцию точки А на П4.
Рис. 4-32
Алгоритм:
1. Имеем систему плоскостей проекций П1 – П2 - база отсчёта х12.
2. Меняем П2 на П4; П4 П1. В системе П1 – П4 база отсчёта х14. Проводим АА4 П4; но П4 П1, следовательно АА4 П1, значит АА4 = А12 и А12 х14; тогда А42 А1А и 2А4 = 1А2.
3. Далее, используя метод Монжа, поворачиваем П4 вправо до совмещения её с П1. Получаем П4(совм.). Точка А4 займёт положение А4(совм). Расстояние 2А4 = 2А4(совм.).
Рис. 4-33
Алгоритм:
1. Фиксируем имеющуюся систему плоскостей проекций (рис. 4-33), то есть, проводим базу отсчёта х12; х12 А1А2 (линиям связи).
2. Меняем П2 на П4, проводим новую базу отсчёта х14. Так как у нас пока нет конкретной цели преобразования, то новую базу отсчёта х14 выбираем произвольно, например, аналогично той, что на пространственном чертеже.
3. Фиксируем новую систему плоскостей проекций П1 – П4.
4. Проводим в новой системе линию связи А1А4 х14.
5. Откладываем расстояние 2А4 = 1А2.
Построение других фигур на новую плоскость проекций сводится к аналогичному построению стольких точек, сколько определяет данную фигуру. Например, для прямой строим 2 точки, для плоскости - 3 точки и т.д.
Всё многообразие задач, решаемых с помощью преобразования комплексного чертежа, сводится к четырём основным.
Преобразовать комплексный чертёж так, чтобы прямая общего положения в новой системе
плоскостей проекций стала бы прямой уровня (рис. 4-31).
Для иллюстрации этой задачи возьмём отрезок общего положения АВ (рис. 4-34а).
|
а) |
б) |
в) |
г) |
Рис. 4-34
Алгоритм:
1. Фиксируем систему плоскостей проекций П1 –П2, т.е. проводим базу отсчёта х12(рис. 4-34б).
2. Меняем П2 на П4. Новую плоскость проекций П4 выбираем так, чтобы отрезок АВ был бы параллелен ей, т.е. П4 П1 и АВ || П4.
3. Новую базу отсчёта х14 проводим параллельно А1В1, таким образом, фиксируем систему П1 – П4 (рис. 4-34в). От точек А1 и В1 проводим линии связи, перпендикулярные х14.
4. Откладываем расстояния: 2А4 = 1А2 и x14В4 = х В (рис. 4-34г).
5. В системе П1 – П4 отрезок АВ - прямая уровня, а её проекция А4В4 - натуральная величина АВ.
Алгоритмическая запись решения:
1. x12 A2A1
2. П2 П4;
П4 П1; П4 AB x14 A1B1
3. Расстояние 2A4 = 1A2; x14B4 = x12B2
4. A4B4 = AB
Преобразовать комплексный чертёж так, чтобы прямая общего положения в новой системе плоскостей проекций стала бы проецирующей (рис. 4-35).
Рис. 4-35
Вторая задача решается после того, как решена первая. Поэтому одним преобразованием нельзя прямую общего положения поставить в проецирующее положение.
Алгоритм:
1. Решаем первую основную задачу преобразования комплексного чертежа на примере отрезка АВ (рис. 4-36).
Рис. 4-36
2. Меняем плоскость П1 на П5. Новую плоскость проекций П5 выбираем так, чтобы отрезок АВ был перпендикулярен ей, при этом П5 должна быть перпендикулярна П4 (остающейся плоскости проекций).
3. Так как отрезок АВ в новой системе плоскостей проекций П4 – П5 должен быть проецирующим, то новую базу отсчёта х45 выбираем перпендикулярно А4В4 (рис. 4-37). Проводим линию связи.
Рис. 4-37
4. Откладываем расстояния: 3А5 = 2А1, х45В1 = х14В1. Поскольку x14 А1В1, то эти расстояния равны и точки А5 и В5 совпадут.
5. Отрезок АВ в системе П4 – П5 - проецирующий, а его проекция А5В5 - точка.
Алгоритмическая запись решения:
1. х12 А2А1
2. П2 П4,
П4 П1; П4 АВ x14 A1B1
3. Расстояние 2А4 = 1А2; х14В4 = х12В2.
4. П1 П5,
П5 П4; П5 AB x45 A4B4
5. Расстояние 3А5 = 2А1; х45В5 = х14В1.
6. А5 = В5 - точка.
Преобразовать комплексный чертёж так, чтобы плоскость общего положения стала бы проецирующей (рис. 4-38).
Рис. 4-38
Алгоритм:
1. Зададим плоскость треугольником АВС. (рис. 4-39а).
2.Фиксируем систему плоскостей проекций П1 – П2, то есть проводим базу отсчёта х12
(рис. 4-39б).
|
а) |
б) |
Рис. 4-39
3. Меняем П2 на П4, П4 П1.
4. Так как, исходя из условий задачи, плоскость АВС на новую плоскость проекций П4 должна спроецироваться в прямую линию А4В4С4(рис. 4-38), то одна из линий уровня этой плоскости (h или f) спроецируется на эту линию в точку (см. рис. 2-12, 2-14, стр. М2-6).
Если мы заменяем П2 на П4, то это будет горизонталь; если меняем П1 на П4, то это будет фронталь. Таким образом, мы должны в плоскости АВС взять горизонталь h, П4 выбрать перпендикулярно этой горизонтали, следовательно, новую базу отсчёта х14 проводим перпендикулярно h1 (рис. 4-39в), тем самым фиксируем систему П1 – П4.
5. Откладываем расстояния: х14А4 = х12А2, х14В4 = х12В2, х14С4 = х12С2.
6. В новой системе П1 – П4 плоскость АВС - проецирующая, а её главная проекция А4В4С4 -прямая линия.
Алгоритмическая запись решения:
1. х12 А2А1
2. П2 П4,
П4 П1; П4 АВС; П4 h x14 h1
3. Расстояние х14А4 = х12А2, х14В4 = х12В2, х14С4 = х12С2.
Преобразовать комплексный чертёж так, чтобы плоскость общего положения стала бы плоскостью уровня.
Алгоритм:
1. Четвёртая задача одной заменой не решается, вначале нужно решить третью задачу (рис. 4-40а).
Рис. 4-40а
2. Вводим новую плоскость проекций П5, то есть, меняем П1 на П5. П5 должна быть перпендикулярной остающейся плоскости проекций, то есть П4.
3. Относительно плоскости АВС плоскость П5 выбираем так, чтобы она была параллельна ей, то есть, в системе П4 – П5 плоскость АВС должна стать плоскостью уровня
4. Базу отсчёта х45 проводим параллельно А4В4С4.
5. Проводим в новой системе линии связи перпендикулярно х45 от точек А4, В4, С4.
6. Откладываем расстояния: х45А5 = х14А1, х45В5 = х14В1, х45С5 = х14С1.
7. В системе П4 – П5 плоскость АВС есть плоскость уровня, а её проекция А5В5С5 -натуральная величина треугольника АВС.
Рис. 4-40б
Алгоритмическая запись решения:
1. х12 А2А1
2. П2 П4,
П4 П1; П4 АВС; П4 h x14 h1
3. Расстояние х14А4 = х12А2, х14В4 = х12В2, х14С4 = х12С2.
4. П1 П5,
П5 П4; П5 АВС x45 A4B4C4
5. Расстояние х45А5 = х14А1, х45В5 = х14В1, х45С5 = х14С1
6. А5В5С5 = АВС
В этом разделе Вы узнаете, каким образом преобразовать комплексный чертеж, не меняя положение плоскостей проекций, чтобы соответствующая фигура в конкретной задаче заняла бы частное положение.
Если заданные фигуры занимают общее, случайное, часто неудобное с точки зрения поставленной задачи положение относительно плоскостей проекций, следует привести их в удобное положение. Очевидно, для этого нужно посмотреть на объект с другой точки зрения (ввести новую плоскость проекций), как было показано выше, или повернуть объект.
Рассмотрим сначала вращение точки вокруг оси, перпендикулярной П1.
Задача: Точку А (рис. 4-41) повернуть в пространстве вокруг оси i П1 на некоторый угол по ходу часовой стрелки.
Рис. 4-41
Построение пространственной модели (рис. 4-42).
Рис. 4-42
Через точку А провести плоскость , перпендикулярную оси вращения (и, следовательно, параллельную П1). В плоскости на оси i ( i) отметить точку O. Это центр вращения. При вращении точка А описывает в плоскости окружность, радиус которой определяется как расстояние от точки А до оси (АO). После поворота точки А на угол , точка занимает положение А. Так как плоскость П1, то окружность проецируется на П1 без искажения. Но П2, следовательно, все точки принадлежащие , совпадут с 2(т.е. окажутся на прямой 2). Таким образом, при выполнении операции вращения должны присутствовать пять основных геометрических элементов:
1. i - ось вращения
2. А - вращаемая точка
3. - плоскость вращения точки А (А , i).
4. O - центр вращения точки А (O = i ).
5. АO - радиус вращения точки.
Часто задается угол вращения .
Комплексный чертеж (рис. 4-43)
Рис. 4-43
По комплексному чертежу видно, что при вращении точки вокруг проецирующей оси, одна из проекций вращаемой точки перемещается по окружности, а другая проекция точки перемещается по прямой, перпендикулярной оси вращения.
Примеры применения способа вращения точки вокруг проецирующей оси:
i П1 (рис. 4-44 а,б) и i П2 (рис. 4-45 а,б)
|
а) пространственная модель |
б) комплексный чертеж |
Рис. 4-44
|
а) пространственная модель |
б) комплексный чертеж |
Рис. 4-45
Вращение других геометрических фигур сводится к вращению конечного числа точек, определяющих данную фигуру. При этом необходимо иметь в виду следующее:
1. Точки, лежащие на оси, не меняют своего положения.
2. Остальные точки вращаются в плоскостях, перпендикулярных оси вращения.
3. Все вращающиеся точки геометрической фигуры поворачиваются в одну сторону и на один и тот же угол.
4. Если ось вращения перпендикулярна какой-либо плоскости проекций, то проекции на эту плоскость вращающейся фигуры в любом ее положении (относительно оси) равны между собой. При этом угол поворота оригинала равен углу поворота его проекции, а траектории движения точек проецируются без искажения.
Перевести прямую общего положения - в частное, т.е. чтобы прямая общего положения после поворота оказалась параллельной одной из плоскостей проекций. Прямую АВ (рис. 4-46) поставить в положение фронтали.
Рис. 4-46
Чтобы прямую АВ (рис 4-47 а) поставить в положение фронтали, необходимо установить А1В1 линиям связи (А1В1 А1А 2)
Алгоритм (рис. 4-47)
1. Выбираем ось вращения i П1; i А (рис. 4-47б)
2. Радиус вращения: R = А В .
3. Вращаем А1В1 вокруг оси i1 = А1 до положения, когда А1В1 станет А1А2. (рис. 4-47в)
4. Точка А2 останется на оси i2, все другие точки прямой переместятся по прямым, перпендикулярным линиям связи. Точка В2 переместится в положение В2’.
5. Отрезок АВ’ - фронталь АВ = А2В2’ (рис. 4-47г)
6. Угол - угол наклона АВ к П1.
|
а) AB – прямая общего положения |
б) i П1 |
в) Прямая AB заняла положение фронтали |
г) AB(AB’) - фронталь |
Рис. 4-47
Прямую общего положения СD поставить в положение проецирующей прямой.
Алгоритм
1. Одним простым вращением нельзя прямую общего положения поставить в положение проецирующей, поэтому сначала решают задачу №1: прямую СD поставить в положение горизонтали.
2. Выбираем ось вращения i П2; i С (рис. 4-48, б)
3. Радиус вращения: R = С2D2
4. Вращаем C2D2 вокруг оси i2 = C2 до положения, когда C2D2 станет C1C2 (рис. 4-48 в).
5. Точка C1 останется на оси i1, все другие точки прямой переместятся по прямым, перпендикулярным линиям связи. Точка D1 переместится в положение D1’
6. Отрезок CD’ - горизонталь CD = C1D1’ (рис. 4-48, г)
7. Угол - угол наклона CD к П2.
|
а) CD – прямая общего положения |
б) |
в) Прямая CD заняла положение горизонтали |
г) CD(CD’) - горизонталь |
Рис. 4-48
8. Проводим второе вращение. Ось i2 выбираем П1, i 2 D1; i12 = D11; i22 D11D21 (рис. 4-49а);
9. Радиус вращения: R = C1D11 .
10. Вращаем C1D11 до положения, когда C1D11 станет линиям связи, и станет равной С12D11 (точка D11 не вращается).
11. Точка С2, двигаясь по прямой, займет положение D21, т.е. С22 = D21 (рис. 4-49 в)
12. Отрезок С2D1 - проецирующий, С2D1 П2 .
13. Общий вид решения показан на рис. 4-49 б.
|
а) Задача №2 |
б) Задача №1 и №2 |
в) CD(C2D1) – проецирующая прямая |
Рис. 4-49
Плоскость общего положения поставить в положение проецирующей, Г(АВС) П2
Алгоритм
Рассмотрим преобразование плоскости общего положения Г(АВС) во фронтально проецирующую (Г П2), но две плоскости друг другу, если одна из них Г(АВС) содержит перпендикуляр к другой (П2). Что это за прямая? Такой прямой для Г(АВС) может быть только горизонталь, занимающая фронтально проецирующее положение (задача № 27 в рабочей тетради). Значит в плоскости Г(АВС) нужно провести горизонталь и повернуть ее горизонтальную проекцию линиям связи.
1. Проводим в плоскости горизонталь h (h1 h2) через точку С.
2. Выбираем положение ось i1 П1, i1 С (рис. 4-50 а).
3. Поворачиваем горизонталь h вокруг оси пока она не займет положение h П2, т.е. h1 линиям связи, Rh = C111 (рис. 4-50 б)
4. Поворачиваем точки А и В в ту же самую сторону, на тот же самый угол, что и горизонталь, Rh = С1А1 , RB = С1В1 (рис. 4-50 в).
5. Фронтальные проекции точек А(А2) и В(В2) перемещаются по прямым, линиям связи и занимают положение А21 и В21.
|
а) Г(АВС) – плоскость общего положения |
б) |
в) |
Рис. 4-50
6. Плоскость Г займет фронтально проецирующее положение (Г21 -вырождается в прямую линию) Г21 - главная проекция (рис.4-50 г).
7. Новое положение плоскости Г(Г21) показано на (рис. 4-50 д).
|
г) Задача №3 |
д) Плоскость Г(А1В1С1) П2 |
Рис. 4-50
Плоскость общего положения поставить в положение плоскости уровня, Г(АВС) П1
Алгоритм
1. Одним простым вращением нельзя плоскость общего положения поставить в положение плоскости уровня, поэтому сначала решаем задачу №3 (рис. 4-50).
2. Произведем второе вращение. Ось вращения i2 П2, i2 В1 (рис. 4-51 а).
3. Поворачиваем Г21 до положения, когда Г22 станет линиям связи (рис. 4-51 б).
4. Точки А11, С11 переместятся по прямым до положения А12, С12.
5. Плоскость Г2 -плоскость уровня Г22 - ее главная проекция, Г12 - натуральная величина АВС.
|
а) Плоскость Г (А1В1С1) П2 |
б) Задача №4 |
Рис. 4-51
6. Полное решение показано на рис. 4-51 в.
Задачи №3 и №4
Рис. 4-51в
Как вы думаете?
На каком из чертежей уже присутствует натуральная величина треугольника АВС?
Преобразование комплексного чертежа часто используется при решении метрических задач. В этом случае конечной целью преобразования чертежа является получение такой проекции оригинала, на которой можно было бы видеть в натуральную величину геометрический элемент, связанный с искомой метрической характеристикой.
Такое положение оригинала относительно некоторой плоскости проекций, при котором по проекции можно непосредственно определить нужную метрическую характеристику, называется решающим положением оригинала.
1. Например: Заданы две параллельные прямые а и b (рис. 4-52). Требуется определить расстояние между ними.
Рис. 4-52
В этом случае решающим положением параллельных прямых будет положение перпендикулярности к плоскости проекций. Так как прямые а и b являются фронталями, то, чтобы поставить их в проецирующее положение, потребуется только одна замена (то есть, нужно решить вторую задачу преобразования комплексного чертежа). Для решения выбираем способ замены плоскостей проекций.
Алгоритм решения (рис. 4-53):
1. П1 П4,
П4 П2; П4 а, b x24 a2b2
2. Расстояние х24а4 = х12а1; х24b4 = х12b1.
3. a4, b4 - точки.
Рис. 4-53
Таким образом, прямые а и b на П4 проецируются в точки, и расстояние между а4 и b4 определяет расстояние между прямыми а и b. Возвращаем это расстояние в систему П2 – П1 (1222 -1121).
2. Например, для нахождения натурального вида плоской фигуры решающим положением является такое, при котором плоскость, в которой расположена эта фигура, параллельна какой-нибудь плоскости проекций (см. четвёртую задачу преобразования комплексного чертежа, стр. М4-16, рис. 4-40б).
Следует отметить, что для решения ряда задач данный оригинал может иметь несколько решающих положений. Так, например, в задаче на определение расстояния от точки до прямой легко можно увидеть два решающих положения:
1. Когда данная прямая будет перпендикулярна какой-нибудь плоскости проекций (решается вторая основная задача преобразования комплексного чертежа) (рис. 4-54).
|
а) |
б) |
в) |
Рис. 4-54
2. Когда плоскость, определяемая заданными прямой и точкой, займёт положение, параллельное какой-нибудь плоскости проекций (решается четвёртая задача преобразования комплексного чертежа) (рис. 4-55).
|
а) |
б) |
в) |
Рис. 4-55
Несмотря на огромное разнообразие метрических задач, можно записать единый алгоритм их решения с использованием преобразования комплексного чертежа:
Всё вышеизложенное рассмотрим на примере конкретной конструктивной задачи.
Задача: Построить проекции равностороннего треугольника АВС, принадлежащего плоскости Г(h f), если его сторона АВ задана (рис. 4-56).
Рис. 4-56
Алгоритм:
1. Чтобы построить проекции треугольника АВС, необходимо сначала определить его истинный вид. В этом случае решающим положением оригинала (АВС) является то, при котором плоскость треугольника параллельна плоскости проекций. Для этого плоскость Г(h f) нужно поставить в положение плоскости уровня.
2. Чтобы плоскость Г поставить в положение плоскости уровня, требуется решить четвёртую задачу преобразования комплексного чертежа. Выбираем способ замены плоскостей проекций. Для решения четвёртой задачи требуется выполнить две замены.
3. Фиксируем систему П1 –П2, то есть, проводим х12 (рис. 4-57).
Рис. 4-57
4. Меняем П2 на П4.
П4 П1; П4 Г ; П4 h x14h1
Так как плоскость Г на П4 спроецируется в прямую линию, то для её построения требуется всего 2 точки: Расстояние х1414 = х1212, х14А4 = х12А2. Г4 - главная проекция.
5. Меняем П1 на П5.
П5 П4; П || Г x45 Г
Расстояние х4515 = х1411, х45А5 = х14А1.
6. В системе П4 – П5 плоскость Г - плоскость уровня, поэтому отрезок А5В5 - натуральная величина АВ, и треугольник АВС спроецируется на П5 в натуральную величину. Для его построения из точек А5 и В5 откладываем отрезки, равные А5В5, и получаем точку С5. Проекция А5В5С5 - натуральная величина равностороннего треугольника АВС.
7. Возвращаем точку С в систему П1 – П2 в обратном порядке (рис. 4-58).
Сначала находим С4 на Г4, проведя линию связи от С5 перпендикулярно х45.
Рис. 4-58
8. От С4 проводим линию связи в системе П1 – П4 и откладываем расстояние х14С1 = х45С5.
9. От С1 проводим линию связи в системе П1 – П2 и откладываем расстояние х12С2 = х14С4.
10. Мы построили проекции равностороннего АВС, принадлежащего плоскости Г(h f).
Общая схема решения показана на рис. 4-59:
Рис. 4-59
Задача: Определить расстояние между прямыми а и b (рис. 4-60).
Рис. 4-60
Алгоритм:
1. В данной задаче параллельными прямыми а и b задана горизонтально проецирующая плоскость (а b). Чтобы расстояние между прямыми оказалось на чертеже в натуральную величину, решающим положением оригинала является такое, при котором плоскость стала бы плоскостью уровня. Для этого необходимо решить четвёртую задачу преобразования комплексного чертежа.
2. Для преобразования выбираем способ вращения вокруг проецирующей оси. Так как плоскость проецирующая, то для достижения цели достаточно одного вращения.
3. Выбираем ось вращения i так, чтобы она была горизонтально проецирующей (рис. 4-61а).
4. Радиус вращения R = i111
5. Вращаем проекцию плоскости вокруг оси i1 до момента, когда она станет перпендикулярной линиям связи, и займёт положение 1' (рис. 4-61б).
6. Фронтальные проекции точек 12 и 22 совершат движение вправо по прямым, перпендикулярным линиям связи, и займут положение 12' и 22'.
7. Прямые а2' и b2' - прямые уровня и расстояние между ними КР - натуральная величина расстояния между прямыми а и b (рис. 4-61в).
8. Возвращаем расстояние на П2 в обратном порядке (рис. 4-61г) - получаем К2Р2.
|
а) |
б) |
в) |
г) |
Рис. 4-61
Как вы думаете?
В каком случае проще решается задача на пересечение конуса Г с плоскостью?
Многие позиционные задачи, главным образом, задачи на пересечение поверхностей с прямыми или плоскостями общего положения, удобно решать с помощью преобразования комплексного чертежа. В этом случае конечной целью преобразования является получение такой проекции оригинала, при которой участвующие в пересечении прямая или плоскость находятся в частном положении. Тогда в новом положении решение задачи значительно упрощается. При необходимости проекции общего элемента возвращают в исходный чертёж в обратном порядке.
Рассмотрим вышесказанное на конкретном примере.
Задача: Найти точки пересечения сферы с прямой а (рис. 4-62).
Рис. 4-62
Алгоритм:
1. Выбираем решающее положение оригинала. Оно должно быть таким, чтобы прямая а и окружность b на сфере (рис. 4-63), лежащие в одной плоскости, оказались бы в натуральную величину. Для этого плоскость окружности Г должна быть плоскостью уровня. Выбираем способ замены плоскостей проекций.
Рис. 4-63
2. Так как плоскость Г- проецирующая, то требуется одна замена.
3. Решаем четвёртую задачу преобразования комплексного чертежа. Фиксируем систему П1 – П2, проводим базу х12.
4. Меняем П1 на П4. П4 П2, П Г х24 Г2.
5. От точки О2 проводим линию связи в системе П2 – П4 перпендикулярно Г2 и откладываем расстояние х24О4 = х12О1. Получили центр окружности b, и проводим окружность b4 радиусом R.
6. Проецируем прямую а на П4. Для этого на ней отметим точки 1 и 2 и откладываем расстояния: х2414 = х1211, х2424 = х1221. Получили а4.
7. Там, где а4 пересечётся с b4, будут точки M4 и N4.
8. Возвращаем точки M и N в систему П2 – П1 в обратном порядке по принадлежности прямой а (рис. 4-64).
Рис. 4-64
9. Видимость точек можно определить, например, так, как обычно определяют её на сфере: точка М2 расположена выше экватора М1 - видимая, точка N2 - ниже экватора N2 - невидимая. Точка М1 расположена ближе плоскости фронтального меридиана М2 - видимая, точка N1 - дальше плоскости фронтального меридиана N2 - невидимая.
Выводы:
1. Преобразование комплексного чертежа значительно упрощает решение метрических и позиционных задач.
2. При решении конструктивных задач важным моментом является выбор решающего положения оригинала.
3. Несмотря на разнообразие конструктивных задач, существует единый алгоритм их решения.
1-2 2-4,5 3-4,5 4-4 5-6 6-1
1-6 2-1 3-3 4-3 5-4 6-2 7-5