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 №1
Тольятти 2007
УДК 514.18(076)
ББК 22.15.3
Н36
Рецензент:
к.т.н., доцент А.Г. Егоров (ТГУ).
Н36 Начертательная геометрия. Модуль №1: учеб.-метод. Пособие / сост. Т.А. Варенцова, Г.Н. Уполовникова. – Тольятти : ТГУ, 2007.- 40 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
|
[0.1] Предмет и метод курса [0.2] Символика и обозначения [0.2.1] Примеры символической записи [0.3] Цель и задачи курса [0.4] Краткая история начертательной геометрии [1] Методы проецирования. Основные свойства проецирования. Комплексный чертеж точки, прямой линии, кривой линии [1.1] Методы проецирования [1.1.1] Аппарат проецирования [1.1.2] Центральное проецирование [1.1.3] Параллельное проецирование [1.1.4] Свойства параллельных проекций [1.1.5] Ортогональное проецирование. Свойства ортогонального проецирования [2] Метод Монжа [2.1] Доказательство обратимости чертежа Монжа [3] Трёхкартинный комплексный чертёж точки [3.1] Связь ортогональных проекций точки с её прямоугольными координатами [4] Контрольные вопросы [4.1] Тест № 1 [5] Комплексный чертеж линии [5.1] Задание прямой на комплексном чертеже [5.1.1] Прямые общего положения [5.1.2] Прямые уровня [5.1.3] Горизонталь [5.1.4] Фронталь [5.1.5] Профильная прямая [5.1.6] Проецирующие прямые [5.1.7] Фронтально проецирующая прямая [5.1.8] Профильно проецирующая прямая [6] Контрольные вопросы [6.1] Тест №2 [7] Взаимное положение прямых на комплексном чертеже [7.1] Пресекающиеся прямые [7.2] Параллельные прямые [7.3] Скрещивающиеся прямые [8] Контрольные вопросы [8.1] Тест №3 [9] Справочный материал [10] Комплексный чертеж кривых линий [10.1] Метод хорд [10.2] Касательная, нормаль к кривой [10.3] Особые точки кривых линий [10.4] Свойства проекций кривых линий [10.5] Некоторые плоские кривые линии [10.5.1] Эллипс [10.5.2] Парабола [10.5.3] Гипербола [10.5.4] Эвольвента [11] Комплексный чертеж пространственной кривой. Цилиндрическая винтовая линия [12] Ответы на тесты - № 1, 2, 3 [12.1] Тест № 1 [12.2] Тест № 2 [12.3] Тест № 3 [13] Примеры положения точки и прямой относительно плоскостей проекций [13.1] Задание прямых на комплексном чертеже |
Введение
Как вы думаете?
1) В начертательной геометрии при изучении метода проецирования рассматривается не геометрическая фигура, а ее проекции («тень») на соответствующие плоскости проекций. А где же, в таком случае, находится сам предмет?
2) Каким это образом по трем искаженным (в общем случае) проекциям геометрической фигуры (а тень очень редко соответствует своему оригиналу) можно определить ее конфигурацию и положение в пространстве?
3) Почему, проецируя предмет на три взаимно перпендикулярные плоскости проекций, которые пересекаются по осям x, y, z, в начертательной геометрии чаще пользуются безосными чертежами?
4) В начертательной геометрии утверждается, что предмет проецируется, в общем случае, на плоскости проекций с искажением. Тогда почему "искаженные проекции" облегчают процесс выполнения и чтения чертежа?
Ответить на эти вопросы Вы сможете, изучив курс Начертательной геометрии.
Данный курс рассчитан на студентов инженерно - технических специальностей ТГУ и соответствует государственной программе курса начертательной геометрии. Начертательная геометрия является фундаментальной дисциплиной развития научно - технической базы каждой страны.
Начертательная геометрия изучает пространственные формы и их отношения, используя метод проецирования («начертания»), с помощью которого строятся различные изображения, в том числе и технические чертежи. В теории изображения изучаются законы построения отображений различных фигур на плоскости. На основе этих законов выполняются чертежи как сложнейших машин и механизмов, так и простых деталей и моделей, а также формируется возможность изображать и такие предметы, которые существуют лишь в воображении человека.
Чертеж имеет исключительно большое значение в практической деятельности человека. Он является средством выражения замысла ученого, конструктора и основным производственным документом, по которому осуществляется строительство зданий и инженерных сооружений, создание машин, механизмов и их составных частей. Начертательная геометрия является основой графической грамотности и позволяет просто и наглядно решать графическими методами многие важные теоретические и практические задачи. В настоящем учебном пособии изложен краткий курс начертательной геометрии, базирующийся на положениях высшей геометрии, которая имеет многочисленные разделы (например, элементарная, аналитическая, проективная).
Цель курса:
1. Дать студенту геометрическое образование.
2. Помочь овладеть теорией изображений, а это значит научиться решать две основные
Задачи курса:
1. Моделирование пространства - это умение по оригиналу построить его плоское изображение;
2. Реконструирование пространства - это умение по плоскому изображению восстановить оригинал.
Первые попытки построения проекционных изображений уходят в далекие времена. Еще в Древнем Египте при возведении сооружений применялись планы и фасады, т.е. использовались
Накопленные знания по теории и практике изображения систематизировал и обобщил французский ученый Гаспар Монж (1746-1818). Работа Монжа Начертательная геометрия была опубликована в 1795 г как учебное пособие.
В России курс начертательной геометрии впервые начал читать в 1810 г К. И. Потье, ученик Монжа.
В 1812 г вышел в свет первый в России оригинальный курс начертательной геометрии Я. А. Севастьянова.. Большой вклад внесли в развитие начертательной геометрии проф. Н. И. Макаров, В.И Курдюмов, Н.А Рынин, И. И. Котов, Н.С. Кузнецов и др.
В этом разделе Вы познакомитесь с понятием несобственных элементов (точек, прямых, плоскостей), которые упрощают решение многих задач
Тень от треугольника может иметь форму треугольника или полосы (Рис. 1-1 и 1-2)
Рис. 1-1
Тень от треугольника имеет форму треугольника
Рис. 1-2
Тень от треугольника имеет форму полосы
Как Вы думаете?
Какие еще формы может принимать тень от треугольника?
В курсе элементарной геометрии изучается трехмерное пространство, названное евклидовым по имени греческого ученого Евклида, описавшего его основные своиства и закономерности. Однако положений евклидовой геометрии недостаточно для выполнения некоторых операций проецирования.
Развитие науки привело к расширению понятия пространства, так как вселенная представляется теперь состоящей из искривленных пространств. Это позволило дополнить привычное для нас евклидово пространство новыми элементами - бесконечно удаленной точкой, прямой, плоскостью. Для того, чтобы получить соответствующие элементы в тех случаях, когда их не оказывается при выполнении операции проецирования, достаточно потребовать, чтобы две параллельные прямые считались пересекающимися, при этом точку их пересечения называют несобственной точкой или бесконечно удаленной. Это понятие было введено в 1636 году французским математиком Жаном Дезаргом, графические доказательства [Фролов, стр. 14].
Будем считать, что:
1) две параллельные прямые пересекаются в единственной несобственной точке
m n m n = М
2) две параллельные плоскости пересекаются по единственной несобственной прямой:
Г Г = а
Рис. 1-3
Рис. 1-4
Вывод.
Несобственные элементы позволяют создать более строгую теорию метода проецирования.
В этом разделе Вы освоите основной метод начертательной геометрии - проецирование. Рассмотрите центральное проецирование; параллельное проецирование; ортогональное проецирование.
Основной метод начертательной геометрии - метод проецирования
Различают:
1. центральное проецирование
2. параллельное проецирование
3. ортогональное проецирование
Рис. 1-5
П1 -плоскость проекций (картинная плоскость)
S - центр проецирования
А - точка в пространстве
А1 - проекция точки
lA - проецирующий луч
Спецификой курса начертательной геометрии является то, что изучение ведется на абстрактных геометрических фигурах: точка, линия, плоскость, поверхность. Мы будем изучать принципы построения изображений этих фигур на плоскости.
Прежде всего дадим определение простейшим геометрическим фигурам: точке и линии.
Точка - это нульмерная геометрическая фигура, неделимый элемент пространства, т.е. она не может быть определена другими более элементарными понятиями.
Обозначается - А,В,С...- прописными буквами латинского алфавита. или цифрами. Точка не имеет размеров, то что мы показываем на чертеже точку в виде какой - то площади, пересечением двух линий или кружочком, является лишь ее условным изображением.
Линия - одномерная геометрическая фигура, обозначается строчными буквами латинского алфавита - а,в,с...В начертательной геометрии линия определяется кинематически, как траектория непрерывно движущейся точки в пространстве, а рассматриваются следующие линии:
1. Прямая
2. Отрезок
3. Ломаная - состоящая из отрезков
4. Кривая
Проецирование, когда проецирующий луч проходит через фиксированную точку S, называется центральным. На рис. 1-6 показано построение центральных проекций некоторых точек и прямой.
Рис. 1-6
П1 -плоскость проекций (картинная плоскость)
S - центр проецирования
В, С, D - точки в пространстве
С1, В1, D1 - проекции точек
lB, lC, lD - проецирующие лучи
- плоскость, проведенная через центр проецирования S и прямую а.
АМ - прямая в пространстве
А1М1 - проекция прямой (или отрезка)
Через точку S (центр проецирования) и точку В проведем проецирующий луч lВ, отметим точку пересечения проецирующего луча с картинной плоскостью: S lВ, B lВ, lВ П1 = В1, на чертеже видно, что каждой точке пространства соответствует единственная проекция на плоскости.
Аналогично точке В можно построить проекцию любой точки пространства, например точки С
С1 = lС П1, если С П1, то С = С1.
Если lD П1, то проекцией точки D D1 служит несобственная точка плоскости П1.
По принципу центрального проецирования работают фото - и кинокамеры. Упрощенная схема работы человеческого глаза близка к этому виду проецирования. Изображения, построенные по принципу центрального проецирования, наиболее наглядны и их широко используют в своей работе архитекторы, дизайнеры, геологи и др.
Описанным методом центрального проецирования может быть построена проекция любой точки геометрической фигуры, а, следовательно, и проекция самой фигуры. Например , центральную проекцию отрезка АМ на плоскость П1 можно построить как линию пересечения плоскости , проведенной через центр S и прямую АВ, с плоскостью проекций. Так как две плоскости пересекаются по единственной прямой, то проекция прямой есть прямая, и притом, единственная, т. е. S, АМ; П1 А1М1.
Проецирование называется параллельным, если центр проецирования удален в бесконечность, а все проецирующие лучи параллельны заданному направлению s.
s - направление проецирования
Чтобы найти точку А1 - параллельную проекцию точки А, построенную по направлению s на плоскости проекций П1, нужно через точку А провести проецирующий луч lA, параллельный прямой s, и определить точку его пересечения с плоскостью П1:
lA A, lA s, lA П1 = А1
Точка А1 является параллельной проекцией как для точки А, так и для точек А1 и А2
Рис. 1-7
Геометрическая фигура в общем случае проецируется на плоскость проекций с искажением, но некоторые свойства оригинала сохраняются в проекциях при любом преобразовании и называются его инвариантами (остаются неизменными).
Первое свойство. Проекция точки на плоскость проекций есть точка.
Важно не само свойство, а следствие из него:
Каждой точке пространства соответствует одна и только одна точка на плоскости проекций. Доказательством может служить то, что через точку А можно провести только одну прямую, параллельную заданному направлению проецирования, и эта прямая пересечется с плоскостью проекций только в одной точке.
lA A, lA s, lA П1 = А1
Второе свойство. Проекция прямой линии в общем случае есть прямая.
Г a, Г П1 a1
Если прямая параллельна направлению проецирования, то она вырождается в точку.
lC C, lC s, lC П1 = C1; C1 - точка
Рис. 1-8
Третье свойство – принадлежности. Если точка принадлежит прямой, то проекция точки
принадлежит проекции прямой, К а К1 а1
Это свойство следует из определения проекции фигуры, как совокупности проекций всех ее точек (см. рис. 1-8)
Четвертое свойство - свойство простого соотношения трех точек. Если точка делит отрезок в некотором отношении, то и проекция этой точки делит отрезок в том же отношении (см. рис. 1-8).
AK : KB = A1K1 : K1B1
Пятое свойство. Если прямые в пространстве параллельны, то их проекции .
m n m1 n1, т. к. Г (Рис 1-9)
Рис. 1-9
Шестое свойство. Отношение длин отрезков параллельных прямых равно отношению длин их проекций, АВ СD А1В1 С1D1 (Рис 1-9)
Седьмое свойство. Проекция геометрической фигуры не изменяется при параллельном переносе плоскостей проекций: A1B1C1 = A1B1C1
Рис. 1-10
Если П1 П11, то А1А11 = В1В11 = С1С11 - как параллельные отрезки, заключенные между параллельными плоскостями, следовательно четырехугольники А1А11В1В11 и В1В11С1С11 и С1С11А1А11 являются параллелограммами, а у параллелограммов параллельные стороны равны. Поэтому А1В1С1 = А11В11С11
Рассмотренные свойства параллельного проецирования сохраняются при любом направлении проецирования.
Ортогональное (прямоугольное) проецирование является частным случаем параллельного проецирования, когда направление проецирования перпендикулярно к плоскости проекций (sП1). В этом случае проекции геометрических фигур называются ортогональными.
Ортогональному проецированию присущи все свойства параллельного проецирования, а также свойства, присущие только ортогональному проецированию.
Первое свойство. В общем случае ортогональная проекция отрезка всегда меньше его натуральной длины.
Если провести А*В А1В1, то АА*В = 90. Из прямоугольного треугольника следует, что АВ - гипотенуза, А*В - катет, а гипотенуза всегда больше катета (А*В = АВ Соs),
Рис. 1-11
Рассмотрим частные случаи:
Если = 0 А1В1 = АВ, т.е. проекция равна самому отрезку.
Если =90 А1 = В1, т.е. проекция отрезка - точка.
Второе свойство: теорема о проецировании прямого угла
Если одна сторона прямого угла параллельна какой-нибудь плоскости проекций, а вторая сторона не перпендикулярна ей, то на эту плоскость проекций прямой угол проецируется без искажения.
Дано: АВС = 90, ВС П1,
Доказательство:
плоскость Ф = АВ ВВ1
плоскость = ВС ВВ1
ВС Ф, т.к. ВС АВ и ВС ВВ1, но В1С1 ВС В1С1 Ф В1С1 А1В1,
значит А1В1С1 - прямой
Рис. 1-12
Третье свойство: ортогональная проекция окружности в общем случае есть эллипс.
Рис. 1-13
Заключим окружность в плоскость , П1 = , если 0 < < 90, то окружность (k) -эллипс (k1)
АВ СD - сопряженные диаметры, пусть АВ П1
А1В1 = АВ - большая ось эллипса
С1D1 = СD cоs - малая ось эллипса.
Все хорды окружности параллельные СD проецируются с коэффициентом сжатия cоs и делятся осью А1В1 пополам, т.е. ортогональная проекция окружности, в общем случае, есть замкнутая центрально симметричная кривая второго порядка, имеющая две взаимно перпендикулярные оси.
Частные случаи:
1. Если П1, то окружность (k) - проецируется без искажения.
2. Если П1, т.е. = 90, то окружность (k) - прямая линия, равная диаметру.
В машиностроительных чертежах используется метод прямоугольных проекций. Поэтому дальнейшее изучение курса будем вести, используя метод ортогонального проецирования.
Чтобы однозначно решить две основные задачи курса начертательной геометрии, чертежи должны удовлетворять следующим требованиям:
1. Простота и наглядность;
2. Обратимость чертежа.
Рассмотренные методы проецирования с использованием однокартинных чертежей позволяют решать прямую задачу (т.е. по данному оригиналу построить его проекцию). Однако, обратную задачу (т.е. по проекции воспроизвести оригинал) решить однозначно невозможно. Эта задача допускает бесчисленное множество решений, т.к. каждую точку А1 плоскости проекций П1 можно считать проекцией любой точки проецирующего луча lА, проходящего через А1. Таким образом, рассмотренные однокартинные чертежи не обладают свойством обратимости.
Для получения обратимых однокартинных чертежей их дополняют необходимыми данными. Существуют различные способы такого дополнения. Например, чертежи с числовыми отметками.
Способ заключается в том, что наряду с проекцией точки А1 задаётся высота точки, т.е. её расстояние от плоскости проекций. Задают, также, масштаб. Такой способ используется в строительстве, архитектуре, геодезии и т. д. Однако, он не является универсальным для создания чертежей сложных пространственных форм.
Рис. 1-14
В 1798 году французский геометр-инженер Гаспар Монж обобщил накопленные к этому времени теоретические знания и опыт и впервые дал научное обоснование общего метода построения изображений, предложив рассматривать плоский чертёж, состоящий из двух проекций, как результат совмещения двух взаимно перпендикулярных плоскостей проекций. Отсюда ведёт начало принцип построения чертежей, которым мы пользуемся и поныне.
Поставим перед собой задачу построить проекции отрезка [AB] на две взаимно перпендикулярные плоскости проекций П1 и П2.
1. Пространственная модель.
Рис. 1-15
П1 П2. AA1 П1; AA1 - расстояние от А до П1.
AA2 П2; AA2- расстояние от А до П2.
П1 - горизонтальная плоскость проекций;
П2 - фронтальная плоскость проекций.
А1В1 - горизонтальная проекция отрезка;
А2В2 - фронтальная проекция отрезка.
х12 - линия пересечения плоскостей проекций.
Однако, в таком виде чертёж неудобно читать. Поэтому Гаспар Монж предложил совместить эти плоскости проекций, причём, П принимается за плоскость чертежа, а П - поворачивается до совмещения с П2. Такой чертёж называется комплексным чертежом.
2. Плоская модель.
Рассмотрим совмещение плоскостей проекций со всем их содержимым на плоском чертеже. Совокупность проекций множества точек пространства на П1 называется горизонтальным полем проекций, а на П2 - фронтальным полем проекций.
х12 - ось проекций, база отсчёта.
Рис. 1-16
А1А2, В1В2 линия связи - это прямая, соединяющая две проекции точки на комплексном чертеже. Линия связи перпендикулярна оси проекций.
Свойства двухкартинного комплексного чертежа Монжа:
1. Две проекции точки всегда лежат на одной линии связи установленного направления.
2. Все линии связи одного установленного направления параллельны между собой.
3. Безосный чертёж.
Если совмещённые плоскости П1 и П2 перемещать параллельно самим себе на произвольные расстояния ( см. положение осей х12, х121, х1211 на рис. 1-17), то будут меняться расстояния от фигуры до плоскостей проекций.
Рис. 1-17
Однако, сами проекции фигуры (в данном случае - отрезка АВ) при параллельном перемещении плоскостей проекций не меняются (согласно 7 свойству параллельного проецирования).
Из рис. 1-17 видно. что при любом положении оси х, величины Z- разность расстояний от концов отрезка до П1, и y -разность расстояний от концов отрезка до П2, остаются неизменными. Поэтому нет необходимости указывать положение оси х12 на комплексном чертеже и тем самым предопределять положение плоскостей проекций П1 и П2 в пространстве.
Это обстоятельство имеет место в чертежах, применяющихся в технике, и такой чертёж называется безосным.
Проиллюстрируем вышесказанное на конкретном примере.
Задача: Составить чертёж для изготовления стола (рис. 1-18).
1.Построить три проекции стола, учитывая свойства эпюра Монжа.
2. Что не хватает для выполнения по чертежу данного изделия?
3. Да, конечно, размеров.
Рис. 1-18а
Теперь, когда есть три изображения изделия и его размеры, имеют ли значение для изготовления изделия расстояния от изделия до плоскостей проекций, т. е. привязка к осям x, y и z (размеры 1500, 2000, 2000 на чертеже).
Нет не имеют!
По данному чертежу изделие создается, а на каком расстоянии его установить от стен (П2,П3) - это уже другая задача.
Рис. 1-18б
Безосный чертеж позволяет, не привязываясь к осям, располагать изображения в удобном для исполнителя положении, но с соблюдением проекционной связи, т.е. построение чертежа происходит по законам, установленным Гаспаром Монжем
Рис. 1-18в
Если по плоскому изображению можно определить натуральную длину отрезка и его ориентацию в пространстве, значит реконструирование пространства возможно, то есть однозначно решается вторая (обратная) задача курса начертательной геометрии.
1. Пространственный чертёж.
Рис. 1-19
1. AB - отрезок прямой в пространстве. A1B1 - горизонтальная проекция отрезка.
Через точку А проведём AВ1 || А1В1. Тогда получим: 1. АВВ1 - прямоугольный;
2. АВ - гипотенуза треугольника - натуральная величина отрезка;
3. АВ1 = А1В1 - один из катетов равен проекции отрезка АВ на плоскость проекций П1.
4. Второй катет BВ1 есть разность удалений концов отрезка от плоскости проекций П1.
Проведя аналогичные рассуждения для плоскости проекций П2, можно сделать вывод, что натуральная величина отрезка есть гипотенуза прямоугольного треугольника, одним из катетов которого является одна из проекций отрезка. Другой катет есть разность удалений концов отрезка от той плоскости, проекцию на которую взяли за первый катет.
Такой метод нахождения натуральной величины отрезка общего положения называют методом прямоугольного треугольника.
2. Плоский чертёж.
Дано: две проекции отрезка AB – А2В2 и А1В1 (рис. 1-20). Требуется определить натуральную величину этого отрезка.
Рис. 1-20
1. Исходя из вышесказанного, A1B1 является одним из катетов прямоугольного треугольника.
2. Чтобы найти второй катет, проведём A2В1 линиям связи (рис.1-21). B2B - это разность удалений концов отрезка от П1.
Рис. 1-21
3. Откладываем расстояние B2В1 на перпендикуляре к A1B1 с любой стороны.
5. Отрезок A1B0 - это натуральная величина AB, а угол - есть угол наклона AB к П1.
Аналогично, можно найти угол наклона данного отрезка к П2, построив прямоугольный треугольник на П2.
Вывод: Двухкартинный чертёж Монжа обратим.
Двухкартинный чертёж является метрически определённым чертежом, то есть он вполне определяет форму и размеры фигуры и её ориентацию в пространстве. Однако, часто комплексный чертёж становится более ясным, если помимо двух основных проекций дана ещё одна проекция на третью плоскость. В качестве такой плоскости применяют профильную плоскость проекций П3.
1. Пространственный чертёж.
Рис. 1-22
П3 х, поэтому П3 П1 и П3 П2.
Три плоскости проекций образуют в пространстве прямоугольный трёхгранник, то есть систему трёх взаимно перпендикулярных плоскостей. Рёбра этого трёхгранника будем обозначать х, y, z.
П3 - профильная плоскость проекций.
А3 - профильная проекция точки А.
AA3 = 3A2 = 2A1 - удаление точки А от П3.
2. Плоский чертёж.
Рис. 1-23
A1A2 - линия связи в системе П1 –П2.
3A3 = 1А1.
A2A3 - линия связи в системе П2 – П3.
1А2 - высота расположения точки,
1А1 - глубина расположения точки,
3А2 - ширина расположения точки.
х - абсцисса; y - ордината; z - аппликата.
Если в точку О поместить начало декартовой прямоугольной системы координат, то линии пересечения плоскостей проекций совпадут с соответствующими осями координат, и задание точки двумя ортогональными проекциями будет равносильно заданию её тремя прямоугольными координатами.
Так, по заданным: А1 - определяем (x,y); A2 - определяем (x,z).
И наоборот. Например: Даны координаты точки А(18, 24, 18), построить ортогональные проекции точки А(А1, А2). По заданным координатам задаём две проекции точки А (рис. 1-24). При необходимости можно построить А3.
Рис. 1-24
Рассмотрим подробно трёхкартинный чертёж точки. Зададим на чертеже (рис. 1-25) точки с координатами: А(15, 20, 10); В(15, 20, 30); С(25, 10, 15); D(25, 30, 15); Е(35, 20, 10); F(45, 35, 0); М(55, 0, 40); N(65, 0, 0).
Рис. 1-25
Точки А и В, у которых совпадают горизонтальные проекции, называются горизонтально конкурирующими (рис.1-26). Из двух точек на П1 видна та, что выше. Расположение точек "выше - ниже" определяют пофронтальной проекции.
Рис. 1-26
Точки С и D, у которых совпадают фронтальные проекции, называются фронтально конкурирующими (рис. 1-27). Из двух точек на П2 видна та, что ближе к наблюдателю. Расположение точек ближе - дальше определяют по горизонтальной проекции.
Рис. 1-27
Точки А и Е (рис. 1-28), у которых совпадают профильные проекции, называются профильно конкурирующими. Из двух точек на П3 видна та, что левее. Расположение точек левее - правее определяют по фронтальной проекции.
Рис. 1-28
Точки F и M (рис.1-29), у которых по две проекции расположены на координатных осях, принадлежат одной из плоскостей проекций (F П1; М П2).
Точки, у которых две проекции расположены на координатных осях, а третья проекция совпадает с началом координат, принадлежат одной из осей координат (N x).
Рис. 1-29
Выводы:
1. Комплексным чертежом принято называть совокупность двух или более взаимосвязанных ортогональных проекций оригинала, расположенных на одной плоскости чертежа.
2. Двухкартинный комплексный чертёж Монжа является метрически определённым чертежом, следовательно, он обратим.
3. Имея две проекции оригинала, можно построить сколько угодно адекватных проекций данного оригинала, что широко используется в технических чертежах.
1. Какой вид проецирования используется при построении машиностроительных чертежей?
2. Что означает понятие "обратимость чертежа"?
3. Что называется линиями связи, и как они располагаются относительно осей проекций?
4. Как найти натуральную величину отрезка общего положения?
5. Какими координатами определяется расстояние от точки до плоскостей проекций П1, П2, П3?
6. Какие точки называются конкурирующими?
1. На каком чертеже точка В расположена дальше от наблюдателя, чем точки А и С?
2. В каком случае точка А принадлежит оси ОХ?
3. На каком чертеже точка С расположена выше точек А и В и дальше от наблюдателя?
4. Укажите чертёж фронтально конкурирующих точек.
5. На каком чертеже точки А и В одинаково удалены от плоскости проекций П2?
6. В каком случае точка А принадлежит П1.
7. Укажите чертёж горизонтально конкурирующих точек.
8. На каком чертеже точки А и В одинаково удалены от плоскости проекций П1?
Кто совсем свободно знает (умеет проецировать)
прямую и плоскость, тот не встретит затруднений
в начертательной геометрии.
Г. Монж
В этом разделе Вы узнаете, что линии подразделяются на прямые и кривые. Проекции прямой линии могут занимать общее или частное положение относительно плоскостей проекций. Различают кривые линии плоские и пространственные; закономерные и незакономерные.
Как Вы думаете?
1. Как расположена прямая k в пространстве, если k1 k2? (рис. 1-31)
2. Какая задана кривая на чертеже, плоская или пространственная? (ст. М1-29)
3. Как расположена прямая относительно плоскостей проекций, если сумма равных углов, которые она образует с П1 и П2 равны 90? (рис. 1-32)
4. Сколько проекций должен иметь чертеж отрезка, чтобы его можно было назвать обратимым?
Прямая в пространстве может занимать общее и частное положение.
Прямая (отрезок), не параллельная и не перпендикулярная ни к одной из плоскостей проекций, называется прямой общего положения
Рис. 1-30
Необходимо отметить особенности их задания на комплексном чертеже:
1. Любая проекция прямой общего положения искажает натуральную длину.
2. Любая проекция прямой общего положения наклонена к линиям связи под углом 90, ни один из них не показывает натуральную величину углов наклона к плоскостям проекций.
3. Натуральная величина прямой общего положения находится методом прямоугольного треугольника
Примеры комплексных чертежей прямых общего положения:
Рис. 1-31
Прямая имеет одинаковые углы наклона к П1 и П2
Рис. 1-32
Точка пересечения проекций отрезка находится на оси X
Рис. 1-33
На безосных чертежах нет очертаний плоскостей проекций, но есть линии связи, поэтому положение геометрических фигур в пространстве будем определять положением их проекций относительно линий связи.
Графический признак прямой общего положения: ни одна из ее проекций не и не линиям связи
Прямые, параллельные какой-либо плоскости проекций, называются прямыми уровня.
Существует три линии уровня: h, f, p
h (h1, h2, h3) П3
Рис. 1-34
Если взять карандаш в руки и расположить его параллельно столу, то длина карандаша спроецируется на плоскость стола без искажения. У горизонтали h = h1 , угол наклона к П2 - проецируется без искажения..
Графический признак горизонтали - ее фронтальная проекция перпендикулярна линиям связи (с нее всегда начинается построение чертежа горизонтали - h)
f (f1, f2, f3) П2
Рис. 1-35
Если взять карандаш в руки и расположить его параллельно стене, находящейся перед наблюдателем, то длина карандаша спроецируется на плоскость стены без искажения. У фронтали f = f 2 , угол наклона к П1 - cпроецируется без искажения.
Графический признак фронтали - ее горизонтальная проекция перпендикулярна линиям связи (с нее всегда начинается графическое построение фронтали - f)
р (р1, р2, р3) П3
Рис. 1-36
p = p3 - натуральная (истинная) величина
Углы наклона профильной прямой к П1 и П2 проецируются на П3 без искажения.
Графический признак профильной прямой - ее горизонтальная и фронтальная проекции совпадают с линиями связи в системе П1 – П2.
Рассмотренные примеры позволяют отметить особенности задания прямых уровня на комплексном чертеже:
1. Одна из проекций прямых уровня перпендикулярна линиям связи установленного направления
2. Одна из проекций прямой уровня параллельна самой прямой и дает истинную величину, а также показывает без вспомогательных построений угол наклона к одной из плоскостей проекций (h, f), к двум плоскостям проекций (p).
Прямые, перпендикулярные какой - либо плоскости проекций, называются проецирующими прямыми.
Рис. 1-37
Графический признак горизонтально проецирующей прямой - ее горизонтальная проекция есть точка, она называется главной проекцией
Дадим понятие любой проецирующей геометрической фигуре, которое будем использовать и в дальнейшем, как при изучении геометрических фигур, так и при решении позиционных и метрических задач.
Геометрическая фигура называется проецирующей, если одна из ее проекций есть геометрическая фигура на единицу меньшего измерения, она называется главной проекцией и обладает собирательными свойствами.
а1 - главная проекция, которая обладает "собирательными" свойствами. Любая точка, взятая на этой прямой совпадет с ее горизонтальной проекцией а1 = А1 = В1
Точки А и В - горизонтально конкурирующие.
в(в1, в2, в3) П2 (в П1 и П3)
Рис. 1-38
Графический признак фронтально проецирующей прямой, ее фронтальная проекция есть точка, она называется главной проекцией
в2 - главная проекция, которая обладает "собирательными" свойствами. Любая точка, взятая на этой прямой совпадет с ее фронтальной проекцией в2 = M2 = N2
Точки M и N - фронтально конкурирующие.
с(с1, с2, с3) П3 (с П1 и П2)
Рис. 1-39
Графический признак профильно проецирующей прямой: ее профильная проекция есть точка, она называется главной проекцией.
с3 - главная проекция, которая обладает "собирательными" свойствами. Любая точка, взятая на этой прямой совпадет с ее профильной проекцией с3 = E3 = F3
Отличительным признаком проецирующих прямых на комплексном чертеже является то, что одна из проекций прямой вырождается в точку.
1. На какие группы делятся прямые в зависимости от расположения по отношению к
плоскостям проекций?
2. Каковы характерные признаки чертежей:
а) прямой общего положения?
б) горизонтали?
в) фронтали?
г) профильной прямой?
д) горизонтально проецирующей прямой
е) фронтально проецирующей прямой?
ж) профильно проецирующей прямой?
Обучающий тест по теме задание прямой на комплексном чертеже. Ответы на этот тест Вы найдете в конце этого Модуля.
1. Укажите чертежи прямых общего положения.
2. Укажите профильно проецирующую прямую.
3. Укажите горизонтально проецирующую прямую.
4. Укажите фронтально проецирующую прямую.
5. Укажите, в каком случае на чертеже можно замерить угол наклона прямой к П1.
Как Вы думаете?
1. Могут ли проекции скрещивающихся прямых быть параллельны?
2. Могут ли проекции пересекающихся прямых изображены одной линией?
3. Имеют ли скрещивающиеся прямые общую точку, а их проекции?
Две прямые в пространстве могут:
1. пересекаться (а в),
2. быть параллельными (а в)
3. скрещиваться (а в).
Прямые называются пересекающимися, если они имеют единственную общую точку. Они всегда лежат в одной плоскости.
Рис. 1-40
Если прямые пересекаются, то существует единственная точка пересечения: а в = К.
На основании свойства принадлежности: а в = К a1 в1 = К1, a2 в2 = К2
Согласно свойству чертежа Монжа, обе проекции (К1 и К2) точки К лежат на одной линии связи данного установленного направления.
Графический признак а в: точки пересечения одноименных проекций лежат на одной линии связи, установленного направления.
На основании свойства параллельности прямых (а в) - одноименные проекции параллельных прямых параллельны:
а в a1 в1, a2 в2
Рис. 1-41
Графический признак а в: их одноименные проекции параллельны
Если прямые не параллельны и не пересекаются, то они называются скрещивающимися прямыми. Через скрещивающиеся прямые невозможно провести плоскость, т.к. если одна прямая будет принадлежать плоскости, то другая будет пересекать эту плоскость (рис. 1-43)
Рис. 1-42
Сравнение:
Пересекающиеся прямые Скрещивающиеся прямые
Рис. 1-43
Точки А и В - горизонтально конкурирующие. С их помощью определяется видимость геометрических фигур на П1 при решении задач. Из двух точек видна та, что выше.
Точки С и D - фронтально конкурирующие. С их помощью определяется видимость на П2. Из двух точек видна та, что ближе к наблюдателю.
Рис. 1-44
Графический признак скрещивающихся прямых: точки пересечения одноименных проекций прямых никогда не находятся на одной линии связи.
Обучающий тест по теме - взаимное положение прямых на комплексном чертеже.
Ответы на этот тест Вы найдете в конце этого Модуля
1. Укажите чертеж пересекающихся прямых
2. Укажите чертежи параллельных прямых
3. Укажите чертежи скрещивающихся прямых
Проиллюстрируем применение положений о взаимной принадлежности прямой и точки и взаимного расположения прямых при решении задач.
|
1. Через точку А провести фронталь так, чтобы она пересекла прямую общего положения. f П2, f A, f a |
||
|
2. Провести прямую а так, чтобы: а А, а m, а n |
||
|
3. Построить точку В, горизонтально конкурирующую с точкой А и расположенную на 10мм выше точки А |
||
|
4. Построить точку С, фронтально конкурирующую с точкой М и расположенную ближе к наблюдателю на 15мм, а через нее провести прямую в параллельно заданной а. |
Линия задается кинематически - как траектория непрерывно перемещающейся точки в пространстве.
Линии применяются не только для выполнения изображений различных геометрических фигур, но и позволяют решать многие научные и инженерные задачи. Например, с помощью линии можно создавать наглядные модели многих процессов, и исследовать функциональную зависимость между различными параметрами. Кривую линию можно рассматривать как линию пересечения двух поверхностей.
В начертательной геометрии кривые линии изучаются по их проекциям. Построение проекций зависит от того, плоская кривая или пространственная.
Если все точки кривой расположены в одной плоскости, то такую кривую называют плоской кривой линией (например эллипс, окружность).
Если все точки кривой невозможно совместить с одной плоскостью, то такую кривую называют пространственной (винтовая линия).
Если существует математическое уравнение, описывающее движение точки, то кривую называют закономерной. Аналитически закономерные линии подразделяются на алгебраические и трансцендентные. Примером алгебраических кривых служат кривые второго порядка (эллипс, парабола, гипербола). К трансцендентным линиям относят графики тригонометрических функций (синусоида, косинусоида), эвольвента, циклоида.
Если кривую линию не удается выразить в аналитической форме, то ее задают графически. Графически - своим изображением может быть задана и закономерная линия, образование которой подчинено определенным геометрическим условиям.
Как графически определить порядок кривой?
Порядок алгебраической кривой равен степени ее уравнения или определяется графически, т.е. числом точек ее возможного пересечения с произвольной прямой.
Например, эллипс - кривая второго порядка (рис. 1-45).
Рис. 1-45
Как спроецировать кривую на плоскость проекций? Мысленно проецируют все точки кривой на плоскость проекций, но практически же это сделать невозможно, поэтому для проецирования выбирают конечное число точек (рис. 1-46). Чем больше точек, тем точнее проекция кривой. При выполнении заданий по нашему курсу следует брать не менее 8...12 точек.
Рис. 1-46
Ф - проецирующая поверхность (в данном случае кривая поверхность)
Проецирующая поверхность Ф пересекается с плоскостью проекций по кривой m1 - это горизонтальная проекция кривой. Фронтальная проекция получается аналогично.
Линия считается заданной на чертеже, если известен закон нахождения каждой ее точки. Для задания линии удобно использовать ее определитель. Определитель линии - это минимальная информация, необходимая и достаточная для однозначного построения на эпюре любой точки кривой.
Построение на эпюре любой точки кривой позволит однозначно решить вопрос о характере кривой линии (плоская или пространственная). Если на заданной кривой взять произвольные четыре точки и через них провести хорды (секущие), то возможны два варианта:
1. Если хорды пересекаются (графически это видно на рис. 1-47, когда К1, К2 - точки пересечения проекций хорд лежат на одной линии связи), то через пересекающиеся прямые можно провести плоскость, а это значит, что они образуют плоскость, в которой лежит заданная кривая. Значит, кривая линия - плоская.
Плоская кривая линия
Рис. 1-47
2. Хорды не пересекаются, а скрещиваются (графически это видно на рис. 1-48, когда К1, К2 - точки пересечения проекций хорд не лежат на одной линии связи), значит кривая линия - пространственная.
Пространственная кривая линия
Рис. 1-48
Как построить касательную к кривой?
Для построения используем прямые, называемые секущими.
Прямая, пересекающая кривую линию в одной, двух и более точках, называется секущей (АВ).
Чтобы через точку А провести касательную t к кривой m, в окрестности точки А (недалеко) выбирают точку В и проводят секущую АВ. Приближая точку В к точке А в пределе получают касательную t в данной точке.
В А АВ t
Рис. 1-49
Касательную (t в точке А) можно рассматривать как предельное положение секущей, которое занимает последняя при сближении точек пересечения А и В секущей АВ до слияния их в одну точку.
n - нормаль кривой линии в данной точке, n t. Сколько их можно провести? К пространственной кривой можно провести n , т.е. к касательной можно построить плоскость, нормальную к ней. Если кривая - плоская, то к касательной можно провести только одну нормаль.
Рассмотренная точка А, у которой только одна касательная и одна нормаль , называется обыкновенной точкой кривой. Если вся кривая состоит из обыкновенных точек, то она называется регулярной (гладкой, плавной).
У регулярной плоской кривой (рис. 1-50) в каждой точке А, В, С, D, Е к касательной можно провести только одну нормаль, поэтому все точки являются обыкновенными(монотонными). Характеристикой плавной кривой может быть и угол наклона касательных относительно оси Х, который в данном случае меняется плавно.
Рис. 1-50
Точку кривой называют особой (нерегулярной), если положение или направление касательной в этой точке определено неоднозначно. К особым (нерегулярным) относятся:
Точки узловые (самопересечения)
Точки возврата первого рода
Точки возврата второго рода (клюв)
Точки самосоприкосновения
Точки угловые (точки излома)
Свойства кривых линий и их проекций позволяют наглядно демонстрировать физические, химические, электрические процессы. В геометрии кривые линии - это линии пересечения поверхностей.
Рис. 1-52
1. Проекцией кривой линии является кривая линия (в общем случае).
2. Касательная к кривой проецируется в касательную к ее проекции.
3. Несобственная точка кривой проецируется в несобственную точку ее проекции.
4. Порядок кривой (только для алгебраических кривых) в проекциях не изменяется.
5. Число точек пересечения кривой сохраняется при проецировании.
Эллипс, парабола, гипербола - алгебраические кривые второго порядка определяются уравнением f (х ,у) = 0.
АВ = 2а - большая ось эллипса
CD = 2в - малая ось эллипса
О - центр эллипса
F1; F2 - фокусы эллипса
А,В,С,D - вершины эллипса
Точки M и N - любые точки эллипса
MF1 + MF2 = NF1 + NF2 = АВ - Const
Рис. 1-53
Эллипс - это все множество точек, сумма расстояний от каждой из которых до двух данных точек (фокусов) есть величина постоянная, равная 2а.
У эллипса все точки собственные. Кривая симметрична относительно обеих осей. Всегда можно подобрать такую пару диаметров эллипса, что: хорды, параллельные одному диаметру, делятся другим диаметром пополам, такие диаметры называются сопряженными.
Графически можно построить любую точку эллипса, если заданы его оси. Эллипс на рис. 1-54 построен равномерным сжатием окружности в направлении ОС ОА
АВ - большая ось
СD - малая ось
Разделить окружности на 12 равных частей
Из точек пересечения любого луча с окружностями провести прямые, параллельные осям эллипса:
из точки 1 СD, из точки 2 АВ.
Рис. 1-54
Парабола обладает одной осью и имеет две вершины: О - собственная точка и S - несобственная точка (парабола имеет одну несобственную точку), F - фокус и Р - параметр параболы
Парабола - это все множество точек, равноудаленных от прямой d (директрисы) и данной точки F (фокуса)
Рис. 1-55
Если требуется построить параболу по заданной вершине О, оси Х и точки М, то строится прямоугольный треугольник - ОАМ (рис. 1-56)
Рис. 1-56
Гипербола - разомкнутая кривая, состоящая из двух симметричных ветвей; она имеет две оси симметрии - действительную (ось - х) и мнимую (ось - у). Асимптоты - это прямые, к которым ветви гиперболы неограниченно приближаются при удалении в бесконечность (рис. 1-57).
Рис. 1-57
Точки А и В - вершины гиперболы.
F1 и F2 - фокусы гиперболы
MF1 - MF = NF1 - NF2 = const = 2a
Расстояние между F1 и F2 равняется сумме (а2 + в2)
Гипербола - это все множество точек, разность расстояний от каждой из которых до двух данных точек (фокусов) есть величина постоянная, равная 2а.
Построение гиперболы, если заданы вершины А и В и фокусы F1 и F2.
Рис. 1-58
Точки - 1, 2, 3, 4, 5 - ряд произвольно взятых точек. Из фокусов F1 и F2, как из центров, проводят дуги, радиусами которых служат расстояния от вершин А и В до точек 1, 2, 3, 4, 5 и т.д.. (рис. 1-59) R2 = В1, В2, В3, В4, В5 R = А1, А2, А3, А4, А5
Рис. 1-59
Эвольвента (развертка окружности)- эта лекальная кривая широко применяется в технике. Например, форма боковой поверхности зуба зубчатых передач, называемая профилем зуба, очерчивается по эвольвенте.
Рис. 1-60
Алгоритм построения
1. Окружность разделить на 12 частей.
2. В точках деления провести касательные к окружности направленные в одну сторону
3. На касательной, проведенной через последнюю точку, откладывают отрезок равный, 2R, и делят на 12 частей.
5. На первой касательной откладывают 1/12 отрезка на второй 2/12 и т.д.
Из закономерных пространственных кривых наибольшее практическое применение находят винтовые линии: цилиндрические и конические.
Цилиндрическая винтовая линия образуется вращением точки вокруг некоторой оси с одновременным поступательным движением вдоль этой же оси.
Рис. 1-61
i - ось винтовой линии
R - радиус вращения
h - шаг, определяет расстояние между двумя смежными витками.
Алгоритм построения
Рис. 1-62
Угловое перемещение точки прямо пропорционально линейному. Угол подъема винтовой линии равен углу наклона касательной t в любой точке винтовой линии к плоскости, перпендикулярной ее оси.
1. Горизонтальную проекцию (окружность) делить на 12 частей.
2. Делить принятое значение шага (h) на 12 частей.
3. Определить нулевое положение точки О(О1 и О2)
4. Фронтальные проекции точек находятся как точки пересечения одноименных горизонтальных и вертикальных прямых, проведенных через точки деления.
m1 - окружность
m2 - синусоида
Винтовую линию называют правой, если точка поднимается вверх и вправо по мере удаления от наблюдателя и левой, если точка поднимается вверх и влево по мере удаления от наблюдателя.
t2 - касательная к винтовой линии в точке 2 (21, 22)
1-2 2-6 3-5 4-1 5-5 6-3 7-4 8-2
1-3,6 2-5 3-1 4-4 5-2
1 - 5 2 - 2,4 3 -1,3,6
|
Точка В расположена выше прямой а и ближе к П2, чем а (дальше от наблюдателя) |
|
|
Точка В расположена выше прямой а и дальше от П2, чем а (ближе к наблюдателю) |
|
|
Точка В расположена ниже прямой а и дальше от П2, чем а (ближе к наблюдателю) |
|
|
Точка В расположена ниже прямой а и ближе к П2, чем а (дальше от наблюдателя) |
|
|
Точка В принадлежит прямой а |