Особые случаи пересечения. Теорема Монжа

1. Поверхности в точках касания имеют общие касательные плоскости.

Т еорема (о двойном соприкосновении).

Если две поверхности второго порядка имеют две точки соприкосновения и общие касательные плоскости в этих точках, то линия их пересечения распадается на две плоские кривые второго порядка.

Сфера и эллиптический цилиндр пересекаются по двум окружностям. Они имеют две общие точки А и В и две общие касательные плоскости в этих точках. Пространственная линия пересечения распалась на две плоские кривые — окружности(рис. 159).

Рис. 159

2. Две пересекающиеся поверхности касаются третьей поверхности второго порядка.

Т еорема (теорема Г.Монжа).

Если две пересекающиеся поверхности второго порядка могут быть описаны вокруг третьей поверхности второго порядка или вписаны в нее, то они пересекаются по двум плоским кривым второго порядка.

Теорема Монжа — частный случай теоремы о двойном соприкосновении. Например, поверхности конуса и цилиндра с общей фронтальной плоскостью симметрии касаются сферы по окружностям 1”-2”и 3”-4”. Линия пересечения поверхностей представляет собой два эллипса, плоскости которых перпендикулярны фронтальной плоскости проекций(рис. 160).

Рис. 160

На рис. 161 даны два конуса, описанные вокруг одного и того же шара. Оси которых пересекаются под прямым углом. Построить линию пересечения заданных поверхностей.

Рис. 161

Наивысшие 1, 3 и наинизшие 2, 4 точки линии перехода находят в пересечении крайних образующих на фронтальной проекции заданных поверхностей. Если сфера касается обеих поверхностей, то линия их пересечения распадается на две плоские кривые (в нашем примере — на два различных эллипса). На фронтальной проекции эти эллипсы изображаются отрезками прямых, а на горизонтальной — эллипсами.

Точки 5 и 6 пересечения эллипсов находят на окружности радиуса c ”/2. Построение промежуточных точек ясно из чертежа.

Для определения видимости линий пересечения на горизонтальной проекции проводят секущую плоскость Р (через ось конуса с вершиной S). Точки 7, 8 и 9, 10 служат границами раздела между видимой и невидимой частями линий пересечения. На фронтальной проекции невидимая часть линии пересечения сливается с видимой.

Прямые 1-4 и 2-3 — большие оси эллипсов. Прямые 5-6 и 11-12 -- малые оси эллипсов.

На рис. 162 даны два цилиндра с одинаковыми диаметрами. Оси цилиндров пересекаются под прямым углом.

Здесь в пересечении цилиндров получаются два одинаковых эллипса 1-2 и 3-4, которые проецируются на плоскость V в виде прямых, а на плоскость Н — в виде окружностей, сливающихся с проекцией основания одного из цилиндров.

Рис. 162

РАЗВЕРТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

План:

13.1. Общие положения

13.2. Аналитический способ

13.3. Способ триангуляции (треугольников)

13.4. Способ нормального сечения

13.5. Способ раскатки

13.6. Приближенные построения разверток

Общие положения

Под развертыванием следует понимать совмещение всей поверхности тела с плоскостью.

РАЗВЕРТКОЙ называется фигура, в которую преобразуется при совмещении с плоскостью поверхность, подразумеваемая как гибкая, но нерастяжимая и несжимаемая пленка.

Развертываемые поверхности могут быть развертывающимися и неразвертывающимися.

К РАЗВЕРТЫВАЮЩИМСЯ относятся такие поверхности, которые могут быть совмещены с плоскостью без разрывов и складок. К этому типу относятся все многогранные поверхности. Разверткой многогранной поверхности является плоская фигура, полученная последовательным совмещением с одной и то же плоскостью всех ее граней. Поэтому построение развертки многогранной поверхности сводится к определению натурального вида ее отдельных граней.

Из кривых поверхностей к числу развертывающихся относятся только те линейчатые поверхности, у которых касательная плоскость во всех точках одной и той же образующей постоянна. Если же у линейчатой поверхности в различных точках одной и той же образующей разные касательные плоскости, то она не развертывается и называется косой поверхностью.

Таким образом, к числу развертывающихся линейчатых поверхностей относятся цилиндрические (рис. 163а), конические (рис. 163б) и торсы (рис. 163в).

Рис. 163

Все остальные кривые поверхности не развертываются на плоскость и поэтому при необходимости изготовления этих поверхностей из листового материала их приближенно заменяют развертывающимися поверхностями.

 

СВОЙСТВА РАЗВЕРТОК:

1) каждой точке поверхности соответствует единственная точка ее развертки;

2) длина линии на развертке равна длине соответствующей линии на поверхности;

3) на развертке сохраняются величины плоских углов.

Построение развертки может быть осуществлено различными способами, как аналитически, так и графически.

Аналитический способ

Этот способ заключается в нанесении на чертеж развертки всех предварительно вычисляемых размеров, необходимых для раскроя материала.

Цилиндр. Развертка боковой поверхности прямого кругового цилиндра (рис. 164) представляет собой прямоугольник, высота которого равна высоте цилиндра (H), а длина — длине окружности (диаметр d) основания.

Рис. 164

Конус. Развертка прямого кругового конуса (рис. 165) представляет собой сектор круга, радиус которого R равен длине образующей конуса, а центральный угол j^o определяется формулой:

j = 180^o d / R.

 

Рис. 165

13.3. Способ триангуляции (треугольников)

Способ триангуляции (треугольников) применяется для построения разверток пирамидальных, конических и других линейчатых поверхностей, кроме цилиндрических.

Сущность способа сводится к многократному построению натурального вида треугольников, из которых состоит данная пирамидальная поверхность или многогранная поверхность, вписанная (или описанная) в данную коническую или линейчатую поверхность и заменяющая ее.

.

Пример. Построить развертку боковой поверхности эллиптического конуса с круговым основанием (рис. 166).

Рис. 166

В данном примере коническая поверхность заменяется поверхностью вписанной двенадцатиугольной пирамиды. Так как коническая поверхность имеет плоскость симметрии, то можно построить развертку только одной половины поверхности. Разделив от точки О половину окружности основания конической поверхности на шесть равных частей и определив с помощью прямоугольных треугольников натуральные величины образующих, проведенных в точки деления, строим шесть примыкающих один к другому треугольников с общей вершиной S (рис. 166). Каждый из этих треугольников строится по трем сторонам; при этом две стороны равны натуральным величинам образующих, а третья — хорде, стягивающей дугу окружности основания между соседними точками деления. После этого через точки 0,1,2,... разогнутого по способу хорд основания конической поверхности проводится плавная кривая (рис. 166).

Способ нормального сечения

Этот способ применяется для построения разверток призматических и цилиндрических поверхностей.

Построение сводится к многократному построению натурального вида трапеций, из которых состоит данная призматическая поверхность, или призматическая поверхность, вписанная (или описанная) в данную цилиндрическую поверхность и заменяющая ее. Если, в частности, призматическая или цилиндрическая поверхности ограничены параллельными основаниями, то трапеции, на которые разбивается поверхность, обращаются в прямоугольники или параллелограммы, в зависимости от того, перпендикулярны или нет плоскости оснований боковым ребрам или образующим поверхности.

Построение трапеций или параллелограммов проще всего произвести по их основаниям и высотам, причем необходимо также знать отрезки оснований, на которые они делятся высотой. Поэтому для построения развертки призматической или цилиндрической поверхности необходимо предварительно определить натуральный вид нормального сечения данной поверхности. Стороны этого сечения и будут высотами трапеций или параллелограммов, из которых состоит поверхность. Этот способ называется СПОСОБОМ НОРМАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ.

Пример. Построить развертку поверхности треугольной наклонной призмы АВСDEF (рис. 167).

Рис. 167

Боковые ребра призмы имеют горизонтальное расположение. Пересечем данную призму плоскостью a(a_H), перпендикулярной к боковым ребрам, и построим проекции фигуры сечения — треугольник 1-2-3 (рис. 167).

Определим натуральные величины сторон треугольника 1-2-3 способом замены плоскостей проекций: меняем фронтальную плоскость проекций V на новую V₁ таким образом, чтобы плоскость a стала плоскостью уровня, для чего ось x ₁ новой системы плоскостей проекций H/V₁ проводим параллельно a_H. Тогда на новой фронтальной плоскости V₁ получим натуральную величину треугольника 1-2-3 (рис. 167).

На произвольной горизонтальной прямой построим отрезок, равный периметру треугольника 1-2-3 (рис. 167). Отрезок 1-1 можно считать разверткой нормального сечения призмы. Из всех точек (1,2,3,1) этого отрезка проводим прямые, перпендикулярные к нему, на которых откладываем отрезки боковых ребер (натуральные величины), беря их с горизонтальной проекции, так как они являются горизонталями. Концы отложенных отрезков соединяем прямыми СА, АВ, FD,... Фигура CABCFEDF представляет собой развертку боковой поверхности призмы.

Полная развертка призмы показана на рис. 167. Для построения граней основания из точек В и С проводим дуги окружностей радиусами, равными соответственно натуральным величинам ребер ВА и СА. Пересечение дуг дает точку А. Аналогичным образом найдена точка D.

Способ раскатки

Способ раскатки рекомендуется для построения развертки цилиндрической поверхности, когда ее образующие являются прямыми уровня, то есть параллельными одной из плоскостей проекций.

Рассмотрим данный способ на примере эллиптического цилиндра с круговым основанием, которое проецируется на горизонтальную плоскость проекций без искажения (в натуральную величину).

Построение развертки данного цилиндра выполняем в следующей последовательности (рис. 168):

1. Делим окружность основания цилиндра на 12 равных частей.

2. Вписываем в цилиндр призму, боковые ребра которой совпадают с образующими цилиндра, проходящими через точки деления основания (рис.).

3. Принимаем за плоскость развертки фронтальную плоскость g (g_H), которая проходит через ребро призмы, совпадающее с очерковой образующей цилиндра (1).

4. Находим натуральную величину первой грани, проходящей через ребро 1, для чего вращаем ее вокруг фронтали 1”до уровня этой фронтали. При этом точка 2”переместится по направлению, перпендикулярному к этой фронтали в положение 2, которое найдем, если из точки 1”это направление засечем отрезком 1'2'.

Рис. 168

Из точки 3”проводим также перпендикуляр к ребру 1(1”) и находим точку 3, отсекая этот перпендикуляр из точки 2 отрезком 2'3' и т.д.

Соединяя найденные точки плавной кривой получим фигуру развертки, которую можно представлять себе как отпечаток цилиндра, полученный путем его качения по фронтальной плоскости, проходящей через образующую 1.