理论教育 平面与回转体的相交:探究与优化

平面与回转体的相交:探究与优化

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:平面与回转体表面相交,其截交线是由曲线,或曲线与直线段,或直线段所组成的封闭平面图形。图3.16求棱柱的截交线表3.1平面与圆柱面相交续表如图3.17所示,求圆柱被正垂面P 截切后的水平投影。图3.19空心圆柱被截切平面与圆锥相交根据截平面与圆锥轴线相对位置不同,平面截切圆锥后截交线分别是圆、椭圆、抛物线、双曲线、三角形,见表3.2。图3.21补全圆锥被平面截切后的投影②作平面P 的截交线。

平面与回转体的相交:探究与优化

平面与回转体表面相交,其截交线是由曲线,或曲线与直线段,或直线段所组成的封闭平面图形。求作平面与回转体的截交线基本方法:求出截平面与回转体表面上若干个共有点,如确定截交线形状和范围的特殊点(最大范围点、可见与不可见的分界点等),以及间距较大特殊点的中间点,然后依次连接各点,并判断可见性,最后整理轮廓线。

(1)平面与圆柱相交

根据截平面与圆柱轴线相对位置不同,平面截切圆柱后截交线分别是矩形、圆、椭圆,见表3.1。

图3.16 求棱柱的截交线

表3.1 平面与圆柱面相交

续表

【例3.8】 如图3.17(a)所示,求圆柱被正垂面P 截切后的水平投影。

图3.17 求圆柱的截交线

分析:截平面P 倾斜于圆柱轴线,截交线为椭圆。由于截平面P 为正垂面,圆柱的轴线为侧垂线,因此,截交线的正面投影积聚为直线段,侧面投影积聚为圆,而水平投影为椭圆。

作图:

①作特殊点。A、B 和C、D 是截交线上的最低(高)点和最前(后)点,也是截交线水平投影椭圆的长轴、短轴端点。它们的正面投影a′、b′、c′、d′和侧面投影a″、b″、c″、d″可直接作出,再根据投影规律作出水平投影a、b、c、d,如图3.17(b)所示。

②作中间点。为准确作图,在特殊点之间作出适当数量的中间点Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的投影,如图3.17(c)所示。

③连线并判断可见性,整理轮廓线,完成作图。

【例3.9】 求作图3.18(a)所示带切口圆柱的侧面投影。

分析:圆柱切口由两个侧平面和一个水平面截切圆柱中间部分而成。其中两个截平面截切圆柱后截交线的侧面投影为矩形,截交线的水平投影是两条平行直线;水平面截切圆柱后截交线的水平投影为圆弧,截交线的侧面投影是直线段。

图3.18 求带切口圆柱的侧面投影

作图:

①圆柱切口的两个侧平面对称于圆柱的轴线,故两截交线的侧面投影重合。由它们的正面投影1′、2′、3′、4′和水平投影1、2、3、4 求得侧面投影1″、2″、3″、4″,如图3.18(b)所示。

②水平面截切圆柱的前后两条圆弧的侧面投影分别积聚为3″之前和4″之后的两条直线段,3″4″为两截切平面交线的侧面投影。

③整理轮廓线。从正面投影可知,圆柱最前素线和最后素线被切掉,所以在侧面投影中,圆柱体的转向轮廓线由截交线1″3″、2″4″代替,如图3.18(c)所示。

图3.19 为空心圆柱被截切的情况,截平面与圆柱内外表面都有交线,作图时注意判断。

图3.19 空心圆柱被截切

(2)平面与圆锥相交

根据截平面与圆锥轴线相对位置不同,平面截切圆锥后截交线分别是圆、椭圆、抛物线双曲线、三角形,见表3.2。

表3.2 平面与圆锥面的交线

续表

【例3.10】 如图3.20(a)所示,求圆锥被正垂面截切后的投影。(www.daowen.com)

分析:截平面与圆锥轴线的倾角大于母线与轴线的倾角,截交线为椭圆。截交线的正面投影为直线,水平投影和侧面投影的特殊点根据点、线的从属关系直接求出,其余各点用辅助圆法求出。

图3.20 圆锥被正垂面截切

作图:

①求特殊点。椭圆长轴端点A、B 是截交线上的最低、最高点,正面投影a′、b′可直接确定,水平投影a、b 和侧面投影a″、b″根据圆锥最左、最右轮廓线的投影来确定。椭圆短轴端点C、D是截交线上的最前、最后点,正面投影c′、d′重影在a′b′的中点,利用纬圆法可求出水平投影c、d 和侧面投影c″、d″。截交线上位于圆锥面最前、最后轮廓素线的点E、F 也必须求出,正面投影e′、f′重影为一点,侧面投影e″、f″位于圆锥面最前、最后轮廓线侧面投影上,水平投影e、f根据点的投影规律求出,如图3.20(b)所示。

②求中间点。用纬圆法作若干中间点,如G、H,如图3.20(c)所示。

③依次连接各点的同面投影,并判断可见性,整理轮廓线,完成作图,如图3.20(d)所示。

【例3.11】 补全图3.21(a)所示的圆锥被截切后的水平投影,并画出它的侧面投影。

分析:圆锥被正垂面Q 和水平面P 截切,截平面Q 通过锥顶,截交线为三角形;截平面P垂直于圆锥轴线,截交线是圆弧;截平面Q 和P 的交线是一条正垂线。

作图:

①作平面Q 的截交线。过A、B 作垂直于圆锥轴线的纬圆,作出它的水平投影圆;由a′、b′作铅垂投影连线,与该圆分别交前后两点a、b,再根据正面投影a′、b′和水平投影a、b 求得侧面投影a″、b″;将锥顶S 的水平投影、侧面投影分别与A、B 的同面投影相连,如图3.21(b)所示。

图3.21 补全圆锥被平面截切后的投影

②作平面P 的截交线。平面P 的截交线位于过A、B 作垂直于圆锥轴线的纬圆上,水平投影是该圆上a、b 两点间左部分圆弧,侧面投影积聚为直线段。

③补画两截平面交线的投影,并判断可见性,整理轮廓线,完成作图,如图3.21(c)所示。

(3)平面与圆球相交

平面与圆球相交,其截交线是圆。当截平面平行于投影面时,截交线在该投影面上的投影反映实形;当截平面垂直于投影面时,截交线在该投影面上的投影积聚为直线,直线的长度等于截交线圆的直径;当截平面倾斜于投影面时,截交线在该投影面上的投影为椭圆,见表3.3。

表3.3 平面与圆球面的交线

【例3.12】 如图3.22(a)所示,求圆球被正垂面截切后的投影。

分析:圆球被正垂面截去左上角,截交线是一个正垂圆,其正面投影积聚为直线段,水平投影和侧面投影为椭圆。

作图:

①作特殊点。如图3.22(b)所示,A、B 和C、D 是截交线上的最左(低)、最右(高)点和最前、最后点,也是截交线水平和侧面投影椭圆的长轴、短轴端点。A、B 点的三面投影可直接求出,C、D 点的水平投影和侧面投影用纬圆法求得;此外E、F、G、H 是圆球最大水平圆和最大侧平圆上的点,三面投影根据投影关系直接求出。

②作中间点。用纬圆法在以上特殊点之间求作若干中间点,如点Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,如图3.22(c)所示。

③依次连接各点的水平投影和侧面投影,并判断可见性、整理轮廓线,完成作图,作图结果如图3.22(d)所示。

图3.22 圆球被正垂面截切

【例3.13】 求图3.23(a)所示的半圆球被切槽后的投影。

分析:该立体是在半球上部被两个侧平面R、Q 和一个水平面P 截切。平面R、Q 对称分布于半圆球左右两侧,截交线的侧面投影重合为一反映实形的圆弧,水平投影积聚为两条平行直线;平面P 截切后的截交线为一水平圆弧,水平投影反映实形,侧面投影积聚为直线。

作图:

①延长PV 交半圆球最大正平圆的正面投影于1′,求出水平投影1,过1 作截平面P 与半圆球截交线的水平投影圆,过b′(c′)作投影连线,交圆于b、c,如图3.23(b)所示。

②求出a″,作截平面R、Q 与半圆球截交线的侧面投影b″a″c″圆弧。

③判断可见性,并整理轮廓线,完成作图,作图结果如图3.23(c)所示。

图3.23 半球被平面截切

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