Лекция 8 Винтовые поверхности. Многогранники Винтовые поверхности. В технике часто встречаются винтовые поверхности, образованные при винтовом движении прямой. • Такие поверхности образуются при движении произвольной образующей по винтовой направляющей.

Download Report

Transcript Лекция 8 Винтовые поверхности. Многогранники Винтовые поверхности. В технике часто встречаются винтовые поверхности, образованные при винтовом движении прямой. • Такие поверхности образуются при движении произвольной образующей по винтовой направляющей.

Лекция 8
Винтовые поверхности.
Многогранники
Винтовые поверхности.
В технике часто встречаются винтовые
поверхности, образованные при
винтовом движении прямой.
• Такие поверхности образуются при
движении произвольной образующей по
винтовой направляющей. Если
образующая - прямая линия, то
образованные поверхности называются
геликоидами.
• Винтовая поверхность образуется
винтовым перемещением линии
(образующей).
• Поверхность можно задать начальным
положением образующей и
направляющей – цилиндрической
винтовой линией, которая называется
гелисой.
• В зависимости от величины угла
наклона образующей к оси геликоиды
бывают прямыми, если угол равен 90°,
и наклонными (косыми), если угол –
произвольный, отличный от 0 и 90°.
• Прямой геликоид образуется
движением прямолинейной
образующей i по двум направляющим:
винтовой линии т и ее оси i; при этом
образующая ℓ пересекает винтовую ось
под прямым углом. Прямой геликоид
используется при создании винтовых
лестниц, шнеков, а также силовых
резьбах, в станках.
ветроротор
•
Шнековый ветроротор (фиг.1) работает следующим образом. При
направлении ветра v нагрузку воспринимают расположенные слева от
оси вогнутые участки лопастей (на фиг. 1 показан трехзаходный
воронкообразный геликоид с правой навивкой и направленной вниз
остью z), вследствие этого возникает направленный влево вращающий
момент. При смене направления ветра момент не изменяется.
Ветроротор вращается в подшипниковых опорах 4 и 5 и через передачу
8 вращение от него передается мультипликатору 9, а затем
электрогенератору 10. Ветроротор может монтироваться в
горизонтальном положении, соединяться внизу с шарниром 6, затем с
помощью растяжек 7 и дополнительной стойки (падающей стрелы, на
фиг.1 не показана) известными методами подниматься в вертикальное
положение. В местностях с неизменным направлением ветра
ветроротор может использоваться в наклонном положении так, чтобы
ось z составляла с ветром тупой угол (на фиг.1, положение II). В этом
случае воронкообразные винтовые лопасти как бы захватывают
ветровой поток. В наклонном положении шнековый ветроротор с
воронкообразными лопастями можно использовать и в ориентируемых
конструкциях, как используется шнековый ротор с прямыми лопастями,
но эффективность его будет большая, нежели у прямого.
Алгоритм построения прямого геликоида
ℓ2
i2
m2
гелиса
ℓ1
i1
m1
m, ℓ - направляющие
Многогранники
• Поверхность, образованная частями
попарно пересекающихся плоскостей,
называется многогранной. Рассмотрим
некоторые виды многогранных
поверхностей.
• Их элементами являются грани, ребра
и вершины.
• Отсеки плоскостей, образующие
многогранную поверхность, называются
гранями,
• линии пересечения смежных граней ребрами, точки пересечения не менее
чем трех граней - вершинами
• Если каждое ребро многогранной поверхности
принадлежит одновременно двум ее граням, ее
называют замкнутой (б, г), в противном случае незамкнутой (рис. а, в).
• Многогранная поверхность называется
пирамидальной, если все ее ребра
пересекаются в одной точке - вершине (рис. а).
Пирамидальная поверхность имеет две
неограниченные полы.
• Многогранная поверхность называется
призматической, если все ее ребра параллельны
между собой (рис. г).
• Геометрическое тело, со всех сторон
ограниченное плоскими многоугольниками,
называется многогранником. Простейшими
многогранниками являются пирамиды и призмы.
Пирамида
• Пирамида (др. егип.
purama) - многогранник, у
которого одна грань,
называемая основанием,
есть многоугольник, а все
остальные грани,
называемые боковыми,
— треугольники,
имеющие общую вершину
— вершину пирамиды.
Призма
• Призма (греч. prisma — опиленная) многогранник, у которого две грани основания равные многоугольники с
соответственно параллельными сторонами, а
остальные грани - боковые являются
прямоугольниками, квадратами или
параллелограммами.
• Призма называется прямой или наклонной,
исходя из того, будут ли ее ребра (линии
пересечения боковых граней)
перпендикулярны или наклонны к
основаниям.
Призма
Призма прямая
Если боковые ребра
перпендикулярны основанию, призма
называется прямой.
• Среди других видов многогранников
следует выделить - призматоиды и
правильные многогранники (тела
Платона).
• Призматоидом называется
многогранник, у которого верхнее и
нижнее основания - многоугольники,
расположенные в параллельных
плоскостях, а боковые грани
представляют собой треугольники или
трапеции.
Существует пять правильных
многогранников:
•
•
•
•
•
Тетраэдр (четырехгранник) - ограничен
четырьмя равносторонними и равными
треугольниками.
Гексаэдр (четырехгранник, или куб) ограничен шестью равными квадратами.
Октаэдр (восьмигранник) - ограничен
восемью равносторонними и равными
треугольниками.
Додекаэдр (двенадцатигранник) ограничен двенадцатью равносторонними
и равными пятиугольниками.
Икосаэдр (двадцатигранник) - ограничен
двадцатью равносторонними и равными
треугольниками.
Тетраэдр
Тетраэдр
правильная
пирамида,
ограниченная
четырьмя
равносторонними
треугольниками.
Гексаэдр
• Гексаэдр (четырехгранник, или куб) ограничен шестью равными квадратами
Октаэдр
• Октаэдр – поверхность,
состоящая из восьми Октаэдр
равносторонних треугольников.
• ОКТАЭДР ПРАВИЛЬНЫЙ (греч.
octo восемь, hedra—сторона).
Восьмигранник, поверхность
которого состоит из восьми
равносторонних треугольников.
Имеет восемь граней, шесть
вершин, двенадцать ребер.
• Октаэдр может быть и
неправильным
Октаэдр звездчатый
• Звездчатый октаэдр - восемь
пересекающихся плоскостей граней
октаэдра отделяют от пространства
новые "куски", внешние по
отношению к октаэдру. Это малые
тетраэдры основания которые
совпадают с гранями октаэдра. его
можно рассматривать как
соединение двух пересекающихся
тетраэдров, центры которых
совпадают с центром исходного
октаэдра. Все вершины звездчатого
октаэдра совпадают с вершинами
некоторого куба, а ребра его
являются диагоналями граней
(квадратов) этого куба.
Додекаэдр
• Додекаэдр правильный
двенадцатигранник,
состоит из
двенадцати
правильных и равных
пятиугольников,
соединенных по три
около каждой
вершины
Икосаэдр
• Икосаэдр состоит из 20
равносторонних
и равных
треугольников,
соединенных по
пять около
каждой вершины
ВЗАИМНОЕ
РАСПОЛОЖЕНИЕ ЛИНИИ И
ПОВЕРХНОСТИ
Условие принадлежности линии
поверхности
• Линия принадлежит
поверхности, если все ее точки
принадлежат поверхности.
• Точка принадлежит
поверхности, если
принадлежит прямой,
принадлежащей поверхности.
Примеры пересечения поверхностей c
прямой линией
ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ С
ПРЯМОЙ ЛИНИЕЙ
Пересечение прямой с
поверхностью.
• Для нахождения точек встречи прямой с
поверхностью любого типа, т.н. точек входа и
выхода, поступают точно так же, как и при
нахождении точек встречи прямой с плоскостью:
• Прямую заключают в плоскость-посредник S: mS
• Определяют линию пересечения l плоскости S с
поверхностью : l=S
• Искомые точки входа и выхода прямой m
определяют как результат пересечения её с линией
пересечения l: t1,2=lm
• Чтобы получить рациональное решение, следует
использовать наиболее простой способ получения
линии пересечения l. В качестве линии пересечения
стремятся получить либо прямую, либо окружность.
S2
12
22
32
С2
42
ℓℓ22 ≡ α
А2
В2
X 2,1
31
А1
ℓ1
С1
11
M1 41
K1
S1
21
В1
Этого можно достичь:
• путём выбора положения вспомогательной секущей
плоскости;
• переводом прямой в частное положение.
• В качестве вспомогательной может быть выбрана как
плоскость частного, так и плоскость общего
положения.
• Пример. Дано: Прямой круговой конус, прямая m
• Нужно: Построить точки пересечения поверхности
конуса и прямой m общего положения.
• Заключим прямую m в плоскость, проходящую через
вершину S конуса. Для этого возьмём точки А и В на
m. Через S2, А2, В2 проводим фронтальную
проекцию плоскости. Находим горизонтальный след
вспомогательной плоскости и горизонтальную
проекцию вспомогательной плоскости и линию её
сечения с поверхностью.
Задача: построить точки
S2
B2
12
22
A2
X 2,1
О2
A1
О1
S1
21
11
B1
пересечения прямой АВ с
поверхностью конуса.
Определить видимость
прямой.
Решение задачи :
1 - нужно через прямую
провести вспомогательную
произвольную плоскость,
найти след этой плоскости.
2 – найти точки пересечения
образующих конуса с
прямой;
3 – по принадлежности
определить фронтальные
проекции точек пересечения.
4 – определить видимость
прямой.
Определить точки пересечения прямой и
сферы ℓ
2
Для решения воспользуемся
вспомогательной
фронтально
проецирующей плоскостью.
R
R
X 2,1
ℓ1
R
Построить точки пересечения
цилиндрической поверхности с прямой
О ٰ2
B2
М2
N2
ℓ2
12
22
X 2,1
О2
Н2
A2
Н ٰ2
B1
Н≡Н1
М1
11
О ٰ1
Оٰ1
21
N1
ℓ1 A1
Н ٰ≡Н
Принадлежность прямой и точки
поверхности
S3
S2
M2
12
A2
A1
M3
B2
C2
11
13
O
A3
C1
M1
B1
S1
C3
B3