机械制图课件第三章

1、第三章,立 体 的 投 影,第三章 立体的投影,机器零件或设备，虽然形状各不相同，但一般总可以看作是由基本几何形体所组成 的 。,图 3.0-1 所示，六角头螺栓的毛坯是由六棱柱、圆柱及圆锥台所组成。因此掌握基本几何形体的投影特性，是画图和看图的重要基础。,图3.0-1 六角头螺栓,基本几何形体可分为平面立体和曲面立体两大类。平面立体则是由平面所围成，如棱柱体、棱锥体；曲面立体则是由曲面或曲面和平面所围成，如圆柱体、圆锥体、球体等，如下图3.0-2所示。,图3.0-2 基本集合体,这一章主要研究基本形体的投影特性及作图方法。,3.1 平面立体,一、平面立体的投影,平面立体是由若干平面多边形所围

2、成的几何体，各表面的交线称为平面立体的棱线，棱线的交点称为平面立体的顶点。,如图 3.1-1 所示，围成平面立体的各平面多边形是由棱线所围成，而每条棱线可由其两顶点确定。,因此画平面立体的投影就是画平面立体各表面多边形的投影，即画出平面立体各棱线和顶点的投影，并将可见棱线的投影画成粗实线，不可见棱线的投影画成虚线。,1、 棱柱的投影,棱柱由两个底面和若干个侧棱面组成。,棱柱的特点是,棱柱体按侧棱线的数目分为,各侧棱线相互平行，上、下底面相互平行。,侧棱线与底面垂直的棱柱称为直棱柱，,现以正六棱柱为例说明棱柱的投影特性。,三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱等。,侧棱线与底面倾斜的棱柱称为斜棱柱，,上

3、下底面均为正多边形的直棱柱称为正棱柱。,如图3.1-1左图所示，正六棱柱是由上、下底面和六个侧棱面所围成。上、下底面为水平面，其水平投影反映实形并重合。正面投影和侧面投影积聚成平行于相应投影轴的直线，六个侧棱面中，前、后两个棱面为正平面，它们的正面投影反映实形并重合，水平投影和侧面投影积聚成平行于相应投影轴的直线；其余四个棱面均为铅垂面，其水平投影分别积聚成倾斜直线，正面投影和侧面投影都是缩小的类似形（矩形）。将其上、下底面及六个侧面的投影画出后，即得正六棱柱的三面投影图，如图 3.1-1右图所示。,图 3.1-1 正六棱柱及其三面投影,从上往下看,作H面投影,从前往后看,作V面投影,从左往右

4、看,作W面投影,作图过程如图3.1-2 所示：,图3.1-2 正六棱柱的三面投影图作图过程,2、 棱锥的投影,棱锥由一个多边形底面和若干个具有公共顶点的三角形组成，即各侧棱线交汇于一点，该点称为锥顶，从锥顶到底面的距离称为棱锥的高。按侧棱线的数目棱锥也有三棱锥、四棱锥、五棱锥、六棱锥等。底面为正多边形，各侧棱面为等腰三角形的棱锥称为正棱锥。如图3.1-3左图所示的四棱锥， ABCD 为底面， SA ， SB ， SC ， SD 为棱线， S 为锥顶。现以该四棱锥为例，说明棱锥体的投影特性。,四棱锥的底面 ABCD 为水平面，其水平投影反映实形，正面投影和侧面投影积聚成平行相应投影轴的直线。左、

5、右两个侧棱面 SAD 和 SBC 是正垂面，其正面投影分别积聚为两段直线，水平投影 sad 和 sbc 为缩小且大小相等的类似形，侧面投影 s a d 和 s b c 为缩小的大小相等且投影重合的类似形。前、后两个侧棱面 SAB 和 SCD 是侧垂面，其侧面投影积聚为两段直线，水平投影 sab 和 scd 为缩小的类似形，正面投影 s a b 和 s c d 为缩小的类似形且投影重合。如图3.1-3右图所示。,四棱锥投影的作图步骤如图 3.1-4所示：,图 3.1-4 正四棱锥的三面投影作图过程,二、平面立体表面上取点和直线,平面立体表面上取点、直线的方法，与第二章所述的在平面内取点、直线的方

6、法相同。下面举例说明在平面立体表面上取点、直线的作图方法。,例1：点A位于棱柱表面，已知A点的另外两个投影,分析 ：,点A所在表面为铅垂面，其H面投影具有积聚性。此题可利用积聚性投影作图。,作图步骤 ：,（1）先求a；,（2）利用“三等”关系求,图3.1-5 棱柱表面取点,例2、已知折线MNK位于棱锥表面，试完成其 H 、 W 投影。,图3.1-6 棱锥表面取线,模型1,模型1,模型2,模型3,3.2 曲面立体,曲面立体是由曲面或曲面和平面所围成的几何体，曲面立体的投影就是组成曲面立体的曲面和平面的投影的组合。常见的曲面立体为回转体，如圆柱、圆锥、圆球和圆环等，回转体包含有回转面，回转面是由一

7、线段绕轴线旋转形成的曲面，这条运动的线段称母线，回转面上任一位置的母线称素线。本节主要介绍回转体投影图的画法以及回转体表面上取点的方法。,一、圆柱,圆柱是由圆柱面、顶平面和底平面所围成，圆柱面由直线绕与它平行的轴线旋转而成。,1、圆柱体的投影,如图3.2-1所示为空间直立圆柱 的立体图和三面投影图。,该圆柱的 轴线和圆柱表面上所有的素线都垂直于水平投影面，因此，圆柱面的水平投影积聚为圆，此圆反映圆柱上下圆平面的实形。,图3.2-1 圆柱的三面投影,（二）圆柱表面上取点,在圆柱表面上取点，可利用圆柱表面投影为圆的积聚性或作辅助素线的方法求得。,例 1 MN为圆柱表面的线段，已知mn ，试完成其

8、H 、 W 投影。,图3.2-2 圆柱表面取点、线,二、圆锥,圆锥是由圆锥面和底圆平面所围成。圆锥面由直线绕与它相交的轴线旋转而成。圆锥表面上的所有素线为过锥顶的直线。,1、 圆锥的投影,如图3.2-2 所示为轴线垂直于水平投影面的正圆锥的立体图和三面投影图。,图 3.2-3 圆锥的三面投影,2、圆锥表面上取点,圆锥表面上取点的作图原理与平面内取点的原理相同，即过圆锥面上的点作一辅助线，点的投影必在辅助线的同名投影上。根据在圆锥面上所作的辅助线，有辅助素线法和辅助圆法。,例 2 、ACB（acb）为圆锥表面的线段，试完成其 H 、 W 投影。,图3.2-4 圆锥表面取点、线,三、 圆球,圆球是

9、以球面所围成的回转体，球面是由圆绕其直径旋转而成的。,1、圆球的投影,如图3.2-3 所示为圆球的立体图和投影图。,图3.2-5 球的三面投影,圆球在三个投影面上的投影皆为直径相等的圆，其直径等于圆球的直径，它们分别为圆球表面上处于不同位置的三个大圆的投影，是这个球面的三个投影的转向轮廓线。,圆球正面投影的转向轮廓线是圆球上平行于正投影面的直径最大正平圆的正面投影，这个圆是可见的前半球面和不可见的后半球面的分界圆。圆球水平投影的转向轮廓线是球面上平行于水平投影面的最大水平圆的水平投影，这个圆是可见的上半球面和不可见的下半球面的分界圆。圆球侧面投影的转向轮廓线是球面上平行于侧面的最大侧平圆的侧面

10、投影，这个圆是可见的左半球面和不可见的右半球面的分界圆。,2、圆球表面上取点,由于球面的三个投影都无积聚性，且球面上不存在直线，所以在圆球表面上取点，只能利用辅助圆法，即过所求的点在球面上作平行于投影面的圆，该点的投影必在辅助圆的同名投影上。,例3 A、B为圆球表面的点，已知a、b，试完成其 H 、 W 投影。,图3.2-6 圆球表面取点,3.3 立体表面交线,机器零件的表面经常会现交线，如图 3.3.0-1所示，这些交线是平面与立体或组成零件的相邻两立体相交而成。平面与立体表面相交的交线称截交线，两立体表面相交的交线称相贯线。本节将介绍截交线和相贯线的性质和投影图的画法。,图 3.3.0-1

11、 立体表面的交线（一）、（二）,一 、平面与回转体相交的截交线,平面与回转体相交，可以看成回转体被平面所截切，与立体相交的平面称为截平面，截平面与立体表面的交线称为截交线。,平面与回转体相交，其截交线一般为封闭的平面曲线或曲线与直线所围成的平面图形，其形状由回转体的形状及截平面与回转体相对位置所确定。截交线具有以下两个性质：, 截交线一般是由直线、曲线、直线与曲线所组成的封闭的平面图形。, 截交线是截平面与回转体表面的共有线，截交线上的点是截平面与回转体表面的共有点。因此求截交线就是求截平面与立体表面的共有点，亦即求回转体表面上的线与截平面的交点。,求截交线时首先需要分析截平面与回转体的相对位

12、置以确定截交线的形状；分析截平面以及回转体对投影面的相对位置以确定截交线的投影特性，并判断截交线的已知投影以及需要求作的未知投影。,当交线为平面曲线时，一般先求出能确定其形状和范围的特殊点，如最高、最低、最前、最后、最左、最右点，以及转向轮廓线上的点、对称轴上的端点等，然后根据具体情况求出若干中间点，最后依次光滑连接成曲线，并判断可见性。,1、平面与圆柱相交,根据截平面与圆柱轴线的相对位置不同，圆柱面上截交线的形状有三种情况：直线、圆、椭圆，见表 3.3-1 。,表3.3-1,截交线,立体图,投影图,圆,椭圆,两平行素线与底面 两交线组成的矩形,例1、,图3.3-1,2、平面与圆锥相交,根据截

13、平面与圆锥轴线的相对位置不同，圆锥面上截交线的形状有五种情况： 圆、椭圆、抛物线、双曲线，特殊情况为过锥顶的两条素线， 见表3.3-2 。,表3.3-2,截平面位置,过锥顶,垂直于轴线,倾斜于轴线 ,倾斜于轴线 =,倾斜于轴线 ,截交线,相交两素线与 底面交线组成 等腰三角形,圆,立体图,投影图,椭圆,抛物线与底面相交于直线段,双曲线与底面相交于直线段,例2、,图3.3-2,3、平面与圆球相交,圆球被任一位置平面所截，其截交线均为圆。由于截平面与投影面的相对位置不同，截交线的投影性质也不同：当截平面平行某投影面时，其截交线在该投影面上的投影为反映实形的圆，如图3.3-3所示。当截平面垂直某投影

14、面时，其截交线在该投影面上的投影为直线。当截平面倾斜某投影面时，其截交线在该投影面上的投影为椭圆。为绘图简便，我们只讨论截平面为投影面的平行面的情况。,图3.3-3 圆球被水平面截切的截交线,例,图3.3-4,例 4 求拉杆头的投影 。,图3.3-5,二、回转体与回转体相交的相贯线,两立体相交称为相贯，其表面交线称为相贯线，两立体相交后形成的形体称为相贯体。机器零件的表面上常有相贯线存在，如图3.3.2-1（a）、（ c）所示为两圆柱相交产生的相贯线，如图3.3.2-1 （ b ）所示为圆柱与圆球相交产生的相贯线。本节研究两回转体相交所得相贯线的性质和投影画法。,图3.3.2-1 相贯线,、相

15、贯线的性质,由于相交两立体的形状、大小和相对位置不同，其相贯线的形状也不一样，但相贯线都具有以下基本性质：, 相贯线一般为封闭的空间曲线，特殊情况下可能是平面曲线或直线。, 相贯线是两立体表面的共有线，相贯线上的任何点都是两立体表面的共有点。相贯线也是相交两立体表面的分界线。,从上述性质可知，相贯线是由两立体表面一系列共有点组成的，因此，求相贯线问题实际上就是求两立体表面上一系列共有点问题。,、求相贯线的方法,求立体表面的相贯线与截交线的步骤类同，求作回转体表面相贯线的基本方法有表面取点法、辅助平面法、辅助球面法等。,本书只介绍前两种方法。,（1）表面取点法,当相交两立体表面的某个投影具有积聚

16、性时，相贯线的一个投影必积聚在这个投影上，则可看作是已知另一个回转体表面上的点和线段的一个投影，求其它两个投影的问题。这样就可利用积聚投影特性进行表面取点，直接求得相贯线的投影。表面取点法也叫积聚性法。,例 1 如 图 exp3.3.2-1所示，已知两个圆柱正交，求相贯线。,分析：,两个圆柱体轴线垂直相交（正交），小圆柱完全贯穿大圆柱，相贯线为前后和左右都对称的封闭空间曲线，如图 exp3.3.2-1（ b ）所示。小圆柱轴线为铅垂线，其 表面水平投影积聚为圆。大圆柱轴线为侧垂线，其表面侧面投影积聚为圆。相贯线的水平投影和侧面投影分别重影在两个圆柱的积聚投影上，为已知投影，要求相贯线的正面投影

17、。按点的投影规律，用已知两投影求第三投影的方法，求得相贯线上若干点的正面投影，然后将这些点依次光滑连接即得相贯线的正面投影。,作图：,（ 1 ） 求特殊点。点 I 分别为相贯线的最左点和最右点，也是相贯线的最高点。它们的正面投影 1 、 2 为两圆柱正面转向线的交点，根据正面转向线的水平投影和侧面投影可求出 1 、 2 和 1 、（ 2 ）。点、为相贯线的最前点和最后点，也是相贯线的最低点，它们的侧面投影为小圆柱侧面转向线与大圆柱侧面投影的交点 3 、 4 ，根据该转向线正面投影和水平投影可求出 3 、 (4 ) 和 3 、 4 。,（ 2 ） 求一般点。在 I 、间任取 V 点，、间任取点，

18、即在相贯线的侧面投影上取 5 、（ 6 ），由 5 、（ 6 ）在水平投影上求得 5 、 6 ，再由 5 、（ 6 ）和 5 、 6 求得正面投影 5 、 6 。,（ 3 ） 依次光滑连接 1 、 5 、 3 、 6 、 2 得到前半段相贯线的正面投影。后半段相贯线的正面投影与之重合。,两轴线垂直相交的圆柱体相贯一般有三种形式，如图3.3.2-2所示。,图3.3.2-2 圆柱表面相贯的三种形式,不论它们是哪种形式，其相贯线的形状和作图方法都是相同的。,（2）辅助平面法,辅助平面法是利用三面共点的原理，求两个回转体表面的若干个共有点，从而求出相贯线的方法。假想用一个辅助平面截切相交的两立体，所得

19、两条截交线的交点，即为两立体表面的共有点，也是截平面上的点即“三面共点”。辅助平面法是求相贯线的常用方法。,辅助平面的选取要遵循截平面与两立体截切后所产生的交线简单易画的原则，一般使截交线的投影为圆或直线。为此，常选投影面的平行面或投影面的垂直面为辅助平面。,用辅助平面法求相贯线，一般按如下步骤进行：,（ 1 ） 根据已知条件分析相贯体的两基本形体的相对位置和它们对投影面的位置，分析相贯线的投影是否有积聚性，以利选择辅助平面。,（ 2 ） 求相贯线在各投影图上的特殊点，如最高点、最低点、转向线上的点等。,（ 3 ） 在适当位置求一般点。,（ 4 ） 光滑连接各点，并判别可见性。只有两个基本形体

20、表面都可见相贯线才可见，否则为不可见。,图 5-12 圆柱与圆锥正交的相贯线,（a）,（b）,3、关于相贯线的讨论,（1）相贯线的简化画法,（ 1 ）当正交的两个圆柱直径相差较大时，其相贯线在与两圆柱轴线所确定的平面平行的投影面上的投影可以用圆弧近似代替。如图3.3.2-3（ a ）所示，相贯线的正面投影用圆弧代替，该圆弧以大圆柱半径 R 为半径，圆心在小圆柱轴线上，且过 1 和 2 。圆弧由小圆柱向大圆柱面弯曲。,（ 2 ）当两圆柱直径相差很大时，相贯线投影可用直线代替，如图 3.3.2-3（ b ）所示。,(a) 相贯线用圆弧近似代替,(b) 相贯线用直线代替。,图 5-14 相贯线的简化画法,（2）两曲面立体相贯的特殊情况,两曲面立体的相贯线，一般情况下为封闭的空间曲线，特殊情况下可能为平面曲线或直线，且可以直接作出。下面介绍几种常见的相贯线的特殊情况。,（ 1 ）当两回转体同轴相交时，相贯线为垂直于回转体轴线的圆。如果轴线垂直于某投影面，相贯线在该投影面上的投影为圆；在与轴线平行的投影面上的投影为直线，如图3.3.2-4 所示。,图3.3.2-4同轴回转体相交的相贯线,（ 2 ）当两个回转体同时外切于一个球面相贯时，其相贯线为两个椭圆。如果两轴线同时平行于某投影面，则这两个椭圆在该投影面上的投影为相交二直线，如图3.3.2-5 所示。,图3.3.2-5两个回转体外切