Для изготовления кожухов машин, ограждений станков, вентиляционных устройств, трубопроводов необходимо из листового материала вырезать их развертки.
Разверткой поверхности многогранника называют плоскую фигуру, полученную при совмещении с плоскостью чертежа всех граней многогранника в последовательности их расположения на многограннике.
Чтобы построить развертку поверхности многогранника, нужно определить натуральную величину граней и вычертить на плоскости последовательно все грани. Истинные размеры ребер граней, если они спроецированы не в натуральную величину, находят способами вращения или перемены плоскостей проекций (проецированием на дополнительную плоскость), приведенными в предыдущем параграфе.
Рассмотрим построение разверток поверхности некоторых простейших тел.
Развертка поверхности прямой призмы представляет собой плоскую фигуру, составленную из боковых граней - прямоугольников и двух равных между собой многоугольников оснований. Для примера взята правильная прямая шестиугольная призма (рис. 176, а). Все боковые грани призмы - прямоугольники, равные между собой по ширине а и высоте Н; основания призмы - правильные шестиугольники со стороной, равной а. Так как истинные размеры граней нам известны, нетрудно выполнить построение развертки. Для этого на горизонтальной прямой последовательно откладывают шесть отрезков, равных стороне основания шестиугольника, т. е. 6а. Из полученных точек восставляют перпендикуляры, равные высоте призмы Н, и через конечные точки перпендикуляров проводят вторую горизонтальную прямую. Полученный прямоугольник (Н х 6а) является разверткой боковой поверхности призмы. Затем на одной оси пристраивают фигуры оснований - два шестиугольника со сторонами, равными а. Контур обводят сплошной основной линией, а линии сгиба - штрихпунктирной с двумя точками.
Подобным образом можно построить развертки прямых призм с любой фигурой в основании.
Развертка поверхности правильной пирамиды представляет собой плоскую фигуру, составленную из боковых граней - равнобедренных или равносторонних треугольников и правильного многоугольника основания. Для примера взята правильная четырехугольная пирамида (рис. 176, б). Решение задачи осложняется тем, что неизвестна величина боковых граней пирамиды, так как ребра граней не параллельны ни одной из плоскостей проекций. Поэтому построение начинают с определения истинной величины наклонного ребра SA. Определив способом вращения (см. рис. 173, в) истинную длину наклонного ребра SA, равную s"a` 1 (рис. 176, б), из произвольной точки О, как из центра, проводят дугу радиусом s"a` 1 . На дуге откладывают четыре отрезка, равные стороне основания пирамиды, которое спроецировано на чертеже в истинную величину. Найденные точки соединяют прямыми с точкой О. Получив развертку боковой поверхности, к основанию одного из треугольников пристраивают квадрат, равный основанию пирамиды.
Развертка поверхности прямого кругового конуса представляет собой плоскую фигуру, состоящую из кругового сектора и круга (рис. 176, в). Построение выполняют следующим образом. Проводят осевую линию и из точки, взятой на ней, как из центра, радиусом Rh равным образующей конуса sfd, очерчивают дугу окружности. В данном примере образующая, подсчитанная по теореме Пифагора, равна приблизительно
38 мм (L = √l5 2 + 35 2 = √l450 ≈ % 38 мм). Затем подсчитывают угол сектора по формуле
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О РАЗВЁРТЫВАНИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Будем рассматривать поверхность как гибкую нерастяжимую оболочку. В этом случае некоторые поверхности путём преобразования можно совместить с плоскостью без разрывов и складок . Поверхности, допускающие такое преобразование, называются развёртывающимися.
Фигура, получающаяся при совмещении развертывающейся поверхности с плоскостью, называется разверткой.
Построение развёрток имеет большое значение при конструировании изделий из листового материала (сосуды, трубопроводы, выкройки и т.д.).
Поверхности, развертывающиеся геометрически точно : многогранные, конические, торсы, цилиндрические.
Из кривых поверхностей, к числу развёртывающихся относятся те линейчатые поверхности (конические, цилиндрические, торсы), у которых касательная плоскость касается поверхности по её прямолинейной образующей.
Все остальные кривые поверхности относятся к числу не развертывающихся, но при необходимости можно построить их приближённые развёртки.
Для построения развёртки какой-либо криволинейной поверхности её разбивают на такие криволинейные участки, каждый из которых можно аппроксимировать некоторой плоской фигурой, которая требует для определения своей натуры только замеров .
Например:
· цилиндр разбивают на прямоугольники (рисунок 16-1а);
· прямой конус на равнобедренные треугольники (рисунок 16-1б);
· эллиптический цилиндр - на параллелограммы (рисунок 16-1в);
· эллиптический конус - на треугольники (рисунок 16-1г);
· сферу - на трапеции.
РАЗВЁРТКИ ПИРАМИДЫ И КОНИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
В качестве примеров рассмотрим построение разверток только четырех поверхностей: пирамиды, конуса, призмы и цилиндра.
Развертка поверхности пирамиды
Развёртка такой поверхности представляет собой плоскую фигуру, которая получается совмещением всех её граней с одной плоскостью.
Пример 1
. Построить развёртку поверхности пирамиды АВСS (рисунок 16-2) и нанести на неё линиюМN.
Так как боковыми гранями пирамиды являются треугольники, то для построения развёртки необходимо найти натуральный вид этих треугольников, для чего следует определить истинные длины сторон - ребер пирамиды.
Основание пирамиды лежит в горизонтальной плоскости, следовательно, натуральная величина ребер АВ, ВС и АС уже имеется на чертеже.
Ребро SA является фронталью, поэтому на виде спереди оно изображается в натуральную величину.
Натуру ребер SВ и SС определяем способом прямоугольного треугольника. Одним катетом его является превышение точки S над точками В и С, а вторым - вид сверху ребер SВ и SС.
Затем по трём сторонам строим последовательно все боковые грани пирамиды.
Для нанесения на развёртку линии МN вначале определим истинную величину отрезков AM и В1 и отложим их на развёртке на соответствующих ребрах.
Чтобы нанести точку М, проведём на грани SВС прямую S2 и найдём её положение на развёртке, отложив отрезок В2 (замеренный на виде сверху) на стороне ВC. Затем на виде спереди проведём через точку 4 отрезок 3-4, параллельный ребру ВС и найдём его положение на развёртке, для чего отложим отрезок C4 на стороне SС и через полученную точку проведём прямую 3-4 параллельную ребру ВС. На пересечении прямых S-2 и 3-4 найдём точку N. Соединив полученные точки М, 1, N получим искомую линию.
Построим развертку прямой трехгранной пирамиды. Для простоты считаем, что треугольник основания равносторонний. Полная поверхность данной пирамиды состоит из боковой (три равных треугольника) поверхности и основания (треугольник). Сначала строят развертку боковой поверхности (рис. 9.4):
о определяют длины сторон треугольников, из которых она состоит. Действительная длина бокового ребра AS (на плоскости проекций) получается при проецировании тогда, когда ребро параллельно фронтальной плоскости проекций. Пусть длина бокового ребра равна С;
о на плоскости проводят дугу окружности радиусом L из центра в точке.V;
о на окружности откладывают последовательно три отрезка длиной, равной длине стороны треугольника-основания, и получают точки А, В, С;
о последовательно соединяют т. А, В , С между собой и с т. S отрезками прямой и получают развертку боковой поверхности пирамиды;
о на одной из сторон строят равносторонний треугольник, равный треугольнику - основанию пирамиды, и получают развертку полной поверхности прямой трехгранной пирамиды.
Аналогично строится развертка пирамиды с основанием - произвольным треугольником (но на дуге последовательно откладывают отрезки, равные по длине сторонам треугольника-основания) и с основанием - произвольным многоугольником. Построение боковой поверхности произвольной пирамиды возможно и следующим образом: о определяют длины ее ребер и сторон основания; о по полученным данным в плоскости чертежа последовательно строят треугольники, равные граням пирамиды.
Развертка конуса.
Построим развертку прямого кругового конуса (рис. 9.5). Развертка его боковой поверхности - круговой сектор, радиус которого равен длине образующей конуса L, а угол при вершине вычисляется по формуле 180 D/L (в градусах) или л О/L (в радианах), где D - диаметр окружности основания конуса. Совместив с разверткой боковой поверхности окружность, равную окружности основания, получаем развертку полной поверхности конуса.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
- 1. Что называется разверткой?
- 2. Постройте развертку прямой четырехугольной призмы.
- 3. Как можно построить развертку произвольной призматической поверхности?
- 4. Постройте развертку цилиндра.
- 5. Можно ли построение развертки цилиндрической поверхности свести к построению развертки призматической поверхности?
- 6. Какой вид имеет развертка усеченного цилиндра? Как ее построить?
- 7. Постройте развертку боковой поверхности пятиугольной пирамиды.
- 8. Из чего состоит развертка полной поверхности произвольной пирамиды?
- 9. Какой вид имеет развертка боковой поверхности конуса?
- 10. Постройте развертку полной поверхности прямого конуса.
Необходимо построить развертки гранных тел и нанесения на развертку линии пересечения призмы и пирамиды.
Для решения этой задачи по начертательной геометрии необходимо знать:
— сведения о развертках поверхностей, способах их построения и, в частности, построение разверток гранных тел;
— взаимно-однозначные свойства между поверхностью и ее разверткой и способы перенесения точек, принадлежащих поверхности, на развертку;
— методы определения натуральных величин геометрических образов (линии, плоскости и др.).
Порядок решения Задачи
Разверткой называется плоская фигура, которая получается при разрезании и разгибании поверхности до полного совмещения с плоскостью. Все развертки поверхностей (заготовки, выкройки ) строятся только из натуральных величин.
1. Поскольку развертки строятся из натуральных величин, приступаем к их определению, для чего па кальку (миллиметровку или другую бумагу) формата A3, переносится задача № з со всеми точками и линиями пересечений многогранников.
2. Для определения натуральных величин ребер и основания пирамиды используем метод прямоугольного треугольника . Безусловно, можно и другие, но на мой взгляд, этот метод более доходчив для студентов. Суть его заключается в том, что «на построенном прямом угле откладывается на одном катете проекционная величина отрезка прямой, а на другом — разность координат концов данного отрезка, взятая с сопряженной плоскости проекций. Тогда гипотенуза полученного прямого угла дает натуральную величину данного отрезка прямой» .
Рис.4.1
Рис.4.2
Рис.4.3
3. Итак, на свободном месте чертежа (рис.4.1.а) строим прямой угол.
По горизонтальной линии этого угла откладываем проекционную величину ребра пирамиды DA взятую с горизонтальной плоскости проекций — l DA . По вертикальной линии прямого угла откладываем разность координат точек D ’ и A ’ , взятых с фронтальной плоскости проекций (по оси z вниз) — . Соединив полученные точки гипотенузой, получим натуральную величину ребра пирамиды | DA | .
Таким образом определяем натуральные величины других ребер пирамиды DB и DC , а также основания пирамиды АВ, ВС, АС (рис.4.2) , для которых строим второй прямой угол. Заметим, что определение натуральной величины ребра DC производится в тех случаях, когда на исходном чертеже он дан проекционно. Это легко определяется, если вспомним правило: «если прямая па какой-либо плоскости проекций параллельна оси координат, то на сопряженной плоскости она проецируется в натуральную величину».
В частности, в примере нашей задачи фронтальная проекция ребра D ’ C ’ параллельна оси х , следовательно, в горизонтальной плоскости DC сразу выражена в натуральной величине | DC | (рис.4.1).
Рис.4.4
4. Определив натуральные величины ребер и основания пирамиды, приступаем к построению развертки (рис.4.4 ). Для этого на листе формата бумаги ближе к левой стороне рамки берем произвольную точку D считая, что это вершина пирамиды. Проводим из точки D произвольную прямую и откладываем на ней натуральную величину ребра | DA | , получая точку А . Тогда из точки А , взяв на раствор циркуля натуральную величину основания пирамиды R =|АВ| и поместив ножку циркуля в точку А делаем дуговую засечку. Далее берем на раствор циркуля натуральную величину ребра пирамиды R =| DB | и, поместив ножку циркуля в точку D делаем вторую дуговую засечку. В пересечении дуг получаем точку В , соединив ее с точками А и D получаем грань пирамиды D АВ . Аналогичным образом пристраиваем к ребру DB грань DBC , а к ребру DC — грань DC А .
К одной из сторон основания, например В C , пристраиваем основание пирамиды также методом геометрических засечек, беря на раствор циркуля величины сторон А B и A С и делая дуговые засечки из точек B и C получая точку A (рис.4.4).
5. Построение развертки призмы упрощается тем, что на исходном чертеже в горизонтальной плоскости проекций основанием, а во фронтальной – высотой 85мм, она задана сразу в натуральную величину
Для построения развертки мысленно разрежем призму по какому-либо ребру, например по E , закрепив его на плоскости, развернем другие грани призмы до полного совмещения с плоскостью. Вполне очевидно, что получим прямоугольник, у которого длиной является сумма длин сторон основания, а высотой — высота призмы – 85мм .
Итак, для построения развертки призмы поступаем:
— на том же формате, где построена развертка пирамиды, с правой стороны проводим горизонтальную прямую линию и от произвольно взятой точки на ней, например E, последовательно откладываем отрезки основания призмы EK , KG , GU , UE , взятые с горизонтальной плоскости проекций;
— из точек E , K , G , U , E восстанавливаем перпендикуляры, на которых откладываем высоту призмы, взятую с фронтальной плоскости проекций (85мм);
— соединяя полученные точки прямой, получаем развертку боковой поверхности призмы и к одной из сторон основания, например, GU пристраиваем верхнее и нижнее основание методом геометрических засечек, как выполняли при построении основания пирамиды.
Рис.4.5
6. Для построения линии пересечения на развертке используем правило, гласящее о том, что «любой точке на поверхности соответствует точка на развертке». Возьмем, например, грань призмы GU , где проходит линия пересечения с точками 1-2-3 ; . Отложим на развертке основания GU точки 1,2,3 по расстояниям, взятым с горизонтальной плоскости проекции. Восстановим из этих точек перпендикуляры и отложим на них высоты точек 1’ , 2’, 3’ , взятые с фронтальной плоскости проекции – z 1 , z 2 и z 3 . Таким образом, на развертке получили точки 1, 2, 3, соединив которые получаем первую ветвь линии пересечения.
Аналогично переносятся, все остальные точки. Построенные точки соединяются, получая вторую ветвь линии пересечения. Выделяем красным цветом – искомая линия. Добавим, что при неполном пересечении гранных тел, на развертке призмы будет одна замкнутая ветвь линии пересечения.
7. Построение (перенесение) линии пересечения на развертке пирамиды производится таким же образом, но с учетом следующего:
— поскольку развертки строятся из натуральных величин, необходимо перенести положение точек 1-8 линии пересечения проекций на линии ребер натуральных величин пирамиды. Для этого возьмем, например, точки 2 и 5 во фронтальной проекции ребра DA перенесем их на проекционную величину этого ребра прямого угла (рис.4.1) по линиям связи параллельным оси х , получим искомые отрезки | D 2| и | D 5| ребра DA в натуральных величинах, которые и откладываем (переносим) на развертку пирамиды;
— аналогично переносятся все другие точки линии пересечения, в том числе и точки 6 и 8 , лежащие на образующих Dm и Dn для чего на прямом угле (рис.4.3) определяются натуральные величины этих образующих, а затем на них переносятся точки 6 и 8 ;
— на втором прямом угле, где определены натуральные величины основания пирамиды, переносятся точки m и n пересечений образующих с основанием, которые впоследствии переносятся на развертку.
Таким образом, полученные на натуральных величинах точки 1-8 и перенесенные на развертку, соединяем последовательно прямыми линиями и окончательно получаем линию пересечения пирамиды на ее развертке.
Раздел: Начертательная геометрия /Развертка поверхности пирамиды - это плоская фигура, составленная из основания и граней пирамиды, совмещенных с некоторой плоскостью. На примере ниже мы рассмотрим построение развертки способом треугольников.
Пирамиду SABC пересекает фронтально-проецирующая плоскость α. Необходимо построить развертку поверхности SABC и нанести на нее линию пересечения.
На фронтальной проекции S""A""B""C"" отмечаем точки D"", E"" и F"", в которых след α v пересекается с отрезками A""S"", B""S"" и C""S"" соответственно. Определяем положение точек D", E", F" и соединяем их друг с другом. Линия пересечения обозначена на рисунке красным цветом.
Определение длины ребер
Чтобы найти натуральные величины боковых ребер пирамиды, воспользуемся методом вращения вокруг проецирующей прямой. Для этого через вершину S перпендикулярно горизонтальной плоскости H проведем ось i. Поворачивая вокруг нее отрезки SA, SB и SC, переместим их в положение, параллельное фронтальной плоскости V.
Действительные величины ребер равны проекциям S""A"" 1 , S"" 1 B"" 1 и S""C"" 1 . Отмечаем на них точки D"" 1 , E"" 1 , F"" 1 , как это показано стрелками на рисунке выше.
Треугольник ABC, лежащий в основании пирамиды, параллелен горизонтальной плоскости. Он отображается на ней в натуральную величину, равную ∆A"B"C".
Порядок построения развертки
В произвольном месте на чертеже отмечаем точку S 0 . Через нее проводим прямую n и откладываем отрезок S 0 A 0 = S""A"" 1 .
Строим грань ABS = A 0 B 0 S 0 как треугольник по трем сторонам. Для этого из точек S 0 и A 0 проводим дуги окружностей радиусами R 1 = S""B"" 1 и r 1 = A"B" соответственно. Пересечение данных дуг определяет положение точки B 0 .
Грани B 0 S 0 C 0 и C 0 S 0 A 0 строятся аналогично. Основание пирамиды в зависимости компоновки чертежа присоединяется к любой из сторон: A 0 B 0 , B 0 C 0 или C 0 A 0 .
Нанесем на развертку линию, по которой плоскость α пересекается с пирамидой. Для этого на ребрах S 0 A 0 , S 0 B 0 и S 0 С 0 отметим соответственно точки D 0 , E 0 и F 0 . При этом точка D 0 находится на пересечении отрезка S 0 A 0 с окружностью радиусом S""D"" 1 . Аналогично E 0 = S 0 B 0 ∩ S""E"" 1 , F 0 = S 0 C 0 ∩ S""F"" 1 .