Начертательная геометрия Геометрические основы построения чертеж

Аксонометрические проекции. Стандартные аксонометрические проекции.
Основная теорема аксонометрии (теорема Польке). Окружность в аксонометрии.
Построение аксонометрических изображений.

Аксонометрические изображения широко применяются благодаря хорошей наглядности и простоте построений.

Слово «аксонометрия» в переводе с греческого означает измерение по осям. Аксонометрический метод может сочетаться и с параллельным, и с центральным проецированием при условии, что предмет проецируется вместе с координатной системой.

Сущность метода параллельного аксонометрического проецирования заключается в том, что предмет относят к некоторой системе координат и затем проецируют параллельными лучами на плоскость вместе с координатной системой.

Искусство Германии В XV—XVI вв. Германия не имела постоянного политического центра. Роль столицы делили между собой несколько так называемых «имперских городов». Ахен со времён правления династии Каролингов (751—911 гг.) был местом совершения коронаций, Нюрнберг хранил в своих стенах императорскую корону и другие регалии. Император со свитой обычно переезжал из одного города в другой. Во Франции и Англии уже утвердилась почти абсолютная власть королей, германских же императоров по обычаям раннего Средневековья избирал съезд князей, а корону они получали из рук Папы римского. Поэтому власть германского императора была ограничена не только произволом его подданных — князей, но и притеснениями Рима. Из всех католических стран именно Германия оказалась в особенно сильной зависимости от Рима, чем объясняется обострённая неприязнь её жителей к власти Папы. Два величайших создания Фидия - статуя Афины и статуя Зевса в Олимпии - безвозвратно утрачены, но храмы, в которых они находились, вместе со скульптурным декором, отчасти сохранились.

На рисунке 9.1 показана точка А, отнесенная к системе прямоугольных координат xyz. Вектор S определяет направление проецирования на плоскость проекций П*. Аксонометрическую проекцию А1* горизонтальной проекции точки А принято называть вторичной проекцией. Искажение отрезков осей координат при их проецировании на П' характеризуется так называемым коэффициентом искажения. Коэффициентом искажения называется отношение длинны проекции отрезка оси на картине к его истинной длине. Так по оси x* коэффициент искажения составляет u=0*x*/0x, а по оси y* и z* соответственно υ=0*y*/0y и ω=0*z*/0z. В зависимости от отношения коэффициентов искажения аксонометрические проекции могут быть: Изометрическими, если коэффициенты искажения по всем трем осям равны между собой; в этом случае u=υ=ω;
		Рисунок 9.1. Сущность метода аксонометрического проецирования

Диметрическими, если коэффициенты искажения по двум любым осям равны между собой, а по третьей – отличается от первых двух;

Триметрическими, если все три коэффициента искажения по осям различны.

Аксонометрические проекции различаются также и по тому углу φ, который образуется проецирующим лучом с плоскостью проекций. Если φ≠ 90^o, то аксонометрическая проекция называется косоугольной, а если φ= 90^o – прямоугольной.

Рассмотрев общие сведения об аксонометрических проекциях, можно сделать следующие выводы:

- аксонометрические чертежи обратимы;

- аксонометрическая и вторичная проекции точки вполне определяют её положение в пространстве.

Аксонометрические проекции обратимы, если известна аксонометрия трех главных направлений измерений фигуры и коэффициенты искажения по этим направлениям.

Аксонометрические проекции фигуры являются её проекциями  на плоскости произвольного положения при произвольно выбранном направлении проецирования.

Очевидно возможно и обратное. На плоскости можно выбрать произвольное положение осей с произвольными аксонометрическими масштабами.

В пространстве всегда возможно такое положение натуральной системы прямоугольных координат и такой размер натурального масштаба по осям, параллельной проекцией которых является данная аксонометрическая система.

Немецкий ученый Карл Польке (1810-1876) сформулировал основную теорему аксонометрии: три отрезка прямых произвольной длины, лежащих в одной плоскости и выходящих из одной точки под произвольными углами друг к другу, представляют параллельную проекцию трех равных отрезков, отложенных на координатных осях от начала.

Согласно этой теореме, любые три прямые в плоскости, исходящие из одной точки и не совпадающие между собой, можно принять за аксонометрические оси. Любые отрезки произвольной длинны на этих прямых, отложенные от точки их пересечения, можно принять за аксонометрические масштабы. Эта система аксонометрических осей и масштабов является параллельной проекцией некоторой прямоугольной системы координатных осей и натуральных масштабов.

В практике построения аксонометрических изображений обычно применяют лишь некоторые определенные комбинации направлений аксонометрических осей и аксонометрических масштабов: прямоугольная изометрия и диметрия, косоугольная фронтальная диметрия, кабинетная проекция и др.

Согласно ГОСТ 2.317-69, из прямоугольных аксонометрических проекций рекомендуется применять прямоугольные изометрию и диметрию.

Между коэффициентами искажения и углом φ, образованным направлением проецирования и картинной плоскостью, существует следующая зависимость: u2+υ2+ω2=2+ctq2φ, если φ=90o, то u2+υ2+ω2=2, В изометрии u=υ=ω и, следовательно, 3u2=2, откуда  u=Ö2/3 ≈ 0,82. Таким образом, в прямоугольной изометрии размеры предмета по всем трем измерениям сокращаются на 18 %. ГОСТ рекомендует изометрическую проекцию строить без сокращения по осям координат (рис.9.2), что соответствует увеличению изображения против оригинала в 1,22 раза.

Рисунок 9.2. Расположение осей в изометрии

При построении прямоугольной диметрической проекции сокращение длин по оси y' (рис.9.3) принимают вдвое больше, чем по двум другим, т.е. полагают, что u=ω, а υ=0,5u. Тогда 2u2+(0,5u)2=2, откуда u2=8/9 и u≈0,94, а υ=0,47. В практических построениях от таких дробных коэффициентов обычно отказываются, вводя масштаб увеличения, определяемый соотношением 1/0,94=1,06, и тогда коэффициенты искажения по осям x' и z' равны единице, а по оси y' вдвое меньше υ=0,5. Из косоугольных аксонометрических проекций ГОСТом предусмотрено применение  фронтальной и горизонтальной изометрии и фронтальной диметрии (последнюю ещё называют кабинетной проекцией).

Рисунок 9.3. Расположение осей в диметрии

		При параллельном проецировании окружности на какую-нибудь плоскость П* получаем ее изображение в общем случае в виде эллипса (рис. 9.4). Как бы ни была расположена плоскость окружности, сначала целесообразно построить параллелограмм A*B*C*D* – параллельную проекцию квадрата ABCD, описанного около данной окружности, а затем с помощью восьми точек и восьми касательных вписать в него эллипс. Точки 1, 3, 5 и 7 – середины сторон параллелограмма. Точки 2, 4, 6 и 8 расположены на диагоналях так, что каждая из них делит полудиагональ в соотношении 3:7. Действительно, на основании свойств параллельного проецирования можно записать, что А2/1О=A*2*/2*O*, Но А1/1О=(r√2-r)/r≈3/7. Из восьми касательных к эллипсу первые четыре – это стороны параллелограмма, а остальные  t2, t4, t6 иt8– прямые, параллельные его диагоналям. Так касательная t2* к эллипсу параллельна диагонали C*D*, Объясняется это тем, что t2* и C*D* являются проекциями двух параллельных прямых t2 и CD.
	Рисунок 9.4. Проецирование окружности на плоскость

Графические построения, предшествующие вычерчиванию самого эллипса, целесообразно выполнять в следующей последовательности (рис.9.5):

		Построить аксонометрическую проекцию квадрата - параллелограмм  A*B*C*D* и провести диагонали A*C* и B*D*;  Отметить середины сторон параллелограмма – точки  1*, 3*, 5* и 7* ; На отрезке 3*B*, как на гипотенузе, построить прямоугольный равнобедренный треугольник 3*KB*; Из точки 3* радиусом 3*K описать полуокружность, которая пересечет A*B* в точках L и M; эти точки делят отрезок 3*A* и равный ему отрезок 3*B* в отношении 3:7 ; Через точки L и М провести прямые параллельные боковым сторонам параллелограмма, и отметить точки 2*, 4*, 6* и 8* расположенные на диагоналях; Построить касательные к эллипсу в найденных точках. Касательных t2 и t6 параллельны BD, а касательных t4 и t8  параллельны AC. Получив восемь точек и столько же касательных, можно с достаточной точностью вычертить эллипс.
	Рисунок 9.5. Построение эллипса

ГОСТ 2.317-69 определяет положение окружностей, лежащих в плоскостях, параллельных плоскостям проекций для прямоугольной изометрической проекции (рис.9.6) и для прямоугольной диметрии (рис.9.7).

Рисунок 9.6. Изометрические проекции окружностей, расположенных в плоскостях параллельных плоскостям проекций	Рисунок 9.7. Диметрические проекции окружностей, расположенных в плоскостях параллельных плоскостям проекций

Если изометрическую проекцию выполняют без искажения по осям x, y, z, то большая ось эллипсов 1,2, 3 равна 1,22, а малая ось -0.71 диаметра окружности.

Если изометрическую проекцию выполняют с искажением по осям x, y, z, то большая ось ось эллипсов 1, 2, 3 равна диаметру окружности, а малая - 0.58 диаметра окружности.

Если димметрическую проекцию выполняют без искажения по осям x и z то большая ось эллипсов 1, 2, 3 равна 1,06 диаметра окружности, а малая ось эллипса 1 - 0.95, эллипсов 2 и 3 - 0.35 диаметра окружности.

Если диметрическую проекцию выполняют с искажения по осям x и z, то большая ось эллипсов 1, 2, 3 равна диаметру окружности, а малая ось эллипса 1 - 0.9, эллипсов 2 и 3 - 0,33 диаметра окружности.

1-эллипс (большая ось расположена под углом 90⁰ к оси y); 2-эллипс (большая ось расположена под углом 90⁰ к оси z); 3-эллипс (большая ось расположена под углом 90⁰ к оси x).

		Переход от ортогональных проекций предмета к аксонометрическому изображению рекомендуется осуществлять в такой последовательности (рис. 9.8): 1. На ортогональном чертеже размечают оси прямоугольной системы координат, к которой и относят данный предмет. Оси ориентируют так, чтобы они допускали удобное измерение координат точек предмета. Например, при построении аксонометрии тела вращения одну из координатных осей целесообразно совместить с осью тела. 2. Строят аксонометрические оси с таким расчетом, чтобы обеспечить наилучшую наглядность изображения и видимость тех или иных точек предмета. 3. По одной из ортогональных проекций предмета чертят вторичную проекцию. 4. Создают аксонометрическое изображение, для наглядности делают вырез четверти.
	Рисунок 9.8. Построение аксонометрического изображения

 ГОСТ 2.317-69 определяет условности  и способы нанесения размеров при построении аксонометрического изображения, основное внимание следует обратить на следующих:

Рисунок 14.9 Штриховка в аксонометрии

·Линии штриховки сечения в аксонометрических проекциях наносят параллельно одной из диагоналей проекций квадратов, лежащих в соответствующих координатных плоскостях, стороны которых параллельны аксонометрическим осям.

·При нанесении размеров выносные линии проводят параллельно аксонометрическим осям, размерные линии – параллельно измеряемому отрезку.

· В аксонометрических проекциях спицы маховиков и шкивов, ребра жесткости и подобные элементы штрихуют.