表面都是平面的立体,称为平面立体、基本平面立体有两种:棱柱和棱锥。棱柱和棱锥是由棱面和底面围成的实体,相邻两棱面的交线是棱线,棱柱的棱线互相平行,而棱锥的所有棱线汇交于一点——锥顶,底面和棱面的交线就是底面的边。以基本立体为基础,通过挖切和叠加两种方式,可以构成形状多种多样的立体。由于平面立体的各个表面都是平面图形,因此表示平面立体的关键在于画出围成立体各表面线框的投影或它们顶点的投影。
绘制平面立体的投影图时,应注意分析平面立体上各平面和棱线相对投影面的位置,明确它们的投影特性,这样可使绘图过程思路清晰简洁,不易出错。由于平面立体的各条棱线和底面的边都是直线,所以只要画出平面立体各顶点的投影,再判别可见性,依次连接即可得到立体的投影。可见的棱线用粗实线表示,不可见的棱线用虚线表示,即可完成平面立体的投影。
棱柱的表面是棱面和底面,各棱线相互平行。为便于画图和看图,常使棱柱的主要表面处于与投影面平行或垂直的位置。以图 2.51 所示的正六棱柱为例,将其置入三投影面体系中(注意不同的放置方式得到的投影图是不同的),使正六棱柱上、下两个底面平行于H面,前后两个棱面与V面平行,这样得到的正六棱柱的投影图如图 2.51(b)所示。
图 2.51 正六棱柱的三视图
观察对比该正六棱柱的空间位置和三面投影,可知其投影特性为:
(1)水平投影
六棱柱上、下两个底面是水平面,其水平投影反映实形(正六边形),两底面的投影重合。由于六棱柱的 6 个棱面都垂直于H面,所以正六边形的 6 条边也是 6 个棱面的投影。注意前后 2 个棱面是正平面,其他 4 个棱面是铅垂面。
(2)正面投影
六棱柱的上、下两个底面的正面投影积聚为上、下两条直线段。最左边线段a′b′是棱线AB的正面投影,最右边有一棱线与其相对应。这两条棱线的侧面投影相重合,都在中间a″b″上,AB为可见。c′d′是棱线CD的正面投影,其后面也有一条棱线EF与其对应,正面投影相互重合,CD为可见。其他线段,读者可自行分析。
(3)侧面投影
六棱柱的上下两个底面的侧面投影同样积聚为上、下两条直线。在侧面投影上,最前与最后的两条直线(c″d″和e″f″),既可以代表前后两条棱线(CD和EF)的投影,也可以代表前后两个棱面的投影。
在作图时,可先用点画线画出水平投影的对称中心线和正面投影、侧面投影的对称中心线,再画出正六棱柱的水平投影(为一正六边形),根据棱柱的高度画出顶面和底面的正面投影与侧面投影。连接顶面、底面对应顶点的正面投影和侧面投影,即可得到棱线和棱面的投影。可见棱线画成粗实线,不可见棱线画虚线,当它们重合时画成粗实线。
在平面立体表面上取点,其原理和方法与在平面上取点相同。首先根据点的投影位置和可见性确定点在哪个面上,对于特殊位置平面上点的投影,可以利用平面的积聚性投影作出,对于一般位置平面上的点可借助辅助线的方法作出。
【例 2.19】 如图 2.52(a)所示,已知正六棱柱表面上点M的正面投影和点N的平投影,求其另两个投影并判别可见性。
图 2.52 正六棱柱表面上的点
分析:由图 2.52(a)可知,由于m′可见,所以点M在六棱柱的左前棱面上,该棱面为铅垂面,其水平投影积聚为一直线,因此点M的水面投影m必在其积聚性投影上,然后再根据m′和m即可求出m″。由于点N的水平投影n不可见,因此点N在六棱柱的下底面上,其为一水平面,其正面投影、侧面投影都具有积聚性。因此,点N的正面投影n′和侧面投影n″都在底面的积聚性投影上。
具体作图步骤如下[图 2.52(b)]:
①从m′向H面作投影连线,与左前棱面上的水平投影相交求得m,由m′和m求出m″。
②从n向V面作投影连线,与下底面的正面投影相交求得n′,由n和n′求出n″。
③判别可见性:可见性判别原则是若点所在面的投影可见(或有积聚性),则点的投影亦可见。由此可知m和m″、n′和n″均可见。
棱锥有一个多边形的底面,所有的侧棱线都交于顶点。通常用底面多边形的边数来区别不同的棱锥,如底面为三角形,称之为三棱锥;底面为四边形,称之为四棱锥。若棱锥的底面为正多边形,且棱锥顶点在底面上的投影与底面的形心重合,称之为正棱锥。若用一个平行于底面的平面切割棱锥,则棱锥位于切割平面与底面之间的部分称为棱台。
以正三棱锥为例,将其置入三投影面体系中,使其底面与H面平行,棱线AC垂直于W面,如图 2.53(a)所示。正三棱锥的投影图如图 2.53(b)所示,其投影特性为:
图 2.53 三棱锥的三视图
(1)水平投影
底面△ABC为水平面,因此其水平投影△abc反映实形。棱面△SBC和△SAB是一般位置平面,其水平投影为类似形。注意到棱线AC是侧垂线,因此包含该棱线的棱面△SAC是侧垂面,其水平投影△sac为类似形。
(2)正面投影
水平面△ABC的正面投影积聚为直线,棱面△SBC和△SAB的正面投影是类似形,都可见。侧垂面△SAC的正面投影△s′a′c′也是类似图形,但不可见。
(3)侧面投影
水平面△ABC的侧面投影积聚为直线,由于是从左向右投影,因此棱面△SAB可见,棱面△SBC不可见。侧垂面△SAC则积聚为直线。
正三棱锥上,各个棱线相对于投影面的位置,读者可自行分析。在画棱锥的投影图时,可先从反映底面△ABC实形的水平投影画起,画出△ABC的三面投影;再画出顶点S的三面投影。分别连接顶点S同底面△ABC各个顶点的同面投影,即可得到三棱锥各棱面与棱线的投影。
【例 2.20】 如图 2.54(a)所示,已知三棱锥表面上两点M和N的正面投影,求其水平投影和侧面投影。
图 2.54 三棱锥表面取点
解:由于m′不可见,所以点M在棱面△SBC上,△SBC是侧垂面,因此可先求出点M的侧面投影m″,再根据m′和m″即可求出m。点N处在一般位置的棱面△SAC上,需要通过在平面上作辅助线的方法求出点N的另两个投影。
作图步骤如下[图 2.54(b)]:
①过m′向侧面作投影连线与△SBC的侧面投影相交即得m″,由m′和m″求得m。
②过点N作辅助线SL,即连线s′和n′,并延长交于a′c′于l′,并求出sl,由n′作投影线交sl于点n,再根据n′和n即可求出n″。
③判别可见性。△SBC的水平投影可见,侧面投影有积聚性,所以m和m″均可见。而面△SAC的三投影都可见,因此点N的三面投影也都可见。
常见的平面立体的三视图见表 2.5。
表 2.5 平面立体的三视图
【例 2.21】 画出图 2.55 所示立体的三视图。
图 2.55 挖切体
解:该立体是在L形弯板(棱柱)的左端开了一个方槽(四棱柱),右前方切去一个角(三棱柱)形成的。
作图:挖切体的三视图通常是先画出挖切前基本立体的三视图,然后分别画出挖切部分的三面投影。此挖切立体的作图步骤如下:
①画出弯板的三视图,如图 2.56(a)所示。先画反映弯板形状特征的主视图,然后根据投影规律画出俯视图和左视图。
②画左端方槽的三面投影,如图 2.56(b)所示。先画出方槽的水平投影,再根据投影规律画出正面投影和侧面投影。
③画右前方切角的投影,如图 2.56(c)所示。先画出其侧面投影,再画其水平投影和正面投影。
④检查清理底稿后,加深图线,如图 2.56(d)所示。
图 2.56 挖切体的作图步骤
【例 2.22】 画出图 2.57 所示立体的三视图。
解:该立体可看成在弯板(棱柱)上面的中间部位叠加一个三棱柱形成。
图 2.57 叠加体
作图:叠加体的三视图通常是先大后小,分别画出每一个基本立体的三视图。这个叠加体的三视图,就是先画出弯板的三面投影,然后再画出叠加的三棱柱的三面投影,如图 2.58所示。
①画出弯板的三视图,如图 2.58(a)所示。先画反映弯板形状特征的主视图,然后根据投影规律画出俯视图和左视图。
②画出三棱柱的三面投影,如图 2.58(b)所示。先画主视图,再根据投影规律画出俯视图和左视图。
③检查清理底稿后,加深图线,如图 2.58(c)所示。
图 2.58 叠加体的作图步骤
对立体表面上的面和线进行分析,弄清它们的形状和相互关系,以及在投影面体系中的位置和投影特点,从而解决画图和看图问题,这种方法称为线面分析法。在画图和看图时,对于立体某些投影比较复杂的面和线,线面分析法尤为重要,下面举例说明线面分析法在绘图中的应用。
【例 2.23】 画出图 2.59 所示立体的三视图。
解:这个立体可以看成从长方体上切去左上角和左前角两部分后形成,也可以看成五棱柱切去左前角后形成。采用后一种分析方法作图时,应首先画出五棱柱的三视图,然后画出切去左前角后产生的平面Q的投影。
作图:
①画出五棱柱的三视图,如图 2.59(b)所示。先画反映形状特征的主视图,然后根据投影规律画出俯视图和左视图。
图 2.59 线面分析法绘图(一)
②画出平面Q的三面投影,如图 2.59(c)所示。
平面Q为铅垂面,它与四个相邻的平面的交线构成了四边形ⅠⅡⅢⅣ,其中Q与正平面和侧平面的交线ⅠⅡ和ⅢⅣ都是铅垂线,与水平面的交线ⅡⅢ为水平线,与正垂面的交线ⅣⅠ为一般位置直线。铅垂面Q的水平投影积聚为一直线,其余两投影为类似形。
③检查清理底稿后,加深图线,如图 2.59(c)所示。
【例 2.24】 如图 2.60(a)所示,在四棱台内部开一个三棱柱形的通孔,试画出此立体的三视图。
解:首先根据图 2.60(a)想象该立体的形状,如图 2.60(b)所示。可以看出:三棱柱形通孔的三个棱面与棱台的棱面P和Q分别相交成一个三角形,由于Q是正平面,因此Q面内三角形的水平投影积聚在相应的直线上,无须另画。平面P是侧垂面,它与三棱柱形通孔的三个棱面相交于△ⅠⅡⅢ,其水平投影是类似形。孔的三个棱面中,前两个是正垂面,第三个是水平面,完成俯视图就是要作出平面P内△ⅠⅡⅢ和孔的三条棱线的水平投影。
图 2.60 线面分析法绘图(二)
具体作图步骤:
方法一:
①作出△ⅠⅡⅢ三个顶点的水平投影。如图 2.60(c)所示,顶点 1、2、3 是利用平面内取点的方法,以平行于底边BC的直线为辅助线作出的。
②连接 1、2、3,得到△ⅠⅡⅢ的水平投影,再画出通孔的三条棱线的水平投影,如图2.60(d)所示。
方法二:
利用侧面投影的作图方法求出俯视图,如图 2.60(e)所示,此时不需要借助辅助线。