机械制图简明教程(8.2)-曲面立体的表面展开

第二节 曲面立体的表面展开

一、正圆柱管及斜口圆柱管的表面展开

    圆柱管的展开可视为圆柱面在平面上滚动摊平，如图8-4b）所示。正圆柱面的展开图是一个矩形，矩形的一边长度为πD，其邻边长度为圆柱高度H（图8-4b）。柱面展开后，组成柱面的各素线仍互相平行。
    将正圆柱管斜切，即得斜口正圆柱管。圆柱面被斜切后，各素线也被截切。因此其展开图可以通过在圆柱面上引若干条素线，并求出它们在展开图上的位置及长度的方法作出。如图8-4a具体步骤如下：
    (1)在水平投影中将圆周分为若干等份（如图中为12等份），过各分点向上引投影连线，在正面投影中叱鱿嘤Φ乃叵摺８魉叵哂胄鼻衅矫嫦嘟坏慕坏鉧'、b'、c' … …
    (2)将圆周（πD）展开后的直线ⅠⅠ分成相应的等份（12等份），过各点作ⅠⅠ的垂线，这些垂线就是圆柱表面所选取的各素线在展开图上的位置。
    (3) 将正面投影中各素线的截点a'、b'、c' … …等，量到展开图各相应的素线上，得A、B、C 等点。圆滑连接这些点，即得圆柱管斜切后的展开图。

                             图8-4 正圆柱管的表面展开

二、相贯两圆柱管的表面展开

    画相贯两圆柱管的表面展开图时（图8-5），要先在投影图中求出相贯线（如图8-5b）。因相贯线显示两个圆柱面的分界线，也是两个圆柱管焊接的地方，所以必须精确地画出。两个圆柱面展开图画法（图8-5c）与上例所介绍的方法相同，但要注意各素线的交点要准确地画在展开图的相应素线上，各交点圆滑连线，就是相贯线随两圆柱面展开后的形状。

                            图8-5 相交两圆柱管的表面展开

                           图8-6 正圆锥面的表面展开

三、正圆锥面及斜口正圆锥管的表面展开

    圆锥面的展开可看作是圆锥面在平面上滚动摊平（见图8-1d）。正圆锥表面的展开图为一扇形。其半径R即为圆锥素线长度L，弧长等于圆锥底圆的周长πD，故扇形的圆心角
    α=180o D/d
    即得展开图。例如图8-7a中锥面等分为12个三角形，它们的两腰为素线长度，底边可自水平投影量1、2两点间的弦长。在实际作图时，仍是以素线长为半径画圆弧，在此弧上，以1、2两点之间距离连线截取12份，即可得展开扇形，12条素线位置也由此画出。
     
                            图8-7 斜口正圆锥管的表面展开
    斜口圆锥管（图8-7a）的展开图，是在完整的圆锥;展开图的基础上，设法求出斜口圆锥管部分素线的实长，然后将各截点用曲线圆滑地连接起来而得到的，如图8-7b所示。此例各素线的实长用旋转法求出（图8-7a），即以锥轴为旋转轴，将各素线连同其截点旋至对V面转向线的位置，得点a、b、c … …，然后将它们分别量取;展开图中相应的素线上，得A、B、C … … 各点，最后一次圆滑地连接这些点即得斜口圆锥管的展开图。

四、球面的近似展开

    由于球面属于不可展曲面，只能近似;开。下面介绍两种常用的方法。
       
图8-8 球面的近似展开
  
                           图8-9半球形锅=封头的近似展开
    如图8-8所示，作图步骤如下：
    （1）过球心用铅垂面将球面分为若干等份（图8-8a中分为12等份），每一等份形状呈柳叶状。
    （2）在V面投影中将转向线n' o' s'=为若干等份（图8-8b）中将n' o' s'弧展成直线NOS，并定出分点Ｉ、II（取NS=πR，NII=ＩII = … … =πR/6，也可用作图法，取NII = n' 2'）。
    （3）为了确定柳叶形展开图在O、I、II … … 等点处的宽度，过O、I=II等点在球面上作一系列水平圆（图18-9c），使之与每一柳叶形相交，得弧长如⌒AB、⌒CD、⌒EF，其水平投影⌒ab、⌒cd、⌒ef反映其实长（图18-9b）。在展开图上作OA=OB=⌒oa，IC=ID=⌒IC，IIE=IIF=⌒ze（或近似地取弦长代替弧长）。用曲线圆滑连接 ACEN及BDFN，得上半部柳叶形，按上部形状即可对称的画出下半部（图8-8b）。
    （4）按同样形状画出其余11片，即得整个球面的近似展开图（图中只画出3片）。
    生产中所用的半球形锅炉封头（图8-9）基本上是采用这种方法展开的。锅炉封头顶部常做成圆形顶板（图8-9b）。以消除顶点O处焊缝密集的缺点。顶板展开直径一般可取d1≈2p（图8-9c），侧板展开图的画法如图8-9d。将半球面看成 1块顶板和6块侧板所组成（分块多少由球面大小决定）。

五、环面的近似展开

    圆环面是不可展曲面，在实际应用中，通常把圆环面分为相同的几段，而把每一小段近似地用柱面来代替。现以图8-10所示的等径弯管为例，说明其展开的画法。
    （1）已知弯管的弯曲半径R，管道正截面直径D，∠θ=90°，根据这些条件画出圆环面的投影图（图8-10（a）中的细实线部分）；
    （2）将圆环面分成若干等份（图中分为4等份），其等分点为A、B、C、D、E，再过各分点作辐射线，这些s射线就是每节圆柱面的正截面位置线；
    （3）OA、…、OE各辐射线与弯管投影线相交得a、a1，b、b1，c、c1，d、d1及e、e1各点。过这些点作相应各辐射线的垂线，就是每节圆柱的轮廓素线，相邻两轮廓素线相交得11、1，21、2，31、3，41、4。连接111、212、313、414（这些线一定通过O点），则111212、221313、331414各为一节圆柱。弯管两端的两节圆柱均为中间一节的一半。
    由于弯管各节圆柱斜口的倾角相同，如果把各节圆柱一反一正叠置在一起，恰好构成一完整的圆柱管[图8-11（a）]，其展开图为一矩形。因此可以先画出首节（或尾节）的展开图，再以它为样板，画出其余几节的展开图[图8-10（b）和图8-11（b）]。这样可使画图简单、排料合理、下料方便（注意每节圆柱要留有切割余量）。
            
                              图8-10 环面的近似展开
                    
                         图8-11 弯管展开排料图

六、n形接头的展开

　　变形接头时连接不同形状或不同尺寸管道的制件（图8-12）。这类制件的表面一般是由平面、柱面或锥面组成，或由不可展曲面围成。展开时，一般是先把制件表面划成许多小三角形，并求出它们的实形，然后按顺序把它们相连在同一平面内，即得其展开图。下面介绍两种变形接头的展开方法。
    图8-12是一连接圆形管道和矩形管道的变形接头。由圆形顶面逐渐过渡到矩形（或正方形）底面的变化规律是由上到下每个水平截面圆弧的半径逐渐缩小直至为零，而直线段由零逐渐加长至等于矩形边长。因此，该接头的表面可以看作是由四个三角形和四个锥面组成，将四个锥面展开，将四个三角形实形求出，即可得展开图。具体作图步骤如下：
    （1）画出接头的投影图，将接头表面分为四个三角形和四个锥面[图8-13（a）]。四个锥面的锥顶点分别为矩形的四个顶点，而锥面的上方轮廓线卷弯合拢即为接头的顶面圆周；
    （2）将每个锥面再分成若干小三角形（图中分为三个小三角形），为使作图方便，上圆口应等分（图中分为12等份）；
    （3）根据投影图，用鸾侨角形法分别求出每个三角形各边的实长（四个大三角形底边的实长在水平投影中直接反映出来，12个小三角形的短边长度也可从水平投影的圆周上相邻两个分点之间的距离量取，不需另求）；
    （4）依次画出各三角形[图8-13（b）]，并将上口修成圆滑曲线，即得该接头的展开图。
                
                               图8-12 变形接头
     
                      图8-13 “天圆地方”变形接头的表h展开