特殊的旋转曲面图形演示
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solidworks2020旋转曲面实例讲解SolidWorks 2020是一款三维CAD建模软件,它能够帮助工程师和设计师创建和修改复杂的设计。
在SolidWorks中,旋转曲面是一种常用的建模技术,可以通过旋转一个截面曲线来创建一个立体物体,下面我将为您讲解一些SolidWorks 2020旋转曲面的实例。
首先,我们先打开SolidWorks 2020软件,并创建一个新的零件文件。
然后,我们选择“曲线”工具栏上的“曲线”命令,然后选择“正交线”命令。
在图形窗口中,我们先画一个矩形作为截面曲线的起始线段。
选择矩形命令,点击图形窗口中心点,然后拖动鼠标创建一个矩形。
在矩形命令选项中,我们可以设置矩形的长宽尺寸,也可以选择不同的起点位置。
创建好矩形后,我们可以选择“曲面”工具栏上的“旋转”命令来生成旋转曲面。
选择旋转命令后,点击图形窗口中的矩形线段作为截面曲线,然后点击鼠标右键结束选择。
接下来,弹出一个对话框,我们可以设置旋转轴、旋转角度、旋转端点等参数。
我们可以选择一个轴作为旋转轴,然后设置旋转角度来确定旋转的起始位置和旋转的方向。
完成了旋转曲面的设置后,点击确定按钮。
此时,我们就可以看到在图形窗口中生成了一个旋转曲面。
接下来,我们可以进一步修改旋转曲面。
我们可以选择“实体编辑”工具栏上的“编辑”命令来修改旋转曲面的形状。
选择此命令,点击旋转曲面,然后选择需要修改的特定参数。
通过修改曲面的高度、半径、角度等参数,我们可以改变旋转曲面的形状。
我们还可以选择其他编辑工具,比如“变分形状”和“裁剪”,来进一步修改旋转曲面。
在SolidWorks 2020中,我们还可以为旋转曲面添加其他特征。
比如,我们可以选择“实体”工具栏上的“修剪”命令来修剪旋转曲面,或者选择“实体”工具栏上的“镜像”命令来创建一个旋转曲面的镜像。
在建模过程中,我们还可以使用SolidWorks 2020的草图工具来创建其他复杂的截面曲线,然后通过旋转命令来生成相应的旋转曲面。
旋转曲面引言旋转曲面是3维几何中常见的一类曲面形式,它由一个曲线绕着一个轴进行旋转所生成。
旋转曲面在数学、几何学和计算机图形学等领域中有着重要的应用。
本文将介绍旋转曲面的定义、性质和应用,并举例说明其在现实生活中的实际应用。
定义旋转曲面是由一个曲线绕着一个轴旋转一周所形成的曲面。
具体地说,给定一个曲线 C 和一个轴线 L,如果将 C 绕着 L 旋转一周,相当于将曲线 C 中的每个点沿着一条与 L 垂直的直线移动,然后将所有移动后的点连接起来,就得到了旋转曲面。
旋转曲面的方程可以用参数方程或者隐式方程表示。
如果使用参数方程来表示旋转曲面,可以将旋转曲面上的点表示为 (x(u, v), y(u, v), z(u, v)),其中 (u, v) 是某个参数的取值。
常见的参数方程包括球坐标系和柱坐标系等。
性质旋转曲面具有许多有趣的性质。
首先,旋转曲面是一个连续的曲面,没有任何突变或断裂。
其次,旋转曲面具有对称性,即对于曲面上的每个点,如果对应于某一参数值的点旋转180度,那么这两个点关于轴线对称。
此外,旋转曲面也具有轴对称性,即曲面上的每个点关于轴线对称。
旋转曲面的形状取决于曲线和轴线的选择。
如果曲线是一个闭合曲线,如一个圆,那么旋转曲面将是一个闭合曲面,如一个球体。
如果曲线是一个直线段,那么旋转曲面将是一个圆柱体。
而如果曲线是一个非闭合曲线,如一个抛物线,那么旋转曲面将是一个卷曲曲面。
应用旋转曲面在许多领域中都有重要的应用。
以下是一些常见的应用领域:1. 几何学:旋转曲面是几何学研究中的重要工具。
它可以用来描述和分析平面几何、立体几何和曲线几何等问题。
通过研究旋转曲面的性质和变化,可以推导出许多几何学定理和结论。
2. 工程学:旋转曲面在工程学中有广泛的应用。
例如,工程师可以使用旋转曲面来描述和分析机械零件的形状和运动。
另外,在产品设计中,旋转曲面也常用于建模和制造。
3. 计算机图形学:旋转曲面是计算机图形学中常用的建模技术之一。
旋转曲面、柱面和二次曲面一、旋转曲面定义 一条曲线C 绕一条直线l 旋转所得的曲面称为旋转曲面。
l 称为轴,C 称为母线。
设旋转轴为z 轴,母线C 在yOz 平面上,其方程为⎩⎨⎧==00),(x z y f ,则旋转曲面的方程为0),(22=+±zy x f 。
坐标平面上的一条曲线绕该坐标面上的一条坐标轴旋转所得旋转曲面方程的求法:在该曲线在坐标平面上的方程中,保留与旋转轴同名的变量不动,而把另一个变量换成与旋转轴不同名的另两个变量的平方和的平方根。
例1 母线⎩⎨⎧==02:2x pzy C 绕z 轴旋转所得的旋转曲面方程为pz y x 222=+,这个曲面称为旋转抛物面。
例 2 母线⎪⎩⎪⎨⎧==-01:2222y c z a x C 绕z 轴旋转所得旋转曲面方程为122222=-+c z a y x ,这个曲面称为旋转单叶双曲面;绕x 轴旋转所得旋转曲面方程为122222=+-cz y a x 这个曲面称为旋转双叶双曲面。
二、柱面定义 一条直线l 沿着一条空间曲线C 平行移动所形成的曲面称为柱面。
l 称为母线,C 称为准线。
定理 在空间直角坐标系中,只含两个元的三元方程所表示的曲面是一个柱面,它的母线平行于所缺元的同名坐标轴。
椭圆柱面:12222=+b y a x 双曲柱面:12222=-by a x 抛物柱面:px y 22=三、二次曲面(1) 椭圆锥面:22222z b y a x =+ (2) 椭球面:1222222=++cz b y a x(3) 单叶双曲面:1222222=-+c z b y a x (4) 双叶双曲面:1222222=--cz b y a x(5) 椭圆抛物面:z b y a x =+2222 (6) 双曲抛物面:z by a x =-2222。
特殊曲面及其方程--柱面、锥面、旋转面引言空间解析几何所研究的曲面主要是二次曲面。
但是也可以研究一些非二次特殊曲面。
本论文中将利用直线或曲线适合某几何特征来建立一些曲面的方程。
主要讨论由直线产生的柱面和锥面,曲线产生的旋转曲面这三大类。
1.柱面定义1:一直线平行于一个定方向且与一条定曲线Γ相交而移动时所产生的曲面叫做柱面(图1),曲线Γ作叫做准线。
构成柱面的每一条直线叫做母线。
显然,柱面的准线不是唯一的,任何一条与柱面所有母线都相交的曲线都可以取做柱面的准线,通常取一条平面曲线作为准线。
特别地,若取准线Γ为一条直线,则柱面为一平面,可见平面是柱面的特例。
下面分几种情形讨论柱面的方程。
1.1 母线平行于坐标轴的柱面方程选取合适的坐标系,研究对象的方程可以大为化简。
设柱面的母线平行于z 轴,准线为Oxy 面上的一条曲线,其方程为:(),00f x y z =⎧⎪⎨=⎪⎩图1u v又设(),,P x y z 为柱面上一动点(图2),则过点P 与z 轴平行的直线是柱面的一条母线,该母线与准线Γ的交点记为(),,0M x y ,因点M 在准线上,故其坐标应满足准线方程,这表明柱面上任一点(),,P x y z 的坐标满足方程(),0f x y =反过来,若一点(),,P x y z 的坐标满足方程(),0f x y =,过P 作z 轴的平行线交Oxy 面于点M ,则点M 的坐标(),,0x y 满足准线Γ的方程(),0,0f x y z ==,这表明点M 在准线Γ上,因此直线MP 是柱面的母线 (因为直线MP 的方向向量为{}{}0,0,||0,0,1z ),所以点P 在柱面上。
综上所述,我们有如下结论:母线平行上于z 轴,且与Oxy 面的交线为(),0,0f x y z ==的柱面方程为:(),0f x y = (1)它表示一个无限柱面。
若加上限制条件a z b ≤≤,变得它的一平截段面。
同理,母线平行于x 轴,且与Oyz 面的交线为(),0,0g y z x ==的柱面方程为(),0g y z =;母线平行于y 轴,且与Ozx 面的交线为(),0,0h x z y ==的柱面方程为(),0h x z =。
《解析几何》-Chapter 4§3 旋转曲面surface of revolution1、理解旋转曲面及母线和纬圆等概念;2、掌握求旋转曲面方程的一般方法及步骤;3、能熟练写出一类特殊旋转曲面的方程。
Contents一、旋转曲面的有关概念二、旋转曲面的方程(直角坐标系)三、几种特殊的旋转曲面(直角坐标系)l.Sl定义1在空间,一条曲线Γ绕着定直线l 旋转一周所生成的曲面S 称为旋转曲面(或回转曲面)(surface of revolution )Γ称为旋转曲面的母线(generating curve )l 称为旋转曲面的旋转轴(axis of rotation )纬圆Ⅱ以旋转轴l 为边界的半平面与旋转面的交线称为旋转面的经线说明:ⅰ纬圆也可看作垂直于旋转轴l 的平面与旋转面的交线SΓ一、旋转曲面的有关概念Ⅰ母线上任意一点绕旋转轴l 旋转的轨迹是一个圆,称为旋转面的纬圆或纬线ⅱ任一经线都可以作为母线,但母线不一定是经线。
经线和母线一样吗?lM经线π例1求直线绕直线旋转所得的旋转曲面的方程1210x y z -Γ==::l x y z ==母线不是经线单叶旋转双曲面xyzo经线轴xyzol l纬圆轴旋转曲面可看成经线绕旋转轴旋转一周.旋转曲面也可看成由纬圆族生成.设旋转曲面的母线,()()12,,0:,,0F x y z F x y z =⎧⎪Γ⎨=⎪⎩()1111 ,,M x y z ∀∈母线(),,0F x y z ⇒=1 旋转曲面的一般方程⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩纬圆:约束方程:000:x x y y z z l X Y Z ---==旋转轴为直线当M 1 遍历整个母线Γ时,得出旋转曲面的所有纬圆,这些纬圆生成旋转曲面⎧⎨⎩平面球=分析:1M ⇔∈纬圆1M S ⇒∈旋转曲面又可看作以轴l 为连心线的一族纬圆生成的曲面yzoP 1M ()()()()X x x Y y y Z z z -+-+-⎧⎪⎨=⎪⎩11110()(),,,,()()F x y z F x y z ==⎧⎪⎨⎪⎩111121114030()()()()()()()x x y y z z x x y y z z -+-+-=-+-+-2222220001010102消参:设旋转曲面的母线,()()12,,0:,,0F x y z F x y z =⎧⎪Γ⎨=⎪⎩1 旋转曲面的一般方程000:x x y y z z l X Y Z ---==旋转轴为直线z1M 普通方法设M 1(x 1, y 1, z 1)为母线上任意一点,①写出纬圆族方程:②写出参数x 1, y 1, z 1的约束条件:③消去参数x 1, y 1, z 1得一个三元方程:()()()()()()()()()()()X x x Y y y Z z x x y y z z x x y y z z z -+-+-=-+-+--+-+-=⎧⎪⎨⎪⎩222222000101011101120()(),,,,()()F x y z F x y z ==⎧⎪⎨⎪⎩111121114030(),,.F x y z =0例1求直线绕直线旋转所得的旋转曲面的方程x y z l -==11210::l x y z ==2母线轴(0,0,0)解设M 1(x 1, y 1, z 1)为母线l 1上任意一点,则过点M 1的纬圆方程为:()()(),-+-+-=⎧⎨⎩1110x x y y z z ++=222x y z 且有-==1111210x y z ,t 则,,===11121x t y t z 代入上式消去t 得++222111x y z 所求旋转球面方程:()++=++--22225119x y z x y z 即:()()()++-+++++-=22225570x y z xy xz yz x y z 另:,.==11121x y z 代入方程组消参得旋转球面方程.消参中可令1M (,,)0000P {1,1,1}=v l 2xyzo三、旋转曲面的方程特征Γ解则过点M 1纬圆为:(,)F y z =110且y y -=⎧⎨⎩10x y z y z ++=+2222211故旋转曲面方程为22(,)0F y x z ±+=绕y 轴旋转所成曲面的方程.例:给定yoz 面上曲线Γ: (,)F y z x =⎧⎨=⎩0当旋转曲面的母线为坐标面上的曲线,且旋转轴为坐标轴时, 它的方程具有特殊形式.{0,1,0}=v 设M 1(0, y 1, z 1)为母线Г上任意点,{0,1,0}=且v (0,0,0)O y 轴上定点(,,)M y z 1110例2设母线,(),:F y z x =⎧⎪Γ⎨=⎪⎩00规律:一般地,当坐标面上的曲线绕此坐标面里的一个坐标轴旋转时,为求得旋转曲面的方程,只需将曲线方程保留和旋转轴同名的坐标,以其余两坐标平方和的正负平方根代替方程中的另一个坐标xozy⑴绕z 轴旋转所得的旋转面方程;⑵绕y 轴旋转所得的旋转面方程(),F x y z ±+=220(),F y x z±+=2222221:,0x ya b z ⎧+=⎪Γ⎨⎪=⎩()a b >例2.将椭圆o xyz长形旋转椭球面1.绕长轴(即x 轴)旋转的旋转曲面的方程为:2.绕短轴(即y 轴)旋转的旋转曲面的方程为:222222 1.++=x y za b b2222221++=x y za b aoxyzbaab ba 222221++=⇒x y za b222221++=⇒x z y a b例3将双曲线 , ():. y z a b bc x ⎧-=>⎪Γ⎨⎪=⎩2222101.绕虚轴(即z 轴)旋转的旋转曲面的2.绕实轴(即y 轴)旋转的旋转曲面的2222221; +-=x y zb b c2222221; --=y x z b c c 方程为:方程为:单叶旋转双曲面222221+-=⇒x y zb c222221 +-=⇒y x z b c yzoxbxzyo例4将抛物线22 ,:0.⎧=Γ⎨=⎩y pz x 1.绕它的对称轴旋转的旋转曲面的方程为:222+=x y pz旋转抛物面xyzoxyzo>p 生活中见过这个曲面吗?.例5将圆则所得旋转曲面的方程:222() , (b a 0):0.⎧-+=>>Γ⎨=⎩y b z a x -4-224-1-0.500.51-4-224zyOa b绕z 轴旋转,22222(),x y b z a ±+-+=22222222x y z b a b x y+++-=±+即:即:()()2222222224x y z b ab x y+++-=+环面zyoab例5将圆222() , (b a 0):0.⎧-+=>>Γ⎨=⎩y b z a x 绕z 轴旋转,yxo.环面例5将圆222() , (b a 0):0.⎧-+=>>Γ⎨=⎩y b z a x 绕z 轴旋转,zy xo .生活中见过这个曲面吗?环面救生圈.。
引言空间解析几何所研究的曲面主要是二次曲面。
但是也可以研究一些非二次特殊曲面。
本论文中将利用直线或曲线适合某几何特征来建立一些曲面的方程。
主要讨论由直线产生的柱面和锥面,曲线产生的旋转曲面这三大类。
1.柱面定义1:一直线平行于一个定方向且与一条定曲线Γ相交而移动时所产生的曲面叫做柱面(图1),曲线Γ作叫做准线。
构成柱面的每一条直线叫做母线。
显然,柱面的准线不是唯一的,任何一条与柱面所有母线都相交的曲线都可以取做柱面的准线,通常取一条平面曲线作为准线。
特别地,若取准线Γ为一条直线,则柱面为一平面,可见平面是柱面的特例。
下面分几种情形讨论柱面的方程。
1.1 母线平行于坐标轴的柱面方程选取合适的坐标系,研究对象的方程可以大为化简。
设柱面的母线平行于z 轴,准线为Oxy 面上的一条曲线,其方程为:(),00f x y z =⎧⎪⎨=⎪⎩又设(),,P x y z 为柱面上一动点(图2),则过点P 与z 轴平行的直线是柱面的一条母线,该母线与准线Γ的交点记为(),,0M x y ,因点M 在准线上,故其坐标应满足准线方程,这表明柱面上任一点(),,P x y z 的坐标满足方程(),0f x y =反过来,若一点(),,P x y z 的坐标满足方程(),0f x y =,过P 作z 轴的平行线交图2图1Oxy 面于点M ,则点M 的坐标(),,0x y 满足准线Γ的方程(),0,0f x y z ==,这表明点M 在准线Γ上,因此直线MP 是柱面的母线 (因为直线MP 的方向向量为{}{}0,0,||0,0,1z ),所以点P 在柱面上。
综上所述,我们有如下结论:母线平行上于z 轴,且与Oxy 面的交线为(),0,0f x y z ==的柱面方程为:(),0f x y = (1)它表示一个无限柱面。
若加上限制条件a z b ≤≤,变得它的一平截段面。
同理,母线平行于x 轴,且与Oyz 面的交线为(),0,0g y z x ==的柱面方程为(),0g y z =;母线平行于y 轴,且与Ozx 面的交线为(),0,0h x z y ==的柱面方程为(),0h x z =。