圆的渐开线Involute of a Circle
从圆上退绕的线端走出的轨迹——让现代齿轮平稳啮合的齿形曲线。
调节参数
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公式与关键数值
- 参数方程
- 弧长 · 从尖点到 t图中 ≈ 123.4
r 是基圆半径(图中 r = 1),t 是绳子展开的角度。
01 · 定义
什么是圆的渐开线?
把一根拉紧的线绕在圆上,再保持张紧地退绕:线的自由端画出的就是圆的渐开线。任一时刻,退绕出的那段线都与圆相切、与曲线垂直,长度恰等于它刚离开的那段圆弧——这些几何事实可以直接从参数方程 x = r(cos t + t·sin t)、y = r(sin t − t·cos t) 中读出。
惠更斯在 1673 年设计摆钟时引入了渐开线,欧拉后来提议将它用作齿轮齿形,并从此成为标准:两条渐开线齿廓的接触点始终落在一条固定的啮合直线上,即使两齿轮中心距略有漂移,转速比也保持精确恒定。
02 · 性质
关键性质
- 退绕出的线段始终与基圆相切,并与渐开线垂直。
- 从起始尖点到参数 t 的弧长为 r·t²/2。
- 曲线从圆上的尖点出发,向外无限盘旋。
- 它的渐屈线(法线包络)正是基圆本身。
- 齿轮啮合:两条渐开线的接触点沿一条固定的"啮合线"移动,传动比恒定。
03 · 问答
关于圆的渐开线的常见问题
- 圆的渐开线的方程是什么?
- 参数方程:x = r(cos t + t sin t),y = r(sin t - t cos t)。r 是基圆半径(图中 r = 1),t 是绳子展开的角度。
- 圆的渐开线的弧长是多少?
- 弧长(从尖点到 t):L = (r t^2)/2。r 是基圆半径(图中 r = 1),t 是绳子展开的角度。
04 · 继续探索