CurvG
螺线

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
x=r(cos⁡t+tsin⁡t)x = r(\cos t + t\sin t)
y=r(sin⁡t−tcos⁡t)y = r(\sin t - t\cos t)
弧长 · 从尖点到 t图中 ≈ 123.4
L=rt22L = \frac{r t^2}{2}

r 是基圆半径(图中 r = 1),t 是绳子展开的角度。

讲解视频

把圆的渐开线做成讲解视频

带着图中的参数打开视频模板。片中每个数都在渲染前算好,可选横屏或竖屏。

开始制作

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

  1. 退绕出的线段始终与基圆相切,并与渐开线垂直。
  2. 从起始尖点到参数 t 的弧长为 r·t²/2。
  3. 曲线从圆上的尖点出发,向外无限盘旋。
  4. 它的渐屈线(法线包络)正是基圆本身。
  5. 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