漸開線

漸開線

漸伸線(involute)(或稱漸開線(evolent))和漸屈線(evolute)是曲線的微分幾何上互為表里的概念。若曲線A是曲線B的漸伸線,曲線B是曲線A的漸屈線。在曲線上選一定點S。有一動點P由S出發沿曲線移動,選在P的切線上的Q,使得曲線長SP和直線段長PQ相同。漸伸線就是Q的軌跡。若曲線B有參數方程,其中,曲線A的方程為。曲線的漸屈線是該曲線每點的曲率中心的集。若該曲線有參數方程(),則其漸屈線為每條曲線可有無窮多條漸伸線,但只有一條漸屈線。

解釋

將一個圓軸固定在一個平面上,軸上纏線,拉緊一個線頭,讓該線繞圓軸運動且始終與圓軸相切,那么線上一個定點在該平面上的軌跡就是漸開線。

直線在圓上純滾動時,直線上一點K的軌跡稱為該圓的漸開線,該圓稱為漸開線的基圓,直線稱為漸開線的發生線。 漸開線的形狀僅取決於基圓的大小,基圓越小,漸開線越彎曲;基圓越大,漸開線越平直;基圓為無窮大時,漸開線為斜直線。漸開線方程為:

x=r×cos(θ+α)+(θ+α)×r×sin(θ+α)

漸開線畫法漸開線畫法

y=r×sin(θ+α)-(θ+α)×r×cos(θ+α)

z=0

式中,r為基圓半徑;θ為展角,其單位為弧度

展角θ和壓力角α之間的關係稱為漸開線函式

θ=inv(α)=tan(α)-α

式中,inv為漸開線involute的縮寫

畫法

已知圓的直徑D,畫漸開線的方法如圖

(1)將圓周分成若干等分(圖中為12等分),將周長πD作相同等分;

(2)過周長上各等分點作圓的切線;

(3)在第一條切線上,自切點起量取周長的一個等分(πD/12)得點1;在第二條切線上,自切點起量取周長的兩個等分(2xπD/12)得點2;依此類推得點3、4、……、12;

(4)用曲線板光滑連線點1、2、3、……、12;即得圓的漸開線。

直線在圓上純滾動時,直線上一點K的軌跡稱為該圓的漸開線,該圓稱為漸開線的基圓,直線稱為漸開線的發生線。

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