
【机】 involute curve
gradually
unclose
【化】 carat
【医】 carat
curve
【医】 curve
【经】 curve
渐开曲线(involute curve)是几何学和机械工程中的核心概念,指由直线在固定基圆上纯滚动时,直线上某一点形成的轨迹曲线。其汉英对照定义可表述为:“当一条动直线(发生线)沿固定圆(基圆)作无滑动滚动时,直线上任意一点的轨迹称为渐开线”(The locus of any point on a straight line rolling without slipping on a fixed circle is called an involute)。
从数学角度,渐开曲线的参数方程为: $$ x = r(cosθ + θsinθ) y = r(sinθ - θcosθ) $$ 其中$r$为基圆半径,$θ$为滚动角(弧度制)。该方程描述了点轨迹随角度变化的精确规律,被国际标准化组织ISO 21771:2020《圆柱齿轮精度》列为齿轮齿廓设计基准。
在机械工程领域,渐开曲线因具备以下特性成为齿轮传动的标准齿形:
该术语的英文词源来自拉丁语"involutus",意为"缠绕的",中文"渐开"则精准描述了曲线随展开角逐渐延伸的形态特征。麻省理工学院OpenCourseWare的《机械设计导论》课程指出,这种命名方式同时反映了中西方对曲线生成原理的认知共性。
渐开线(又称渐开曲线)是一种特殊的几何曲线,广泛应用于机械工程领域,尤其是齿轮设计中。以下是其详细解释:
渐开线是动直线在基圆上纯滚动时,直线上某点的轨迹。具体来说,当一条直线(发生线)沿固定圆(基圆)无滑动滚动时,直线上任意一点的路径即形成渐开线。例如,将细线绕在圆柱体上并拉直,线头轨迹即为渐开线。
渐开线的参数方程可表示为: $$ begin{cases} x = r (cosθ + θ sinθ) y = r (sinθ - θ cosθ) end{cases} $$ 其中,$r$为基圆半径,$θ$为展角(弧度制)。展角与压力角$α$的关系为渐开线函数:$θ = text{inv}(α) = tanα - α$。
主要用于齿轮齿廓设计,优势包括:
渐开线可通过几何作图法生成:将基圆等分,沿各等分点切线方向按周长比例取点,连接后形成曲线。
如需进一步了解参数选择或工程应用细节,可参考机械设计手册或齿轮专业文献。
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