Эвольвента окружности

Эвольвентой окружности является траектория любой точки прямой линии, перекатываемой по окружности без скольжения. По эвольвенте обрабатывают профиль зубьев зубчатых колёс. Эвольвенту окружности можно получить, сматывая натянутую нить с цилиндрической поверхности. Конец этой нити будет описывать эвольвенту.

Две параллельные эвольвенты окружности — боковые части профиля в зубчатом колесе с эвольвентным зацеплением

Анимация построения эвольвенты окружности — эвольвента как разматывающаяся нить

Уравнения эвольвенты окружности

Параметрические уравнения эвольвенты окружности следующие^[1]:

${\displaystyle x=r(\cos \varphi +\varphi \sin \varphi \,\!),}$

${\displaystyle y=r(\sin \varphi -\varphi \cos \varphi \,\!),}$

на комплексной плоскости уравнения упрощаются^[2]:

${\displaystyle z=r(1-i\varphi )e^{i\varphi },}$

где ${\displaystyle r}$ — радиус окружности; ${\displaystyle \varphi }$ — угол поворота радиуса окружности (полярный угол точки касания прямой и окружности).

Натуральное уравнение эвольвенты окружности, то есть зависимость кривизны от длины дуги, имеет вид: ${\displaystyle k(s)={\frac {1}{\sqrt {2rs}}}.}$

Построение эвольвенты окружности по заданному диаметру

Имеется окружность диаметра ${\displaystyle d}$ с центром в точке ${\displaystyle O}$. Данную окружность делим на двенадцать равных частей. В точках 2, 3, 4, … проводим касательные к окружности, направленные в одну сторону. Точки эвольвенты находим исходя из того, что при развёртывании окружности точка ${\displaystyle B^{2}}$ должна отстоять от точки 2 на расстоянии, равном длине дуги между точками 1 и 2, а точка ${\displaystyle B^{3}}$ должна отстоять от точки 3 на расстоянии, равном длине дуги между точками 1 и 3 (две длины предыдущей дуги), и т. д.

Точное положение точек эвольвенты получим, откладывая по касательным длины соответствующих дуг. Длину дуги между точками 1 и 2 определяем по формуле ${\displaystyle a={\frac {\pi d}{m}},}$ где ${\displaystyle d}$ — диаметр окружности, ${\displaystyle m}$ — число частей, на которое разделена окружность.

Получив ряд точек эвольвенты, соединяем их плавной линией.

В данном случае окружность диаметра ${\displaystyle d}$ является эволютой к этой эвольвенте.

Эвольвента окружности

См. также

• Эвольвента
• Эвольвентное зацепление
• Зубчатая передача