Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Radzevich, S.P. Monograph - 2001

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
23.02.2023
Размер:
24.47 Mб
Скачать

90

 

 

 

1. Рабочие поверхности деталей и инструментов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 1.1. Если для некоторого локального

tд и

 

 

 

 

 

 

 

участка гладкой регулярной поверхности

Д И в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

текущей ее точке M известны главные кривизны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1.д и и

k2.д и , измеренные в заданных единичны-

 

 

 

k2.д и

 

k1.д и

kд и

 

ми векторами

t1.д и

и t 2.д и

главных

секущих

 

 

 

 

плоскостях C1.д и и C2.д и , то текущие значения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

нормальной кривизны

kд и и кручения

tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kд и ( ),tд и ( )

этой поверхности в направлении t д и ,

состав-

 

 

 

 

 

ляющем угол

с первым главным сечением C1.д и ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.20. Пример круговой диаграммы выпуклого

будут соответственно равны:

 

 

 

 

 

 

k

cos2 k

 

 

sin 2

 

 

 

 

локального участка гладкой регулярной

 

k

2.д и

;

 

 

 

поверхности

Д(И) .

 

 

 

 

д и

1.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tд и k2.д и k1.д и sin cos .

Отдельные фрагменты доказательства этой теоремы используются при построении векторных диаграмм локальных участков поверхностей Д И .

Исходим из того, что вектор единичной касательной к поверхности Д И в точке M в направлении, заданном углом , задается так:

(1.100)

 

 

 

t д и t1.д и cos

t 2.д и sin .

Вектор

t

*

 

другой единичной

касательной

к

поверхности Д И в точке M на ней,

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

перпендикулярный t д и , в этом случае будет иметь вид

 

 

 

(1.101)

 

 

 

t *

 

t

2.д и

cos t

1.д и

sin .

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

На основании (100) перемещение t д и dSд и можно разложить на две составляющие

t д и dSд и t1.д и cos dSд и t 2.д и sin dSд и .

Поскольку это перемещение производится в главных направлениях t1.д и и t 2.д и на поверхности Д И , то нормальные составляющие этих перемещений соответственно равны:

dN1.д и k1.д и t1.д и cos dSд и ; dN2.д и k2.д и t 2.д и sin dSд и .

Объединяя эти выражения, приходим к результату

(1.102) dNд и dN1.д и dN2.д и Nд и dSд и k1.д и t1.д и cos dSд и kд и t 2.д и sin dSд и .

Из уравнений (100) и (101) имеем

 

 

 

 

 

 

1.3. О классификации рабочих поверхностей деталей и инструментов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

91

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

1.д и

t

 

 

cos t

*

sin ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin t

 

 

cos .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.103)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

2.д и

t

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя эти значения в (1.102), получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dN

д и

 

k

cos2 k

2.д и

sin 2

t

 

 

dS

 

 

k

2.д и

k

 

 

 

 

t

*

sin cos dS

д и

.

(1.104)

 

 

 

 

1.д и

 

 

 

 

 

 

д и

 

д и

 

 

 

 

1.д и

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

Известно, что перемещение на dSд и в направлении t д и ведет к перемещению в нормальном направле-

нии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dN

д и

 

k

 

t

 

 

t

д и

t

*

 

 

dS

д и

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.105)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и д и

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопоставление формул (104) и (105) показывает, что теорема 1.1. доказана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для выяснения основных свойств круговых диаграмм локальных участков гладких регулярных

поверхностей

Д И

приведенное доказательство теоремы 1.1 позволяет ввести в рассмотрение их векторные

диаграммы относительно факторов

t д и

и Nд и . Для этого уравнение (100) и частично преобразованные

уравнения (102) и (105) перепишем совместно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t д и t1.д и cos t 2.д и sin ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nд и k1.д и t1.д и cos k2.д и t 2.д и sin ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nд и kд и t д и tд и t *д и .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример векторной диаграммы поверхности

Д И сложной формы представлен на рис. 1.21.

 

 

 

 

 

Помним,

что

drд и t д и dSд и и

dNд и Nд и dSд и ,

поэтому

векторная диаграмма

является

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изображением,

 

масштабированным

по

 

параметру

 

 

 

 

 

 

 

t 2.д и

 

 

t д и

 

 

 

 

 

dSд и (поскольку требуется, чтобы векторная диаграм-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ма была отнесена к параметрам drд и и dNд и ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Векторы Nд и

 

и

t д и (или их противоположные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

направления) однонаправленны для 0

или 90 ,

 

 

 

kд и cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

но они имеют различные направления при других

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значениях угла ,

если k1.д и k2.д и .

 

 

 

 

 

 

 

k

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1.д и

 

 

 

 

Из

рис. 1.21

 

следует, что

кручение

поверхности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д И

 

 

отрицательно

при

0 90

когда

 

 

 

 

 

 

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1.д и k2.д и ;

следовательно

длина, показанная как

 

 

 

 

 

 

t д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t д и (см. рис. 1.21), является положительной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По теореме Пифагора из рис. 1.21 имеем

 

 

Рис. 1.21. Пример векторной диаграммы локаль-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

k

2

 

cos2 k2

sin 2

 

 

k2

t 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ного участка гладкой регулярной по-

 

 

 

д и

 

 

1.д и

 

 

 

 

 

2.д и

 

 

 

 

 

д и

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

верхности Д(И) относительно пара-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метров t д и и Nд и .

92

 

 

 

1. Рабочие поверхности деталей и инструментов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначим через угол между векторами Nд и и t д и (см. рис. 1.21). На круговой диаграмме локаль-

ного участка поверхности

Д И (рис. 1.22) показана длина отрезка

N д и

и угол, равный по величине 1.

Для

случая, когда

k1.д и

положительно

k1.д и 0 ,

поведение

конца

вектора

Nд и нормали к

локальному участку поверхности

 

Д И будет следующим.

 

 

 

 

 

 

 

 

Если k2.д и также положительно

k2.д и 0

, круговая диаграмма не пересекает ось ординат tд и . Такой

локальный участок поверхности

Д И

будет

эллиптическим.

Возможное направление

вектора

Nд и

относительно направления t д и зависит от величины угла max , который определяется направлением OP в

положении, касательном к круговой диаграмме, и рассчитывается по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

sin 1

k1.д и k2.д и .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1.д и k2.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В этом случае обе главные кривизны положи-

tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тельны, а поверхность

Д И локально выпукла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если k2.д и отрицательно

k2.д и 0 ,

круго-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вая диаграмма пересекает ось ординат tд и . Такой

 

k2.д и

C

 

 

k1.д и

 

 

локальный участок поверхности

 

Д И будет ги-

O

 

 

2

 

 

kд и

 

перболическим. Направление вектора Nд и может

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

быть любым; главные кривизны имеют противо-

 

Nд и

 

 

 

 

 

 

 

положные знаки, а поверхность

Д И локально

 

 

P k

( ),t

 

( )

 

выпукловогнутая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

д и

 

 

Если k2.д и равно нулю

k2.д и 0 , круговая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.22. Круговая диаграмма локального участка

 

диаграмма только касается

оси

ординат tд и , а

 

такого типа локальный участок поверхности

Д И

 

поверхности Д(И) (показаны угол и

 

 

абсолютная величина вектора Nд и ).

 

 

будет параболическим. Возможные направления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вектора Nд и ограничены пределами 90

отно-

сительно t д и . Если одна из главных кривизн равна нулю,

поверхность

Д И

локально можно рассматри-

вать как цилиндр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом как только для заданной точки локального участка гладкой регулярной поверхности

Д И определены главные кривизны, нормальные

кривизны и кручение поверхности

Д И становятся

известными для всех направлений. Круговая диаграмма (см. рис. 1.22) наглядно показывает эту зависимость.

Теоретически поведение

нормали Nд и

к

поверхности

Д И

может быть определено из круговой

диаграммы, но поскольку dN д и N д и dSд и , вектор смещения конца единичной нормали к поверхности

Д И проще получить из векторной диаграммы (см. рис. 1.21).

 

 

Д И . Многие особенности

1.3.2.1. Использование круговых диаграмм локальных участков поверхности

локальной топологии гладкой регулярной поверхности

Д И могут быть просто

выведены исходя из

рассмотрения круговых диаграмм. При этом полагаем, что алгебраически наибольшая кривизна есть k1.д и ,

поэтому на круговой диаграмме она всегда будет обозначена правее кривизны k2.д и вдоль оси абсцисс. (за

1 Не следует пытаться показывать на круговой диаграмме (см. рис. 1.22) аргумент

вектора

Nд и , поскольку это не векторная

диаграмма.

Для построения угла следует

воспользоваться векторной

диаграммой локального

участка поверхности Д И (см.

рис. 1.21).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. О классификации рабочих поверхностей деталей и инструментов

93

исключением случаев, когда локальный участок поверхности вырождается в омбилический локальный участок или в локальный участок уплощения).

1.3.2.2. Омбилические локальные участки поверхности Д И .

Если k1.д и

k2.д и , круговая диаграмма

стягивается в точку. Поэтому все

нормальные кривизны kд и

становятся

равны

друг

другу:

kд и

k1.д и k2.д и . Более того, в этом случае кручение поверхности

Д И во всех направлениях равно нулю

(рис. 1.23.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вогнутый

 

Выпуклый

Вогнутый

 

 

 

 

Выпуклый

 

омбилический

tд и

омбилический

эллиптический tд и

 

эллиптический

 

k1.д и k2.д и kд и 0

k1.д и k2.д и kд и 0

k2.д и

k1.д и

 

 

 

k2.д и

k1.д и

 

k1.д и k2.д и 0

 

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

 

kд и

Уплощения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

Вогнутый

 

Выпуклый

Гиперболический

 

 

 

Гиперболический

параболический

tд и

параболический

(псевдовогнутый)

tд и

 

(псевдовыпуклый)

k2.д и

k1.д и

k2.д и

k1.д и

 

k2.д и

 

 

 

 

 

 

k1.д и

 

 

 

 

kд и

 

 

k2.д и

k1.д и

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

 

 

 

Гиперболический

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(минимальный)

tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2.д и

 

 

k1.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.23. Возможные виды круговых диаграмм

 

 

 

 

 

 

локальных участков гладких регулярных

 

 

 

 

 

поверхностей Д(И) .

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.2.3. Кручение поверхности

Д И .

Когда главные кривизны

k1.д и

и

k2.д и определены, текущие

значения нормальной кривизны kд и

и кручения

tд и

локального

участка поверхности

Д И

становятся определенными однозначно – их значения взаимоувязаны. В частности, это значит, что кручение поверхности детали или инструмента не является параметром, которым конструктор может варьировать,

синтезируя поверхность Д И .

Кручение поверхности максимально в направлении, составляющем угол 45 с главными направлениями

94

 

 

1. Рабочие поверхности деталей и инструментов

 

 

 

 

 

 

 

 

C1.д и и

C2.д и

локального участка поверхности Д И , где

его значения

достигают

величины

 

k1.д и k2.д и

. Если в некотором заданном направлении кручение

поверхности

Д И равно

tд и , то

 

 

2

 

 

 

 

 

 

кручение этой же поверхности в противоположном направлении (т.е. в направлении, составляющем угол 180 с заданным направлением) также равно tд и . Кручение поверхности Д И в направлении, ортогональном заданному, равно tд и . Этот факт был использован выше при выводе уравнения (103).

1.3.2.4. Эллиптические локальные участки поверхности Д И . Если главные кривизны k1.д и и k2.д и

имеют одинаковый знак, такой же знак имеет и текущая нормальная кривизна kд и во всех направлениях.

Это следствие того, что сечение поверхности Д И плоскостью, параллельной и близко расположенной к

касательной плоскости, является кривой, близкой к эллипсу. В пределе, когда расстояние между секущей и касательной плоскостями стремится к нулю, а масштаб изображения кривой их пересечения при этом

увеличивается до бесконечности, кривая сечения поверхности Д И в точности становится эллипсом.

Асимптотические линии

kд и 0 ,

проходящие через некоторую точку M на поверхности

Д И , в

этом случае отсутствуют (они мнимые) – круговая диаграмма не пересекает ось ординат (рис. 1.23.2).

 

1.3.2.5. Параболические

локальные

участки

поверхности

Д И . В особых случаях, когда

одна из

главных кривизн равна нулю

k1.д и 0,

k2.д и 0

или k1.д и

0, k2.д и 0 круговая диаграмма касается

оси ординат t (рис. 1.23.3).

Локальный участок поверхности

Д И в этом случае будет параболическим.

Название параболический происходит не потому, что его индикатриса кривизны является параболой – это не так. Индикатриса кривизны параболического локального участка поверхности Д И представляет собой пару

прямых, параллельных асимптотическому направлению. Название такого типа локального участка поверхности Д И происходит из аналогии с параболическим дифференциальным уравнением, которое

используется для описания особенностей локальной геометрии поверхности Д И в дифференциальной

окрестности параболической точки на ней.

В пределах локального участка параболического типа его можно рассматривать как параболический цилиндр – это также в некоторой мере объясняет происхождение названия локального участка поверхности

Д И рассматриваемого типа.

1.3.2.6. Гиперболические локальные участки поверхности Д И . Если первая главная кривизна k1.д и

положительна k1.д и 0 , а вторая k2.д и – отрицательна k2.д и 0 , имеем гиперболический локальный

участок гладкой регулярной поверхности Д И . Его индикатриса кривизны состоит из двух мнимых и двух

действительных ветвей гиперболы. Круговая диаграмма в этом случае имеет вид (рис. 1.23.4).

Для рассматриваемого случая можно указать две асимптотические прямые, для которых kд и 0 ; однако эти прямые не будут взаимно перпендикулярными до тех пор, пока главные кривизны k1.д и и k2.д и

не будут равны друг другу по модулю k1.д и k2.д и .

На рис. 1.23.4 показаны удвоенные величины углов между асимптотическими направлениями на поверхности Д И . Ось абсцисс kд и является биссектрисой этих углов. Отсюда можно заключить, что углы

между асимптотическими направлениями делятся линиями кривизны пополам.

Д И вырожда-

 

Две асимптотические прямые для гиперболического локального участка поверхности

ются в одну прямую линию для параболического ее локального участка.

 

 

1.3.2.7. Минимальные локальные участки поверхности

Д И . Если первая главная

кривизна k1.д и

положительна k1.д и 0 , а вторая k2.д и – отрицательна

k2.д и 0 и при этом выполняется условие

 

k1.д и

 

 

 

k2.д и

 

, имеем минимальный локальный участок

гладкой регулярной поверхности Д И . Его

 

 

 

 

индикатриса кривизны состоит из двух мнимых и двух действительных ветвей гиперболы, которые зеркально- и центрально-симметричны. Круговая диаграмма в этом случае имеет вид (рис. 1.23.5).

 

 

 

 

 

1.3. О классификации рабочих поверхностей деталей и инструментов

 

 

95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.2.8. Полная (гауссова), средняя и абсолютная кривизна локального участка поверхности

Д И .

Нормальная

кривизна

 

поверхности

 

 

 

r д и U д и , Vд и

в некотором направлении

t д и ,

где

 

 

 

 

 

r

д и

 

r

д и

 

 

 

 

 

 

 

dU

д и

 

 

dV

 

 

 

 

 

 

 

 

t

д и

 

 

,

 

,

 

 

и

д и

 

 

 

 

,

 

д и

 

, находится как (Elber, G., Cohen, E., 1993):

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

д и

V

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dU

д и

 

dV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

д и

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Φ2.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

dt

д и Lд и д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kn.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

(1.106)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dU

д и

 

dV

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Φ1.д и

 

 

 

 

 

,

 

 

 

д и

 

д и Gд и д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормальная кривизна зависит от направления касательной t д и

и равна радиусу кривизны окружности,

соприкасающейся к линии пересечения поверхности r д и U д и , Vд и

соответствующей нормальной секущей

плоскостью.

Нормальная кривизна является внутренним свойством поверхности и не зависит от вида ее параметризации. После дифференцирования (106) по д и , задача нахождения экстремальных значений

нормальной кривизны поверхности сводится к задаче нахождения корней уравнения:

 

~

 

 

 

k

2

 

g

l

g

l 2g

l

k

 

 

 

~

 

 

 

 

ak

2

bk

 

c 0 .

(1.107)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

д и

 

 

n.д и

 

L

д и

 

n.д и

 

 

 

 

n.д и

 

11 22

 

22 11

12 12

 

 

 

 

 

 

 

n.д и

 

 

 

Гауссова кривизна является произведением корней k1.д и и k2.д и уравнения (107)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

k1.д и k2.д и

 

 

Lд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gд и

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Произведение главных кривизн k1.д и и k2.д и

локального участка поверхности Д И равно его полной

кривизне:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.108)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gд и k1.д и k2.д и .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кривизну

~

 

 

К.-Ф. Гаусс назвал полной кривизной поверхности в заданной точке М на ней. Она

Gд и

является мерой формы локального участка поверхности

Д И ,

хотя с ее использованием связана некоторая

потеря информации по сравнению с использованием главных кривизн k1.д и и k2.д и раздельно.

Потеря этой информации может быть восстановлена введением в рассмотрение средней кривизны локального участка поверхности Д И в заданной точке на ней:

~

k1.д и k2.д и

 

g11l22

g22l11

2g12l12

 

Mд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

2

 

2

 

Gд и

 

 

 

 

Как видим, обратные уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

~

 

~

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1.д и Mд и Mд2 и Gд и 2 ;

 

96

1. Рабочие поверхности деталей и инструментов.

 

~

~ 2

~

1

 

 

 

 

 

 

 

 

k2.д и Mд и Mд и Gд и

 

 

 

 

2

 

указывают на то, что в этом случае потери информации о геометрии локального участка поверхности Д И

нет.

 

 

 

 

 

 

Д И

 

Из уравнения (108)

следует, что для эллиптических локальных участков поверхности

полная

кривизна положительна

~

 

 

~

0 , а для параболических –

Gд и 0 , для гиперболических – отрицательна Gд и

равна нулю

~

Для любого

типа

локального участка поверхности

Д И координаты

центра

Gд и 0 .

соответствующей круговой диаграммы будут

~

 

 

 

Mд и ; 0 .

 

~

 

Для выпуклых локальных участков поверхности Д И средняя кривизна положительна

 

Mд и 0 , для

вогнутых она отрицательна

~

и равна нулю для локальных участков уплощения и минимальных

Mд и 0

локальных участков

~

Mд и 0 .

Для эллиптических локальных участков поверхности Д И длина касательной, проведенной из начала

координат к круговой диаграмме, равна

~

(рис. 1.24.1). Этот результат очевиден из теоремы, дока-

Gд и

занной в элементарной математике: квадрат касательной к окружности равен произведению секущей на ее

внешнюю часть.

~

Для локальных участков гиперболического типа длина полухорды вдоль оси ординат равна

Gд и

(рис. 1.24.2).

Этот результат очевиден из теоремы, также доказанной в элементарной геометрии: если две хорды окружности пересекают одна другую под прямым углом, то произведения их частей равны друг другу. Это сразу приводит к теореме Эннепера, в соответствие с которой геодезическое кручение любой асимп-

тотической линии, проходящей через гиперболическую точку поверхности, равно

~

Gд и .

Для локальных

участков

параболического типа гладких регулярных поверхностей Д И полная

кривизна равна нулю

~

. Это очевидно из уравнения (108), если рассматривать его с алгебраической

Gд и 0

точки зрения. К такому же результату придем с геометрических позиций, рассматривая круговую диаграмму параболического локального участка поверхности Д(И) как предельный случай аналогичных диаграмм для

эллиптического или для гиперболического локальных участков поверхности Д И .

Числитель в формуле

~

2Fд и Mд и Eд и Nд и Gд и Lд и

для расчета средней кривизны, и его

Mд и

 

 

 

 

 

 

2(E

G

 

F

2

)

 

 

 

д и

д и

 

д и

 

первые производные соответственно равны (Maekawa, T., Patrikalakis, N,. 1994):

Bд и 2Fд и Mд и Eд и Nд и Gд и Lд и ;

B

 

 

M

д и

 

F

 

 

 

E

д и

 

 

N

д и

 

 

 

 

G

 

 

 

L

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

д и

 

 

 

 

2 Fд и

Uд и

 

 

Uд и

Mд и

 

 

Uд и

Nд и Eд и

 

U

 

 

 

 

 

Uд и

Lд и Gд и

U

 

 

 

;

Uд и

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

д и

 

 

B

 

 

 

M

д и

 

 

 

F

 

 

 

E

д и

 

 

N

д и

 

 

 

G

 

 

L

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

д и

 

 

 

 

V

 

2 Fд и

V

 

 

 

 

V

Mд и

 

 

V

Nд и Eд и

 

V

 

 

 

 

V

Lд и Gд и

V

 

.

 

 

д и

 

 

 

д и

 

 

д и

 

 

 

д и

 

 

д и

 

 

 

д и

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. О классификации рабочих поверхностей деталей и инструментов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

97

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эллиптический

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средняя

кривизна

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mд и

 

 

 

вогнутый

 

tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tд и

 

 

 

 

 

выпуклый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

локального участка поверхности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д И

просто находится по его

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

круговой диаграмме.

Поскольку

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

центр окружности всегда распо-

 

 

 

 

 

G д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ложен на середине ее диаметра,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

средняя

кривизна

~

будет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1.д и

kд и

 

 

 

Mд и

 

 

k1.д и

 

 

 

 

 

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равна

среднему

значению

из

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

двух нормальных кривизн, изме-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ренных в двух взаимно перпен-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гиперболический

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дикулярных направлениях.

Для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

этого не обязательно определять

 

псевдовогнутый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

псевдовыпуклый

 

 

 

 

 

 

 

сначала главные кривизны по-

 

 

tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

верхности

Д И .

Обратим вни-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мание

на

 

то,

что соответству-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ющее

утверждение

не

будет

 

 

 

 

 

G д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

справедливым в отношение гаус-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

совой

 

кривизны

 

 

локального

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2.д и

 

 

 

 

 

 

 

kд и

k2.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

 

участка

поверхности

Д И . В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

этом легко убедиться из геоме-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трической

интерпретации

сред-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ней

 

 

~

 

 

 

и полной

~

 

кри-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mд и

Gд и

 

 

Рис. 1.24. Геометрическая интерпритация полной (гауссовой) кривизны

 

 

 

визны

поверхности

Д И

по

 

 

 

локального участка поверхности

 

 

Д(И) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

круговой

 

диаграмме

поверхно-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сти. Из рис. 1.25 следует, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

k

д и

 

90

 

OD OE OC2 CD2

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

но CD изменяется при изменении величины угла , тогда как величина OC постоянна.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.2.9. Построение круговой диаграммы локального участка поверхности

Д И .

Достаточно знать

координаты двух разных точек круговой диаграммы локального участка поверхности

Д И ,

чтобы

определить ее однозначно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кривизна kд и и

кручение tд и для касательных направлений

r д и

 

 

 

и

r д и

 

расчитаны путем под-

 

 

Uд и

 

 

Vд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

становки h 0 и

1

0 соответственно в уравнения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

2M

д и

h h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kд и

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eд и 2Fд и h Gд и h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

M

д и

F

д и

L

 

 

 

E

N

д и

 

G

 

L

h F

 

 

N

д и

G

 

M

д и

h2

 

 

 

 

 

 

tд и

 

 

д и

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

д и

д и

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

д и

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hд и Eд и 2Fд и h Gд и h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

E

 

 

 

M

д и

F

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

N

д и

 

 

 

F

 

 

 

N

 

 

G

 

 

M

д и

 

 

 

 

 

 

получим две точки

 

 

д и

;

 

д и

 

 

 

д и д и

 

 

и

 

 

;

 

 

 

д и

д и

 

 

 

д и

 

.

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

G

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

98

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Рабочие поверхности деталей и инструментов.

 

 

 

 

 

Этот результат может быть переписан в форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

kд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

д и

 

 

Mд и Fд и U

д и

 

 

 

k

д и

 

Fд и V

Mд и

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

;

 

 

;

 

д и

 

,

 

 

 

Uд и

 

 

 

Hд и

 

 

Vд и

 

Hд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

kд и

 

Lд и

 

и

kд и

 

Nд и

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uд и

Eд и

Vд и

Gд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование круговых диаграмм позволяет дать наглядную геометрическую интерпретацию характера взаимосвязи между локальными участками разного типа гладких регулярных локальных участков поверхно-

стей Д И при изменении величин, соотношений и знаков их главных кривизн.

Проследим какие изменения проис-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ходят с локальным участком поверхности

tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д И ,

если в системе координат

kд и tд и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рис. 1.26.1) перемещаться справа от ди-

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

аграммы выпуклого эллиптического локаль-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ного участка влево к вогнутому эллипти-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ческому

локальному

участку

и

обратно

 

 

 

k2.д и

 

 

 

 

 

 

k1.д и

(рис. 1.26.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Образующиеся

при

этом

 

различные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

E

 

 

2

 

kд и

типы

локальных

участков

поверхности

 

 

 

 

 

 

 

Д И

удобно расположить

по

периметру

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

окружности,

например,

по

ходу

часовой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P kд и ,tд и

стрелки. В результате придем к таким

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

схемам

 

расположения

круговых

диаграмм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рис. 1.27), индикатрис кривизны (рис. 1.28)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CD

 

OC CD

и собственно локальных участков (рис. 1.29)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OC CE

 

гладких регулярных поверхности

Д И .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приведенные результаты (см. рис. 1.27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

( ) k

 

 

( 90 ) OD OE OC2 CD2

– рис. 1.29)

наглядно иллюстрируют транс-

 

д(и)

 

 

 

д(и)

 

 

 

 

 

 

формацию

различного

типа

 

локальных

 

 

 

 

 

 

 

 

OC CD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

участков

гладкой регулярной

поверхности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д И

из одного в другой. Эти

схемы

 

Рис. 1.25. К построению круговой диаграммы

взаимно дополняют друг друга и позволяют

 

 

 

 

поверхности

Д(И) .

 

 

 

выразительнее представить

классификацию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гладких

регулярных

локальных

участков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сложных поверхностей деталей и инструментов (табл. 1.1), разработанную ранее (Радзевич С.П., 1988). Введение в рассмотрение круговых диаграмм позволяет однозначно определиться с тем, что одна из

главных кривизн (а именно первая k1.д и ) больше другой алгебраически и нет необходимости в рассмотрении

соотношений их абсолютных величин. Становится ясным взаимосвязь между различного типа локальными участками поверхностей Д И и порядок рассмотрения особенностей их локальной геометрии: логично это

делать, рассматривая перемещение круговой диаграммы вдоль оси абсцисс справа налево и в обратном направлении, что хорошо видно при рассмотрении рис. 1.26 совместно с рис. 1.27 – рис. 1.29. При этом также рассматриваются круговые диаграммы разного радиуса, в том числе и вырождающиеся в точку, что имеет

место для омбилических локальных участков поверхности Д И и их локальных участков уплощения. Это

также хорошо иллюстрируется схемами с расположением круговых диаграмм (рис. 1.27), индикатрис кривизны (рис. 1.28) или схем локальных участков поверхностей Д И (рис. 1.29) по окружности единичного

радиуса.

 

 

1.3. О классификации рабочих поверхностей деталей и инструментов

 

 

 

 

 

99

 

 

tд и

 

 

 

 

Рассматривая

локальные

участки

 

 

 

 

 

 

поверхностей

Д И ,

их

форму

можно

 

 

 

 

 

 

 

определять не только через главные криви-

 

 

 

 

 

 

 

зны k1.д и

и

k2.д и ,

но и через среднюю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

и так называемый индекс

 

 

 

 

 

 

kд и

кривизну Mд и

 

 

 

 

 

 

формы

Sд и . Эти параметры можно рас-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

считать так (Koenderink, J.J., 1990):

 

7

6

5

4

3

2

1

 

 

 

 

 

k2

 

 

k2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

 

 

 

 

1.д и

 

2.д и

 

 

 

tд и

 

 

 

 

 

Mд и

 

 

 

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

2 arctan k1.д и k2.д и .

 

 

 

 

 

 

 

 

д и

 

 

 

 

k1.д и k2.д и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kд и

Индекс формы

Sд и

рассматривается

 

 

 

 

 

 

 

как мера “формы”,

 

а

средняя кривизна

 

 

 

 

 

 

 

~

– как мера размера. Например, все

1

2

3

4

5

6

7

Mд и

сферы разного радиуса имеют одинаковый

 

 

 

 

 

 

2.

индекс формы, но разную среднюю кривиз-

 

 

 

 

 

 

 

ну.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.26. Расположение круговых диаграмм для различного

За

исключением

локального

участка

уплощения, каждому отдельному локаль-

типа локальных участков гладких регулярных

ному участку поверхности

Д И

соответ-

поверхностей

Д(И) .

 

 

 

ствует единственное значение индекса фор-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мы. Положительному значению индекса

формы соответствуют выпуклые локальные участки поверхностей Д И , а отрицательному – вогнутые.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

Интересные результаты дополнительно могут быть получены, если вместо средней кривизны Mд и

поверхности Д И рассматривать ее “искривленность”, равную

Cд и

2

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

ln Mд и . Это позволяет исключить

из рассмотрения масштабный фактор. В таких координатах все формы отображаются на ленту бесконечной

длины в Cд и направлении (Koenderink, J.J., 1990).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На параметры

~

 

Sд и

можно смотреть как на полярные координаты в плоскости, когда началу

Mд и и

системы координат соответствует локальный участок уплощения. При таком подходе на окружности, по

периметру которой расположены различные типы локальных участков поверхностей

Д И

(см. рис. 1.27 –

рис. 1.29) можно смотреть как на окружности единичного радиуса – средняя кривизна постоянна, изменяется

только индекс формы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом для описания локальной геометрии поверхностей Д И можно использовать различные

меры кривизны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1.д и и k2.д и – главные кривизны;

~

Mд и – средняя кривизна;

~

~

Aд и – абсоютная кривизна;

Gд и – полная (гауссова) кривизна;

Cд и – искривленность;

Sд и – индекс формы.