Radzevich, S.P. Monograph - 2001
.pdf90 |
|
|
|
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. |