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輸入計算

數學公式

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結果

漸開線函數 inv(α)
0.014904
tan(α) − α(弧度)
角度(以弧度表示) 0.349066

什麼是漸開線函數?

漸開線函數寫作 \(\operatorname{inv}(\alpha) = \tan(\alpha) - \alpha\),是齒輪與花鍵工程中的核心關係式。它描述了漸開線的幾何特性——也就是一條繃緊的細線從圓(基圓)上展開時,線端所描繪出的軌跡。由於漸開線齒形能以固定的速比平順傳遞運動,幾乎所有現代齒輪都採用這種齒形,因此漸開線函數在齒輪量測與設計計算中無所不在。

從基圓展開的漸開線曲線,並標出漸開線角
漸開線由從基圓上展開的拉緊細線末端描繪而成。

如何使用本計算器

輸入壓力角(或任意角度),並選擇輸入值是以角度(度)還是弧度表示。計算器會在需要時先將角度換算為弧度,再計算 \(\tan(\alpha) - \alpha\)。其結果為無因次量,且一律以弧度為基準表示。請注意,\(\alpha\) 必須嚴格介於 0 與 90°之間(即 0 與 \(\pi/2\) 弧度之間);當角度恰為 90°時,正切值為無定義。

公式詳解

漸開線函數要求角度以弧度代入:$$\operatorname{inv}(\alpha) = \tan(\alpha) - \alpha$$ 若您輸入的是角度(度),請先以 \(\alpha_{\text{弧度}} = \alpha_{\text{度}} \times \pi/180\) 換算。常見的錯誤是把以弧度算出的正切值,去減掉以「度」為單位的角度——這兩項必須採用相同單位(弧度)。

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直角三角形與角度,展示 tan(alpha) 減 alpha 的幾何關係
漸開線函數是 \(\tan(\alpha)\) 與角 \(\alpha\) 本身之差。

實例演算

以標準的 20°壓力角為例:先換算成弧度,\(20 \times \pi/180 = 0.349066\) 弧度。接著 \(\tan(0.349066) = 0.363970\),因此 $$\operatorname{inv}(20°) = 0.363970 - 0.349066 = 0.014904$$ 這正是齒輪查表中廣為人知的標準數值。

常見問題

為什麼角度一定要用弧度? \(\tan(\alpha) - \alpha\) 這個減法運算,唯有當 \(\alpha\) 代表單位圓上的弧長時才具有幾何意義,而弧長正是弧度的定義。

哪些角度是有效的? 任何使正切有定義的角度都可以,也就是不能為 90°、270° 等。在齒輪應用中,壓力角通常為 14.5°、20° 或 25°。

如何反推(由 \(\operatorname{inv}(\alpha)\) 求出 \(\alpha\))? 此函數沒有封閉形式的反函數,必須以迭代法求解(例如牛頓法)。本工具僅提供正向計算。

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