工程師必備的數學知識:如何計算螺旋線和螺旋彈簧的長度

2020-12-15 電子通信和數學

如果你是一位機械和電子工程師,需要具備一定的數學知識,螺線線和螺旋彈簧長度就是其中一個,它沒有傅立葉和拉普拉斯的抽象和深度,但也是需要你掌握的。

如果內半徑為5mm,並且每轉彎處半徑增加為0.81mm(類似螺距),則7.5匝將使我們的外半徑為:5 + 0.81×7.5 = 11.075

如果外徑為15.5單位,則每轉的增加量應為:(15.5-5)/7.5 = 10.5 / 7.5 = 1.4,如下就是具有7.5圈後內半徑為5,外半徑為15.5的螺旋線:

在找到螺旋線的長度之前,我們需要知道其方程,阿基米德螺旋線在極坐標中具有一般方程

r是到原點的距離,

a是螺旋起點處的半徑,

b影響每個螺旋之間的距離。

(2π b是相鄰螺旋之間的距離)

對於上面給出的兩個螺旋, a= 5,因為曲線從半徑5開始。對於第一個螺旋的公式是

使用相同的過程,因此,第二個螺旋的公式為:

現在使用極坐標中曲線的弧長的公式來計算

θ的起始值為a =0且經過7.5轉後,終點為b = 7.5×2π=15π,平方根下的導數很簡單,就是上面計算的b值,可理解為增長的半徑隨角度的變化率

將所有內容代入公式,得到

用數學軟體計算得到和上述吻合的結果

你看懂了嗎,你需要最基本的微積分知識,不然你是無法理解的。

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