[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=uksrGNS0IEA[/youtube]В фильме "Круглый треугольник Рело" рассказывается о фигурах, обладающих постоянной шириной. Именно треугольник Рело — простейшая фигура постоянной ширины — поможет нам в сверлении квадратных отверстий. Если двигать центр этого «треугольника» по некой траектории, то его вершины вычертят почти квадрат, а сам он заметет всю площадь внутри полученной фигуры.
Границы полученной фигуры, за исключением небольших кусочков по углам, будут строго прямыми! И если продолжить отрезки, тем самым добавив уголочки, то получится в точности квадрат.
Для того чтобы получилось описанное выше, центр треугольника Рело нужно двигать по траектории, являющейся склейкой из четырех одинаковых дуг эллипсов. Центры эллипсов расположены в вершинах квадрата, а полуоси, повернутые на угол в 45° относительно сторон квадрата, равны k(1+1/?3)/2 и k(1-1/?3)/2, где k — длина стороны вычерчиваемого квадрата.
Кривые, скругляющие углы, также являются дугами эллипсов с центрами в углах квадрата, их полуоси повернуты на угол в 45° относительно сторон квадрата и равны k(?3+1)/2 и k(?3-1)/2.
Площадь незаметенных уголочков составляет всего около 2 процентов от площади всего квадрата!
Теперь, если сделать сверло в виде треугольника Рело, то можно будет сверлить квадратные отверстия с немного скругленными уголками, но абсолютно прямыми сторонами!
Осталось сделать такое сверло... Вернее само-то сверло сделать несложно, нужно только чтобы оно напоминало в сечении треугольник Рело, а режущие кромки совпадали с его вершинами.
Трудность заключается в том, что, как уже было отмечено выше, траектория центра сверла должна состоять из четырех дуг эллипсов. Визуально эта кривая очень похожа на окружность и даже математически близка к ней, но все же это не есть окружность. А все эксцентрики (круг, посаженный на круг другого радиуса со смещенным центром), используемые в технике, дают движение строго по окружности.
В 1914 году английский инженер Гарри Джеймс Уаттс придумывает, как устроить такое сверление. На поверхность он накладывает направляющий шаблон с прорезью в виде квадрата, в котором ходит сверло, вставленное в патрон со «свободно плавающим в нем сверлом». Патент на такой патрон был выдан фирме, начавший изготовление сверл Уаттса в 1916 году.
Мы же воспользуемся другой известной конструкцией. Прикрепим сверло жестко к треугольнику Рело, помещенному в квадратную направляющую рамку. Сама рамка фиксируется на дрели. Осталось теперь передать вращение патрона дрели треугольнику Рело.
Джероламо КАРДАНО (1501 - 1576). Когда в 1541 г. император Карл V триумфально вошел в завоеванный Милан, ректор коллегии врачей Кардано шел рядом с балдахином. В ответ на оказанную честь он предложил снабдить королевский экипаж подвеской из двух валов, качение которых не выведет карету из горизонтального положения [...] Справедливость требует отметить, что идея такой системы восходит к античности и что, по крайней мере, в «Атлантическом кодексе» Леонардо да Винчи имеется рисунок судового компаса с карданным подвесом. Такие компасы получили распространение в первой половине XVI века, по-видимому, без влияния Кардано.
С.Г. Гиндикин. Рассказы о физиках и математиках
Помогает решить эту техническую проблему конструкция, которую Вы наверняка много раз видели под днищем проезжавших по улице грузовых автомобилей — карданный вал. Эта передача получила свое название в честь Джероламо Кардано.
Теперь у нас все готово к сверлению. Возьмем фанерный лист и... высверлим квадратное отверстие! Как уже говорилось, стороны будут строго прямыми и лишь уголки немного скруглены. При необходимости их можно подправить надфилем.
ну и реализация:
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=9qEhyQfbImY[/youtube]