清华大学-理论力学-习题解答-5-48
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第5章 点的复合运动分析5-1 曲柄OA 在图示瞬时以ω0绕轴O 转动,并带动直角曲杆O 1BC 在图示平面内运动。
若d 为已知,试求曲杆O 1BC 的角速度。
解:1、运动分析:动点:A ,动系:曲杆O 1BC ,牵连运动:定轴转动,相对运动:直线,绝对运动:圆周运动。
2、速度分析:r e a v v v += 0a 2ωl v =;0e a 2ωl v v == 01e 1ωω==AO v BC O (顺时针)5-2 图示曲柄滑杆机构中、滑杆上有圆弧滑道,其半径cm 10=R ,圆心O 1在导杆BC 上。
曲柄长cm 10=OA ,以匀角速rad/s 4πω=绕O 轴30=φ。
求此时滑转动。
当机构在图示位置时,曲柄与水平线交角杆CB 的速度。
解:1、运动分析:动点:A ,动系:BC ,牵连运动:平移,相对运动:圆周运动,绝对运动:圆周运动。
2、速度分析:r e a v v v += πω401a =⋅=A O v cm/s ; 12640a e ====πv v v BC cm/s5-3 图示刨床的加速机构由两平行轴O 和O 1、曲柄OA 和滑道摇杆O 1B 组成。
曲柄OA 的末端与滑块铰接,滑块可沿摇杆O 1B 上的滑道滑动。
已知曲柄OA 长r 并以等角速度ω转动,两轴间的距离是OO 1 = d 。
试求滑块滑道中的相对运动方程,以及摇杆的转动方程。
解:分析几何关系:A 点坐标 d t r x +=ωϕcos cos 1 (1) t r x ωϕsin sin 1= (2) (1)、(2)两式求平方,相加,再开方,得: 1.相对运动方程 将(1)、(2)式相除,得: 2.摇杆转动方程:5-4 曲柄摇杆机构如图所示。
已知:曲柄O 1A 以匀角速度ω1绕轴O 1转动,O 1A = R ,O 1O 2 =b ,O 2O = L 。
试求当O 1A 水平位置时,杆BC 的速度。
解:1、A 点:动点:A ,动系:杆O 2A ,牵连运动:定轴转动,相对运动:直线,绝对运动:圆周运动。
第五章点的合成运动习题解答5-1在图a 、b 所示的两种机构中,已知20021==a O O mm ,31=ωrad/s 。
求图示位置时杆A O 2的角速度。
解:(1)取杆A O 1上的A 点为动点,杆A O 2为动系。
1a ωa v =,由r e a v v v +=作速度平行四边形(如题5-1图a 所示),得a v v 1a e 2330cos ω==�,rad/s 5.1212e 2===ωωA O v ,(逆时针)(2)取滑块A 为动点,杆A O 1为动系,1e ωa v =,由r e a v v v +=作速度平行四边形(如题5-1图b 所示),得1ea 3230cos ωa v v ==�,rad/s 23212a 2===ωωA O v .(逆时针)5-2图示曲柄滑道机构中,杆BC 为水平,杆DE 保持铅直。
曲柄长10.OA =m ,并以匀角速度20=ωrad/s 绕O 轴转动,通过滑块A 使杆BC 作往复运动。
求当曲柄水平线的交角分别为0=ϕ、�30、�90时杆BC 的速度。
解:取滑块A 为动点,动系为BCE 杆。
m/s 2OA a =⋅=ϕ̇v .由r e a v v v +=得ϕsin a e v v =当�0=ϕ时,0e =v ;当�30=ϕ时,m/s 1e =v ;当90=ϕ时,m/s 2e =v .5-3图示曲柄滑道机构中,曲柄长r OA =,并以匀角速度ω饶O 轴转动。
装在水平杆上的滑槽DE 与水平线成�60角。
求当曲柄与水平线交角0=ϕ、�30、�60时,杆BC 的速度。
解:取滑块A 为动点,动系为杆BC ,ωωr v =⋅=OA a .作速度矢量图如图示。
题5-2图(a)(b)题5-1图课后答案网ww w.kh da w .c o m题5-3图由正弦定理)30-sin()60-sin(180ea ���ϕv v =,解得)30-sin(32-e �ϕω⋅=r v .当�0=ϕ时,e v r =;当30o ϕ=时,0=e v ;当60o ϕ=时,e v r =(向右).5-4如图所示,瓦特离心调速器以角速度ω绕铅垂轴转动。
2-28 图示机构中,主动件的角速度或速度已经标明,欲求从动件的速度或角速度,试选择动点和动系,分析三个运动,并按图示位置分析三个速度。
解:
(a) 以折杆为动系,曲柄末端为动点,则牵连运动和相对运动都是直线运动,绝对运动是定轴转动。
(b) 以滑槽为动系, 曲柄末端为动点,牵连运动为直线运动,相对运动为沿滑槽的曲线运动,绝对运动为定轴转动。
(c) 以曲柄为动系,直杆末端点为动点,则牵连运动为定轴转动,相对运动和绝对运动都是直线运动。
(d) 以曲柄为动系,销钉为动点,则绝对运动和相对运动是直线运动,牵连运动是定轴转动。
(e) 以曲柄为动系,半圆的圆心为动点。
则绝对运动和相对运动都是直线运动,牵连运动是定轴转动。
(f) 以曲柄为动系,铰结点为动点,则绝对运动为定轴转动,相对运动为直线运动,牵连运动为定轴转动。
(g) 以曲柄为动系,销钉为动点,则相对运动为直线运动,绝对运动为定轴转动,牵连运动也为定轴转动。
(h) 以较长的曲柄为动系,滑块铰结点为动点,分别讨论联立求解。
第一组,绝对运动为定轴转动,第二组绝对运动为直线运动。
相对运动都为直线运动,牵连运动为定轴转动。
平面运动,牵连运动为定轴转动。
平面运动,牵连运动为定轴转动。
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第6章 刚体的平面运动分析6-1 图示半径为r 的齿轮由曲柄OA 带动,沿半径为R 的固定齿轮滚动。
曲柄OA 以等角加速度α绕轴O 转动,当运动开始时,角速度0ω= 0,转角0ϕ= 0。
试求动齿轮以圆心A 为基点的平面运动方程。
解:ϕcos )(r R x A += (1) ϕsin )(r R y A +=(2)α为常数,当t = 0时,0ω=0ϕ= 0 221t αϕ=(3)起始位置,P 与P 0重合,即起始位置AP 水平,记θ=∠OAP ,则AP 从起始水平位置至图示AP 位置转过θϕϕ+=A因动齿轮纯滚,故有⋂⋂=CP CP 0,即 θϕr R = ϕθr R =, ϕϕrr R A += (4)将(3)代入(1)、(2)、(4)得动齿轮以A 为基点的平面运动方程为:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+=222212sin )(2cos )(t r r R t r R yt r R x A A A αϕαα6-2 杆AB 斜靠于高为h 的台阶角C 处,一端A 以匀速v 0沿水平向右运动,如图所示。
试以杆与铅垂线的夹角 表示杆的角速度。
解:杆AB 作平面运动,点C 的速度v C 沿杆AB 如图所示。
作速度v C 和v 0的垂线交于点P ,点P 即为杆AB 的速度瞬心。
则角速度杆AB 为6-3 图示拖车的车轮A 与垫滚B 的半径均为r 。
试问当拖车以速度v 前进时,轮A 与垫滚B 的角速度A ω与B ω有什么关系?设轮A 和垫滚B 与地面之间以及垫滚B 与拖车之间无滑动。
解:RvR v A A ==ωR v R v B B 22==ωB A ωω2=6-4 直径为360mm 的滚子在水平面上作纯滚动,杆BC 一端与滚子铰接,另一端与滑块C 铰接。
设杆BC 在水平位置时,滚子的角速度=12 rad/s ,=30,=60,BC =270mm 。
试求该瞬时杆BC 的角速度和点C 的速度。
习题6-1图A BCv 0h习题6-2图 P ABv CA BCv o h习题6-2解图习题6-3解图习题6-3图 v A = vv B = v习题6-6图习题6-6解图解:杆BC 的瞬心在点P ,滚子O 的瞬心在点D BDv B ⋅=ωBPBD BP v B BC ⋅==ωω ︒︒⨯=30sin 27030cos 36012 rad/s 8=PC v BC C ⋅=ωm/s 87.130cos 27.08=︒⨯=6-5 在下列机构中,那些构件做平面运动,画出它们图示位置的速度瞬心。