理论力学第9章 刚体的平面运动
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9-10 在瓦特行星传动机构中,平衡杆O 1A 绕O 1轴转动,并借连杆AB 带动曲柄OB ;而曲柄OB 活动地装置在O 轴上,如图所示。
在O 轴上装有齿轮Ⅰ,齿轮Ⅱ与连杆AB 固连于一体。
已知:r 1=r 2=0.33m ,O 1A =0.75m ,AB =1.5m ;又平衡杆的角速度ωO 1=6rad/s 。
求当γ=60°且β=90°时,曲柄OB 和齿轮Ⅰ的角速度。
题9-10图【知识要点】 Ⅰ、Ⅱ两轮运动相关性。
【解题分析】 本题已知平衡杆的角速度,利用两轮边缘切向线速度相等,找出ωAB ,ωOB 之间的关系,从而得到Ⅰ轮运动的相关参数。
【解答】 A 、B 、M 三点的速度分析如图所示,点C 为AB 杆的瞬心,故有 ABA O CA v A AB ⋅⋅==21ωω ωω⋅=⋅=A O CD v AB B 123所以 s rad r r v BOB /75.321=+=ωs rad r v CM v MAB M /6,1==⋅=I ωω 9-12 图示小型精压机的传动机构,OA =O 1B =r =0.1m ,EB =BD =AD =l =0.4m 。
在图示瞬时,OA ⊥AD ,O 1B ⊥ED ,O 1D 在水平位置,OD 和EF 在铅直位置。
已知曲柄OA 的转速n =120r/min ,求此时压头F 的速度。
题9-12图【知识要点】 速度投影定理。
【解题分析】 由速度投影定理找到A 、D 两点速度的关系。
再由D 、E 、F 三者关系,求F 速度。
【解答】 速度分析如图,杆ED 与AD 均为平面运动,点P 为杆ED 的速度瞬心,故 v F = v E = v D由速度投影定理,有A D v v =⋅θcos可得 s ll r n r v v A F /30.1602cos 22m =+⋅⋅==πθ 9-16 曲柄OA 以恒定的角速度ω=2rad/s 绕轴O 转动,并借助连杆AB 驱动半径为r 的轮子在半径为R 的圆弧槽中作无滑动的滚动。
第九章刚体的平面运动1.平面运动刚体相对其上任意两点的( )。
① 角速度相等,角加速度相等② 角速度相等,角加速度不相等③ 角速度不相等,角加速度相等④ 角速度不相等,角加速度不相等正确答案:①2.在图示瞬时,已知O 1A = O 2B ,且O 1A 与O 2 B 平行,则( )。
① ω1 = ω2,α1 = α2② ω1≠ω2,α1 = α2③ ω1 = ω2,α1 ≠α2④ ω1≠ω2,α1 ≠α2正确答案:③3.设平面图形上各点的加速度分布如图①~④所示,其中不可能发生的是( )。
正确答案:②4.刚体平面运动的瞬时平动,其特点是( )。
① 各点轨迹相同;速度相同,加速度相同② 该瞬时图形上各点的速度相同③ 该瞬时图形上各点的速度相同,加速度相同④ 每瞬时图形上各点的速度相同正确答案:②5.某瞬时,平面图形上任意两点A 、B 的速度分别v A 和v B ,如图所示。
则此时该两点连线中点C 的速度v C 和C 点相对基点A的速度v CA 分别为( )和( )。
① v C = v A + v B ② v C = ( v A + v B )/2③ v C A = ( v A - v B )/2 ④ v C A = ( v B - v A )/2正确答案:② ④α1α2 ①②③④6.平面图形上任意两点A 、B 的加速度a A 、a B 与连线AB 垂直,且a A ≠ a B ,则该瞬时,平面图形的角速度ω和角加速度α应为( )。
① ω≠0,α ≠0② ω≠0,α = 0③ ω = 0,α ≠0④ ω = 0,α = 0正确答案:③7.平面机构在图示位置时,AB 杆水平,OA 杆鉛直。
若B 点的速度v B ≠0,加速度τB a = 0,则此瞬时OA 杆的角速度ω和角加速度α为( )。
① ω = 0,α ≠0② ω≠0,α = 0③ ω = 0,α = 0④ ω≠0,α ≠0正确答案:②8.在图示三种运动情况下,平面运动刚体的速度瞬心:(a )为( );(b )为( );(c )为( )。
第九章刚体的平面运动刚体的平面运动是工程机械中较为常见的一种刚体运动,它可以看作为平移与转动的合成,也可以看作为绕不断运动的轴的转动。
在运动中,刚体上的任意一点与某一固定平面始终保持相等的距离。
平面运动刚体上的各点都在平行于某一固定平面的平面内运动。
注意与平移区别()Oϕ'--基点,转角,Oxy--定系用一个平面图形代表作平面运动的刚体;用平面内的任意线段的位置来确定平面图形的位置;用线段上任意点0′的坐标和一个夹角来确定该线段的位置。
平面图形的运动方程对于任意的平面运动,可在平面图形上任取一点O′,称为基点。
在这一点假想地安上一个平移参考系O’x’y’,平面图形运动时,动坐标轴方向始终保持不变,可令其分别平行于定坐标轴Ox和Oy,平面的平面运动可看成为随同基点的平移和绕基点转动这两部分运动的合成。
平移坐标系-'''y x O平移-----牵连运动转动-----相对运动四、重要结论:平面运动可取任意基点而分解为平移和转动。
其中平移的速度和加速度与基点的选择有关,而平面图形绕基点转动的角速度和角加速度与基点的选择无关.任何平面图形的运动可分解为两个运动(1)牵连运动,即随同基点O′的平移;(2)相对运动,即绕基点O′的转动。
平面图形内任一点M的运动也是两个运动的合成,因此可用速度合成定理来求它的速度,这种方法称为基点法。
注意:此处动点、动系、基点在同一个刚体上。
但属于刚体上的不同点。
点M 的牵连速度v v点M的相对速度v vω'M O v v v v 'ωv v AB v v ω结论:平面图形内任一点的速度等于基点的速度与该点随图形绕基点转动速度的矢量和。
平面图形内任意两点A 和B 的速度确定基点A ,一般应使V A 为已知条件。
O’M 上速度分布图角速度与相对速度有关AABAABBAvlABvωϕ=v v v应使V B位于平行四边形的对角线上V BA=AB·ω,此处ω是尺AB的角速度3、角速度分析例9-2图所示平面机构中,AB=BD=DE=l=300mm。
第一篇静力学第1 章静力学公理与物体的受力分析1.1 静力学公理公理1 二力平衡公理:作用于刚体上的两个力,使刚体保持平衡的必要和充分条件是:这两个力大小相等、方向相反且作用于同一直线上。
F=-F’工程上常遇到只受两个力作用而平衡的构件,称为二力构件或二力杆。
公理2加减平衡力系公理:在作用于刚体的任意力系上添加或取去任意平衡力系,不改变原力系对刚体的效应。
推论力的可传递性原理:作用于刚体上*点的力,可沿其作用线移至刚体任意一点,而不改变该力对刚体的作用。
公理3 力的平行四边形法则:作用于物体上*点的两个力的合力,也作用于同一点上,其大小和方向可由这两个力所组成的平行四边形的对角线来表示。
推论三力平衡汇交定理:作用于刚体上三个相互平衡的力,假设其中两个力的作用线汇交于一点,则此三个力必在同一平面,且第三个力的作用线通过汇交点。
公理4作用与反作用定律:两物体间相互作用的力总是同时存在,且其大小相等、方向相反,沿着同一直线,分别作用在两个物体上。
公理5钢化原理:变形体在*一力系作用下平衡,假设将它钢化成刚体,其平衡状态保持不变。
对处于平衡状态的变形体,总可以把它视为刚体来研究。
1.2 约束及其约束力1.柔性体约束2.光滑接触面约束3.光滑铰链约束第2章平面汇交力系与平面力偶系1.平面汇交力系合成的结果是一个合力,合力的作用线通过各力作用线的汇交点,其大小和方向可由失多边形的封闭边来表示,即等于个力失的矢量和,即F R=F1+F2+…..+Fn=∑F2.矢量投影定理:合矢量在*轴上的投影,等于其分矢量在同一轴上的投影的代数和。
3.力对刚体的作用效应分为移动和转动。
力对刚体的移动效应用力失来度量;力对刚体的转动效应用力矩来度量,即力矩是度量力使刚体绕*点或*轴转动的强弱程度的物理量。
〔Mo〔F〕=±Fh〕4.把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力所组成的力系称为力偶,记为〔F,F’〕。
9-1在图示系统中,均质杆OA 、AB 与均质轮的质量均为m ,OA 杆的长度为1l ,AB 杆的长度为2l ,轮的半径为R ,轮沿水平面作纯滚动。
在图示瞬时,OA 杆的角速度为ω,求整个系统的动量。
ω125ml ,方向水平向左题9-1图 题9-2图9-2 如图所示,均质圆盘半径为R ,质量为m ,不计质量的细杆长l ,绕轴O 转动,角速度为ω,求下列三种情况下圆盘对固定轴的动量矩: (a )圆盘固结于杆;(b )圆盘绕A 轴转动,相对于杆OA 的角速度为ω-; (c )圆盘绕A 轴转动,相对于杆OA 的角速度为ω。
(a )ω)l R (m L O 222+=;(b )ω2ml L O =;(c )ω)l R (m L O 22+= 9-3水平圆盘可绕铅直轴z 转动,如图所示,其对z 轴的转动惯量为z J 。
一质量为m 的质点,在圆盘上作匀速圆周运动,质点的速度为0v ,圆的半径为r ,圆心到盘中心的距离为l 。
开始运动时,质点在位置0M ,圆盘角速度为零。
求圆盘角速度ω与角ϕ间的关系,轴承摩擦不计。
9-4如图所示,质量为m 的滑块A ,可以在水平光滑槽中运动,具有刚性系数为k 的弹簧一端与滑块相连接,另一端固定。
杆AB 长度为l ,质量忽略不计,A 端与滑块A 铰接,B 端装有质量1m ,在铅直平面内可绕点A 旋转。
设在力偶M 作用下转动角速度ω为常数。
求滑块A 的运动微分方程。
t l m m m x m m kx ωωsin 2111+=++&&9-5质量为m,半径为R的均质圆盘,置于质量为M的平板上,沿平板加一常力F。
设平板与地面间摩擦系数为f,平板与圆盘间的接触是足够粗糙的,求圆盘中心A点的加速度。
9-6均质实心圆柱体A 和薄铁环B 的质量均为m ,半径都等于r ,两者用杆AB 铰接,无滑动地沿斜面滚下,斜面与水平面的夹角为θ,如图所示。
如杆的质量忽略不计,求杆AB 的加速度和杆的内力。