MB_Shtanko_Teormex_2013_old
.pdfТЕОРЕТИЧНА МЕХАНІКА
Напрям вектора Va показано на рис. 2.19, б.
Абсолютне прискорення точки М
|
|
|
|
|
|
|
aa aen ae arn ar |
ac . |
|
|
|
|
|
(2.22) |
||||||||||
|
Модулі нормального і тангенціального прискорень точки М в |
|||||||||||||||||||||||
переносному русі |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
an 2 h 22 |
2.82 11.28 м/с2; a |
|
e |
h 2 2.82 5.64 м/с2. |
||||||||||||||||||||
e |
e |
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Вектор aen |
спрямований по нормалі до переносної траєкторії, ae |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
– по дотичній протилежно вектору Ve |
(рис. 2.20). |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
z |
A |
|
|
e |
|
|
|
|
A |
1 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
e |
|
ar |
|
|
|
|
|
|
ar |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
e |
C arn M |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a c |
|
|
|
|
n |
|
|
M |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
C ar |
|
|
a c |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
D O |
ae |
|
|
|
|
ae |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
a |
|||||||
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ae |
|
|
|
|
e |
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
Vr |
||||||||||||
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
O |
45° |
|
y |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
1 – відносна траекторія точки M; 2 – переносна траекторія точки M
Рисунок 2.20
Модулі нормального і тангенціального прискорень точки М в відносному русі
|
|
arn |
Vr 2 |
|
|
2.82 2 |
3.98 м/с2; |
|
||||||
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|||||
a |
V |
S |
|
d 2 |
|
|
t |
|
3 |
|
t |
|||
|
|
cos |
|
|
sin |
м/с2. |
||||||||
|
|
|||||||||||||
r |
r |
r |
|
dt 3 |
|
6 |
|
18 |
6 |
|||||
|
|
|
|
|
|
111
2 КІНЕМАТИКА
При t1=1 с |
ar |
|
3 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
18 |
sin |
0.86 м/с2. |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Коріолісове прискорення точки М визначається за формулою |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ac 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
e Vr |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
або за модулем |
a |
c |
2 V |
|
|
sin |
|
,V |
|
2 2 2.82 sin |
,V |
. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
e r |
|
|
e |
|
|
r |
e |
|
r |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
При t1=1 с |
ac 2 2 2.82 sin90 11.28 м/с2. |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
дорівнює 90° (рис. 2.20, а). |
|
|
|
||||||||||||||
Кут між векторами |
|
і V |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
e |
|
|
r |
|
|
|
ac |
|
|
|
|
||||||||
Вектор Коріолісового прискорення |
перпендикулярний площи- |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ні, в якій лежать вектори |
і Vr |
|
і спрямований в той бік, звідки су- |
|||||||||||||||||||||
|
e |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
міщення вектора |
з вектором Vr |
за найменшим кутом проходить |
проти ходу годинникової стрілки (рис. 2.20, а).
На рис. 2.20, а, б зображено напрямки складових векторів абсолютного прискорення.
До визначення модуля абсолютного прискорення точки М спроектуємо рівність (2.21) на осі координат x, y, z
|
ax aen sin45 ae sin45 ar ; |
|
ay aen cos 45 ae cos 45 arn ac ; |
a z 0 . |
|
При t1=1 с |
az 0 ; |
|
ax 11.28 0.707 5.64 0.707 0.86 11.96 0.86 11.1 м/с2; ay 11.28 0.707 5.64 0.707 3.98 11.28
3.08 3.98 11.28 3.32 м/с2 .
Модуль абсолютного прискорення точки М
aa ax2 a2y az2 11.12 3.322 134.23 11.59 м/с2.
Відповідь: |
V 4 15. м/с2; |
a |
a |
11.59 м/с2. |
|
a |
|
|
112
ТЕОРЕТИЧНА МЕХАНІКА
2.16Завдання K.6. Визначення кутових швидкостей ланок планетарного редуктора
Визначити кутові швидкості веденого вала і сателітів редуктора. Схеми редукторів показано на рисунку 2.21, а необхідні для розрахунків величини наведено в таблиці 2.11.
Примітка. Додатний і від’ємний знаки кутових швидкостей означають відповідно напрямок обертання проти і за годинниковою
стрілкою, якщо дивитись з боку ведучого вала (для редуктора з циліндричними колесами).
У механізмах, наведених на рис. 2.21, зубчасті колеса, осі яких співпадають з основною геометричною віссю механізму, називаються центральними. Kолеса, які знаходяться у складному русі (обертання навколо власної осі і обертання з власною віссю навколо центральної
осі) називаються сателітами. Важіль Н, на якому закріплюється рухома вісь сателіта, називається водилом. Центральне колесо і водило є основними ланками.
Таблиця 2.11
Варіант
|
Радіус, м |
|
|
Частота обертання, об/хв. |
|
|||||
r1 |
r2 |
r3 |
r4 |
n1 |
|
n2 |
n3 |
n4 |
|
n5 |
1 |
0.30 |
|
0.30 |
0.15 |
0.45 |
3500 |
500 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0.20 |
0.30 |
0.20 |
1.20 |
100 |
–300 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0.35 |
0.10 |
0.15 |
0.40 |
1200 |
1800 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
4.10 |
0.15 |
0.30 |
0.20 |
600 |
900 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0.20 |
0.15 |
0.10 |
0.25 |
2000 |
500 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0.10 |
0.10 |
0.12 |
0.54 |
2000 |
– |
– |
–100 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0.42 |
0.14 |
0.14 |
– |
810 |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
0.40 |
0.10 |
0.20 |
0.30 |
1500 |
375 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
0.20 |
0.15 |
0.25 |
0.60 |
3000 |
– |
– |
– |
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0.15 |
0.07 |
0.05 |
0.17 |
700 |
– |
– |
200 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
113
2 КІНЕМАТИКА
Продовження таблиці 2.11
Варіант |
|
r1 |
110.20
120.20
130.80
140.10
150.15
160.20
170.15
180.90
190.50
200.60
210.90
220.30
230.10
240.27
250.40
260.25
270.15
280.40
290.50
300.22
Радіус, м |
|
Частота обертання, об/хв. |
|||||
r2 |
|
|
|
|
|
|
|
r3 |
r4 |
n1 |
n2 |
n3 |
n4 |
n5 |
|
0.15 |
0.50 |
– |
1410 |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.30 |
0.15 |
0.35 |
1200 |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.15 |
0.35 |
0.30 |
1200 |
– |
– |
500 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.15 |
0.10 |
0.60 |
1500 |
870 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.30 |
0.15 |
0.60 |
2400 |
– |
– |
–400 |
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.25 |
0.70 |
– |
3000 |
– |
1800 |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.20 |
0.25 |
0.20 |
2000 |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.33 |
0.24 |
– |
1800 |
1500 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.15 |
0.10 |
0.25 |
500 |
–300 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.15 |
0.30 |
– |
1800 |
1200 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.30 |
0.20 |
0.40 |
570 |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.80 |
0.70 |
0.20 |
975 |
|
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.15 |
0.40 |
– |
330 |
1470 |
210 |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.33 |
0.33 |
1.59 |
870 |
– |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.10 |
0.20 |
0.10 |
600 |
– |
– |
– |
–200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.25 |
0.15 |
0.35 |
600 |
– |
– |
300 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.12 |
0.39 |
– |
900 |
1200 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.20 |
0.30 |
0.90 |
270 |
630 |
– |
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.10 |
0.15 |
0.55 |
800 |
–200 |
– |
– |
– |
0.49 |
|
|
|
|
|
|
|
0.24 |
0.47 |
600 |
900 |
– |
– |
– |
114
1
2
1
I
6
4
I
|
2 |
|
3 |
|
3 |
3 |
4 |
2 |
3 |
|
|
|
||
4 |
2 |
|
1 |
|
II |
I |
II |
I |
|
|
|
|||
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
7 |
|
8 |
|
|
1 |
2 |
|
2 |
3 |
|
5 |
||
|
|
|||
2 |
|
|
|
|
II |
I |
II |
I |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
1 |
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
4
II
3
II
4
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
2 |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
1 |
|
I |
|
|
II |
|
|
|
I |
||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
9 |
10 |
2 |
3 |
2 |
1 |
4 |
1 |
|
||
I |
II |
I |
|
|
|
|
5 |
|
115 |
Рисунок 2.21 |
3
4
II
3
4
II
МЕХАНІКА ТЕОРЕТИЧНА
116
11 |
|
|
12 |
|
13 |
|
2 |
3 |
2 |
|
3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
2 |
I |
|
II |
1 |
|
I |
|
1 |
|
I |
|
II |
|
|
|
|
4 |
1 |
|
2 |
|
|
|
|
16 |
|
|
17 |
|
18 |
|
|
2 |
|
|
2 |
3 |
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
||
I |
|
II |
4 |
1 |
II |
|
|
|
I |
II |
|
|
|
1 |
|
||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
3 |
15 |
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
4 |
|
|
|
||
I |
II |
5 |
|
|
|
II |
2 |
|
|||
|
|
||||
|
|
I |
II |
||
|
|
|
|
||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
19 |
3 |
20 |
|
2 |
|
2 |
1 |
|
||
1 |
4 |
|
|
||
|
|
|
|
||
I |
|
A |
I |
|
II |
|
|
|
|
||
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
КІНЕМАТИКА 2
Продовження рисунка 2.21
117
21 |
|
22 |
|
23 |
3 |
|
24 |
4 |
25 |
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||
|
2 |
3 |
|
3 |
|
|
|
||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|||
|
|
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
|
|
I |
II |
|
|
|
II |
|
I |
1 |
II |
||
|
|
I |
|
I |
|
||||||
|
4 |
I |
|
II |
1 |
|
|
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
1 |
4 |
|
|
1 |
|
5 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
2 |
3 |
27 |
2 |
3 |
28 |
3 |
29 |
|
30 |
3 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
2 |
||
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
I |
II |
I |
|
II |
I |
II |
I |
II |
I |
II |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
4 |
|
|
|
1 |
|
1 |
4 |
1 |
4 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продовження рисунка 2.21 |
|
|
|
МЕХАНІКА ТЕОРЕТИЧНА
2 КІНЕМАТИКА
2.17Приклад виконання завдання K.6
Задано. Редуктор швидкостей, зображений на рис. 2.22, а, вико- |
||||||||
ристовується для передачі обертання від ведучого вала до веденого |
||||||||
вала , вісь якого збігається з геометричною віссю вала . |
|
|||||||
Редуктор має два ведучих елементи: вал , що обертається з час- |
||||||||
тотою обертання nІ=1200 об/хв, і центральне колесо 1, яке оберта- |
||||||||
ється з частотою обертання n1=1800 об/хв. |
|
|
|
|
||||
Ведучі елементи приводять до руху спарені між собою шестерні 2– |
||||||||
3 (сателіти), які вільно насаджено на кінцях водила Н, заклиненого на |
||||||||
ведучому валу . Сателіти 2–3 знаходяться в зачепленні з зубчастими |
||||||||
колесами 1 і 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Радіуси коліс R1=0.8 м, R2=0.2 м, R3=0.4 м, R4=0.6 м. |
|
|||||||
Визначити кутовi швидкoстi веденого вала і шестерень 2–3. |
||||||||
|
|
|
|
|
2-3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||
2 |
|
3 |
|
|
VA |
|
|
|
|
|
VE |
A |
|
|
|||
1 |
|
4 |
|
|
|
3 |
4 |
|
|
|
|
|
D |
|
|||
I |
|
|
II |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
||
I |
H |
|
II |
|
|
O |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
3 |
|
2 |
|
|
а) |
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
Рисунок 2.22 |
|
|
|
|
|
Розв’язання.
За вихідними даними викреслюємо задану схему механізму
(рис. 2.22, а).
118
ТЕОРЕТИЧНА МЕХАНІКА
Визначення кутових швидкостей ІІ і 2–3 за допомогою теорії плоского руху твердого тіла.
Швидкість точки А
V |
A |
|
I |
OA |
I |
|
R R |
|
2 nI R R 40 м/с. |
||
|
|
|
|
1 2 |
60 |
1 2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Швидкість точки Е (точки контакту шестерень 1 і 2) |
|||||||||||
|
|
|
|
V ω R |
2πn1 |
R 48π м/с. |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
E |
|
1 |
1 |
|
60 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Точка Р – миттєвий центр швидкостей сателітів (спарених шесте-
рень 2–3, див. рис. 2.22, б).
Кутова швидкість сателітів 2–3
|
|
|
|
|
VA |
|
VE |
, |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2 3 |
|
AP |
|
AP AE |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
VA AE |
40 0.2 |
|
|||||
звідси |
|
AP V |
V |
|
|
|
1 м |
|||
|
48 40 |
|||||||||
|
|
|
E |
|
|
A |
|
|
|
|
і |
|
|
VA |
40 40 125.6 рад/с. |
||||||
|
2 3 |
AP |
|
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Швидкість точки D (точки контакту шестерень 3 та 4)
VD 2 3 AP AD 2 3 AP R3 40 1 0.4 56 м/с.
Кутова швидкість шестерні 4 і веденого вала
II 4 VD 56 293 рад/с.
R4 0.6
Визначення кутових швидкостей ІІ і 2–3 з допомогою способу оберненого руху (метод Вілліса).
Задамо всьому механізму обертальний рух навколо осі О, який дорівнює кутовій швидкості водила Н, але напрямлений в протилежний бік ( H I ). Тоді диференціальний механізм перетворю-
119
2 КІНЕМАТИКА
ється в механізм з нерухомими осями |
|
н |
|
н |
|
н |
0 , а кутові |
|
|
|
|
|
|
r |
|||
швидкoсті рухомих ланок відносно водила дорівнюють |
|
|
||||||
1 r 1 н ; |
2 r |
2 н ; |
||||||
3r 3 н ; |
4r 4 н , |
|
(2.23) |
де 1, 2, 3, 4 – абсолютні кутові швидкості.
Відносне обертання шестерні 2, зовнішньо зачепленої з колесом 1, спрямоване протилежно відносному обертанню колеса 1. Шестерня 3, спарена із шестернею 2, здійснює такий самий обертальний рух, як шестерня 2. Колесо 4, яке має із шестернею 3 зовнішнє зачеплення, обертається в протилежний бік шестерні 3.
Модулі кутових швидкостей цих обертань пов’язані між собою співвідношенням
1r |
|
R2 |
k |
3r |
|
R4 |
k |
|
|
|
|
1 ; |
|
|
|
1 , |
(2.24) |
|
R |
|
R |
|||||
2r |
|
1 |
|
4r |
|
3 |
|
|
де k – число зовнішніх зачеплень в механізмі.
З |
|
врахуванням |
(2.23) |
і |
того, |
що |
2 |
|
3 2 3 , |
із |
(2.24) |
|||||||||||||||||||||||||||||
отримаємо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
1 I |
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
3 I |
|
|
|
R4 |
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
I |
|
R |
|
|
|
|
I |
|
|
R |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
або |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
I |
|
R1 |
|
|
|
|
1200 1800 1200 |
0.8 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
40 125.6 рад/c; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
3 I |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|||||||||||||||
4 |
I |
|
3 |
|
|
|
|
1200 |
40 |
|
|
|
1200 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
R4 |
30 |
30 |
0.6 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
93.33 293 рад/c.
120