14达朗贝尔原理(动静法)
更新时间:2024-03-18 07:21:01 阅读量: 综合文库 文档下载
第14章 达朗贝尔原理(动静法)
14-1 图示由相互铰接的水平臂连成的传送带,将圆柱形零件从一高度传送到另一个高度。设零件与臂之间的摩擦系数fs = 0.2。求:(1)降落加速度a为多大时,零件不致在水平臂上滑动;(2)比值h / d等于多少时,零件在滑动之前先倾倒。
解:取圆柱形零件为研究对象,作受力分析,并虚加上零件的惯性力FI。 (1)零件不滑动时,受力如图(a),它满足以下条件: 摩擦定律 Fs?fsFN (1) 达朗伯原理
?Fx?0
Fs?FIsin30??0 (2) ?Fy?0
FN?FIcos30??mg?0 (3)
把FI = ma代入式(1)、(2)、(3),解得a?2.92 m/s2
2)零件不滑动而倾倒时,约束反力FN已集中到左侧A点 如图(b),零件在惯性力作用下将向左倾倒。 倾倒条件是 ?MA?0 即
d2(?mg?FIcos30?)?FIsin30?h2?0 (4)
以FI = ma代入式(4),解得
hd?2g?a3a
此时零件仍满足式(1),(2),(3),将其结果a?2.92 m/s2代入上式 得
加速度为
l 取重物为研究对象,并虚加惯性力FI,受力如图(b)。
FIx??max?m(r?cos?t?cos2?t)
l?Fx?0, ?FT?mg?FI?0
FT?mg?m?r(cos?t?2hd?5
?B??r?cos?t?ax??x22r2?cos2?t
22r?2按达朗伯原理有
故金属杆受之拉力
rlcos2?t)
14-3 图示矩形块质量m1 = 100 kg,置于平台车上。车质量为m2 = 50 kg,此车沿光滑的水平面运动。车和矩形块在一起由质量为m3的物体牵引,使之作加速运动。设物块与车之间的摩擦力足够阻止相互滑动,求能够使车加速运动而m1块不倒的质量为m3的最大值,以及此时车的加速度大小。
解:取车与矩形块为研究对象如图(a)。 惯性力 FI = (m1 + m2 ) a = 150 a。
?Fx?0,FT?FI?0 , FT?150a 由动静法
取矩形块为研究对象,欲求使车与矩形块一起
加速运动而m1块不倒的m3最大值,应考虑在此时矩形块受车的约束反力FN已集中到左侧A点,如图(b),且矩形块惯性力FI1 = m1a。 由动静法,不翻倒的条件为:
142
?MA?0, FT?1?0.52a??m1g?m1a?g412?0
2将FT = 150 a代入解出 ?2.45 m/s
取物块为研究对象,惯性力FI3 = m3a,如图(c)。 由动静法 FT + m3a - m3g = 0
g150?FT4?50 kg m3??gg?ag?4
14-5 曲柄滑道机械如图所示,已知圆轮半径为r,对转轴的转动惯量为J,轮上作用一不变的力偶M,ABD滑槽的质量为m,不计摩擦。求圆轮的转动微分方程。
解:取C为动点,动系固连于ABD滑槽,C点的绝对加速度分解为aat、aan,滑槽的加速度为ae,则
??sin??r??2cos??r? ae?aatsin??aancos?
其中?为任意角。
取ABD滑槽为研究对象,受力分析如图(a)。 图中 解出
??sin??mr??2cos? 惯性力 FI?mr??Fx?0, FI?FNC?0
2由动静法:
??sin??r??cos?) FNC?m(r???,由动静法: 取圆轮为研究对象,受力分析如图(b),惯性力偶矩MI?J??MO?Crsin??0?0, M?MI?FN2222???mr??cos?sin??M(J?mrsin?)?
14-7 图示为均质细杆弯成的圆环,半径为r,转轴O通过圆心垂直于环面,A端自由,AD段为微小缺口,设圆环以匀角速度?绕轴O转动,环的线密度为?,不计重力,求任意截面B处对AB段的约束反力。 解:(1)图(a),取图示坐标,分布惯性力向外,由对称性,其合力在y轴投影为0,即
FIy?0π??π??r???rd?cos???r?222
FIx???2π??222??2π??2cos?d?
??r??2sinπ??2?2?r?cos22?2 143
(2)图(b) ?MB?0 , MB?FIx?rsin(π??22)?2?r?cos322?22???r(1?cos?)23?Ft?0 , FTB?FIxcos(?Fn?0 , FNB?FIxcosπ??)?FIxsin22?2??r?sin?2
?2???r(1?cos?)
14-9 转速表的简化模型如图示。杆CD杆与转轴 CD的两端各有质量为m的C球和D球,AB铰接,质量不计。当转轴AB转动时,CD杆的转角?就发生变化。设??0时,???0,且弹簧中无力。弹簧产生的力矩M与转角?的关系为M?k(???0),k为弹簧刚度。试求角速度?与角?之间的关系。
解:取二球及CD杆为研究对象如图,由动静法
?Mx?0,M?2FI?lcos??0 其中惯性力 代换前式得
FI?m?lsin???
k(???0)?2?m?lsin????lcos??0
22 ??k(???0)mlsin2?2
14-11 所图所示,质量为m1的物体A下落时,带动质量为m2的均质圆盘B转动,不计支架和绳子的重量及轴上的摩擦,BC?a,盘B的半径为R。求固定端C的约束力。 解:(1)图(a),?MB?0
JB??m1a?R?m1gR?0
12m2R?2aR?m1Ra?m1Rg?0
a?2m1m2?2m1g
?Fx?0,FBx?0
?Fy?0,FBy?m2g?m1a?m1g?0
2
FBy?3m1m2?m22m1?m2g
(2)图(b)
144
?Fx?0,FCx?0 ?Fy?0,FCy?3m1m2?m22m1?m2?2g ag
?MC?0,M(3m1?m2)m22m1?m2C
14-13 图示为升降重物用的叉车,B为可动圆滚(滚动支座),叉头DBC用铰链C与铅直导杆连接。由于液压机构的作用,可使导杆在铅直方向上升或下降,因而可升降重物。已知叉车连同铅直导杆的质量为1500 kg,质心在G1;叉头与重物的共同质量为800 kg,质心在G2。如果叉头向上加速度使得后轮A的约束力等于零,求这时滚轮B的约束力。
解:(1)整体平衡受力图(a)
?ME?0,m2(a?g)?m1g 800(a?g)?1500g
a?78g
(2)受力图(b),平衡
?MFB?C?0,0.9FB?m2(a?g)?0.6 23m2(a?g)?23?800?(78?1)?9.8?9.8?10 N?9.8 kN
3
14-15 图示曲柄OA质量为m1,长为r,以等角速度?绕水平的O轴反时针方向转动。曲柄的A端推动水平板B,使质量为m2的滑杆C沿铅直方向运动。忽略摩擦,求当曲柄与水平方向夹角30?时的力偶矩M及轴承O的反力。
解:取曲柄OA上A点为动点,动系固连于滑杆BC上,则有
ae?aasin30??12r?
2(1)、取滑杆BC为研究对象,受力分析如图(a) 由动静法
?Fy?0,FN?FI1?m2g?0 式中 解出
FI1?m2ae?m2r?/2
2FN?m2g?m22r?
2 (2)、取曲柄OA为研究对象,由动静法 ?MO?0,
145
M?FN?r
M?34321?m1gr2?32?0
22?r(mg?2mg)?m2r?232?0
?
?Fx?0,?FOx?FI式中
FI?m1?r?22
3m1r?
12?m1g?0 r?
2代入解出
FOx?24?Fy?0,FOy?FN?FI?FOy?m1g?m2g?m1?2m2414-17 图示均质板质量为m,放在两个均质圆柱滚子上,滚子质量皆为如在板上作用一水平力F,并设滚子无滑动,求板的加速度。 解:设板的加速度为a,则滚子中心的加速度为
a2m2,其半径均为r。
。
1)取圆柱A为研究对象,见图(a)之左上部,其惯性力
FIA?mam??a 224MIA惯性力偶矩 ?1m2am(r)?()?ra 222r8由动静法有
??2r?0 ?MD?0, FIA?r?MIA?FA??把FIA,MIA代入,解得FA3m16a
FB??3m16a
2)取圆柱B为研究对象,见图(a)之右上部,同理可得
3)取板为研究对象,见图(a)之下部,惯性力FI = ma,由动静法有
F – FI – FA – FB = 0 以上结果代入,解出
a?8F11m
14-19 图示磨刀砂轮I质量m1 = 1 kg,其偏心距e1 = 0.5 mm,小砂轮Ⅱ质量m2 = 0.5 kg,偏心距e2 = 1 mm。电机转子Ⅲ质量m3 = 8 kg,无偏心,带动砂轮旋转,转速n = 3000 r/min。求转动时轴承A、B的附加动反力。
解:取整个系统为研究对象,受力如图(a)所示。
因为转速n = 常量, 所以 角加速度?= 0,惯性力偶矩MI = 0
FI1?m1e1?2?1?0.5?102?3(3000π30(3000π30)?5π N22
FI2?m2e2??0.5?1?10?3
)?5π N22 146
因FI1与FI2大小相等方向相反,故组成一力偶,FNA、FNB也必成一力偶,方向如图(a)所示。
由动静法?M?0得:FNA?FNB?0.30.2FI1?15?5π2?74N
14-20 三圆盘A、B和C质量各为12 kg,共同固结在x轴上,其位置如图所示。若A盘质心G距轴5 mm,而盘B和C的质心在轴上。今若将两个皆为1 kg的均衡质量分别放在B和C盘上,问应如何放置可使物系达到动平衡?
解:取整个系统为研究对象,设D1、D2各为两平衡质量的质心,偏心距分别为e1及e2 mm,偏心方向与y方向的夹角分别为?,?,转轴角速度为?,则惯性力大小分别为
FI?12?51000e2??226?22100 N, FI1?1? N
e11000??2e1?21000 N
及 FI2?1?10001000 FI平行于z轴,又FI1与y轴夹角为?,FI2与y轴夹角为?。
??e2? 根据动静法,系统达到动平衡时,惯性力系应为平衡力系,于是有
?Fy?0, FI1cos??FI2cos??0 (1)
?Fz?0, FI?FI1sin??FI2sin??0 (2)
y ?M?M?0, 320FI?FI1sin??200?FI2sin??80?0 (3)
z?0, FI1cos??200?FI2cos??80?0
π2,??π2,e1?120 mm,e2?60 mm
(4)
把FI、FI1、FI2代入解得
??? 可见动平衡时,D1、D2两点到轴的距离分别为e1 = 120 mm,e2 = 60 mm。D1、D2在G
与轴构成的平面内,D1与G在轴的相反两侧,D2与G在轴的同侧。
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因FI1与FI2大小相等方向相反,故组成一力偶,FNA、FNB也必成一力偶,方向如图(a)所示。
由动静法?M?0得:FNA?FNB?0.30.2FI1?15?5π2?74N
14-20 三圆盘A、B和C质量各为12 kg,共同固结在x轴上,其位置如图所示。若A盘质心G距轴5 mm,而盘B和C的质心在轴上。今若将两个皆为1 kg的均衡质量分别放在B和C盘上,问应如何放置可使物系达到动平衡?
解:取整个系统为研究对象,设D1、D2各为两平衡质量的质心,偏心距分别为e1及e2 mm,偏心方向与y方向的夹角分别为?,?,转轴角速度为?,则惯性力大小分别为
FI?12?51000e2??226?22100 N, FI1?1? N
e11000??2e1?21000 N
及 FI2?1?10001000 FI平行于z轴,又FI1与y轴夹角为?,FI2与y轴夹角为?。
??e2? 根据动静法,系统达到动平衡时,惯性力系应为平衡力系,于是有
?Fy?0, FI1cos??FI2cos??0 (1)
?Fz?0, FI?FI1sin??FI2sin??0 (2)
y ?M?M?0, 320FI?FI1sin??200?FI2sin??80?0 (3)
z?0, FI1cos??200?FI2cos??80?0
π2,??π2,e1?120 mm,e2?60 mm
(4)
把FI、FI1、FI2代入解得
??? 可见动平衡时,D1、D2两点到轴的距离分别为e1 = 120 mm,e2 = 60 mm。D1、D2在G
与轴构成的平面内,D1与G在轴的相反两侧,D2与G在轴的同侧。
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