Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

doc2

.pdf
Скачиваний:
108
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
14.26 Mб
Скачать

460

X. Динамика материальной системы

Аналогично из уравнений (2) и (3) получим:

Щ =JX2B+Yi

=~тко2.

Силы динамического давления вала на опоры численно равны найденным динамическим реакциям опор, т.е.

NA = Nb= —mica2.

Ответ: NA = NB = ~mh)2.

Задача 42.8

Квертикальному валу АВ, вращающемуся

спостоянной угловой скоростью со, жестко прикреплены два стержня. Стержень ОЕ образует

свалом угол ср, стержень OD перпендикулярен плоскости, содержащей вал АВ и стержень ОЕ. Даны размеры: OE = OD = I, АВ = 2а. К концам стержней прикреплены два шара Е и D массы т каждый. Определить силы динамического давления вала на опоры А и В. Шары D и Е считать точечными массами; массами стержней пренебречь.

Ре ш е н и е

Силы динамического давления на опоры А и В возникают только за счет наличия сил инерции и показанных на рисунке. Они

42. Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

461

направлены от оси вращения, противоположно соответствующим центростремительным ускорениям точек D и Е.

Составим уравнения равновесия, применив принцип Даламбера:

% Х к =0,

1 М к х = 0 , У > - У / а - Ф ^ с о 8 ф = 0;

 

1 М к у = 0 ,

Хдй =0.

 

В уравнениях (1)-(4)

 

 

 

Фд -man

=т1оз2,

(5)

<Щ-

таЕ

= mid? sin ф.

(6)

Из уравнений (1) и (4) с учетом выражения (5) найдем

х А = хВ =

2

а

а

ml(S)1

Проекции сил динамического давления вала на ось д: противоположны по знаку найденным реакциям, т.е.

Тогда

A'j = Хо - w/co

Из уравнений (2) и (3) с учетом выражения (6) определим

m/co2(a - 1 сояф) sin ф.

2 а

Ya - mltir(a -ь / c o s ф ) sin ф lR -

462

X. Динамика материальной системы

Проекции сил динамического давления вала на ось у также противоположны по знаку найденным реакциям, т.е.

V

V

=

/я/со

Ответ:

ХА

= Хв

-у-

т1(й2+/cos<p) sin ф

Задача 42.9

Использовав условие задачи 34.1, определить силы динамического давления коленчатого вала на подшипники К и L. Вал вращается равномерно с угловой скоростью ю. При решении можно воспользоваться ответами к задачам 34.1 и 34.23.

Р е ш е н и е

Используя решение задач 34.1 и 34.23, запишем:

хс = ус= О,

3

Ixz=-~md(a+b),

X

42. Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

463

 

 

IK

•Л

 

 

 

 

= ——md(a +b),

 

 

 

 

Iv=

0.

 

Вычислим главный момент инерционных сил:

 

 

Мпн =

- - dt

= - ( 0 Х ( 1 Щ ,

где I = xy

h

— тензор инерции коленчатого вала в точ

-Ixz

-In

h

 

 

 

ке О (в начале координат); со =

вектор угловой скорости.

Проекции главного момента инерционных сил на оси координат

 

МГ

= /жсо2,

M™=-Ixzto2,

М™ =0.

Поэтому уравнения моментов сил относительно осей координат

запишем в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£

= 0,

YK{la

+b+^-YL{la

 

+ b / „ с

о 2

= 0;

 

 

= 0,

-XK[la

+b +

 

 

+*+!)"

АУ

= 0.

При

= -Aj, и Fjf = -У/, найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

xK =

2

-xL=lmd^b^\

 

 

 

 

 

 

 

L

 

4a + 3b

 

 

 

 

 

 

 

 

•ЯЛа+bW

 

 

 

 

 

 

Yr = -J7. =

-r-md

4a + 3b

 

 

 

 

v

3

(a +6)co2

v

v

V3

,(a+6)co2

О т в е т : XK

= -A7 = -/mf-

— ;

У* = -У/. = — m d ~

—•

 

 

 

2

4a+3Z>

 

 

2

4я+36

464

X. Динамика материальной системы

Задача 42.10

Однородный стержень KL, прикрепленный в центре под углом а к вертикальной оси АВ, вращается равноускоренно вокруг этой оси с угловым ускорением е. Определить силы динамического давления оси АВ на подпятник А и подшипник В, если М — масса стержня, 21 - его длина, ОА=ОВ = А/2; OK = OL = I.

Вначальный момент система находилась

впокое'.

Р е ш е н и е

Вычислим главный момент инерционных сил относительно начала координат (см. рисунок):

dim

= - / е-сох(/со).

dt

 

Тензор инерции определим в главных центральных осях Oxfy'z!, т.е.

Ml2

о

3

 

I = 0

Ml2

3

о

о

0

(0 = -cosina cocosa

0

8 = -esina ecosa

В уД

J я

Рис. 1

42. Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

465

В результате умножения получим

М,ин _ .Ml32- o r s m a c o s a - j ,М132 esina.

Заметим, что орт ] ' направлен вдоль оси О/.

Составим уравнения равновесия в форме моментов относитель-

но осей координат Ох и Оу:

 

 

 

 

 

 

 

 

У»

 

 

+

 

sin a cosa = 0;

£ 3 / ^ = 0 ,

~X^

Л

 

A Ml2

 

= 0.

 

+ Xl^~~Esinacosa

При У? = - У /

и Xjj =

- н а й д е м

 

 

 

 

 

 

Xj

= -Xg

Ml2

 

 

 

 

 

 

= ——-esin2a,

 

 

 

 

 

 

 

 

6A

 

 

 

Y*=-Y£

=

MlW

sin2a =

Ml2E2t2 .

 

 

6A

 

sin2a,

 

 

 

 

 

 

6h

 

где со = е/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О т в е т : XB =

 

=

Ml2

esin2a; Ув = -У* =

Ml2e2t2

sin2a.

й

л

 

6A

 

 

 

 

 

6A

 

П р и м е ч а н и е . Эту задачу можно решить первым способом, описанным в методических указаниях к этому параграфу.

Покажем на рис. 2 динамические реакции: центробежныеФ" и Ф", а также вращательные Ф® и Ф"

силы

инерции, которые приложены в точках С,

и С2

J ОС, =ОС2

=21 ,

 

 

 

 

ф" =ф" =

м

/

со sin a,

 

1

2

2

2

(1)

 

-».П

ЛЯ

М I

 

 

 

Of =ф» =_-._esm a.

 

 

 

2

2

 

г

г

„ „

466

 

X. Динамика материальной системы

Составим уравнения равновесия:

 

I X * =0,

 

+Xjj +Ф° -Ф® =0;

(2)

X I * =0,

Yf + Уд+ Ф" - Ф" =0;

(3)

 

 

 

(4)

X Л/fa = О, - У / ~ + УАД | - Ф^ | / cos а - Ф£ | / cosa =0;

 

 

 

(5)

2

2

3

3

Из уравнения (2) с учетом выражений (1) следует, что

(6)

Из уравнения (3)

УАЯ=-Увй-

Из уравнения (4) с учетом равенства (6) получим

A//2 co2 sin2a ' Mlhzt2 sin 2a

6h 6h

а из уравнения (5)

Mlh2 sin 2a 6h

Следовательно, направление проекций реакции подшипника В (Х§ и У / ) противоположны указанным на рисунке. Силы же динамического давления на опоры в свою очередь противоположны реакциям.

Задача 42.11

Однородная прямоугольная пластинка OABD массы М со сторонами а и Ь, прикрепленная стороной OA к валу ОЕ, вращается с постоянной угловой скоростью оз. Расстояние между опорами ОЕ = 2а. Вычислить боковые силы динамического давления вала на опоры О и Е.

42. Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

467

Р е ш е н и е

Найдем моменты инерции пластинки относительно показанных на рисунке осей координат:

l x

= ^ ( a 2 + b 2 ) ,

Ixy = 0,

I x z = 0;

 

 

У _Ма2

 

Mab

_Mb2

 

 

h~

з

> г —

4

'

з

 

 

и главный момент инерциальных сил

 

 

 

Ж-ии

_

 

тМаЬа?

 

 

Составим уравнение равновесия:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

1

^

= К / . 2 а - ^ с о 2 = 0 .

(2)

Из уравнений (1), (2) находим:

 

 

 

 

 

,.„

=

А/ею2

,/ п

ЗМ>со2

 

 

 

 

=

^—>

 

 

 

 

 

 

Aftco2

 

 

Реакции J o

и Х £ равны нулю, так как пластинка находится в плос-

кости Оуг.

 

 

 

 

 

 

Силы динамического давления N0x,

N&, Noy, NEy

равны найден-

ным реакциям в точках О и Е, но противоположно направлены, т.е.

N0x

= -X$= 0,

N&^-XB"

0,

Noy =

= §Aftco2,

NEy = -Yg

= imco2 .

Ответ: Nox = ЯEx =

^ = -3Mb®2; NEy = -1 Mb®2.

468

X. Динамика материальной системы

П р и м е ч а н и е . Решить эту задачу можно пер-

 

 

вым способом, описанным в методических указа-

 

 

ниях к этому параграфу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложим к пластинке центробежную силу

 

 

инерции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф=Ма»=Мш2-. _ h

 

 

 

 

<0

 

 

Поскольку пластинка расположена в плоскости

 

 

Oyz, то Х0Е =0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для системы параллельных сил, расположен-

 

ж - ' х ^ й Ш Р

ных в плоскости Oyz, составим два уравнения рав-

 

0 ^ ^

новесия:

0,

У / + У о д и =0;

 

Рис. 2

 

 

 

 

о, - у / - 2 в + Ф ц | = а

 

Из уравнения (3) с учетом выражения (1) получим

v

1

,, lb

\

=

Mbiо2

,

У? = — а - Мсо

2

 

8

 

£

2

 

 

 

 

 

из уравнения (2) с учетом выражений (1) и (4) получим

уд _ уд

л _ M b u ) 1

Mb®2

_

ЪМЫл2

Г о — Г я

- Ф ц - —

 

 

— -

 

 

— -

(2)

(3)

(4)

Реакции У / и У0Д направлены в стороны, противоположные указанным на рис. 2.

Силы динамического давления

Noy = ЪМЬса NEy = Mbm

Задача 42.12

Прямой однородный круглый цилиндр массы М, длины 21 и радиуса г вращается с постоянной угловой скоростью со вокруг вертикальной оси Oz, проходящей через центр масс О цилиндра; угол между осью цилиндра и осью Oz сохраняет при этом постоянную величину ос. Расстояние #,Я2 между подпятником и подшипником равно h. Определить боковые силы давления: Nx на подпятник и на подшипник.

42. Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

469

Р е ш е н и е

 

 

 

 

 

 

Определим тензор инерции в осях

т| Д

(см.

рисунок):

 

 

 

 

 

 

 

Mr2

+ Ml2

 

 

О

О

 

 

4

3

 

 

 

 

 

Mr2

Ml2

 

 

 

 

О

 

О

 

 

 

 

4

3

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

О

Mr2

 

 

 

 

 

 

 

Найдем главный момент инерционных сил, учи-

тывая, что ш = -cosinа• ] + cocosa• к:

 

 

 

 

 

Жон = - о о х ( / ю ) =

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

-(osina

 

cocosa

 

О

-

r Mr2

М1

cosma

Mr2

cocosa

 

4

+ —

 

 

 

 

3

 

 

 

-i r Mr2 2 .

arsmacosa-i

r Mr l 2 .

со sin a cosa-

rMl2

2

Mr2

Ml2]

2 .

•i

3

со sma cosa = i

. 4

3 Jor sin a cos a.

Из уравнения моментов относительно оси х определим боковые силы давления на подпятник и на подшипник, которые одинаковы по величине, но противоположны по направлению:

 

N--

\МВН | M o 2 s i n 2 a f / ^ _ r ^

 

 

 

2 h

3 4

 

 

О т в е т : Ж и Ы2

имеют одинаковую величину

Mco2sin2a/72

 

 

 

 

3

и противоположны по направлению.

г2 ^ 4

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]