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

ФБТ БИ 1курс / мищерский 1975

.pdf
Скачиваний:
64
Добавлен:
10.04.2018
Размер:
16.15 Mб
Скачать

вошипа до направляющей линейки А, длина кривошипа г, длина шатуна I; ось Ох направлена по направляющей ползуна. Начало отсчета

расстояний — в крайнем правом

положении

ползуна;

К — = к,

\ Ответ: х=г[/(к

+ 1)а кг J/X«—(sinep+A)»—c o s

4

 

14.15. Кулак, равномерно вращаясь вокруг

оси О, создает

равно-

мерное возвратно-поступательное движение

стержня . АВ.

Время

 

 

 

 

х(см)

 

 

 

 

в

 

.

50

 

 

 

 

 

Л/

о\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

0

4

 

8

 

t(cen)

 

 

 

 

 

 

 

К задаче 14.15.

 

 

К

ответу задачи 14.15.

 

 

одного полного оборота кулака 8 сек; уравнения движения стержня в течение этог.о времени имеют вид —в сантиметрах, t—в секундах)

(30 +Ы,

X Г7Г7

(30 + 5(8 — 0 .

Определить уравнения контура кулака и построить график движения стержня.

30 + — ср,

0 ^ tp==g it,

Ответ: г =

30 + -?(2*_<р)

14.16. Найти закон движения и построить график возвратно-посту- пательного движения стержня АВ, если задано уравнение профиля кулака

г = [ 2 0 + — <?)см, 0 < с р < 2 т г .

Кулак,

вращаясь

равномерно, делает

20 об/мин.

 

 

 

 

 

 

х(см)

 

 

 

 

 

.

50

 

 

 

 

 

 

 

50

у

 

 

_ В

 

 

 

20

 

 

 

V////A

 

1

 

 

 

 

 

|

-t(cen)

 

 

 

 

D

3

6

 

 

 

 

 

 

К

задаче

14.16.

 

К ответу задачи 14.16.

Ответ:

х = 20 + 1Ш за время

одного

оборота

кулака (3 сек),

после

чего

движение периодически

повторяется.

 

 

121

14.17 (414). Написать уравнение контура кулака, у которого пол-

ный ход

стержня h = 20 см соответствовал

бы одной трети оборота,

причем

перемещения стержня должны быть

в это время пропорцио-

нальны углу поворота. В течение следующей трети оборота стержень должен оставаться неподвижным, и, наконец, на протяжении последней трети он должен совершать обратный ход при тех же условиях, что и на первой трети. Наименьшее расстояние конца стержня от центра кулака равно 70 см. Кулак делает 20 об/мин.

Ответ: Контур кулака, соответствующий первой трети оборота, представляет архимедову спираль:

Второй трети оборота соответствует окружность радиуса г = 90 см.

К задаче 14.17.

К задаче 14.IS.

Для последней трети оборота контур

кулака представляет собой

также архимедову спираль:

 

14.18(415). Найти, на какую длину опускается стержень, опирающийся своим концом о круговой контур радиуса г = 30 см кулака, движущегося возвратно-поступательно со скоростью v=5 см)сек. Время опускания стержня £= 3 сек. В начальный момент стержень находится в наивысшем положении.

Ответ: h = 4,020 см.

14.19(416). Найти ускорение кругового поступательно движущегося кулака, если при его равноускоренном движении без началь-

ной

скорости стержень

опустился

за 4 сек

из наивысшего положе-

ния

на

h = 4 см.

Радиус

кругового

контура

кулака г = 1 0 см, (См.

чертеж

к задаче

14.18.)

 

 

 

Ответ: w=\ см/сек9.

ГЛАВА V

ПЛОСКОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА

§15. Уравнения движения плоской фигуры

15.1(492). Линейка эллипсографа приводится в движение криво-

шипом ОС, вращающимся с постоянной угловой скоростью ш0 вокруг оси О.

Приняв ползун В за полюс, написать уравнения плоского движе-

ния линейки

эллипсографа, если

ОС = ВС — АС—г. В начальный

момент линейка

АВ была расположена горизонтально.

Ответ: хв

=

2r cosu>at; yB=G;

ep= — wat.

 

 

У

 

К задаче15.1.

К задаче15.2.

К задаче15.3.

15.2. Колесо радиуса R катится без скольжения по горизонтальной прямой. Скорость центра С колеса постоянна и равна v. .

Определить уравнения движения колеса, 'если в начальный момент ось у, жестко связанная с колесом, была вертикальна, а неподвижная ось у проходила в это время через центр С колеса. За полюс принять точку С.

Ответ:

 

=

vt;

Ус = Я,

<?==~Б*-

 

 

15.3

(493).

Шестеренка

радиуса

г,

катящаяся

по неподвижной

шестеренке радиуса R, приводится в движение кривошипом ОА, вра-

щающимся

равноускоренно

с угловым

ускорением

е0 вокруг оси О

неподвижной шестеренки.

 

 

 

 

 

 

Составить

уравнения движения подвижной

шестеренки, приняв за

полюс

ее

центр

А,

если

при

£=

0 угловая

скорость кривошипа

% = 0

и начальный угол поворота <ро =

0.

 

 

123

Стеет: хА {R + г) cos

где Фх~ угол поворота подвижной

шестеренки.

15.4 (494). Шестеренка радиуса

г, катящаяся внутри неподвижной

шестеренки радиуса R, приводится в движение кривошипом ОА, вра-

щающимся

равномерно вокруг оси О не-

подвижной шестеренки с угловой ско-

ростью

щ.

При t = О угол ф0 = 0.

Составить уравнения движения под-

вижной

шестеренки, приняв ее центр А

за полюс.

 

,Ответ: xA — (R — r) cos со,/;

 

 

 

Ул = № — г) sin aot;

ф 1

= — (*

 

 

 

где ф! —угол

поворота

подвижной ше-

 

 

 

стеренки; знак минус показывает, что

К

задаче

15.4.

шестеренка

вращается в сторону, противо-

положную

кривошипу.

 

 

 

 

 

15.5

(495).

Найти уравнения движения шатуна паровой машины,

если кривошип вращается равномерно;

за полюс

взять точку А на

оси пальца кривошипа; г—длина кривошипа, /-—длина шатуна, ю0

угловая

скорость кривошипа. При

^= 0 угол

а = 0. (См.

чертеж

к задаче

14.12.)

 

 

 

 

Ответ:

x — r cos (o0t; у г sin ЩГ; ф = — arcsin (~

sin ю

 

15.6

(498). Инверсор, или прямило Поселье — Липкина представ-

ляет собой

шарнирный механизм,

состоящий

из

ромба

ADBC

К задаче 15.6.

со сторонами длиной а, причем вершины С и D движутся по одной окружности при помощи стержней ОС и OD длиной /, вер-

шина 5 —по другой окружности при помощи стержня ОгВ длиной

г^ООь

Найти

траекторию

вершины А.

Ответ:

Прямая, перпендикулярная к OOi и отстоящая от точки О

 

/ 2

«

на расстоянии х = -

 

124

15.7. Муфты А и В, скользящие вдоль прямолинейных напразляюших, соединены стержнем АВ длиной /. Муфта А движется спо-

стоянной скоростью vA.

 

 

 

 

 

 

 

 

Написать

уравнения

движения

стержня

АВ,

предполагая,

что

муфта

А

начала двигаться от точки О. За полюс

принять

точку

А.

Угол BOA равен я — а.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vAt

 

Ответ:

хА

=

x^cosa;

yA

= vAt sin a;

<j>=—arcsin —j—sina.

15.8.

Конец

А

стержня АВ скользит по прямолинейной направ-

ляющей

с постоянной

скоростью

v,

причем

стержень при движении

опирается на штифт D.

 

 

 

 

 

 

 

 

Написать

уравнения

движения

стержня и его

конца В. Длина

стержня

равна /, превышение штифта D над прямолинейной направ-

ляющей

равно

И. В

начале

движения конец стержня А

совпадал

с точкой

О —началом

неподвижной

системы

координат; ОМ = а. За

полюс

принять точку

А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

Ответ:

хд

= vt,

 

уА = 0,

= arctg а — vt'

 

 

К задаче 16.8.

К задаче 159.

15.9. Кривошип О\А длиной а/2 вращается с постоянной угловой

скоростью св. С кривошипом в точке А

шарнирно соединен стер-

жень АВ, проходящий все время через качающуюся муфту О, причем

00!=? а/2.

Найти уравнения

движения стержня АВ и траекторию (в поляр-

ных и декартовых

координатах) точки М, находящейся

на стержне

на расстоянии а от

шарнира А. За полюс принять точку

А.

Ответ: 1) ХА= у О +cosutf), yA

= ^-sinu>t, ? = y ;

2) Кардиоида: р=а

(cos9 — 1), je4 -|-_y2 =а (х—Ух*-\-у*).

15.10 (500). Конхоидограф

состоит

из линейки АВ, которая шар-

нирно соединена в точке А с ползуном,

скользящим по прямолиней-

ной направляющей

ED, и проходит через качающуюся

около непод-

вижной оси О муфту. Ползун

совершает

колебательное

движение по

закону х = с sin mt,

где с и

to — заданные постоянные числа (оси

координат показаны

на рисунке).

 

 

125

Найти уравнения движения линейки АВ и уравнения в полярных и декартовых координатах кривой, которую описывает точка М линейки АВ, если АМ = Ь.

Ответ: 1) xA = csma>t, Ул = а, <р = arctg—~-•

С S1H (*)£

К задаче 15.10.

К задаче 15.11.

16.11. Кривошип ОА

антипараллелограмма OABOi, поставленного

на большое звено ООь равномерно вращается с угловой скоростью со. Приняв за полюс точку А, составить уравне-

ния движения

звена АВ, если 0А = 0\В = а

и OOi = AB = b

(a<^b); в

начальный мо-

мент кривошип

ОА был направлен поОО\.

Ответ:

ХА= я cosu>t;

yA = a sin mt;

, a sin <nt

со= — 2 arctg r

;.

T° b a cosmt

15.12.Кривошип ОА антипараллелограмма OABOi, поставленного на малое звено

 

 

ООь равномерно

вращается

с

угловой ско-

К задаче 15.12.

ростью со.

 

 

 

 

 

Приняв за полюс точку А, составить

 

 

= а

и OOi =

уравнения движения

звена АВ,

если

ОА =

B = b (a^>b); в

начальный

момент

криво-

шип ОА был направлен по ООь

 

 

 

 

 

Ответ:

= a cos utf; у А = a sina>t; <p =

2 arcctg

 

— /а

§ 16. Скорости точек твердого тела в плоском движении. Мгновенный центр скоростей

16.1.Направив ось перпендикулярно к скорости любой из точек плоской фигуры, показать, что проекции на эту ось скоростей всех лежащих на ней точек равны нулю.

16.2.Центр С колеса, катящегося по прямолинейному горизонтальному рельсу, движете? по закрну Хс = It* см. Стержень АСдлиной / = 1 2 см совершает колебания вокруг горизонтальной оси С,

126

перпендикулярной

к

плоскости

чертежа, согласно уравнению

<р =

= -g-sin-2-^ pad.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определить

скорость конца А

стержня АС в момент времени

t=0.

 

Ответ:

 

Скорость направлена по горизонтали вправо и равна по

модулю

9,86

см/сек.

 

 

 

 

 

у

 

 

16.3.

Сохранив

условие

предыду-

 

щей

задачи,

 

определить скорость

кон-

 

ца

А

стержня

АС

в

момент

времени

 

t =

1

сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

Скорость

направлена

по

 

горизонтали вправо и равна по модулю

 

4 см/сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.4.

При движении диска

радиуса

 

г =

20 см

в

вертикальной

плоскости

 

ху

 

его

центр

С

движется

 

согласно

 

уравнениям

Xc=l0t

 

м,

_ус =

(Ю0 —

 

— 4,9£2) м.

 

При этом диск

вращается

 

вокруг горизонтальной оси С, перпен-

 

дикулярной

 

к

плоскости

диска,

с по-

 

стоянной

уГЛОВОЙ

СКОРОСТЬЮ

'(0

=

 

= 1г/2 сек'1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определить

в

момент

 

времени

 

£ =:0 скорость точки А, лежащей на

 

ободе

диска.

Положение

точки

А на

 

диске

определяется

углом

y =

wt,

от-

 

считываемым

 

 

от

вертикали

 

против

 

хода

часовой

стрелки.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

Скорость

направлена

по

 

горизонтали

вправо и равна по модулю

 

10,31

м1 сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.5. Сохранив условие предыду-

 

щей

задачи, определить

скорость точки

 

А

в

момент

времени

t = 1 сек.

 

 

 

 

 

Ответ:

1 ^ = 1 0

м[сек;

 

 

 

 

 

vA

=—9,49

 

м/ сек;

г>д=13,8 м/сек-

 

16.6.Два одинаковых диска радиуса

гкаждый соединены цилиндрическим, шарниром А. Диск / вращается вокруг

неПОДВИЖНОЙ

ГОриЗОНТаЛЬНОЙ

ОСИ

О

К задаче 16.6.

 

по закону

<р = <р(О- Диск

II

вра-

 

 

щается вокруг горизонтальной оси А согласно уравнению

 

Оси О и Л

перпендикулярны к плоскости чертежа. Углы <р и

отсчи-

тываются от вертикали против хода часовой стрелки.

 

Найти скорость центра С диска

//.

 

 

Ответ:

vCx

= г (фcos cp-f-

t[icos ф); vCy

= г ($ sin <p -j-фsin i|

 

vc = r

-f f

cos (<p — (

127

16.7. Сохранив условие предыдущей задачи, найти скорость точки В диска //, если /_ АСВ = я/2.

Ответ:

^

= г 1фcosф + ]/2ф cos(45° + ij))];

tin = г {фsin <p +

•f l/2\|)sin(45°+i|0];

^ = гТ^ф2 + 2^2 + 2К^ф-ф cos [45° — (ф

16.8(501). Стержень АВ длиной 1 м движется, опираясь все время

своими концами на две взаимно перпендикулярные прямые Ох

и Оу.

Найти

координаты

х н у

мгновенного центра скоростей

в тот

момент, когда

угол ОАВ — 60°.

 

 

 

Ответ: х = 0,866 м; у = 0,5 м.

В

К задаче

16.8.

 

 

К

задаче

16.9

 

К задаче

16.10.

16.9(502).

Доска

складного

стола, имеющая форму

прямоуголь-

ника

ABCD

со

сторонами

ЛВ = 56

см

и AD = 112

см, поворачи-

вается

вокруг

оси

шипа

О так,

что

занимает

положение А^В-^х^ъ

где АВг = ВСг;

при

раскладывании затем получается квадрат

BtEFCi.

Найти положение

оси шипа.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

х=14

см; у —42

см.

 

 

 

 

 

 

 

16.10(503). Доска складного стола, имеющая форму прямоуголь-

ника

со сторонами

а и

Ь, поворотом

вокруг

оси шипа О перево-

 

 

 

 

 

дится

из

положения

ABCD

в

положение

 

 

 

 

 

AxBjCxDi

и,

будучи

разложена,

образуег

упрямоугольник со сторонами b и 2а.

ДВ Найти положение оси шипа О относи-

К задаче

16.11.

 

тельно сторон

АВ

и

 

AD.

 

 

 

 

 

 

Ответ: х0

= -^; уо =

^-~~.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

16.11 (506). Прямая АВ

движется

в плос-

 

 

кости чертежа. В некоторый момент времени

 

 

 

 

 

 

скорость

vA точки

А

составляет с прямой

 

 

 

АВ

угол

30°

и

равна 180

см/сек, направ-

 

 

 

ление скорости точки В в этот момент сов-

 

 

 

падает с направлением

прямой

АВ.

 

 

К задаче

16.12.

 

 

Определить

скорость vB

точки

В,

 

 

 

 

 

Ответ:

v^ — 156

см/сек.

 

 

 

16.12(507). Прямая АВ движется

в плоскости

чертежа,

причем

конец ее А все время находится

на

полуокружности

CAD,

а

сама

прямая все время проходит

через неподвижную

точку С диаметра

СО.

128

Определить

скорость

Vc точки

прямой, совпадающей

с

точкой С,

в тот момент, когда радиус ОА перпендикулярен к CD,

если

извест-

но, что скорость точки А в этот момент 4 м/сек.

 

 

 

Ответ:

VQ = 2,83 м/сек.

 

 

 

 

 

 

 

16.13 (515). Линейка эллипсографа АВ длиной / движется концом

А по

оси

Ох,

а концом В — по

оси

Оу. Конец линейки А

совер-

шает

гармоническое колебательное

движение

х = a sin at,

где

а < /.

Определить

величину

скорости

v

точки

С,

зная,

что

СА — т,

ВС = п, со= const.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: Vr = -r

 

 

2—аа sin2

at'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К задаче 16.14.

 

 

16.14 (518). Стержень OB вращается

вокруг

оси

О с постоян-

ной

угловой

скоростью

со= 2 сек'1

и

приводит

в движение

стер-

жень

AD,

точки Л и С которого

движутся

по осям: А — по гори-

зонтальной Ох, С—-по вертикальной Оу.

 

 

 

 

 

 

Определить

скорость

точки

D

стержня

при

ер= 45°

и

найти

уравнение

траектории этой точки, если AB — OB = BC = CD=12

см.

Ответ:

vD

53,66 см/сек;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 6 . 1 5

( 5 1 6 ) . В

 

к р и в о ш и п -

1

/'

п\/\

 

 

R

В

ном

механизме

длина

криво-

 

А

 

\

 

~"^

 

 

р

jlУ

 

 

У/////, Li

шипа

 

ОА = 40

см,

длина ша-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

туна

АВ = 2

м; кривошип вра-

 

 

 

 

 

 

 

 

щается

равномерно

с

угловой

 

 

W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

задаче 16. 15.

 

 

скоростью,

 

соответствующей

 

 

 

 

 

180 об/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти угловую скорость со шатуна и скорость

средней

его

точки М при четырех положениях

кривошипа,

для

которых

угол

АОВ

соответственно равен 0, -^, я,

-^.

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

I. со =

 

=-п сек'1;

VM= 377

см/сек. II.

со= 0;

vM =

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 754

см/сек. III. со= ~

л сек'1;

 

vM = 377

см/сек.

IV.

со= 0;

, = 754 см/сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

И. В. Мещерский

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

129

Знак

минус в выражении w указывает,

что шатун

вращается

в сто-

рону,

противоположную

кривошипу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.16

(517).

Найти

скорость

ползуна

В нецентрального

криво-

шипного

механизма при двух

горизонтальных

и двух

вертикальных

 

 

 

 

 

 

положениях

кривошипа,

вращаю-

 

 

 

 

 

 

щегося

вокруг

вала

О

с

 

угловой

 

 

 

 

 

 

скоростью и) =

1,5 сек'1, если ОА =

 

 

 

 

 

 

= 40 см, АВ == 200 см, ОС = 20 см.

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

г)1

= »3 = 6,03 см/сек;

 

 

 

 

 

 

•D3 = rt4 — 60 см/сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.17. Определить скорость точ-

 

 

 

 

 

 

ки К

 

четырехзвенного

механизма

 

 

К задаче 16.16.

 

ОАВОх в положении,

указанном на

 

 

 

 

 

 

чертеже,

если

звено

ОА

 

длиной

20 см имеет в данный

момент

угловую

скорость

2 сек"1. Точка К

расположена

в середине

стержня

BOh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

20см/сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.18. Определить скорость поршня Е приводного механизма

насоса

в

 

 

указанном

на чертеже,

 

если

ОА = 20 см,

 

 

 

 

 

OiB — OiD.

 

Кривошип

ОА

вращается

 

 

 

 

 

равномерно с угловой скоростью 2 сек'1.

 

 

 

 

 

 

Ответ:

46,25см/сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

л

 

 

в

 

 

W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К задаче 16.17.-

 

 

 

 

К задаче 16.18.

 

 

 

 

16.19

(521). Стержни

0%А и О2В, соединенные

со

стержнем АВ

посредством

шарниров А к В, могут вращаться

вокруг

неподвижных

точек Oi

и

О2, оставаясь в одной

плоскости и образуя

шарнирный

 

 

 

 

 

четырехзвенник.

Дано:

длина

стержня

 

 

 

 

 

Р^А = а и его угловая

скорость ш.

 

 

 

 

 

 

Определить

построением ту

точку М

 

 

 

 

 

стержня АВ, скорость которой направ-

 

 

 

 

 

лена вдоль этого стержня, а также найти

о,

 

 

 

 

величину скорости

v точки М в тот мо-

 

 

 

 

мент, когда угол ОХАВ имеет

 

данную

 

К задаче 16.J9,

величину я.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

vM = au> sin a.

 

 

 

 

16.20

(522). Угловая

скорость

стержня OtA

шарнирного

четырех-

звенника

равна

щ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

130