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

47.19

(939). В регуляторе четыре

груза одинакового веса Р на-

ходятся на

концах

двух равноплечих

рычагов

длиной

21, которые

могут вращаться в

плоскости

регулятора вокруг

конца

шпинделя О

и образуют

с

осью

шпинделя

переменный угол

ср. В точке А, на-

ходящейся

от

конца шпинделя О на расстоянии ОА = а, со шпинделем

шарнирно соединены рычаги АВ и АС

 

 

 

длиной а, которые

в точках В и С

 

 

 

в свою очередь сочленены со стерж-

 

 

 

нями BD

и CD длиной а, несущими

 

 

 

муфту D.

В точках

Б

и С имеются

 

 

 

АВ

ползунки, скользящие вдоль рычагов, несущих грузы. Вес муфты

равен Q.

Регулятор вращается

с постоянной

угловой скоростью ш.

Найти

связь между углом <р и угловой скоростью ш в

равновесном

положении регулятора.

 

 

 

 

Ответ: Равновесное положение регулятора

возможно

только при

~2eQa

независимо от угла <р-

 

 

 

-jzjr

 

 

 

47.20 * (943). Однородная нить, к концу которой привязан груз А

весом Р,

огибает неподвижный

блок

В, охватывает подвижный блок

С, поднимается

вверх на неподвижный блок D и проходит

параллельно

горизонтальной плоскости, где к ее концу привязан груз

Е весом Р.

К оси блока

С

прикреплен груз К

весом Q.

Коэффициент трения

скольжения груза Е о горизонтальную плоскость равен / (см. чертеж на стр. 362). При каком условии груз К будет опускаться вниз, если начальные скорости всех грузов равнялись нулю? Найти ускорение груза К. Массами блоков и нити пренебречь.

Ответ:

47.21* (944). Два груза D и Е весом Р каждый привязаны к концам нерастяжимой и невесомой нити. Эта нить от груза Е идет через неподвижный блок А, затем охватывает подвижный блок В, возвращается вверх на неподвижный блок С, соосный с блоком А, проходит параллельно гладкой наклонной плоскости, где к концу нити привязан груз D. Наклонная плоскость образует угол а с горизонтом. К подвижному блоку В прикреплен груз К весом Q. Коэффициент трения скольжения груза Е о горизонтальную плоскость равен /. Массами блоков пренебречь.

361

Выяснить условие, при котором груз К будет опускаться. Найти ускорение этого груза. В начальный момент скорости всех грузов равнялись нулю.

Ответ: Q>P(/+sina); w =

gQ-*(f+sina)

К задаче 47.20.

К задаче 47.21.

47.22* (945). Призма А весом Р скользит по гладкой боковой грани призмы В весом Q, образующей угол а с горизонтом.

Определить ускорение призмы В. Трением между призмой В а горизонтальной плоскостью пренебречь.

Р sin 2a

Ответ: ™ = 8

К задаче 47.22.

 

 

К задаче 47.23.

47.23* (1120). На гладкой

горизонтальной

плоскости

помещена

треугольная призма ABC

весом Р, которая может

скользить

без трения

по этой плоскости; по

грани

призмы АВ катится без

скольжения

однородный круглый цилиндр весом Q.

 

 

 

 

Определить ускорение призмы.

 

 

 

 

 

Ответ: Ускорение

направлено

влево

и равно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q sin

2a

 

 

 

 

47.24*

(946). Через

блоки

А

и В с

неподвижными

осями

пере-

брошен шнур, поддерживающий подвижный блок

С; части шнура, не

лежащие

на

блоках,

вертикальны. Блок

С нагружен

гирей

весом

Р =

4«,

к

концам

шнура

прикреплены

грузы

весом

Pj==2 « и

Р а =

3 н. Определить ускорения всех трех грузов, пренебрегая массами

блоков и шнура и трением

на

осях.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

3

 

 

 

Ответ: w = Yi8

(вверх); ге>1=д§ (вверх); •ОУ2 =Ц§ (вниз).

 

362

47.25* (947). Грузы Aft и

Afa

одинакового веса р движутся по

двум наклонным направляющим

ОА

и ОВ, расположенным в верти-

кальной плоскости под углами а и р к горизонту; нить, соединяющая

эти грузы, идет

от груза

Mi

через

блок

О,

вращающийся

около

горизонтальной

оси,

охватывает

подвижный

шкив Q, несущий груз

М весом Р, и затем

через

блок Оь

надетый

на ту же ось,

что и

блок О, идет к грузу

Мь

Блоки О\ и О соосные.

 

Определить ускорение w груза М, пренебрегая трением, а также

массами блока,

шкива

и нити.

 

 

 

 

 

_

Р р (sin a 4- sinP)

 

 

 

 

Ответ: w = g

Р +

2р

 

 

 

 

'^///////////////////////////Л

А

М,

К задаче 47.24.

К з»даче 47.25.

К задаче 47.27<

47.26*. Решить предыдущую задачу, заменив грузы Mt и М8 катками весом Р и радиуса г каждый. Катки считать сплошными однородными круглыми дисками. Коэффициент трения качения катков о наклонные плоскости равен fk. Нити закреплены на осях катков.

 

 

Р р fsIsin а -|- sin (5 -j- ^г (c o s а

'

 

 

 

 

 

 

Ответ: w =

g-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47.27* (948). Дана

система из

двух

блоков,

неподвижного А и

подвижного В, и трех

грузов Мь

М%

и Ж3, подвешенных с

помощью

нерастяжимых нитей, как указано на чертеже. Массы грузов

соответ-

ственно

равны

ту,

/Яа и

т%, при

этом

т\ <^ 1Щ -\- /Кз и

лга^/Яз.

Массами

блоков

пренебрегаем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти, при каком соотношении

масс

ть

а

и /и3

груз

All

будет

опускаться в том случае, когда начальные

скорости

грузов

равны

нулю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: Должно

быть / Й ^ > а

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

47.28*. При наезде

крановой

тележки А

на

упругий'

упор В

начинаются колебания

подвешенного

 

на невесомом стержне груза D.

Составить дифференциальные уравнения движения материальной

системы,

если

— масса

тележки,

т$ — масса

груза,

/ — длина

363

стержня, с — коэффициент жесткости пружины упора В. Массой колес

и всеми силами сопротивления пренебречь. Начало отсчета

оси х

взять в левом конце недеформированной пружины.

 

Ответ: (mi -\-т^х-\-

тгЩ cos <р — /я2/<?а sin 9 = — ex, x cos f -j-

? = — g sinср.

 

 

47.29*. Использовав ответ предыдущей задачи, определить

период

малых колебаний груза

при отсутствии упора В.

 

Указание . Пренебречь членом, содержащим множитель <f, считать

с = 0, sin <? « а <р> cos<f s=» 1.

Ответ: Т ^ ^ У

47.30*. Точечная масса А весом Pi движется в вертикальной плоскости по внутренней гладкой поверхности неподвижного цилиндра радиуса /. Точечная масса В весом Р%, присоединенная к массе А

 

К задаче 47 28.

К задаче 47 30.

посредством

невесомого стержня АВ

длиной /, может колебаться во-

круг оси Л,

перпендикулярной к плоскости чертежа. Положения масс

Л и В определены с помощью углов а и ср, отсчитываемых от вертикали.

Составить дифференциальные уравнения движения материальной системы, состоящей из точек А и В, соединенных невесомым стержнем АВ.

Ответ: (mi -\- от2) I& -\-т^Щ cos (ср— я) — т^Щ% sin (ср — а) =

= — (Pi Н-Р«) sin а, Щ -|- Га cos (<р— a) -f- la? sin (<p— а) = —g sin ср, где

^

5

47.31*.

Использовав ответ предыдущей задачи, написать диффе-

ренциальные уравнения малых колебаний рассматриваемой материальной системы.

Указание . Пренебречь членами, содержащими множители $г и as, a

также считать sin (tp—0)=»^ — a, cos(<p — а)«з1,

sin а «sot,

i

 

Ответ: (mi -f- /я2) I'd -j- т^Щ= — (Pt -f- P

2 ) а, /ф-{- /5= — gf, где

«.=4 -a=9-

 

 

 

47.32*. По неподвижной призме Л, расположенной

под углом a

к горизонту, скользит призма В весом P* К призме

В,

посредством

364

к задаче 47.32.

цилиндрического шарнира О и спиральной пружины с коэффициентом жесткости с, присоединен тонкий однородный стержень OD весом Р, и длиной /. Стержень совершает коле- .

бания вокруг оси О, перпендикулярной к плоскости чертежа. Положения призмы В и стержня OD определены посредством координат s и <f.

Написать дифференциальные уравнения движения материальной системы, состоящей из призмы В и

стержня OD, пренебрегая силами трения.

Ответ: (mi -f- от4) s-\- -к- /я,/$* sin (<р -j- а)

=-т c o s (? +

<*) =

 

1

1

..

 

1

 

= (^i -f- Р*) sin a, у

/и,/*ф — у да,/* cos (<?-f- «) = у / V sin у — су, где

Pi

Pi

 

 

 

 

 

47.33*.

Воспользовавшись

ответом

к предыдущей задаче,

опреде-

лить период малых

колебаний

стержня

OD, если PJ cos* а <^ 2с.

У к а з а н и е . Считать sinу =» if, cos(cp-)- а)я»cos а—ip sin а, затем пре-

небречь членами, содержащими множители ф8 и <f-!p.

 

 

Ответ Т= 2к?/g^l±j*

°2 +

 

 

 

 

 

6 (от,-|-«а)(2с— /У coss a)

 

 

 

 

47.34*. Решить

задачу 47.32, считая, что призма А

весом Ръ

дви-

жется по гладкой

горизонтальной

плоскости, а ее положение опре-

деляется координатой х.

 

 

 

 

 

Ответ: (тх 4- /иа -J- /я3) jc -J- (/Wi -|- /яа) s cos a -)- Wi

5-ф8 sin !p —

 

 

 

— от, у ? cos tp= 0,

г

4- ma)Xcos а -j- (от, -j- /и4) S-|- /я, -^ фв sin (tp -f- а) — гщ -j <f X

 

X

cos(<p -f а)= (Pt 4- Р«) sin а, -i да,/2ф _ -1/я,/^cos ср— 1

m/s

X

 

Xcos(cp4 - a)=i - P,/sinf — <7<р, где тх = Ц , т% — Ц,

т3 Р->,

 

 

 

о

о

 

&

§48. Уравнения Лагранжа 2-го рода

48.1(1179). Передача вращения между двумя взаимно перпендикулярными и пересекающимися валами осуществляется двумя коническими

зубчатыми колесами, имеющими соответственно .г, и г2 зубцов; момешы инерции валов с насаженными на них колесами соответственно равны

Ji и J3. Определить угловое ускорение первого вала, если на него действует вращающий момент Ж,, а на другой вал — момент сопротивления М^ Трением в подшипниках пренебречь.

48.2 (1180). В зацеплении, показанном на чертеже, колесо / приводится в движение моментом Мь к колесу 2 приложен момент сопротивления М2 и к колесу 3 —момент сопротивления М3. Найти угловое ускорение первого колеса, считая колеса однородными дисками, массы которых ть тъ т3 и радиу-

сы Ответ:которых гь г2, г3. (

 

 

 

 

 

 

Ei =

-

 

 

к задаче 48.2.

 

48.3 (1181). Определить движе-

 

 

 

 

 

 

ние груза весом Р, висящего на

однородном

тросе

весом

Р{ и длиной /; трос навернут на барабан

радиуса

а

и весом Р2; ось

вращения горизонтальна; трением прене-

брегаем;

массу

барабана

считаем равномерно

распределенной по его

ободу. В

начальный

момент

t = О система

находилась в покое; длина

свисавшей части троса /0.

 

 

 

 

У к а з а н и е .

Пренебречь

размерами барабана

по сравнению с длиной

свешивающейся части троса.

 

 

 

 

Ответ:

= —™+

 

]/"•

Pig

г*.

 

 

48.4 (1183)* В эпициклическом механизме бегающая шестеренка радиуса Г\ насажена на кривошип с противовесом, вращающейся вокруг оси неподвижной шестеренки под действием приложенного момента М. Определить угловое ускорение вращения кривошипа и окружное усилие S в точке касания шестеренок, если расстояние между осями

К «доте 48.3.

К задаче 48.4.

шестеренок равно /, момент инерции кривошипа с противовесом относительно оси вращения кривошипа равен Jo, масса бегающей шестеренки ть момент инерции шестеренки относительно ее оси Jx;

866

трением пренебречь;

центр тяжести шестеренки и кривошипа с про-

тивовесом находится на оси вращения кривошипа.

Ответ: е =

М

о = -Jftl-e.

48.5 (1184). В планетарном механизме колесо с осью О1 неподвижно; к рукоятке OjO3 приложен вращающий момент М; мехамш расположен в горизонтальной плоскости. Определить угловое ускорение рукоятки, считая колеса однородными дисками с одинаковыми магами т и радиусами г и пренебрегая кассой рукоятки.

/I

M

 

 

К. задаче

48.5.

 

 

 

 

 

 

 

К задаче

48.6.

 

48.6 (1185). В зацеплении, показанном на

чертеже,

колесо 2,при-

водимое в движение рукояткой О-^О^, катится

без

скольженш по

внутренней

поверхности

неподвижного

колеса

3 и

приводит во вра-

щение вокруг неподвижной оси

Ог

колесо

/.

Известно,

 

что колесо

/

вращается

в

10 раз

быстрее

рукоятки.

 

Счишя колеса однородными дисками одинаковой тол-

 

щина и из одного и того же материала, найти угловое

 

усксрение

рукоятки в предположении, что к

колесу

/

 

при.ожеи

постоянный

момент

сопротивления

 

Мь

 

а

1 рукоятке — постоянный

 

вращающий

момент

 

М;

 

мехшзм расположен в горизонтальной плоскости; мас-

 

сой рукоятки пренебречь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М — 1 (Ш,

 

 

Ответ: Угловое ускорение

рукоятки е —

 

.

\

 

где

J—момент

инерции

колеса

/

относительно

его

 

оси вращения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48.7 (1189). Груз М, весящий 101 кГ, поднимает с

 

помвдью полиспаста груз Mv

который вместе с

под-

 

вижюй обоймой весит 320 кГ. Всех блоков четыре;

 

болшие блоки

весят

по

16 кГ, малые —по 8 кГ, радиу-

 

сы (ОЛЬШИХ бЛОКОВ раВНЫ Г, радиусы

 

МаЛЫХ раВНЫ

Г\.

К задаче НЦ

Определить

ускорение груза

М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При определении

энергии

блоков

предполагаем, что маесн ш

равюмерно

распределены

по окружности.

 

 

 

 

 

 

Qmeem: 0,1

g.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48.8 (1190). Кривошипный механизм

состоит из поршня массой тх,

шатуна

АВ массой т2,

кривошипа ОВ,

вала

и махового колеса; J2

момент

инерции шатуна

относительно его

центра масс С; У3 — момент

 

 

инерции

кривошипа

ОВ,

вала и

 

 

махового

колеса

относительно

 

 

оси;

 

й — площадь

поршня;

р

 

 

давление,

действующее

на

пор-

 

 

шень;

/ — длина

шатуна;

s —

 

 

расстояние между точкой А и

 

 

центром

тяжести

шатуна;

г

 

К задаче 48.8.

длина кривошипа ОВ; М — момент

 

сопротивления, действующий

на

 

 

вал. Составить уравнения движе-

ния механизма, считая

угол поворота шатуна if малым,

т. е. полагая 1

sini])=i|) и cos 1)3= 1; в качестве обобщенной координаты взять угол по-' ворота кривошипа ф. Механизм расположен в горизонтальной плоскости.

 

Ответ: \{тх + т2) r2sin2(p + (J2

-f- ms2)

(~-j2 сов2ф -f- 7S1 ip +

 

(ml

+ /Щ) г2 — (Л + nis2) l-j\

cos ф sin ффа — — M -{-pQrsin ф.

 

48.9 (1191). В машине для статического уравновешивания под-

шипники

наклонены

под

углом

а

к вертикали. Ротор, помещенный

в

подшипник, имеет

момент инерции

J

(относительно

своей оси)

и

несет

неуравновешенную

массу

т на

 

расстоянии г от оси. Напи-

сать дифференциальное

уравнение

движения ротора и определить

 

 

 

частоту

малых

колебаний около

положения

 

 

 

.равновесия.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: (тг2-

\-J)ip+ mgr sin a sin ф = 0,

 

 

 

 

 

 

 

sin a

 

где Ф— угол

поворота

 

 

 

к

У пи* -j~ J

*

 

 

 

 

 

ротора.

 

 

Mi

К задаче 48.9.

К задаче 48.10.

К задаче 48.11.

48.10 (1192). Материальная точка с массой т движется под влиянием силы тяжести по циклоидальной направляющей, заданной уравнением 5= 4а8Шф, где s —дуга, отсчитываемая от точки О, а ф — угол касательной к циклоиде с горизонтальной осью. Определить движение точки.

Ответ: s=A sin ( у 1/ ~t-\~ q>0L где А и ф0 — постоянные интегрирования.

368

 

48.11

(1193).

Составить уравнение движения маятника, состоящего

из

материальной

точки

М массы т, подвешенной на нити, наверну-

той

на

неподвижный

цилиндр радиуса г. Длина

свисающей в поло-

жении

равновесия части нити равна /. Массой нити пренебречь.

 

Ответ:

(I-\-г$)

Ь-{-rb2-\-g sin $ = 0,

где

Ф— угол

отклонения

маятника

от

вертикали.

 

 

 

 

 

 

48.12

(1194). Составить уравнение движения маятника, состоя-

щего

из

материальной

точки массы т, подвешенной на нити, длина

которой

изменяется по произвольно заданному закону l—l

(t).

 

Ответ: cp-(-2_-cp + 4"Sin<p = 0, где

ф —угол

отклонения нити

от

вертикали.

 

 

 

 

 

 

 

 

48.13

(1195). Найти

в предыдущей задаче

движение маятника для

случая

малых

колебаний

при равномерном

удлинении нити

по закону

Указание . Взять I(t) за независимую переменную.

Ошепи

ф в 7

а— произвольные постоянные, Jb Кх —функции Бесселя

иНеймана 1-го порядка.

48.14(1196). Точка подвеса маятника, состоящего из материаль-

ной точки массы т, висящей на нерастяжимой нити длиной /, дви-где

жется

по

заданному

закону

£=

£о(О п о

 

наклонной прямой, образую-

щей угол а с горизонтом.

Составить

 

 

 

 

уравнение

движения

маятника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О т е т :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48.15

(1197).

Два

вала,

находящихся

 

 

 

 

в

одной

 

плоскости

и

образующих

между

 

 

 

 

СОбОЙ

уГОЛ

а, Соединены

шарниром

Кар-

 

 

К задаче 48.15.

дана.

Моменты

инерции

валов

равны

J1

 

 

 

 

и J%. Составить уравнение движения первого вала, если на него дей-

ствует

вращающий

момент

Мь

а к другому валу приложен

момент

сопротивления М2. Трением

в

подшипниках

пренебречь.

 

 

 

Ответ:

Обозначая

через

ф угол

поворота

первого

вала,

имеем

Г,

i

,

/

 

cos а

\2"| ..

/2

sin2

а

cos2 а

sin

2ф .2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,,

. .

cos

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— Мг

— М22 1 — sin2 а

cos2 ф '

 

48.16 (1198). Найти в предыдущей задаче движение первого вала

для

случая

малого

угла

а

 

между

валами.

Вычисления

произвести

с

точностью

до

а2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

Ф — у

/ T / ' ^ + ^

+ Q»

г Де

Q

и С2 — произвольные

постоянные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

369

48.17 (1199). Показанный

на

чертеже

 

эпициклический механизм,

расположенный

в горизонтальной

плоскости, состоит из кривошипов

 

OiOi

и О2Оз,

шатуна

О3О4 и четырех

зубчатых

 

колес:

 

/,

2,

3 и 4

соответственно

радиусов

 

г1 = 50 мм, г2 = 80 мм, г 3 = 1 2 0 мм, г4 =150лш;

 

О/),, = О 3 О 4 = 270 мм;

О1 О4 2 О3 = 200 мм.

 

Колесо / неподвижно. Считая колеса однород-

 

ными

дисками

одинаковой

толщины и из одного

 

и того

же материала и пренебрегая массой рукоя-

 

ток и

 

силами трения, вычислить, какое усилие F

 

(считая

его постоянным

и

направленным

вдоль

 

ОлОа)

 

надо приложить

 

к

рукоятке 03Ot,

чтобы

К задаче 48.17.

в течение

1 сек повернуть

рукоятку О2О3

на угол

 

30°, если

в начальный

 

момент система

была не-

подвижна и

О2 О3 О4 = 90°; вес подвижных

колес равен

30 кГ.

рЯ/6

 

-,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: F

= 0.48 | f

-^£=1^=1,03 кГ,

 

 

L0 sin

48.18{1200). Бегуны К, К приводятся в движение от вала дви-

гателя при помощи передачи, схема

которой

показана на чертеже.

Вес

одного

бегуна равен

3 т,средний радиус R= 1 м, радиус вра-

 

 

 

•j

Т

щения

г = 0,5 м. Считаем,

 

 

 

 

что

мгновенная ось враще-

 

 

 

 

ния

бегуна

проходит через

 

 

 

 

 

среднюю

 

точку

С

обода.

 

 

 

 

 

Отношение

радиусов

колес

 

 

 

 

 

конической

передачи от дви-

 

 

 

 

 

гателя

к вертикальному валу

 

 

 

 

 

ОХО равно 2/3. Бегун счи-

 

 

 

 

 

таем

 

однородным

диском

 

 

 

 

 

радиуса

R и пренебрегаем

 

 

 

 

 

массой всех движущихся ча-

 

 

X задаче 48.18.

 

 

стей

по сравнению с массой

 

 

 

 

 

бегунов.

Вычислить,

какой

постоянный вращающий момент должен быть

 

приложен

на валу

двигателя, чтобы сообщить вертикальной оси ОХО угловую

скорость

120

об/мин

по истечении

10 сек от момента

пуска двигателя; силами

сопротивления пренебречь.

Ответ: 320 кГм.

48.19 (1201). Однородный круговой конус катится по шероховатой плоскости, наклоненной под углом а к горизонту. Длина образующей конуса /, угол раствора 2р.Составить уравнение движения конуса.

У к а з а н и е . За обобщенную координату принять угол й, образованный соприкасающейся образующей с прямой наибольшего наклона плоскости.

Ответ:

g s i n a .. sinfl^O.

370