Определение абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки при сложном движении.
Исходные данные: (рад), (см), (см), см.
Исходное положение механизма изображено на рис.47.
Определить скорость и ускорение точки М в сложном движении при
t = (c).
Решение.
|
· первое движение (относительное ), когда точка М движется в пазу твердого тела D, представляет собой криволинейное движение с кривизной радиуса R;
· второе движение (переносное ), когда точка М движется относительно оси z вместе с телом D (вращательное движение относительно оси вращения z).
Для определения абсолютной скорости и ускорения точки М требуется рассмотреть движение точки в заданный момент времени в относительном и переносном движениях.
2.Определим положение системы в заданный момент времени.
2.1. Определим положение точки М в относительном движении.
Для нахождения положения точки в теле D подставим в уравнение заданный момент времени.
При t = 1/9 с см.
При t = 0 с см.
Для изображения данного положения на траектории введем дополнительный угол , который образуется относительно центра дуги тела D (радиуса R) между начальным положением точки О и конечным положением М (рис. 48).
рад .
|
2.2. Определим положение точки М в переносном движении.
Для нахождения положения точки, требуется определить положение тела D в заданный момент времени.
При t=1/9 с
рад
Поскольку для закона вращательного движения относительно оси z ( ) не указано начальное положение, то примем, что система на рис. 48 изображена в заданном положении при , а на схеме указано положительное значение .
Траекторией точки М в переносном движении является окружность радиусом Re.
3. Определим абсолютную скорость точки М в заданный момент времени.
Абсолютная скорость точки М равна геометрической сумме относительной и переносной скоростей
.
3.1. Определим относительную скорость точки М.
Согласно заданному относительному закону криволинейного движения скорость определяется как первая производная по времени
.
При t = 1/9 с см/с.
При > 0, положительное значение относительной скорости в данный момент времени показывает, что вектор скорости направлен по касательной к траектории движения из точки М в сторону положительного отсчета по траектории (рис. 49). Положительный отсчет изображается в направлении от точки О к точке М по траектории .
|
3.2. Определим переносную скорость точки М.
Согласно заданному переносному закону вращательного движения , скорость определяется
,
где Rе – радиус окружности, описываемой точкой М тела D в переносном движении относительно оси z, см;
– угловая скорость в переносном движении, определяется как первая производная от закона вращательного движения по времени
.
При t = 1/9 с
с-1.
Если > 0, положительное значение , показывает, что вращение тела D происходит относительно оси z в сторону, отсчета угла ( ).
Численное значение вектора скорости в переносном движении составит
см/с.
Вектор направлен из точки М по касательной к окружности в переносном движении (радиуса Rе) в сторону вращения тела ( // ) (рис.49).
3.3.Определим абсолютную скорость точки М.
Поскольку вектора относительной и переносной скоростей взаимно перпендикулярны (принадлежат взаимно перпендикулярным плоскостям, рис.49.), то численное значение абсолютной скорости определим по теореме Пифагора, где гипотенуза
см/с.
Вектор абсолютной скорости графически изобразится из точки М как диагональ построенного параллелограмма на векторах относительной ( ) и переносной ( ) скоростей.
4. Определим абсолютное ускорение точки М в заданный момент времени.
Согласно теореме сложения ускорений, абсолютное ускорение точки М в заданный момент времени составит число равное геометрической сумме относительного, переносного и кориолисова ускорений
.
В развернутом виде
.
4.1. Модуль относительного касательного ускорения точки М в заданный момент времени.
.
При t = 1/9 с см/с2.
Положительное значение > 0 указывает, что вектор направлен по касательной к траектории в относительном движении в сторону положительных значений Sr (рис.50).
Вектора и направлены в одну сторону, следовательно, относительное движение точки М в данный момент ускоренное.
4.2. Относительное нормальное ускорение точки М в заданный момент времени.
,
где – радиус траектории точки М в относительном движении
см/с2.
|
Вектор направлен из точки М к центру кривизны в относительном движении (траектории ) (см. рис.50).
4.3. Модуль переносного касательного ускорения точки М в заданный момент времени
,
где – угловое ускорение в переносном движении (вращении относительно оси z) тела D.
.
При t = 1/9 с с-2
При >0 положительное значение указывает, что направление углового ускорения , совпадает с направлением угла поворота ( ).
Если направления и совпадают, то вращение тела D относительно оси z ускоренное (см. рис.50).
см/с2.
Вектор направлен из точки М перпендикулярно в сторону, вращения углового ускорения . Вектора и направлены в одном направлении при ускоренном движении.
4.4. Модуль переносного нормального ускорения точки М в заданный момент времени.
.
При t=1/9 с см/с2.
Вектор направлен из точки М к центру траектории в переносном движении (к оси вращения z) (см. рис.50).
4.5. Кориолисово ускорение точки М в заданный момент времени.
Модуль кориолисова ускорения
,
где – угол между векторами и , в данном случае (см. рис.50).
см/с2.
Вектор направлен согласно правилу векторного произведения (вектор поворачивают на 90 в сторону относительно точки М).
4.6. Абсолютное ускорение точки М в заданный момент времени.
Численное значение абсолютного ускорения точки М определим путем проекций векторного равенства ускорений на координатные оси
.
Проецируем векторное равенство ускорений на ось х/
см/с2.
Проецируем векторное равенство ускорений на ось y/
,
см/с2.
Проецируем векторное равенство ускорений на ось z/
см/с2
см/с2.
Для графического изображения вектора абсолютного ускорения точки
М, строим в масштабе проекции ускорений по координатным осям (рис.51).
|
Приложение
Образец выполнения титульного листа
к самостоятельным практическим задачам
Федеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Березниковский филиал
Кафедра технологии и механизации производств