理论力学运动学作业解答学.ppt

P155题7-8,解：,一、直角坐标法，取M为动点，连接MO1，=t，几何关系如图所示,2,v,ay,ax,a,则M点的运动方程为：x=R+Rcos2ty=Rsin2t,对上式求导得：vx=x=2Rsin2tvy=y=2Rcos2t,则M点的速度为：,对速度分量求导得：ax=vx=42Rcos2tay=vy=42Rsin2t,则M点的加速度为：,cos(a,i)=ax/a=cos2t,二、自然法（由下述结果可知：轨迹已知时，用自然法更简便）,M点的运动方程为：s=R2t=2Rt,则M点的速度为：v=s=2R,根据有关公式得：at=v=0an=v2/R=4R2,则M点的加速度为：指向曲率中心O1,P155题7-8,cos(v,i)=vx/v=sin2t,vx,vy,(v,i)=/2+2t,(a,i)=+2t,2,v,a=an,沿M点的切线指向左上方,R,R,s,M0,0,已知动点的运动方程：x=50t，y=500t2，x、y单位为m，t单位为s，求t=0时，动点的切向加速度和法向加速度及轨迹的曲率半径。,P156题7-11,解：运动方程对时间求导得：vx=x=50vy=y=2tax=vx=0ay=vy=2,动点速度为：,而动点加速度为：,动点切向加速度为：,动点法向加速度为：,动点处的轨迹曲率半径为：,另解（按P152例7-7推导出的计算式进行计算，从第三步开始）,动点处的轨迹曲率半径为：,动点法向加速度为：,动点切向加速度为：,M,O,O1,x,y,摇筛机构O1O2=AB，O1A=O2B=l=40cm，杆O1A按的规律摆动，求t=0和t=2s时，0=0.5rad，筛面中点M的速度和加速度。,P171题8-1,解：AB杆平动。为求中点M的速度和加速度，只需求出A点（或B点）的速度和加速度即可。本题中点A在圆弧上运动，圆弧的半径为l。如以最高点O为起点，规定弧坐标s向左为正，则A点的运动方程为,将上式对时间求导，得A点的速度,再求一次导，得A点的切向加速度,A点的法向加速度,代入t=0和t=2，l=40cm，0=0.5rad就可求得A点在该两瞬时的速度和加速度，亦即点M在该两瞬时的速度和加速度。计算结果列表如下：,绞车由带轮、及鼓轮组成，轮和轮固连，各轮半径分别为r1=30cm，r2=75cm，r3=40cm，轮转速n1=100rpm。轮与胶带间无滑动，求重物M上升的速度和胶带AB、BC、CD、DA各段上点的加速度。,P172题8-8,解：属定轴转动刚体及其传动问题,由图知：n3=n2=r1n1/r2=30100/75=40rpm,因带与各带轮间无滑动，故带与带轮轮缘的速度大小均相等，即：vAB=vBC=vCD=vDA=r11=r1n1/30=30100/30m/s,绳不伸长，故重物与轮轮缘上点H的速度相等vM=vH=r33=r3n3/30=4040/301.68m/s,H,因轮匀速转动，故1、2、3均为常量，1=2=3=0即各轮定轴匀速转动。,BC段与轮接触，aBC=v2BC/r2=2/0.75=13.16m/s2，指向轮的轴心,DA段与轮接触，aDA=v2DA/r1=2/0.30=32.90m/s2，指向轮的轴心,vM,AB段和CD段为直线，aAB=aCD=0,P172题8-9,摩擦传动机构主动轮1的转速n=600rpm，它与被动轮2的接触点C按箭头方向移动，距离d=10-0.5t(cm、s)，r=5cm，R=15cm，求(1)以表示轮2的角加速度；(2)d=r时，轮2边缘上一点A的全加速度。,解：两轮只滚不滑时，两轮接触点C处的速度相同，即vc1=vc2,(1)1=n1/30=20(rad/s)，由vc1=vc2即1r=2d得2=1r/d=100/(100.5t)2=2=50/(100.5t)2=50/d2(rad/s2),(2)当d=r时，aA=R2=R50/d2=1550/52=30(cm/s2),vA=R2=R1r/d=1520=300(rad/s),anA=22R=15(20)2=60002(cm/s2)或anA=vA2/R=(300)2/15=60002(cm/s2),C,A,1,2,摇杆OC通过固定于齿条AB上的销子K带动齿条上下移动，齿条又带动半径为10cm的齿轮绕O1轴转动，如在图示位置时摇杆的角速度=0.5rad/s，求此时齿轮的角速度O1。,选K为动点，动系固连于摇杆。,y,x,P189题9-9,01,解：,则齿条AB包括销K的铅垂运动为绝对运动，,摇杆OC绕O轴转动为牵连运动，垂直于OC，,销子K在齿条槽内的直线运动为相对运动。,牵连速度、相对速度、绝对速度方向如图示,由速度合成定理,va,ve,vr,得：va=ve/sin60=OK/sin60=0.5(40/sin60)/sin60=80/3=26.7(cm/s),齿条为平动刚体，故与齿轮的接触点的速度v也为va，即v=va=O1r,解得：O1=va/r=26.7/10=2.67(rad/s),v,凸轮在水平面上向右作匀速运动，如图所示。设凸轮半径为R，图示瞬时的速度和加速度分别为v和a。求杆AB在图示位置时的速度和加速度。=60,解：,1.选择动点、动系与定系。,动系Oxy，固连于凸轮。,2.运动分析。,绝对运动铅垂平动。,牵连运动水平平动。,动点杆AB的端点A。,相对运动圆周运动。,定系固连于机座。,P190题9-12,3.速度分析。,绝对速度va：大小未知，方向沿杆AB。,相对速度vr：大小未知，方向沿凸轮圆周的切线。,牵连速度ve：ve=v，方向水平向右。,根据速度合成定理,得：,沿杆AB向上,A,B,v,n,R,a,4.加速度分析。,绝对加速度aa：大小未知，为所要求的量，方向沿直线AB。,相对加速度切向分量art：大小未知，垂直于OA，假设向右下。,牵连加速度ae：ae=a，方向水平向左。,相对加速度法向分量arn：aen=vr2/R，沿OA，指向O。,P190题9-12,根据加速度合成定理,将上式投影到法线n上，得,解得杆AB在图示位置时的加速度为：,方向铅垂向下。,最后将a=0，=60代入进行计算得：,方向铅垂向上。,两齿条以速度v1和v2作同向直线平动，两齿条间夹一半径为r的齿轮，求齿轮的角速度及其中心O的速度vO。,解：基点法：以O以为基点，得,v1=vo+rv2=vor,由得:=(v1v2)/2r由+得:vo=(v1+v2)/2,瞬心法：设v1v2，瞬心为C，BC=l，由于齿轮作平面运动，,故有=v2/l及=v1/(l+2r)由此可得：l=2rv2/(v1v2),所以=v2/l=(v1v2)/2r,vo=(l+r)=(v1v2)/2r2rv2/(v1v2)+r=(v1+v2)/2,C,vo,vo,r,r,v1v2，则顺钟向；v1v2，则逆钟向；v1=v2，则=0，齿轮平动。,v1v2，则顺钟向；v1v2，则逆钟向；v1=v2，则=0，齿轮平动。,P209题10-3,P209题10-5,AB,vA,vB,图示四连杆机构中，OA=O1B=0.5AB，曲柄OA以角速度3rad/s绕轴转动，求在图示位置杆AB和杆O1B的角速度。,2,A,解1：O点瞬心，vA=OA=OAAB,AB=3rad/s,vB=ABOB=2O1B，2=ABOB/O1B=5.2rad/s,解3：由速度投影定理得vAcos=vBsin=30,2=OB/O1B=5.2rad/s,解2：以A为基点，得vB=vA+vAB,vA=vABsinOA=ABABsin30,AB,vA,vB,2,A,2=OA