刚体的基本运动(4)

2019-08-03 10:11

Ic???mc(F)    ?    Ic??Frac?r?。于是得:

?

此外,由运动学知,作纯滚动时,

ac?Wsin?I(m?c)r2

2?I?m?Cccc令为滚动物体对于其质心的回转半径,则,

? ac?

g?sin?1?(?cr)2

F?同时得到: 由于物体作纯滚动,

IcacWS?in?rr21?()2?c

F?Fm,而Fm?fN?fWcos?,所以

Wsin?tg?  ?  f?rr1?()21?()2fWcos??

?c?c

上述关系式给出了滚动物体在斜面上作纯滚动的条件。 (3)设接触处的摩擦系数并不满足上述条件,即当

f?tg?r1?()2?c时,则物体在斜面上不能保持纯滚动而将连滚带滑地运动。在这个情

况下,将不存在可以求得:

ac?r?这个关系式,但是,满足另一关系式F?fN。与动力学方程联立,

??FrfNrfWrcos?frgcos????IcIcIc?c2

ac?11(Wsin??F)?(Wsin??fWcos?)?g(sin??fcos?)mm

例 半径为r的圆盘在水平面上作直线纯滚动,其轮心O的速度

vO为常量。杆AB长

l,其B端用铰链与圆盘边缘相连接。求在水平面上运动的A端的加速度(以转角?表示之)。

解: 这是两个作平面运动刚体组成的系统。每个刚体均有自己的运动量?,?,而点B为两刚体的连接点,应为求解本题的关键点。解决本题所用知识为平面运动点的速度、加速度分析,具体步骤为:

1°运动分析。杆AB作平面运动,其上点A的轨迹为直线。圆轮作平面运动,且为纯滚;其上轮心的轨迹为直线,而且运动是已知的。

2°速度分析

1,角速度?1转向如图(b)所示。 圆轮:速度瞬心为点P

?1?vO/r

?v?vB?PB??1?2rsin?O?2vOsin2r2

杆AB的速度瞬心为点P2,角速度?2转向如图(b)所示,其大小可由速度瞬心法或由定义求出。下面用定义求。因为

lsi?n?BP1?sin?2rsi2n22

该式两边对时间求一阶导数,有

????2r?2sin??cos??1??lcos???222

?? lcos????rsin???由图示?、?知:它们分别是平面图形的方位角,因此

?? , ?2=??1??

可求出

?2=si?nvO?co?sl

3°加速度分析 轮:

?1?aO/r?0

?nBO

aB?aanBO?

221其中

v?r??Or,方向如图

杆AB aA??aB??a?nAB?a?AB

?2l?2大小 ? √ √ l?2?

作出加速度矢量图(图(b))。该方程在?轴上投影

naA?cos??aAB?aB?cos(90?????)vsin?    =Osin(???)?l(vO)2rlcos?

2sin(???)2lsin2?2aA?vO?23vOrcos?lcos?sin(???)2sin2?2 =vO?vO3rcos?lcos?

n1??1,求轮上点B的加速度时,经常犯这样的错误,即使用这样的结果:aB?BP2a?1两点加速度关系可知1是速度瞬心,其加速度不为0,由O、PB?BP1??1?0。点PnaP1?aP?r?11O21为基点,点B相对P1的法向加。上面aB,aB的计算结果,实际是以点Pn??na?BPa?BP??1??1。 PB11速度和切向加速度:1, P1B2


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