Сложное движения. Мгновенный центр скоростей.

Мгновенным центром скоростей называется точка плоской фигу­ры, скорость которой в данный момент времени равна нулю. Легко убедиться, что если фигура движется непоступательно, то такая точка в каждый момент времени t существует и притом единственная.

Полученные результаты приводят к следующим выводам.

1. Для определения мгновенного центра скоростей надо знать то­лько направления скоростей и каких-нибудь двух точек А и В плоской фигуры (или траектории этих точек); мгновенный центр скоростей находится в точке пересечения перпендикуляров, вос­ставленных из точек А и В к скоростям этих точек (или к каса­тельным к траекториям).

2. Для определения скорости любой точки плоской фигуры, надо знать модуль и направление скорости какой-нибудь одной точки А фигуры и направление скорости другой ее точки В. Тогда, вос­ставив из точек А и В перпендикуляры к и , построим мгно­венный центр скоростей Р и по направлению определим направ­ление поворота фигуры. После этого, зная , найдем скорость любой точки Мплоской фигуры. Направлен век­тор перпендикулярноРМ в сторону поворота фигуры.

3. Угловая скорость плоской фигуры равна в каждый данный момент времени отношению скорости какой-нибудь точки фигуры к ее расстоянию от мгновенного центра скоростей Р:

.

Рассмотрим некоторые частные случаи определения мгновенного центра скоростей.

а) Если плоскопараллельное движение осуществляется путем качения без скольжения одного цилиндрического тела по поверх­ности другого неподвижного, то точка Р катящегося тела, касаю­щаяся неподвижной поверхности, имеет в данный момент времени вследствие отсутствия скольжения скорость, равную нулю (), и, следовательно, является мгновенным центром скоростей. Примером служит качение колеса по рельсу.

б) Если скорости точек А и В плоской фигуры параллельны друг другу, причем линия АВ не перпендикулярна , то мгновенный центр скоростей лежит в бесконечности и скорости всех точек параллельны . При этом из теоремы о проекциях скоростей следует, что т. е. ; аналогичный результат получается для всех других точек. Следовательно, в рас­сматриваемом случае скорости всех точек фигуры в данный момент времени равны друг другу и по модулю, и по направлению, т.е. фигура имеет мгновенное поступательное распределение скоростей (такое состояние движения тела называют еще мгновенно поступа­тельным). Угловая скорость тела в этот момент времени, как видно равна нулю.

в) Если скорости точек А и В плоской фигуры параллельны друг другу и при этом линия АВ перпендикулярна , то мгновен­ный центр скоростей Р определяется построением. Справедливость построений следует из пропорции. В этом случае, в отличие от предыдущих, для нахождения центра Р надо кроме направлений знать еще и модули скоростей .

г) Если известны вектор скорости какой-нибудь точки В фигуры и ее угловая скорость , то положение мгновенного центра скоростей Р, лежащего на перпендикуляре к , можно найти как .

Сложение двух вращательных движений.

При сложении двух направленных в одну сторону вращательных движений вокруг параллельных осей образуется вращение вокруг мгновенной оси с абсолютной угловой скоростью, равной сумме угловых скоростей первого и второго вращений.

При сложении направленных в противоположные стороны двух вращательных движений вокруг параллельных осей также образуется вращение около мгновенной оси, но с абсолютной скоростью, равной разности угловых скоростей первого и второго вращений.

Итак, при сложении двух вращательных движений вокруг пересекающихся осей абсолютная угловая скорость тела равна геометрической сумме угловых скоростей в первом (относительном) и втором (переносном) движениях.

Планетарные передачи.

Планетарная передача — механическая передача вращательного движения, за счёт своей конструкции способная в пределах одной геометрической оси вращения изменять, складывать и раскладывать подводимые угловые скорости и/или крутящий момент. Обычно является элементом трансмиссии различных технологических и транспортных машин.

Конструктивно ПП всегда представляет собой набор взаимозацепленных зубчатых колёс (как минимум, не менее 4-х), часть из которых (не менее 2-х) имеет общую геометрическую неподвижную ось вращения, а другая часть (также, не менее 2-х) имеет подвижные оси вращения, концентрически вращающиеся на так называемом «водиле» вокруг неподвижной. Зубчатые колёса на неподвижной оси всегда связаны друг с другом не напрямую, а через зубчатые колёса на подвижных осях, а ввиду того, что вторые способны не только вращаться относительно первых, но и обкатывать их, тем самым передавая поступательное движение на водило, все звенья ПП на которые можно подавать/снимать мощность получают возможность вращаться дифференциально, с тем лишь условием, что угловая скорость любого такого звена не абсолютно хаотична, а определяется угловыми скоростями всех остальных звеньев. В этом плане ПП похожа на планетарную систему, в которой скорость каждой планеты определяется скоростями всех остальных планет системы. Дифференциальный принцип вращения всей системы, а также то, что в своём каноническом виде набор зубчатых колёс, составляющих ПП, собран в некоем подобии солнца и эпициклически движущихся по орбите планет, даёт данной механической передаче такие присущие только ей интернациональные определения, как планетарная, дифференциальная или эпициклическая, каждое из которых в данном случае есть синонимы.

С точки зрения теоретической механики планетарная передача — это механическая система с двумя и более степенями свободы. Эта особенность, являющаяся прямым следствием конструкции, есть важное отличие ПП от каких-либо других передач вращательного движения, всегда имеющих только одну степень свободы. И эта особенность наделяет саму ПП тем важным качеством, что в аспекте воздействия на угловые скорости вращения ПП может не только редуцировать эти скорости, но и складывать и раскладывать их, что, в свою очередь, делает её основным механическим исполнительным узлом не только различных планетарных редукторов, но таких устройств как дифференциалы и суммирующие ПП.

Наиболее широкое применение принцип нашёл в планетарных редукторах, автомобильных дифференциалах, бортовых планетарных передачах ведущих мостов тяжёлых автомобилей, кроме того, используется в суммирующих звеньях кинематических схем металлорежущих станков, также в редукторах привода воздушных винтов турбовинтовых двигателей (ТВД) в авиации, также довольно распространены планетарные втулки для велосипедов. В современных устройствах могут использоваться каскады из нескольких планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел. На этом принципе работают многие автоматические коробки передач. Часто планетарные передачи используются для суммирования двух потоков мощности (например, планетарные ряды двухпоточных трансмиссий некоторых танков и др. гусеничных машин), в этом случае неподвижно зафиксированных элементов нет. Например, два потока мощности могут подводиться к солнечной шестерне и эпициклу, а результирующий поток снимается с водила. Планетарные передачи также используются в случаях, когда необходимо переменное передаточное отношение (может быть достигнуто торможением, например, водила).

Конструкция передачи со многими сателлитами обеспечивает зацепление большего числа зубцов и потому меньшую нагрузку на каждый зубец. Это позволяет достичь меньших размеров и массы по сравнению с обычной передачей при той же передаваемой мощности.

Соосность ведущих и ведомых валов облегчает компоновку машин и каскадных механизмов. Сбалансированность сил в передаче приводит к меньшему уровню шума.

Конструкция передачи позволяет достичь больших передаточных отношений при малом числе колёс.

К недостаткам планетарных передач относят повышенные требования к точности изготовления и сборки, а также малый КПД при больших передаточных отношениях.

Основные понятия и аксиомы динамики.

Динамикой называют раздел теоретической механики, в котором изучаются движения материальных тел в зависимости от сил, их вызывающих. В динамике решают задачи о связи сил и движений. Основные понятия динамики: Понятие о силе, как об основной мере механического действия, оказываемого на материальное тело, было введено в статике. Но в динамике рассматриваются не только постоянные силы, но и переменные, модули и направления которых при движении тела изменяются. При этом различают активные силы и реакции связей. Инертность – способность материального тела сопротивляться изменению скорости при действии на него некоторой системы сил. Количественной мерой инерции материального тела является скалярная положительная величина, называемая его массой. Кроме суммарной массы движение тела зависит в общем случае от формы тела, точнее от взаимного расположения образующих его частиц, т.е. от распределения масс в теле. С целью исключения этого влияния вводят абстрактное понятие о материальной точке, как о геометрической точке, обладающей массой. Изучение динамики точки начинают с изучения аксиом динамики.

Первая аксиома (закон инерции): изолированная от внешних воздействий материальная точка сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока приложенные силы не заставят ее изменить это состояние. Движение, совершаемое точкой при отсутствии внешних сил и реакций, называют движением по инерции. Свойство материальной точки сопротивляться изменению скорости называют инерцией. Систему координат, в которой справедлива первая аксиома, называют инерциональной. Вторая аксиома (основной закон динамики): Ускорение, сообщаемое материальной точке действующей на нее силой, имеет направление силы и по модулю пропорционально ей. Уравнение называют основным уравнением динамики точки Третья аксиома (закон равенства действия и противодействия). Две материальных точки действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными вдоль прямой, (проходящей через эти точки), в противоположные стороны. Четвертая аксиома (принцип суперпозиции). При одновременном действии нескольких сил ускорение материальной точки равно векторной сумме ускорений, которые имела бы эта точка при действии каждой из сил в отдельности: , где: 27. Сила инерции. Силы являются причиной любого изменения состояния движения, т.е. любого ускорения. Ускорение возникает в направлении действия силы. Кроме того, существуют так называемые силы инерции, которые возникают как следствие ускорений. Они направлены в сторону, противоположную ускорению. Силы инерции возникают только в системе отсчета, движущейся с ускорением, т. е. это кажущиеся силы.

Силы, вызывающие ускорение данного тела, и силы инерции, возникающие вследствие ускорения, всегда равны по величине и противоположно направлены.

F_u=-F, F-ma=0, F_u=-ma

Здесь:
F — сила, сообщающая телу ускорение (Ньютон), F_и — сила инерции (Ньютон), m — масса тела (кг),
a — ускорение (м/с²).

Чтобы установить, как движется тело, на которое действует сразу несколько сил, часто пользуются принципом динамического равновесия (ΣF = 0), причем в этом случае кроме действующих сил и сил трения следует также учитывать кажущиеся силы инерции (принцип Даламбера).