七、平面图形内各点的加速度 已知平面图形上一点A 的加速度 、图形的角速度 与角加速度 ,确定平面图形上任意点B的加速度 两边求导:
——加速度合成定理 平面图形内任一点的加速度,等于随基点平动的加速度(牵连加速度)与绕基点转动的法向、切向加速度(相对加速度)的矢量和。 将 向AB的连线投影: 当 则有
例1 车轮沿直线作纯滚动,已知轮的半径为R,轮心的速度和加速度分别为 。 试求:图示瞬时车轮上速度瞬心P的加速度 解: 以轮心点O为基点分析点P的加速度,如图所示。 由于点P为速度瞬心,则 轮的加速度为
由加速度合成定理 大小 ? √ √ √ 方向 ? √ √ √ 所以 结论:速度为零的点——瞬心,加速度不为零。
图示机构中,OA=12cm,AB=30cm,AB杆的B端以 =2m/s,aB=1m/s2向左沿固定平面运动。求图示瞬时,AB杆的角速度和角加速度,以及点A的加速度。 例2 解:AB杆作平面运动,由A、B两 点的速度方向可知AB杆作瞬时 平移,如图所示。 则有
以点A为基点,研究点B的加速度, A B y 大小 √ √ ? √ ? 方向 √ √ √ √ √ 向AB连线投影 得: 在y轴上投影 结论:瞬时平动刚体的角速度为零,角加速度不为零。
例3 vA= vB=wr wB= vB/r=w wAB=0 圆轮在曲面做纯滚动,杆OA做匀速转动,巳知:w=10 rad/s, OA=r=10cm,AB=l=40cm, R=20cm, 试求:圆轮与杆AB的角加速度。 vA w A B r R 解: 杆AB作瞬时平动 vB vA= vB=wr wB= vB/r=w wAB=0
AB: aBtcos f – aBn sin f =aAn sin f vA wAB w A B r R 以A为基点,求点B的加速度 aAB aAn aBAn vB f aBt aBAt aBn aAn AB: aBtcos f – aBn sin f =aAn sin f aAn= w2r aBn= v B2/(R+r) aB= aBt/ r= –17.2 1/s2 ; y: aBn = aBAt cosf +aAn aBAn= 0 aBAt=688.5 cm/s aAB= aABt/ l= –17.2 1/s2 ;
例4 解: 三角形ABC作平面运动 设其边长为l,转动的角速 度和角加速度分别为w和a
(1)以A为基点,点B的加速度: 式中:
(2)以A为基点,点C的加速度:
例5 图示平面机构,半径为R的轮子沿固定水平轨道作纯滚动,杆OA以 匀角速度绕O轴转动。 已知:w=2rad/s,OA=R=15cm, BD=BC=45cm,AD=30cm, OD铅垂。在图示位置时,OA处 于水平,BD⊥BC。 试求该瞬时轮心C的速度和加速度。
解: 杆BD作瞬时平动 选点A为基点 (逆钟向) BC平面运动,速度瞬心在P点
再以点B为基点