Меню

Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

Динамика:
Динамика материальной системы
§ 42. Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

Задачи с решениями

42.1 Центр масс махового колеса массы 3000 кг находится на расстоянии 1 мм от горизонтальной оси вала; расстояния подшипников от колеса равны между собой. Найти силы давления на подшипники, когда вал делает 1200 об/мин. Маховик имеет плоскость симметрии, перпендикулярную оси вращения.
РЕШЕНИЕ

42.2 Однородный круглый диск массы M равномерно вращается с угловой скоростью ω вокруг неподвижной оси, расположенной в плоскости диска и отстоящей от его центра масс C на расстоянии OC=a. Определить силы динамического давления оси на подпятник A и подшипник B, если OB=OA. Оси x и y неизменно связаны с диском.
РЕШЕНИЕ

42.3 Решить предыдущую задачу в предположении, что при наличии сил сопротивления угловая скорость диска убывает по закону ω=ω0-ε0t, где ω0 и ε0 — положительные постоянные.
РЕШЕНИЕ

42.4 К вертикальной оси AB, вращающейся равноускоренно с угловым ускорением ε, прикреплены два груза C и D посредством двух перпендикулярных оси AB и притом взаимно перпендикулярных стержней OC=OD=r. Определить силы динамического давления оси AB на подпятник A и подшипник B. Грузы C и D считать материальными точками массы M каждый. Массами стержней пренебречь. В начальный момент система находилась в покое. Оси x и y неизменно связаны со стержнями.
РЕШЕНИЕ

42.5 Стержень AB длины 2l, на концах которого находятся грузы равной массы M, вращается равномерно с угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси Oz, проходящей через середину O длины стержня. Расстояние точки O от подшипника C равно a, от подпятника D равно b. Угол между стержнем AB и осью Oz сохраняет постоянную величину α. Пренебрегая массой стержня и размерами грузов, определить проекции сил давления на подшипник C и подпятник D в тот момент, когда стержень находится в плоскости Oyz.
РЕШЕНИЕ

42.6 Ha концы оси AB надеты два одинаковых кривошипа AC и BD длины l и массы M1 каждый, заклиненные под углом 180° относительно друг друга. Ось AB длины 2a и массы M2 вращается с постоянной угловой скоростью ω в подшипниках E и F, расположенных симметрично на расстоянии 2b друг от друга. Определить силы давления NE и NF на подшипники в тот момент, когда кривошип AC направлен вертикально вверх. Массу каждого кривошипа считать равномерно распределенной вдоль его оси.
РЕШЕНИЕ

42.7 К горизонтальному валу AB, вращающемуся с постоянной угловой скоростью ω, прикреплены два равных, перпендикулярных ему стержня длины l, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях (см. рисунок). На концах стержней расположены шары D и E массы m каждый. Определить силы динамического давления вала на опоры A и B. Шары считать материальными точками; массами стержней пренебречь.
РЕШЕНИЕ

42.8 К вертикальному валу AB, вращающемуся с постоянной угловой скоростью ω, жестко прикреплены два стержня. Стержень OE образует с валом угол φ, стержень OD перпендикулярен плоскости, содержащей вал AB и стержень OE. Даны размеры: OE=OD=l, AB=2a. К концам стержней прикреплены два шара E и D массы m каждый. Определить силы динамического давления вала на опоры A и B. Шары D и E считать точечными массами; массами стержней пренебречь.
РЕШЕНИЕ

42.9 Использовав условие задачи 34.1, определить силы динамического давления коленчатого вала на подшипники K и L. Вал вращается равномерно с угловой скоростью ω. При решении можно воспользоваться ответами к задачам 34.1 и 34.23.
РЕШЕНИЕ

42.10 Однородный стержень KL, прикрепленный в центре под углом α к вертикальной оси AB, вращается равноускоренно вокруг этой оси с угловым ускорением ε. Определить силы динамического давления оси AB на подпятник A и подшипник B, если: M — масса стержня, 2l — его длина, OA=OB=h/2; OK=OL=l. В начальный момент система находилась в покое.
РЕШЕНИЕ

42.11 Однородная прямоугольная пластинка OABD массы M со сторонами a и b, прикрепленная стороной OA к валу OE, вращается с постоянной угловой скоростью ω. Расстояние между опорами OE=2a. Вычислить боковые силы динамического давления вала на опоры O и E.
РЕШЕНИЕ

Читайте также:  Стиральные машины автомат работающие при низком давлении воды

42.12 Прямой однородный круглый цилиндр массы M, длины 2l и радиуса r вращается с постоянной угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси Oz, проходящей через центр масс O цилиндра; угол между осью цилиндра Oζ и осью Oz сохраняет при этом постоянную величину α. Расстояние H1H2 между подпятником и подшипником равно h. Определить боковые силы давления: N1 на подпятник и N2 на подшипник.
РЕШЕНИЕ

42.13 Вычислить силы давления в подшипниках A и B при вращении вокруг оси AB однородного тонкого круглого диска CD паровой турбины, предполагая, что ось AB проходит через центр O диска, но вследствие неправильного рассверливания втулки составляет с перпендикуляром к плоскости диска угол AOE=α=0,02 рад. Дано: масса диска 3,27 кг, радиус его 20 см, угловая скорость соответствует 30000 об/мин, расстояние AO=50 см, OB=30 см; ось AB считать абсолютно твердой и принять sin 2α=2α.
РЕШЕНИЕ

42.14 В результате неточной сборки круглого диска паровой турбины плоскость диска образует с осью AB угол α, а центр масс C диска не лежит на этой оси. Эксцентриситет OC=a. Найти боковые силы динамического давления на подшипники A и B, если масса диска равна M, радиус его R, а AO=OB=h; угловая скорость вращения диска постоянна и равна ω.
РЕШЕНИЕ

42.15 Однородный круглый диск массы M и радиуса R насажен на ось AB, проходящую через точку O диска и составляющую с его осью симметрии Cz1 угол α. OL — проекция оси z, совмещенной с осью AB, на плоскость диска, причем OE=a, OK=b. Вычислить боковые силы динамического давления на подшипники A и B, если диск вращается с постоянной угловой скоростью ω, а AO=OB=h.
РЕШЕНИЕ

42.16 Однородная прямоугольная пластинка массы M равномерно вращается вокруг своей диагонали AB с угловой скоростью ω. Определить силы динамического давления пластинки на опоры A и B, если длины сторон равны a и b.
РЕШЕНИЕ

42.17 С какой угловой скоростью должна вращаться вокруг катета AB=a однородная пластинка, имеющая форму равнобедренного прямоугольного треугольника ABD, чтобы сила бокового давления на нижнюю опору B равнялась нулю? Расстояние между опорами считать равным длине катета AB.
РЕШЕНИЕ

42.18 Вращающаяся часть подъемного крана состоит из стрелы CD длины L и массы M1, противовеса E и груза K массы M2 каждый. (См. рисунок к задаче 34.31.) При включении постоянного тормозящего момента кран, вращаясь до этого с угловой скоростью, соответствующей n=1,5 об/мин, останавливается через 2 c. Рассматривая стрелу как однородную тонкую балку, а противовес с грузом как точечные массы, определить динамические реакции опор A и B крана в конце его торможения. Расстояние между опорами крана AB=3 м, M2=5 т, M1=8 т, α=45°, L=30 м, l=10 м, центр масс всей системы находится на оси вращения; отклонением груза от плоскости крана пренебречь. Оси x, y связаны с краном. Стрела CD находится в плоскости yz.
РЕШЕНИЕ

Источник

Задачи на тему Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

Динамика:
Динамика материальной системы
§ 42. Давление вращающегося твердого тела на ось вращения

Задачи с решениями

42.1 Центр масс махового колеса массы 3000 кг находится на расстоянии 1 мм от горизонтальной оси вала; расстояния подшипников от колеса равны между собой. Найти силы давления на подшипники, когда вал делает 1200 об/мин. Маховик имеет плоскость симметрии, перпендикулярную оси вращения.
РЕШЕНИЕ

42.2 Однородный круглый диск массы M равномерно вращается с угловой скоростью ω вокруг неподвижной оси, расположенной в плоскости диска и отстоящей от его центра масс C на расстоянии OC=a. Определить силы динамического давления оси на подпятник A и подшипник B, если OB=OA. Оси x и y неизменно связаны с диском.
РЕШЕНИЕ

42.3 Решить предыдущую задачу в предположении, что при наличии сил сопротивления угловая скорость диска убывает по закону ω=ω0-ε0t, где ω0 и ε0 положительные постоянные.
РЕШЕНИЕ

42.4 К вертикальной оси AB, вращающейся равноускоренно с угловым ускорением ε, прикреплены два груза C и D посредством двух перпендикулярных оси AB и притом взаимно перпендикулярных стержней OC=OD=r. Определить силы динамического давления оси AB на подпятник A и подшипник B. Грузы C и D считать материальными точками массы M каждый. Массами стержней пренебречь. В начальный момент система находилась в покое. Оси x и y неизменно связаны со стержнями.
РЕШЕНИЕ

Читайте также:  Что такое монтаж сосудов работающих под давлением

42.5 Стержень AB длины 2l, на концах которого находятся грузы равной массы M, вращается равномерно с угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси Oz, проходящей через середину O длины стержня. Расстояние точки O от подшипника C равно a, от подпятника D равно b. Угол между стержнем AB и осью Oz сохраняет постоянную величину α. Пренебрегая массой стержня и размерами грузов, определить проекции сил давления на подшипник C и подпятник D в тот момент, когда стержень находится в плоскости Oyz.
РЕШЕНИЕ

42.6 Ha концы оси AB надеты два одинаковых кривошипа AC и BD длины l и массы M1 каждый, заклиненные под углом 180° относительно друг друга. Ось AB длины 2a и массы M2 вращается с постоянной угловой скоростью ω в подшипниках E и F, расположенных симметрично на расстоянии 2b друг от друга. Определить силы давления NE и NF на подшипники в тот момент, когда кривошип AC направлен вертикально вверх. Массу каждого кривошипа считать равномерно распределенной вдоль его оси.
РЕШЕНИЕ

42.7 К горизонтальному валу AB, вращающемуся с постоянной угловой скоростью ω, прикреплены два равных, перпендикулярных ему стержня длины l, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях (см. рисунок). На концах стержней расположены шары D и E массы m каждый. Определить силы динамического давления вала на опоры A и B. Шары считать материальными точками; массами стержней пренебречь.
РЕШЕНИЕ

42.8 К вертикальному валу AB, вращающемуся с постоянной угловой скоростью ω, жестко прикреплены два стержня. Стержень OE образует с валом угол φ, стержень OD перпендикулярен плоскости, содержащей вал AB и стержень OE. Даны размеры: OE=OD=l, AB=2a. К концам стержней прикреплены два шара E и D массы m каждый. Определить силы динамического давления вала на опоры A и B. Шары D и E считать точечными массами; массами стержней пренебречь.
РЕШЕНИЕ

42.9 Использовав условие задачи 34.1, определить силы динамического давления коленчатого вала на подшипники K и L. Вал вращается равномерно с угловой скоростью ω. При решении можно воспользоваться ответами к задачам 34.1 и 34.23.
РЕШЕНИЕ

42.10 Однородный стержень KL, прикрепленный в центре под углом α к вертикальной оси AB, вращается равноускоренно вокруг этой оси с угловым ускорением ε. Определить силы динамического давления оси AB на подпятник A и подшипник B, если: M масса стержня, 2l его длина, OA=OB=h/2; OK=OL=l. В начальный момент система находилась в покое.
РЕШЕНИЕ

42.11 Однородная прямоугольная пластинка OABD массы M со сторонами a и b, прикрепленная стороной OA к валу OE, вращается с постоянной угловой скоростью ω. Расстояние между опорами OE=2a. Вычислить боковые силы динамического давления вала на опоры O и E.
РЕШЕНИЕ

42.12 Прямой однородный круглый цилиндр массы M, длины 2l и радиуса r вращается с постоянной угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси Oz, проходящей через центр масс O цилиндра; угол между осью цилиндра Oζ и осью Oz сохраняет при этом постоянную величину α. Расстояние H1H2 между подпятником и подшипником равно h. Определить боковые силы давления: N1 на подпятник и N2 на подшипник.
РЕШЕНИЕ

42.13 Вычислить силы давления в подшипниках A и B при вращении вокруг оси AB однородного тонкого круглого диска CD паровой турбины, предполагая, что ось AB проходит через центр O диска, но вследствие неправильного рассверливания втулки составляет с перпендикуляром к плоскости диска угол AOE=α=0,02 рад. Дано: масса диска 3,27 кг, радиус его 20 см, угловая скорость соответствует 30000 об/мин, расстояние AO=50 см, OB=30 см; ось AB считать абсолютно твердой и принять sin 2α=2α.
РЕШЕНИЕ

42.14 В результате неточной сборки круглого диска паровой турбины плоскость диска образует с осью AB угол α, а центр масс C диска не лежит на этой оси. Эксцентриситет OC=a. Найти боковые силы динамического давления на подшипники A и B, если масса диска равна M, радиус его R, а AO=OB=h; угловая скорость вращения диска постоянна и равна ω.
РЕШЕНИЕ

Читайте также:  Дифференциальный датчик давления дымовых газов

42.15 Однородный круглый диск массы M и радиуса R насажен на ось AB, проходящую через точку O диска и составляющую с его осью симметрии Cz1 угол α. OL проекция оси z, совмещенной с осью AB, на плоскость диска, причем OE=a, OK=b. Вычислить боковые силы динамического давления на подшипники A и B, если диск вращается с постоянной угловой скоростью ω, а AO=OB=h.
РЕШЕНИЕ

42.16 Однородная прямоугольная пластинка массы M равномерно вращается вокруг своей диагонали AB с угловой скоростью ω. Определить силы динамического давления пластинки на опоры A и B, если длины сторон равны a и b.
РЕШЕНИЕ

42.17 С какой угловой скоростью должна вращаться вокруг катета AB=a однородная пластинка, имеющая форму равнобедренного прямоугольного треугольника ABD, чтобы сила бокового давления на нижнюю опору B равнялась нулю? Расстояние между опорами считать равным длине катета AB.
РЕШЕНИЕ

42.18 Вращающаяся часть подъемного крана состоит из стрелы CD длины L и массы M1, противовеса E и груза K массы M2 каждый. (См. рисунок к задаче 34.31.) При включении постоянного тормозящего момента кран, вращаясь до этого с угловой скоростью, соответствующей n=1,5 об/мин, останавливается через 2 c. Рассматривая стрелу как однородную тонкую балку, а противовес с грузом как точечные массы, определить динамические реакции опор A и B крана в конце его торможения. Расстояние между опорами крана AB=3 м, M2=5 т, M1=8 т, α=45°, L=30 м, l=10 м, центр масс всей системы находится на оси вращения; отклонением груза от плоскости крана пренебречь. Оси x, y связаны с краном. Стрела CD находится в плоскости yz.
РЕШЕНИЕ

Источник

Динамика вращательного движения твердого тела

Момент силы F относительно оси вращения О определяется равенством:

Модуль момента силы равен

где α – угол между силой и радиусом – вектором, d – кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы, которое называется плечом силы.

Рассмотрим вращение тела под действием силы F . Хотя сила F приложена к одной точке тела, ее вращательное действие передается всем частицам:

К каждой элементарной массе mᵢ будет приложена элементарная вращающая сила Fᵢ :

Fᵢ = mᵢ aᵢ = mᵢ rᵢ β

где ai – линейное ускорение, сообщаемое элементарной массе.

Вращающий момент, приложенный к элементарной массе:

Произведение массы материальной точки mi на квадрат расстояния ri2 до оси вращения называется моментом инерции материальной точки относительно данной оси:

Момент инерции тела относительно данной оси вращения равен сумме моментов инерции всех его материальных точек:

Суммарный момент сил, действующих на тело, равен геометрической сумме моментов всех сил относительно данной оси:

Это основной закон динамики вращательного движения: момент внешних сил относительно оси вращения равен произведению момента инерции тела на угловое ускорение:

Из уравнения видно, что момент инерции является мерой инертности тела по отношению к вращательному движению, т.е. играет ту же роль, что масса для поступательного движения. Но, если масса у тела только одна, то моментов инерции может быть сколько угодно, в зависимости от выбора оси вращения.

Это можно представить в ином виде:

— называется моментом количества движения или моментом импульса тела.

Т.е. вращательный момент тела равен скорости изменения его момента количества движения.

Mdt — называется импульсом момента сил.

Т.е. импульс момента сил равен изменению момента количества движения .

  • Заходите на наш YouTube канал «Элементарная Физика» , где в доступной и живой форме объясняются фундаментальные законы физики.
  • Спасибо за внимание. Если у вас есть вопросы, пожелания или замечания, напишите об этом в комментариях. Мы постараемся дать подробный ответ.
  • Ставьте лайки и подписывайтесь 🙂

Источник

Adblock
detector