ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

Σχετικά έγγραφα
ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

Δυναμική Μηχανών I. Επανάληψη: Κινηματική και Δυναμική

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

Μηχανισµοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασµό Μηχανών Ακαδηµαϊκό έτος: Ε.Μ.Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών - 3.

ΦΥΣ Διαλ Κινηµατική και Δυναµική Κυκλικής κίνησης

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Διανύσματα - Διανυσματικές Συναρτήσεις

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ & ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ. Ενότητα 5 η : Παραδείγµατα 3 µηχανισµών. χώρο (3 )

Μηχανισµοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασµό Μηχανών Ακαδηµαϊκό έτος: Ε.Μ.Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών - 3.

Κεφάλαιο 3 Κίνηση σε 2 και 3 Διαστάσεις

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

ΑΣΚΗΣΗ 7. έκδοση DΥΝI-EXC b

( () () ()) () () ()

ΑΣΚΗΣΗ 19. έκδοση DΥΝI-EXC a

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

1. Κινηµατική. x dt (1.1) η ταχύτητα είναι. και η επιτάχυνση ax = lim = =. (1.2) Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα παίρνει τη µορφή: (1.

( ) ) V(x, y, z) Παραδείγματα. dt + "z ˆk + z d ˆk. v 2 =!x 2 +!y 2 +!z 2. F =! "p. T = 1 2 m (!x2 +!y 2 +!z 2

ΚΑΡΤΕΣΙΑΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΕ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

ΣΥΝΟΨΗ 2 ου Μαθήματος

( () () ()) () () ()

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Τρισδιάστατες κινήσεις

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι

ΣΥΝΟΨΗ 1 ου Μαθήματος

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 22.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΚΑΜΠΥΛΟΓΡΑΜΜΕΣ ΚΙΝΗΣΕΙΣ

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΥΣΙΚΗ. Ενότητα 2: Ταχύτητα - Επιτάχυνση

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ 18/11/2011 ΚΕΦ. 9

Θέση και Προσανατολισμός

Ενημέρωση. Η διδασκαλία του μαθήματος, όλες οι ασκήσεις προέρχονται από το βιβλίο: «Πανεπιστημιακή

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Φεβρουάριος 2013

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ε. Στυλιάρης

Η Επιτάχυνση. η τα- χύτητά του ( Σχήμα 1 ). Από τον ορισμό της ταχύτητας θα ισχύει (3)


Κεφάλαιο 3. Κίνηση σε δύο διαστάσεις (επίπεδο)

Γενική Φυσική. Ενότητα 1: Κινητική. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Μαθηματικών

v = r r + r θ θ = ur + ωutθ r = r cos θi + r sin θj v = u 1 + ω 2 t 2

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΤΗΣΗΣ 3A: ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ

Ακτίνα καμπυλότητας - Ανάλυση επιτάχυνσης σε εφαπτομενική και κεντρομόλο συνιστώσα

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΜΕΣΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

ΤΡΟΧΙΑ ΙΑΝΥΣΜΑ ΘΕΣΗΣ. t 1 (x 1,y 1 ) Η αρχή ενός οποιουδήποτε ορθογωνίου xy συστήματος συντεταγμένων

Διάνυσμα: έχει μέτρο, διεύθυνση και φορά

Κεφάλαιο M4. Κίνηση σε δύο διαστάσεις

Κεφάλαιο 3 ο : Αναπαράσταση θέσης

Οµάδα Ασκήσεων #1-Λύσεις

d dx ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 19.

Αρχές Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας (Διαλέξεις 7&8)

ΦΥΣΙΚΗ (ΜΗΧΑΝΙΚΗ-ΚΥΜΑΤΙΚΗ)

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

( )U 1 ( θ )U 3 ( ) = U 3. ( ) όπου U j περιγράφει περιστροφή ως προς! e j. Γωνίες Euler. ω i. ω = ϕ ( ) = ei = U ij ej j

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΥΣΙΚΗ. Ενότητα 3: Οι νόμοι του Νεύτωνα

8 ο Μάθημα Περιστροφική κίνηση

Μετεωρολογία. Ενότητα 7. Δρ. Πρόδρομος Ζάνης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας, Α.Π.Θ.

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Μηχανική του στερεού σώματος

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ευστάθιος. Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟN ΑΘΗΝΩΝ,,

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 05/01/2016 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ευστάθιος Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟN ΑΘΗΝΩΝ,, ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ. ΚΥΛΙΣΗ, ΡΟΠΗ και ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 1ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανύσματα, Ευθείες Επίπεδα, Επιφάνειες 2ου βαθμού Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Φυσική για Μηχανικούς

ΑΣΚΗΣΗ 8. έκδοση DΥΝI-EXC b


8 ο Μάθημα Περιστροφική κίνηση. Κέντρο μάζας Στερεό σώμα Γωνιακή ταχύτητα γωνιακή επιτάχυνση Περιστροφή με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση

Ομαλή Κυκλική Κίνηση 1. Γίνεται με σταθερή ακτίνα (Το διάνυσμα θέσης έχει σταθερό μέτρο και περιστρέφεται γύρω από σταθερό σημείο.

Φυσική για Μηχανικούς

Τα σώματα τα έχουμε αντιμετωπίσει μέχρι τώρα σαν υλικά σημεία. Το υλικό σημείο δεν έχει διαστάσεις. Έχει μόνο μάζα.

1. Κίνηση Υλικού Σημείου

Φυσική για Μηχανικούς

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα. ΔΙΑΛΕΞΗ 03 Νόμοι κίνησης του Νεύτωνα

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3/2/2016 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

= (2)det (1)det ( 5)det 1 2. u

Τα θέματα συνεχίζονται στην πίσω σελίδα

Μελέτη ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης και. του θεωρήματος μεταβολής της κινητικής ενέργειας. με τη διάταξη της αεροτροχιάς

Κεφάλαιο 2: Διανυσματικός λογισμός συστήματα αναφοράς

Λύσεις των θεμάτων του Διαγωνίσματος Μηχανικης ΙΙ (29/8/2001) (3), (4), όπου, (5),, (6), (9), όπου,

α. 2 β. 4 γ. δ. 4 2 Μονάδες 5

13 ΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Σ 1 γράφεται ως. διάνυσµα στο Σ 2 γράφεται ως. Σ 2 y Σ 1

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 2ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανυσματικές Συναρτήσεις Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Μαθηματικά για μηχανικούς ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

1.1.1 Εσωτερικό και Εξωτερικό Γινόμενο Διανυσμάτων

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 05/01/2016 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ Ε ΟΥΑΡ ΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Λεωφ. Κηφισίας 56, Αµπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

11 η Εβδομάδα Δυναμική Περιστροφικής κίνησης. Έργο Ισχύς στην περιστροφική κίνηση Στροφορμή

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική I 2 Σεπτεμβρίου 2010

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Πρόοδος (Λύσεις) Ι. Λυχναρόπουλος

F mk(1 e ), όπου k θετική σταθερά. Στο όχημα ασκείται

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ. Επικαμπύλια και Επιφανειακά Ολοκληρώματα. Γ.1 Επικαμπύλιο Ολοκλήρωμα

Λύσεις στο επαναληπτικό διαγώνισμα 3

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

kg(χιλιόγραμμο) s(δευτερόλεπτο) Ένταση ηλεκτρικού πεδίου Α(Αμπέρ) Ένταση φωτεινής πηγής cd (καντέλα) Ποσότητα χημικής ουσίας mole(μόλ)

Κεφάλαιο 6β. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα

ΕΝΟΤΗΤΑ 1: ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β

Transcript:

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ & ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ - 7.1 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 Copyright ΕΜΠ - Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο Δυναμικής και Κατασκευών - 212. Με επιφύλαξη παντός δικαιώµατος. All rights reserved. Απαγορεύεται η χρήση, αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσης εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για πάσης φύσεως εμπορικό ή επαγγελματικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό µη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσεως, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. - 7.2 -

Ι) ΑΝΑΛΥΤΙΚΟΣ (ΑΛΓΕΒΡΙΚΟΣ) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 Εκπαιδευτική Ενότητα 7 η Υπολογισμός Ταχυτήτων και επιταχύνσεων Αποτελεί τον απλούστερο και πιό άμεσο τρόπο υπολογισμού ταχυτήτων/επιταχύνσεων. Υπολογισμός Ταχυτήτων Η ταχύτητα σε κάθε σημείο του μηχανισμού προκύπτει από παραγώγιση ως προς το χρόνο της εξίσωσης θέσης του συγκεκριμένου σημείου, όπως αυτή έχει προκύψει π.χ. από τον ομογενή μετασχηματισμό. Παράδειγμα 1: Αναλυτικός υπολογισμός ταχυτήτων μηχανισμού στρόφαλου-διωστήρα Η βασική κινηματική σχέση του μηχανισμού στρόφαλου διωστήρα είναι (5.19),(5.2): u = rcosθ + lcosφ (1) = rsinθ lsinφ (2) Παραγωγίζοντας κατά μέλη τις σχέσεις (1),(2) ως προς το χρόνο προκύπτει: Από την εξίσωση (2) προκύπτει: u = rθ sinθ lφ sinφ (3) = rθ cosθ lφ cosφ (4) lφ cosφ = lφ sinφ cosφ sinφ = rθcosθ ο lφ sinφ = rθ cosθtanφ (5) Αντικαθιστώντας την (5) στην (3) προκύπτει: Από τις σχέσεις (5.21),(5.22) προκύπτει: u = rθ sinθ rθ cosθtanφ ο u = rθ (sinθ + cosθtanφ) (6) tanφ = sinφ cosφ = (r l )sinθ 1 ( r l ) 2 sin 2 θ Αντικαθιστώντας την (7) στην (6) προκύπτει η τελική σχέση ταχυτήτων το μηχανιμσού στροφάλου διωστήρα με έισοδο (Β.Ε) τη γωνία θ(t) και έξοδο τη μετατόπιση u(t). u = θ rsinθ [1 + (r l )cosθ 1 ( r l ) 2 sin 2 θ (7) ] (8) Υπολογισμός επιταχύνσεων Η επιτάχυνση σε κάθε σημείο του μηχανισμού προκύπτει από παραγώγιση ως προς το χρόνο της ταχύτητας του συγκεκριμένου σημείου. - 7.3 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 Παράδειγμα 2: Αναλυτικός υπολογισμός επιταχύνσεων μηχανισμού στρόφαλου-διωστήρα Παραγωγίζοντας κατά μέλη τις σχέσεις (1),(2) ως προς το χρόνο προκύπτει: u = rθ sinθ rθ 2 cosθ lφ sinφ lφ 2 cosφ (9) = rθ cosθ rθ 2 sinθ lφ cosφ lφ 2 sinφ (1) ΙΙ) ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ Ο αλγεβρικός υπολογισμός ταχυτήτων και επιταχύνσεων δεν προσφέρει φυσική διαίσθηση και πληροφόρηση ως προς τις φορές των ταχυτήτων και των επιταχύνσεων και ως προς την προέλευση των διαφόρων συνιστωσών τους. Για το λόγο αυτό, συμπληρωματικά χρησιμοποιείται και ο διανυσματικός υπολογισμός. Στηρίζεται στις δύο παρακάτω βασικές σχέσεις της μηχανικής (δυναμικής) του στερεού σώματος, με τις οποίες προσδιορίζεται η ταχύτητα και η επιτάχυνση ενός σημείου P ενός σώματος Β το οποίο μεταφέρεται και στρέφεται ως προς ένα αδρανειακό σύστημα αναφοράς Χ ΙΟ ΙΥ Ι. Z B P Z I ω Y B θ Y B r B A θ v p v B Y I r O B v v T r B X B θ X B P v T =ωxr B v Ι =v +v P O I X I Σχήμα 1: Ταχύτητες σημείου P ενός σώματος Β το οποίο μεταφέρεται και στρέφεται ως προς ένα αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι. Το Ο ΒΧ ΒΥ ΒΖ Β είναι ένα σωματόδετο σύστημα αναφοράς. (Για λόγους απλότητας του σχήματος, η γωνιακή ταχύτητα βρίσκεται στον άξονα Ο ΒΖ Β. Υπολογισμός Ταχυτήτων: v I = v + v B + ω r B = v + v B + v Τ (11) v T = ω r B v I : Ταχύτητα του σημείου P ως προς το αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι. (12) - 7.4 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 v : Ταχύτητα της αρχής Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς Ο ΒΧ ΒΥ ΒΖ Β ως πρός το αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι v Β : Ταχύτητα του σημείου P ως προς την αρχή Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς (Ακτινική ταχύτητα κατά μήκος του διανύσματος θέσης r Β ). v T : Εφαπτομενική ταχύτητα του σημείου P ως προς την αρχή αρχής Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς (κάθετα στα διανύσματα γωνιακής ταχύτητας ω και θέσης r Β ). ω : Διάνυσμα γωνιακής ταχύτητας του σώματος Β ως πρός το αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι r Β : Διάνυσμα (σχετικής) θέσης του σημείου P ως προς την αρχή Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς : Εξωτερικό γινόμενο διανυσμάτων. Υπολογισμός Επιταχύνσεων: a I = a + a B + 2ω v B + ω r B + ω (ω r B ) = a + a B +a C + a T + a R (13) a C = 2ω v B (14) a T = ω r B a R = ω (ω r B ) (15) (16) a I : Επιτάχυνση του σημείου P ως προς το αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι. α : Επιτάχυνση της αρχής Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς Ο ΒΧ ΒΥ ΒΖ Β ως πρός το αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι α Β : Επιτάχυνση του σημείου P ως προς την αρχή Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς (Ρυθμός μεταβολής v Β. Ακτινική κατά μήκος του διανύσματος θέσης r Β ). α C : Επιτάχυνση Coriolis. α T : Εφαπτομενική επιτάχυνση του σημείου P ως προς την αρχή Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς (κάθετα στα διανύσματα γωνιακής ταχύτητας ω και θέσης r Β ). α R : Κεντρομόλος επιτάχυνση του σημείου P ως προς την αρχή Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς (Κατά μήκος του διανύσματατος θέσης r Β ). ω : Διάνυσμα γωνιακής ταχύτητας του σώματος Β ως πρός το αδρανειακό σύστημα αναφοράς Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι r Β : Διάνυσμα (σχετικής) θέσης του σημείου P ως προς την αρχή Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς. v Β : Ταχύτητα του σημείου P ως προς την αρχή Ο Β του σωματοπαγούς συστήματος αναφοράς (Ακτινική ταχύτητα κατά μήκος του διανύσματος θέσης r Β ). : Εξωτερικό γινόμενο διανυσμάτων. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Κατά την εφαρμογή των σχέσεων (1) έως (6) οι συνιστώσες όλων των διανυσμάτων αναφέρονται στο αδρανειακό σύστημα αναφοράς. - 7.5 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 Απόδειξη της σχέσης (1): Στο σχήμα 1 εικονίζεται το σωματόδετο σύστημα συντεταγμένων Ο ΒΧ ΒΥ ΒΖ Β με συνεχή γραμμή στην αρχική του θέση και με διακεκομένη γραμμή σε νέα θέση Ο ΒΧ ΒΥ ΒΖ Β μετά από περιστροφή του κατά γωνία θ. Για λόγους απλότητας του σχήματος, η περιστροφή γίνεται περί τον άξονα Ο ΒΖ Β. Το σημείο P έχει μετακινηθεί σε νέα θέση P. H μετακίνησή του προκύπτει σαν σύνδεση δύο κινήσεων: Α) Μιας περιστροφής κατά θ περί τον άξονα Ο ΒΖ Β (Διάνυσμα PA ) λόγω περιστροφής του σώματος Β με γωνιακή ταχύτητα ω και Β) Μιας μεταβολής της απόστασής του από την αρχή Ο Β του Ο ΒΧ ΒΥ ΒΖ Β λόγω της σχετικής κίνησης που πραγματοποεί το P στο σωματοπαγές σύστημα Ο ΒΧ ΒΥ ΒΖ Β. P P = OP OP = PA + AP (17) Η ταχύτητα vp ορίζεται: P v p= lim P Δt Δt = lim Δt PA Δt + lim Δt ΑP Δt = lim Δt θ Ο Β Α Δt ΑP + lim Δt Δt = lim θ Δt Δt Ο ΑP ΒΑ + lim Δt Δt [ dr B dt ] I = v P = ω r B + v B (18) Όπου ο όρος [ dχ B dt ] I παριστάνει τη συνολική μεταβολή ως προς το χρόνο ενός διανύσματος x B του σωματόδετου συστήματος συντεταγμένων ως προς το αδρανειακό σύστημα αναφοράς: [ dx B dt ] I = ω x B + v B (19) Όπως φαίνεται από τις (8) και (9) η συνολική μεταβολή του x B προκύπτει από μία περιστροφή και μία μεταβολή του μήκους του. Απόδειξη της σχέσης (3): Ο συνολικός ρυθμός μεταβολής a P της ταχύτητας v P είναι: α P = [ dv P dt ] = d dt [v B + ω r B ] I = d dt [v B] I + d dt [ω r B ] I (2) d dt [v B] I = v B + ω v B = a B + ω v B (21) d [ω dt r B ] I = ω rb + ω r B + ω (ω r B ) = = ω rb + ω v B + ω (ω r B ) (22) Από το συνδυασμό των (2),(21),(22) η συνολική επιτάχυνση a I ως προς το αδρανειακό σύστημα αναφοράς προκύπτει: Εφαρμογή σε μηχανισμούς: α P = α + α P = α + α B + 2ω v B + ω rb + ω (ω r B ) (23) Ο διανυσματικός προσδιορισμός ταχυτήτων και επιταχύνσεων σε ένα μηχανισμό από Ν μέλη, ξεκινά από τον ορισμό Ν σωματοπαγών συστημάτων συντεταγμένων Ο 1Χ 1Υ 1Ζ 1... Ο ΝΧ ΝΥ ΝΖ Ν. Κάθε ένα από αυτά τοποθετείται σε ένα μέλος, και η αρχή του επιλέγεται σε ένα κοινό σημείο με το προηγούμενο μέλος. Με τον τρόπο αυτό, οι σχέσεις (1) και (3) εφαρμόζονται διαδοχικά (αλυσιδωτά). - 7.6 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 Παράδειγμα 3. Διανυσματικός προσδιορισμός ταχυτήτων σε μηχανισμό στρόφαλου-διωστήρα: Προσδιορισμός ταχυτήτων σημείου Β. Y 1 A B Y 2 O 2 r X 2 l Y I X 1 θ φ X I O I ΞO 1 u C Σχήμα 2: Αδρανειακό και χωρόδετο συστήματα αναφοράς για το διανυσματικό προσδιορισμό ταχυτήτων/επιταχύνσεων σε μηχανισμό στρόφαλου-διωστήρα. Θεωρώντας ως σωματόδετο σύστημα συντεταγμένων το Ο 1Χ 1Υ 1Ζ 1 (Σχ. 2) η εφαρμογή των σχέσεων (11),(12) οδηγεί σε: επειδή οι αρχές Ο Ι, Ο 1 των συστημάτων συντεταγμένων ταυτίζονται. v B, = [ ] (24) v B,B = [ ] (25) επειδή το σημείο Β απέχει σταθερή απόσταση από την αρχή Ο 1 των αξόνων. ω 1 = [ ] (26) θ rcosθ r B = [ rsinθ] (27) ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι συνιστώσες των διανυσμάτων στις εξισώσεις (26),(27) είναι ως προς το αδρανειακό σύστημα συντετεγμένων Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι. - 7.7 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 Από τις (26),(27) προκύπτει: ι j k rθ sinθ v B,r = ω r B = det [ θ ] = [ rθ cosθ ] (28) rcosθ rsinθ Τα i, j, k παριστάνουν μοναδιαία διανύσματα κατά τους άξονες Ο ΙΧ Ι, Ο ΙΥ Ι, Ο ΙΖ Ι. Από τις (24),(25),(28) προκύπτει: Προσδιορισμός ταχυτήτων σημείου C. v B,I = v B, + v B,B + v rθ sinθ B,r v B,I = [ rθ cosθ ] (29) Θεωρώντας ως σωματόδετο σύστημα συντεταγμένων το Ο 2Χ 2Υ 2Ζ 2 (Σχ. 2), η εφαρμογή των σχέσεων (11),(12) οδηγεί σε: rθ sinθ v C, = v B,I = [ rθ cosθ ] (3) επειδή οι αρχή Ο 2 του Ο 2Χ 2Υ 2Ζ 2 έχει ταχύτητα ως προς το αδρανειακό σύστημα αναφοράς την ταχύτητα του σημείου Β, όπως προδιορίστηκε στην εξίσωση (29). v C,B = (31) επειδή το σημείο C απέχει σταθερή απόσταση από την αρχή Ο 2 των αξόνων. ω 2 = [ ] (32) φ lcosφ r C = [ lsinφ] (33) ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι συνιστώσες των διανυσμάτων στις εξισώσεις (32),(33) είναι ως προς το αδρανειακό σύστημα συντετεγμένων Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι. - 7.8 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 Από τις (32),(33) προκύπτει: ι j k lφ sinφ v C,T = ω 2 r C = det [ φ ] = lφ cosφ (34) lcosφ lsinφ Από τις (3),(31),(34) προκύπτει: v C,I = v C, + v C,B + v rθ sinθ lφ sinφ C,T v C,I = [ rθ cosθ lφ cosφ ] (35) Υπολογίζοντας ανεξάρτητα την ταχύτητα του σημείου C απευθείας ως προς το αδρανειακό σύστημα συντετεγμένων Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι προκύπτει: φ rθ sinθ lφ sinφ v C,I = [ ] = [ rθ sinθ lφ cosφ ] (36) Παράδειγμα 4. Διανυσματικός προσδιορισμός επιταχύνσεων σε μηχανισμό στρόφαλου-διωστήρα: Προσδιορισμός επιταχύνσεων σημείου Β. Θεωρώντας ως σωματόδετο σύστημα συντεταγμένων το Ο 1Χ 1Υ 1Ζ 1, η εφαρμογή των σχέσεων (13) έως (16) οδηγεί σε: επειδή οι αρχές Ο Ι, Ο 1 των συστημάτων συντεταγμένων ταυτίζονται. a B, = [ ] (37) a B,B = [ ] (38) επειδή το σημείο Β απέχει σταθερή απόσταση από την αρχή Ο 1 των αξόνων. a B,C = 2ω 1 v B,B = [ ] (39) λόγω της (25) - 7.9 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 ι j k rθ sinθ a B,T = ω 1 r B = det θ = rθ cosθ (4) rcosθ rsinθ ι j k rθ 2 cosθ a B,R = ω 1 (ω 1 r B ) = ω 1 v B,r = det θ = rθ 2 sinθ (41) rθ sinθ rθ cosθ ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι συνιστώσες των διανυσμάτων στις εξισώσεις (4),(41) είναι ως προς το αδρανειακό σύστημα συντετεγμένων Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι. Από τις (37) έως (41), προκύπτει: rθ sinθ rθ 2 cosθ a B,I = a B, + a B,B + a B,C + a B,T + a B,R = rθ cosθ rθ 2 sinθ (42) Προσδιορισμός επιταχύνσεων σημείου C. Θεωρώντας ως σωματόδετο σύστημα συντεταγμένων το Ο 2Χ 2Υ 2Ζ 2, η εφαρμογή των σχέσεων (13) έως (16) οδηγεί σε: επειδή οι αρχή Ο 2 του Ο 2Χ 2Υ 2Ζ 2 rθ sinθ rθ 2 cosθ a C, =a B,I = rθ cosθ rθ 2 sinθ (43) επιτάχυνση του σημείου Β, όπως προδιορίστηκε στην εξίσωση (42). έχει επιτάχυνση ως προς το αδρανειακό σύστημα αναφοράς την a C,B = [ ] (44) επειδή το σημείο C απέχει σταθερή απόσταση από την αρχή Ο 2 των αξόνων. a C,C = 2ω 2 v C,B = [ ] (45) λόγω της (31) ι j k lφ sinφ a C,T = ω 2 r C = det φ = lφ cosφ (46) lcosφ lsinφ - 7.1 -

Μηχανισμοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασμό Μηχανών Ακαδημαϊκό έτος: 214-215 ι j k lφ 2 cosφ a C,R = ω 2 (ω 2 r C ) = ω 2 v C,T = det φ = lφ 2 sinφ (47) lφ sinφ lcosφ ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι συνιστώσες των διανυσμάτων στις εξισώσεις (46),(47) είναι ως προς το αδρανειακό σύστημα συντετεγμένων Ο ΙΧ ΙΥ ΙΖ Ι. Από τις (43) έως (47) προκύπτει: rθ sinθ rθ 2 cosθ lφ sinφ lφ 2 cosφ a C,I = a C, + a C,B + a C,C + a C,T + a C,R ac,i = rθ cosθ rθ 2 sinθ lφ cosφ + lφ 2 sinφ u a C,I = (48) - 7.11 -