§12.3定轴转动刚体的轴承动约束力

§12.3 定轴转动刚体的轴承约束力
在工程实际中,通常将转动机械的转动部件,称为转子。如果忽略其本身的变形,转子是定轴转动的刚体。由于质量不够均匀,制造安装不够精确,转子的质心不一定落在转轴上,转子的质量对称面不一定与转轴垂直。转子运动时,这种偏心和偏角误差,将产生相应的惯性力。因此我们称转子处于运动状态作用于轴承上的力为动压力,称转子处于静止状态作用于轴承上的力为静压力,二者之差称为转子作用于轴承的附加动压力。以上是转子对轴承的作用,如果考虑轴承对转子的作用,则分别称为静约束力、动约束力和附加动约束力。
在一般情况下,如图12-13所示,刚体在
主动力F1、F2、···、Fn 作用下绕定轴AB 转动。设
为定坐标系,Axyz 为与刚体固连的动坐标系。在图示位置,动坐标系与
定坐标系重合,则质心C 的位置、对转轴的转动惯量和惯性积分别为C (      、    、    )、tilera
Jz 和Jxz 、Jyz ,A 与B 的距离为L 。轴承动约束
力在坐标轴上的投影分别为
在图示瞬时,设动坐标系的角位移、角速度、角加速度分别                                      。
此瞬时刚体上的惯性力系向A 点简化的主矢和主矩分别由
与 111z y Ax C x C y C z By Bx Az Ay Ax F F F F F 、、、、k k k      ααωωϕϕ===,,C R Ma F -=12ωαyz xz Ix J J M -=
计算,得
保健牙刷j F i F j x y M i y x M F Iy Ix C C C C RI +=-++=)()(2
2αωαωk
混合罐
M j M i M k
J j J J i J J M Iz Iy Ix z xz yz yz xz IO ++=-++-=αωαωα)()(22根据达朗贝尔原理,它们与主动力F1、F2、···、
Fn ,约束力                                            在形式上组
成一空间的平衡力系,平衡方程为 By Bx Az Ay Ax F F F F F 、、、、
0)(,0)(0
)(,0)(0
)(,0)(0
,00
,00
,0=+∑=∑=++∑=∑=+-∑=∑=+∑=∑=+++∑=∑=+++∑=∑Iz i z z Iy Bx i y y Ix By i x x Az zi z Iy By Ay yi y Ix Bx Ax xi x M F M F M M l F F M F M M l F F M F M F F F F F F F F F F F F F    此方程组的最后一个方程不包含轴承约束力。这表明:①惯性力主矩
只作用在促使该刚体加速和(或减速)转动的物体上;②当主动力、转动的起始条件以已知时,可用它求出角加速度、角速度和转动规律。应用此方程组的前五个方程,可以求出此瞬时轴承的动约束力
Iz M转轴
伯努利方程实验zi Az c c yz xz yi i x Ay c c xz yz xi i y Ax yz xz i x By xz yz y Bx F F x y M J J l
F F M l F y x M J J l
气体混合器F F M l F J J l
F M l F J J l
F M l F ∑-=----∑+∑-=+-++∑-∑=-+∑=+-∑-=)()(1))(1()()(1))(1()(1)(1)(1)(1222222i αωωααωωαωαωα可见,轴承动约束力由两部分组成:一是由主动力引起的,与运动无关,为静约束力;二是由惯性力主矢、主矩引起的,为附加动约束力。 (12-13)

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