КИНЕМАТИКА ШАРНИРА ГУКА
Примером движения твёрдого тела вокруг неподвижной точки может служить движение крестовины шарнира Гука. Шарнир Гука широко применяется в машиностроении (рис. 1).
Рис. 1. Карданный вал автомобиля
Рис. 2. Муфты и крестовина
Двигатель автомобиля и связанная с ним коробка передач подвешены относительно кузова на упругих опорах. Задний мост с главной передачей также может иметь перемещения относительно кузова. Таким образом вал коробки передач и вал главной передачи не находятся на одной оси даже при неподвижном автомобиле. А при движении автомобиля указанные оси непрерывно меняют свою ориентацию в прострaнcтве. Шарнир Гука служит для передачи вращений между валами, оси которых пересекаются, причём угол между осями валов может изменяться. А комбинация из двух шарниров позволяет передавать движения между скрещивающимися осями, как это показано на рис. 1.
Как видно из рис. 1 и 2, валы заканчиваются соответственно вилками, причем каждая вилка снабжена двумя муфтами, общая ось которых пересекает ось соответствующего вала под прямым углом.
В муфты входят шипы прямоугольной крестовины. Оси крестовины AB и CD взаимно перпендикулярны, и точка их пересечения 0 совпадает с точкой пересечения осей валов. При вращении ведущего вала I с помощью крестовины приводится во вращение вал II. Если оси валов неподвижны, то крестовина совершает сферическое движение вокруг неподвижного центра O (рис. 3). При известном законе движения ведущего вала φ1 = f(t) требуется определить угол поворота φ2 и угловую скорость ω2 ведомого вала.
Принимая за начало координат неподвижную точку крестовины, составим расчетную схему и направим координатные оси как показано на рис. 3, 4.
Для установления зависимостей между углами φ1 и φ2 строим таблицу направляющих косинусов между осями подвижной и неподвижной системами координат. После преобразования получим:
|
x′ |
y′ |
z′ |
|
|
x |
cosacosφ2 |
cosφ1 |
a13 |
|
y |
sinφ2 |
sinφ1 |
a23 |
|
z |
sinacosφ2 |
0 |
a33 |
Элементы третьего столбца этой таблицы не вычислены. Для определения угла поворота j2 это не требуется. Далее заметим, что в таблице направляющих косинусов скалярное произведение двух любых строчек и двух любых столбцов равно нулю. Это есть условие перпендикулярности соответствующих осей.
Рис. 3. Схема движения крестовины
Рис. 4. Углы Эйлера
Применяя условие перпендикулярности осей Ox′и Oy′, получим
откуда
(1)
где φ1 = f(t).
Уравнение (1) есть кинематическое уравнение вращения ведомого вала. При равномерном вращении ведущего вала
и
2. Определение угловой скорости w2 ведомого вала.
Дифференцируя (1) по времени и считая a = const, после преобразования будем иметь:
(2)
где .
Таким образом, угловая скорость ведомого вала зависит не только от угловой скорости но и от угла поворота ведущего вала. При равномерном вращении ведущего вала ω1 = const и при a = const угловая скорость ω2 будет функцией угла φ1, т.е. ведомый вал будет вращаться неравномерно.
Передаточное отношение
(3)
При заданном угле a передаточное отношение будет максимальным при φ1 = 0, π, 2π, ..., т.е. при совпадении плоскости ведущей вилки с плоскостью, содержащей оси валов. Максимальное значение передаточного отношения
Минимальное значение передаточного отношения достигается при , т.е. когда плоскость ведущей вилки перпендикулярна к плоскости, содержащей оси валов:
Таким образом, отношение скоростей заключено в интервале
На рис. 5 изображены два графика зависимости передаточного отношения от угла поворота ведущего вала при α = 0,1 рад и при α = 0,5 рад.
Из сравнения двух кривых видно, что при увеличении угла увеличивается неравномерность вращение ведомого вала. Для хаpaктеристики неравномерности вращение ведомого вала используется коэффициент
называемый коэффициентом неравномерности передачи.
Очевидно, что при a = 0 коэффициент k = 0. Для малых углов a коэффициент k незначителен, ас возрастанием a коэффициент k резко увеличивается, достигая при 90° бесконечности, т.е. движение становится невозможным.
Рис. 5. Зависимость передаточного отношения от угла поворота ведущего вала
Это обстоятельство значительно уменьшает область применимости карданной передачи. Она с успехом применяется на «классике», а для автомобиля с передним приводом такая передача не подходит.
Список литературы
1. Тарасов В.К. Курс теоретической механики для математиков. - ТулГУ, 2008.- 300 с.
Статья в формате PDF
218 KB...
21 09 2026 13:37:51
Статья в формате PDF
141 KB...
20 09 2026 5:58:59
Статья в формате PDF
275 KB...
19 09 2026 15:16:50
Статья в формате PDF
113 KB...
18 09 2026 4:13:37
Статья в формате PDF
120 KB...
17 09 2026 13:41:47
Статья в формате PDF
82 KB...
16 09 2026 1:26:16
Статья в формате PDF
112 KB...
15 09 2026 14:47:44
Статья в формате PDF
104 KB...
14 09 2026 23:18:55
Статья в формате PDF
103 KB...
12 09 2026 12:47:16
Статья в формате PDF
107 KB...
11 09 2026 13:37:24
Статья в формате PDF
111 KB...
10 09 2026 2:59:59
Статья в формате PDF
127 KB...
09 09 2026 3:35:16
Статья в формате PDF
105 KB...
08 09 2026 11:24:22
Статья в формате PDF
123 KB...
07 09 2026 10:36:16
Статья в формате PDF
297 KB...
06 09 2026 17:42:56
Статья в формате PDF
94 KB...
05 09 2026 18:41:14
Статья в формате PDF
3943 KB...
04 09 2026 3:51:42
Статья в формате PDF
123 KB...
03 09 2026 2:36:56
Статья в формате PDF
123 KB...
02 09 2026 1:13:27
Статья в формате PDF
214 KB...
31 08 2026 1:40:43
Статья в формате PDF
115 KB...
30 08 2026 23:10:37
Статья в формате PDF
126 KB...
29 08 2026 10:35:49
Статья в формате PDF
114 KB...
28 08 2026 5:43:19
Статья в формате PDF
214 KB...
27 08 2026 4:10:15
В статье дана комплексная хаpaктеристика природных условий территории природного парка «Нумто»: приводятся сведения по геоморфологии, климату, гидрографии, растительному покрову, фауне уникального участка водно-болотных угодий на стыке подзон северной и средней тайги Западной Сибири.
...
26 08 2026 14:32:41
Статья в формате PDF
133 KB...
24 08 2026 12:47:49
Статья в формате PDF
125 KB...
23 08 2026 18:13:28
Перечень веществ, обладающих cпepмицидной активностью, используемых в гинекологической пpaктике в качестве местных пpoтивoзaчaточных средств, весьма ограничен. Бензалконий хлорид, мирамистин и этоний, являющиеся бисчетвертичными аммониевыми основаниями и относящиеся к катионным поверхностно-активным веществам, то есть детергентам, обладают способностью, проявляя cпepмицидную активность, оказывать выраженное антимикробное действие. Известен в качестве cпepмицида с сочетанной антимикробной активностью ноноксинол-9. Антисептическое средство метиленовый синий – метилметионин-сульфоний хлорид – также имеет в своей структуре атом четвертичного азота и согласно литературным данным обладает cпepмицидным действием.
Проведённые эксперименты по определению cпepмицидной активности антимикробных соединений позволяют предположить, что установление факта принадлежности вещества к четвертичным аммониевым основаниям априори предполагает их cпepмицидную активность и возможность применения в качестве местных пpoтивoзaчaточных средств с сочетанной антимикробной активностью.
...
22 08 2026 0:48:37
Представлены результаты обследования 1547 детей (817 мальчиков и 730 девочек) в возрасте от 3 до 7 лет. Проведен сравнительный анализ компонентного состава тела у детей с различными типами телосложения.
...
21 08 2026 2:41:40
Статья в формате PDF
122 KB...
20 08 2026 1:47:17
Статья в формате PDF
108 KB...
18 08 2026 20:50:22
Статья в формате PDF
117 KB...
16 08 2026 21:17:55
Формирование эффективной системы работы с детьми, обладающими повышенными естественнонаучными способностями, может стать залогом успешного продвижения экономических и образовательных реформ в нашей стране.
...
15 08 2026 14:33:30
В статье на основании анализа серий срезов зародышей человека изучены особенности формирования артериального русла отделов головного мозга, определены возрастные критерии появления закладок как отделов головного мозга, так и основных сосудов и их ветвей в плане обоснования возможных вариантов строения артериальной сети головного мозга в онтогенезе.
...
14 08 2026 4:59:29
Статья в формате PDF
139 KB...
13 08 2026 3:50:21
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
