Разные подходы дают разные результаты: проблема с планетарной передачей?

У меня домашнее задание:введите описание изображения здесь

«Планетарная зубчатая передача с неподвижной шестерней 1 (радиус r1); шестерня 2 (радиус r2) подвижная». В начале система стационарна. Приложите постоянный крутящий момент M к стержню OA. Стержень OA вращается вокруг O и приводит в движение шестерню 2. OA имеет вес Q, Шестерня 2 имеет вес P. Вычислите угловое ускорение стержня OA."

Я делаю это домашнее задание с двумя подходами, и они дают разные ответы:

Подход 1: энергетический метод

Пусть угловая скорость стержня ОА равна ю

Кинетическая энергия стержня ОА = 1 2 Вопрос г ( р 1 + р 2 ) 2 3 ю 2

Кинетическая энергия шестерни 2 = 1 2 ( 1 2 п г р 2 2 ) ю 2 2 + 1 2 п г в А 2

ю 2 "=" р 1 + р 2 р 2 ю

в А "=" ( р 1 + р 2 ) ю

Следовательно, полная кинетическая энергия = 1 2 2 Вопрос + 9 п 6 г ( р 1 + р 2 ) 2 ю 2 = общая работа = М ф

Дифференцировать две стороны, дать угловое ускорение γ "=" 6 М г ( 2 Вопрос + 9 п ) ( р 1 + р 2 ) 2

Подход 2: метод углового момента

Угловой момент OA относительно точки O = 1 3 Вопрос г ( р 1 + р 2 ) 2 ю

Угловой момент шестерни 2 относительно точки A = 1 2 п г р 2 2 ю 2

Угловой момент шестерни 2 относительно точки O = Угловой момент шестерни 2 относительно точки A + п г О А в А "=" 1 2 п г р 2 2 ю 2 + п г ю ( р 1 + р 2 ) 2

Следовательно, полный угловой момент системы относительно точки O = 1 3 Вопрос г ( р 1 + р 2 ) 2 ю + 1 2 п г р 2 2 ю ( р 1 + р 2 ) / р 2 + п г ю ( р 1 + р 2 ) 2

Дифференциация вышеуказанного термина дает нам: γ ( 1 3 Вопрос г ( р 1 + р 2 ) 2 + 1 2 п г р 2 2 ( р 1 + р 2 ) / р 2 + п г ( р 1 + р 2 ) 2 ) "=" М

Следовательно γ "=" 6 М г ( 2 Вопрос + 9 п ) ( р 1 + р 2 ) 2 3 п р 1 ( р 1 + р 2 )

Два результата разные, что мне не хватает?

Ответы (1)

Подход 1 правильный.

Вы не учли все крутящие моменты, действующие на систему (шток + шестерня 2) в подходе 2.

Сила, соответствующая отсутствующему крутящему моменту, отвечает за поддержание чистого качения шестерни 2 (ограничение: точка контакта мгновенно находится в состоянии покоя) на поверхности шестерни 1 все время. Крутящий момент, который вам не хватает, не работает в системе, поэтому подход 1 дал правильный ответ, даже если вы не осознавали наличие этого крутящего момента. Я оставлю вас, чтобы выяснить этот недостающий крутящий момент.

Является ли недостающий крутящий момент крутящим моментом, чтобы удерживать шестерню 1 неподвижной? Без него шестерня 1 двигалась бы?
Нет. Отсутствующий крутящий момент возникает из-за силы взаимодействия между шестернями 1 и 2: сила очень похожа на силу трения, которая отвечает за обеспечение ограничения «непроскальзывания» между двумя дисками. Этому отсутствующему крутящему моменту, действующему на шестерню 1, может противодействовать крутящий момент, приложенный землей/шарниром, чтобы получить нулевой чистый крутящий момент: Вот почему шестерня 1 остается неподвижной. И этот недостающий крутящий момент, действующий на шестерню 2, отвечает за угловое ускорение шестерни 2 ( ю ˙ 2 ). Чтобы увидеть это, напишите г л С М г т "=" т С М считая систему только передачей 2.
(продолжение) CM — центр масс шестерни 2: точка A на рисунке. Ваш первый шаг должен состоять в том, чтобы найти силу взаимодействия между шестернями 1 и шестернями 2, касательными к двум дискам. Дайте мне знать, если вы не можете понять / продолжить.
Я могу только выразить силу взаимодействия между шестернями 1 и шестернями 2 как функцию γ . Затем добавьте момент этой силы по отношению к O в подходе 2, затем решите уравнение для γ
Да, это функция γ с ю ˙ 2 является функцией γ . Совпал ли теперь результат подхода 2 с результатом подхода 1?
ю ˙ 2 "=" г ю 2 г т . На всякий случай моя нотация вам не знакома.
Спасибо, я понял! результат подхода 2 теперь совпадает с результатом подхода 1.