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伽利略螺线等加速螺线方程的推导

2022/07/15126 作者:佚名
导读:下面我们推导等加速螺线的方程 。 设点O是直线l上一定点,动点M沿直线l作等加速运动,点M在初始位置M0时的初速为v, q是点M的加速度(q<0为减速度),同时直线l又以等角速ω绕点O旋转,求动点M的轨迹的方程。 如图2,取定点O为极点,直线l的初始位置Ox为极轴建立极坐标系,M0的极坐标为(ρ0, 0),动点经过时间t移动到点M。 设动点M的坐标是(ρ, θ),根据等加速螺线的定义有: 消去参数

下面我们推导等加速螺线的方程 。

设点O是直线l上一定点,动点M沿直线l作等加速运动,点M在初始位置M0时的初速为v, q是点M的加速度(q<0为减速度),同时直线l又以等角速ω绕点O旋转,求动点M的轨迹的方程。

如图2,取定点O为极点,直线l的初始位置Ox为极轴建立极坐标系,M0的极坐标为(ρ0, 0),动点经过时间t移动到点M。

图2

设动点M的坐标是(ρ, θ),根据等加速螺线的定义有:

消去参数t,得

这是等加速螺线的极坐标方程,其中a、b、c是常数,且a≠0 。

等加速螺线的特征是当直线l作等角速转动时,动点M沿直线l运动的速度逐渐增加(或减少)。在凸轮的设计中,如果要使从动杆由不动到等速移动,凸轮上对应的轮廓曲线就必须由圆弧变到等速螺线,为了增强机械运动的平稳以及减少凸轮的磨损,在从动杆由不动到等速移动的中间,需要有一个过渡的阶段,目的是使从动杆移动的速度从零均匀地增大,直至达到所作等速移动的速度,等加速螺线经常被采用为圆弧到等速螺线之间的过渡曲线。

这时,圆弧的终点就是等加速螺线的起点,因此,从动杆的初速

,从而
,在这种情况下,等加速螺线的方程具有以下的形式:

这里a,c是常数,且a≠0。

同样,等加速螺线也常被采用为等速螺线到圆弧的过渡曲线 。

求曲线的极坐标方程的一般步骤如下:

(1) 选择适当的极坐标系,就是确定极点与极轴的位置;

(2) 用等式表达曲线上任意一点P(ρ,θ)应满足的条件;

(3) 化简得出曲线的极坐标方程 。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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