工程力学简明教程课件(河工大).ppt

1、1,第七章 刚体的基本运动,2,71 刚体的平行移动 72 刚体的定轴转动 73 定轴转动刚体内各点的速度与加速度 74 绕定轴转动刚体的传动问题 75 角速度与角速度的矢量表示 点的速度与加速度的矢积表示 习题课,第七章 刚体的基本运动,3,第七章 刚体的基本运动,例,由于研究对象是刚体,所以运动中要考虑其本身形状和尺寸大小,又由于刚体是几何形状不变体,所以研究它在空间的,运动学,是指刚体的平行 移动和转动,7-1刚体的平行移动(平动),基本运动,4,OB作定轴转动 CD作平动,AB、凸轮均作平动,运动学,位置就不必一个点一个点地确定,只要根据刚体的各种运动形式,确定刚体内某一个有代表性的直

2、线或平面的位置即可。,5,在刚体运动过程中,若体内任一直线始终保持与初始位置平行,则此种运动称为刚体的平动(或称平行移动或移动).,如: 气缸内活塞的运动, 车床上刀架的运动,振动式送料机构的送料槽的运动.,6,运动学,一.刚体平动的定义: 刚体在运动中,其上任意两点的连线始终保持方向不变。 由A,B 两点的运动方程式: 而,例,AB在运动中方向和大小始终不变 它的轨迹,可以是直线 可以是曲线,7,运动学,得出结论:即,二.刚体平动的特点: 平动刚体在任一瞬时各点的运动轨迹形状,速度,加速度都一样。 即:平动刚体的运动可以简化为一个点的运动。,8,荡木用两条等长的钢索平行吊起，如图所示。钢索长

3、为长l，度单位为m。当荡木摆动时钢索的摆动规律为 ，其中 t 为时间，单位为s；转角0的单位为rad，试求当t=0和t=2 s时，荡木的中点M的速度和加速度。,例 题 7- 1,M,9,M,由于两条钢索O1A和O2B的长度相等，并且相互平行，于是荡木AB在运动中始终平行于直线O1O2，故荡木作平动。,为求中点M 的速度和加速度，只需求出A点（或B点）的速度和加速度即可。点A在圆弧上运动，圆弧的半径为l。如以最低点O为起点，规定弧坐标s向右为正，则A点的运动方程为,将上式对时间求导，得A点的速度,解：,例 题 7- 1,A,10,运动学,7-2 刚体的定轴转动,一.刚体定轴转动的特征及其简化 特

4、点:有一条不变的线称为转轴,其余各点都在垂直于转轴的平 面上做圆周运动。,11,运动学,三.定轴转动的角速度和角加速度 1.角速度：,单位 rad/s,若已知转动方程,12,2.角加速度: 设当t 时刻为 , t +t 时刻为+,与方向一致为加速转动, 与 方向相反为减速转动,3.匀速转动和匀变速转动 当 =常数,为匀速转动；当 =常数,为匀变速转动。,运动学,单位:rad/s2 (代数量),13, , 对整个刚体而言(各点都一样)； v, a 对刚体中某个点而言(各点不一样)。,运动学,(即角量与线量的关系),7-3 转动刚体内各点的速度和加速度,一.线速度V和角速度之间的关系,14,运动学

5、,二.角加速度 与an ,a 的关系,15,运动学,结论: v方向与 相同时为正 , R ,与 R 成正比。 各点的全加速度方向与各点转动半径夹角 都一致,且 小于90o , 在同一瞬间的速度和加速度的分布图为:,各点速度分布图,各点加速度分布图,16,运动学,我们常见到在工程中,用一系列互相啮合的齿轮来实现变速,它们变速的基本原理是什么呢?,7-4 绕定轴转动刚体的传动问题,一.齿轮传动,因为是做纯滚动(即没有相对滑动),定义齿轮传动比,1.内啮合,17,运动学,2.外啮合,18,运动学,由于转速n与w 有如下关系：,显然当: 时, ,为升速转动； 时, ,为降速转动。,19,运动学,三.链

6、轮系: 设有： A,B,C,D,E,F,G,H 轮系,则总传动比为：,其中m代表外啮合的个数；负号表示最后一个轮转向与第一个轮转向相反。,二.皮带轮系传动,(而不是 方向不同 ),皮带传动,20,减速箱由四个齿轮构成，如图所示。齿轮和安装在同一轴上，与轴一起转动。各齿轮的齿数分别为z1=36，z2=112 ，z3=32和z4=128 ，如主动轴的转速n1=1 450 rmin1，试求从动轮的转速n4。,例 题 7-4,21,解：用n1， n2 ， n3和n4分别表示各齿轮的转速，且有,应用齿轮的传动比公式，得,将两式相乘，得,因为n2= n3，于是从动轮到齿轮的传动比为,由图可见，从动轮和主动

7、轮的转向相同。,最后，求得从动轮的转速为,例 题 7-4,22,运动学,7-5 角速度和角加速度的矢量表示 点的速度和加速度的矢量表示,一. 角速度和角加速度的矢量表示,按右手定则规定 ， 的方向。,23,二 刚体内任一点的线速度和线加速度的矢积表示,运动学,24,一.基本概念和基本运动规律及基本公式 1. 基本概念：直线运动,曲线运动 (点) ; 平动,定轴转动 (刚体)。 2. 基本运动规律与公式:,运动学,25,运动学,26,刚体定轴转动,转动方程: 角速度:,角加速度:,匀速转动:,匀变速运动:,运动学,27,二.解题步骤及注意问题 1.解题步骤: 弄清题意,明确已知条件和所求的问题。

8、 选好坐标系：直角坐标法，自然法。 根据已知条件进行微分，或积分运算。 用初始条件定积分常数。,运动学,注意问题： 几何关系和运动方向。 求轨迹方程时要消去参数“t”。 坐标系（参考系）的选择。,28,三.例题 例1列车在R=300m的曲线上匀变速行驶。轨道上曲线部分长l=200m，当列车开始走上曲线时的速度v0=30km/h，而将要离开曲线轨道时的速度是v148km/h。 求列车走上曲线与将要离开曲线时的加速度？,运动学,29,解：由于是匀变速运动，则常量。 由公式而由已知,列车走上曲线时， 全加速度 列车将要离开曲线时， 全加速度,运动学,30,例2已知如图，求时正好射到A点且用力最小。,

9、分析：只有在A点，vy0且为最大高度时，用力才最小。,解：由,由于在A点时，vy=0，所以上升到最大高度 A点时所用 时间为：,运动学,31,将上式代入和，得：,运动学,32,例3已知：重物A的,（常数）初瞬时速度,方向如图示。 求：,滑轮3s内的转数； 重物B在3s内的行程； 重物B在3s时的速度； 滑轮边上C点在初瞬时的加速度； 滑轮边上C点在3s时的加速度。,运动学,33,解： 因为绳子不可以伸长，所以有,运动学,34, t = 0 时，, t=3s 时，,运动学,35,例4 已知：圆轮O由静止开始作等加速转动，OM0.4m， 在 某瞬时测得,求： 转动方程; t5s时，点的速度和 向心加速度的大小。,解：,运动学,M,36,当5s时，,运动学,M,37,例5试画出图中刚体上两点在图示位置时的速度和 加速度。,运动学,38,例6已知如图，从O点以 任一角度抛出一质点，试证明 质点