高二物理竞赛刚体模型及其运动课件

第三章刚体和流体的运动§3-1刚体模型及其运动2目录第一章力和运动第二章运动的守恒量和守恒定律第三章刚体和流体的运动第四章相对论基础第五章气体动理论第六章热力学基础第七章静止电荷的电场第八章恒定电流的磁场第九章电磁感应电磁场理论§3-1

刚体模型及其运动§3-2

力矩转动惯量定轴转动定律§3-3

定轴转动中的动能关系§3-4

定轴转动刚体的角动量定理和角动量守恒定律*§3-5

进动*§3-6

理想流体模型定常流动伯努利方程*§3-7

牛顿力学的内在随机性混沌3复习：动力学4①刚体任何情况下形状和体积都不改变的物体（理想化模型）。考虑了物体的形状和大小。不论外力多大，刚体内任意2质点间距离始终保持不变。刚体是特殊的质点系，其上各质点间的相对位置保持不变。有关质点系的规律都可用于刚体，较一般的质点系有所简化。运动形式：平动、定轴转动、平面平行运动、定点运动、一般运动(rigidbody)5②平动刚体运动时，如果刚体内任何一条给定的直线，在运动中始终保持它的方向不变。平动刚体上各点的轨迹不一定是直线，而可以是任意曲线。在任意一段时间内，刚体中所有质点的位移都是相同的。各质点的速度、加速度也是相同的。刚体内任何一个质点(质心)的运动，都可代表整个刚体的运动。火车在拐弯时是否是平动？(translation)6例题

7解：A点的运动方程为：

8③转动刚体运动时，如果刚体的各个质点在运动中都绕同一直线(点)作圆周运动。定轴转动：运动中各质元均做圆周运动，

且各圆心都在同一条固定的直线（转轴）上。定点转动：运动中刚体上只有一点固定不动，

整个刚体绕过该定点的某一瞬时轴线转动

(陀螺的运动)。(rotation)9④自由度物体系统的自由度：决定这个系统在空间的位置所需要的独立坐标的数目。刚体的一般运动有

6个自由度：

3个平动自由度

+3个转动自由度·

质心位置·

转轴的方位其中，2个独立·

绕轴转动的角度刚体物体有几个自由度，其运动定律就可归结为几个独立的方程式。C

xzy主要任务：能绘制平面机构运动图；

能计算平面机构自由度.重点：平面机构运动简图的绘制及自由度的计算.难点：虚约束的判断.专题：平面机构自由度构件：独立的运动单元零件：独立的制造单元10

机构的分类：

平面机构：所有的构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。

空间机构：所有的构件不全在相互平行的平面内运动的机构。

构件的自由度：

平面自由构件：平面内不与其它任何构件相连接而作自由运动的构件。

构件的自由度：构件可能出现的独立运动。

约束：附加在构件上对构件自由度的限制。11

运动副：使两构件

直接接触并能产生一定

相对运动的联接。1-1

运动副及其分类12

运动副的分类平面副

回转副

高副

移动副13空间副

球面副

螺旋副141、面接触——接触比压低，承载能力大。2、接触面为平面或柱面——便于加工，成本低，便于润滑。

3、引入2个约束，剩1个自由度。

运动副的特点îíì移动副转动副低副两个构件间只能作相对旋转运动的运动副；两个构件间只能作相对移动运动的运动副。151、点、线接触——接触比压高，承载能力小。高副3、引入1个约束，剩2个自由度。2、接触面为曲面——不便于加工和润滑。161-2

机械运动简图1.

平面机构的组成17机构：具有确定运动的运动链。机架－作为参考系的构件，

如机床床身、车辆底盘、飞机机身。原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。从动件－其余可动构件。若干1个或几个1个

组成：机构＝机架＋原动件＋从动件机构182.机构运动简图的绘制2.1

运动副的表示方法三视图192.机构运动简图的绘制2.1

运动副的表示方法2.2

常用机构的简图表示方法

202.机构运动简图的绘制2.1

运动副的表示方法2.2

常用机构的简图表示方法

2.3

一般构件的表示方法212.4绘制步骤

1、分析机构运动2、恰当选择投影面3、适当选择比例尺4、审核画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。22DCBA1432绘制图示鳄式破碎机的运动简图。231）先找首端——原动件再找尾端——工作构件2）确定机架3）确定各构件之间的运动副种类

“两两分析相对运动”4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路方向必须与相对运动方向一致。5）比例、符号、线条、标号绘制运动简图的方法小结：1.平面机构的自由度：机构所具有的独立运动。2.

平面机构的自由度计算公式yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2θ经运动副相联后，构件自由度会有变化：1-3

平面机构的自由度25设某机构共有n个活动构件、PL个低副、PH个高副，则该机构的自由度应为：

1.平面机构的自由度：机构所具有的独立运动。2.

平面机构的自由度计算公式θ4S3123S’3θ11234θ11-3

平面机构的自由度26例1-2试计算下列机构的自由度例题分析27例题分析例1-2试计算下列机构的自由度28292.机构具有确定运动的条件

2.1

什么是确定运动

2.2

机构具有确定运动的条件

机构的原动件数应=机构的自由度数

ïîïíì=<>>£。原动件数目，运动确定原动件数目，不能动。破坏运动不确定。原动件数目运动链不能运动。FFFFF,0030例1-3

试计算下列机构的自由度，

并判断其运动是否确定。

例题分析31324.1

复合铰链——两个以上构件在同一轴线上用回转副相联接。计算：N个构件,有N－1转动副。4.计算平面机构自由度应注意的问题33

例1-4

计算图示机构的自由度。

例题分析344.2

局部自由度某些不影响机构运动的自由度。35计算图示两种凸轮机构的自由度。

12312336

局部自由度：构件局部运动所产生的自由度。

滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。12312337解：n=4，PL=6，

PH=04.4虚约束－－对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。

已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。

1234ABCDEF38重新计算：n